Come testare i PCB nudi?

I PCB nudi, chiamati anche PCB vuoti, non hanno componenti elettronici già montati su di essi. Quando si passa alla produzione di massa, i circuiti stampati nudi devono essere sottoposti a test per garantirne l’affidabilità e le prestazioni. Questo processo, noto come test su scheda nuda, si concentra sulla verifica della connettività elettrica e sul rilevamento dei difetti. Eseguendo i test nella fase iniziale, i produttori di PCB possono evitare costosi guasti nelle fasi successive del processo di assemblaggio.

Che cos’è il test delle schede nude?

In parole povere, il test delle schede nude viene eseguito per garantire che le schede PCB nude siano state prodotte correttamente e siano prive di difetti prima dell’assemblaggio. Durante questo processo, i produttori di PCB di solito controllano:

• Continuità elettrica: controllano che tutti i collegamenti elettrici progettati sui PCB nudi (come pad, via e tracce) siano collegati correttamente.
• Isolamento: assicurarsi che non vi siano connessioni tra circuiti diversi che dovrebbero essere progettati per rimanere elettricamente indipendenti.
• Precisione del layout: confermare che le tracce, i pad e i via corrispondano al layout del PCB.

Come testare i PCB grezzi?

Prima di iniziare il processo di assemblaggio dei PCB, è fondamentale testare le schede nude per assicurarsi che siano prive di difetti. Quindi, come testare i PCB nudi? Sono disponibili diversi metodi, ciascuno con precisione, costo e velocità diversi. Di seguito sono riportati i 5 metodi di test principali.

Test con sonda volante

Si tratta di un metodo di test automatizzato che utilizza un sistema di sonde ad alta velocità. Durante il test, queste sonde si muovono rapidamente secondo una procedura preprogrammata verso pad, vie, pin dei componenti e altre posizioni designate, entrando in contatto con la scheda del circuito per completare il test. Questo metodo può valutare parametri quali aperture e cortocircuiti, nonché resistenza, capacità, induttanza e polarità dei diodi.

Pro:

Efficienza dei costi in piccoli lotti: il test con sonda volante non richiede un dispositivo personalizzato, riducendo l’investimento iniziale e i tempi di configurazione. Un programma di sonda volante può essere creato e aggiornato in poche ore. Per la produzione di piccoli lotti, è la soluzione perfetta.

Risultati precisi e affidabili: questo metodo è in grado di fornire risultati di test affidabili e accurati, garantendo l’identificazione di potenziali problemi prima che questi influiscano sulla funzionalità del prodotto.

Flessibilità per le modifiche di progettazione: non è necessario alcun dispositivo di fissaggio dedicato. Il test con sonda volante si adatta facilmente a diversi progetti e layout di PCB.

Svantaggi:

Più lento per la produzione di grandi volumi: rispetto all’ICT, la velocità di test del flying probe nella produzione di massa è più lenta.

Accessibilità limitata ai componenti: ha capacità limitate per testare componenti con contatti nascosti, come i BGA.

Copertura funzionale limitata: questo test non può riflettere completamente le prestazioni reali del circuito, poiché testa solo alcuni punti. Si tratta solo di un supplemento al test funzionale, ma non di una sostituzione completa.

Test in-circuit (ICT)

Il test in-circuit, chiamato anche test con fixture o test bed-of-nails, è comunemente utilizzato nella produzione su larga scala. Questo metodo di test richiede una fixture di test specializzata, integrata con centinaia di sonde che entrano in contatto con precisione con i punti di test. Durante il test, viene applicata una pressione alla fixture per comprimere le piastre superiore e inferiore, consentendo alle sonde di entrare in contatto con tutti i punti di test contemporaneamente. In questo modo, è possibile completare un test completo dell’intero PCB nudo in un tempo molto breve.

Vantaggi:

Elevata precisione: grazie a un dispositivo di fissaggio preciso e personalizzato, l’ICT è un metodo molto accurato per rilevare i difetti di fabbricazione. Questo metodo di ispezione è in grado di rilevare in modo rapido e accurato difetti dei componenti, cortocircuiti, interruzioni e altri guasti.

Alta velocità: il tester a letto di chiodi può contattare tutti i punti di prova contemporaneamente. Questo metodo è più veloce dei test punto per punto, come il test con sonda volante. Funziona bene per la produzione su larga scala.

Contro:

Costi iniziali più elevati: l’ICT richiede in genere dispositivi di prova specializzati, che devono essere personalizzati per ogni PCB nudo. Anche le macchine ICT sono costose. Per piccoli lotti di prodotti, l’investimento iniziale è troppo elevato.

Configurazione del programma che richiede molto tempo: la creazione di programmi di test ICT richiede molto tempo, in particolare quando si lavora con PCB nudi complessi. Ciò può anche aumentare il ciclo di produzione complessivo.

Ispezione automatizzata a raggi X (AXI)

L’ispezione a raggi X è un metodo avanzato di test non distruttivo che rileva difetti difficili da individuare ad occhio nudo. Funziona emettendo raggi X attraverso un PCB nudo e analizzando l’immagine risultante su un rilevatore. Questo metodo può essere utilizzato per ispezionare difetti in vie cieche o sepolte, strati disallineati, tracce interne, difetti di connessione, ecc. L’AXI viene tipicamente utilizzato per ispezionare i giunti di saldatura e le posizioni dei componenti durante la fase di assemblaggio, ma viene anche sempre più adottato per l’ispezione di circuiti stampati nudi, in particolare per PCB complessi o ad alta affidabilità.

Vantaggi:

Non distruttivo: i raggi X possono penetrare nei materiali e possono essere utilizzati per ispezionare i PCB nudi senza danneggiarli.

Automatizzato e coerente: l’AXI riduce al minimo l’errore umano utilizzando software e algoritmi sofisticati per fornire risultati di ispezione automatizzati, coerenti e affidabili.

Schede ad alta densità e complesse: è essenziale per ispezionare PCB HDI e componenti con giunti di saldatura nascosti, come i BGA. I raggi X possono penetrare attraverso gli strati del PCB, rivelando difetti interni che non possono essere visti con l’ispezione ottica.

Contro:

Richiede operatori qualificati: sebbene l’AXI sia un’ispezione automatizzata, è comunque necessario personale qualificato per utilizzare le complesse apparecchiature e interpretare le immagini dettagliate dei raggi X.

Velocità di ispezione più lenta: il tempo di ispezione è più lento e non veloce come quello dell’AOI, quindi non è adatto alle linee di produzione ad alta velocità.

Costo iniziale elevato: l’investimento iniziale, compresi i costi della macchina e del software, è significativamente più alto rispetto ad altri metodi di rilevamento.

Ispezione ottica automatizzata (AOI)

L’ispezione ottica automatizzata scatta foto dei PCB nudi utilizzando due telecamere 3D o una telecamera 2D, quindi confronta le immagini con lo schema. Eventuali discrepanze richiedono una revisione manuale. È in grado di rilevare fori praticati in modo errato, difetti della maschera di saldatura, tracce interrotte e altri problemi.

Pro:

Rapida e non distruttiva: è in grado di testare rapidamente i PCB nudi senza entrarvi in contatto né danneggiarli.

Efficace per i difetti superficiali: questo metodo è in grado di rilevare con precisione i difetti superficiali sui PCB nudi, come componenti mancanti, errori di incisione, difetti dei pad, ecc.

Economico: rispetto all’AXI, l’AOI ha costi di attrezzatura e ispezione inferiori. Funziona bene per il controllo di qualità della produzione di massa regolare.

Contro:

Rilevamento solo superficiale: l’AOI è in grado di rilevare solo i difetti superficiali e non può rilevare giunti di saldatura nascosti, vie interrate, tracce interne, ecc.

Potenziali falsi positivi: si basa sul confronto delle immagini, il che in alcuni casi può portare a valutazioni errate di PCB nudi buoni o a difetti non rilevati, richiedendo una revisione manuale.

Nessun test elettrico: l’AOI non alimenta la scheda, quindi non è in grado di rilevare problemi elettrici come cortocircuiti o interruzioni. Pertanto, viene spesso combinato con altri metodi di test.

Test di burn-in

Il test di burn-in è un test distruttivo utilizzato per rilevare tempestivamente potenziali guasti dei PCB nudi e verificarne la capacità di carico. Consiste nell’esporre i prodotti elettronici a temperature elevate, carichi o altre sollecitazioni per un periodo prolungato. Questo processo dura in genere da 48 a 168 ore, consentendo di individuare tempestivamente potenziali difetti in condizioni estreme.

Confronto tra i metodi di test dei PCB nudi

Perché è importante testare i PCB nudi?

Sebbene molte aziende considerino il test dei circuiti stampati nudi dispendioso in termini di tempo e costi, la sua importanza non può essere ignorata. Offre tre vantaggi chiave che lo rendono una fase essenziale prima dell’assemblaggio dei PCB.

Riduzione delle spese di produzione

Un piccolo investimento nel test dei PCB nudi può far risparmiare notevoli costi di riparazione e rilavorazione in seguito. Durante la produzione di PCB nudi, possono verificarsi alcuni difetti comuni, come eccesso o mancanza di rame, cortocircuiti e fori extra. Una volta che la scheda è popolata con i componenti, l’ispezione diventa sempre più difficile. In definitiva, se una scheda non funziona, i componenti costosi potrebbero andare sprecati e anche i costi di riparazione aumenterebbero.

Miglioramento della resa di assemblaggio

Alcuni errori possono essere difficili da individuare nelle prime fasi di progettazione dei PCB. Testando i PCB nudi durante la fase di prototipazione, è facile e possibile identificare e risolvere i potenziali difetti. Ciò può garantire un assemblaggio più fluido in seguito, riducendo i rischi di interruzioni, ritardi e guasti di assemblaggio.

Maggiore affidabilità del prodotto

Eseguendo il collaudo delle schede nude prima dell’assemblaggio, è possibile garantire che queste schede funzionino come previsto. Se si salta questo processo, un alto tasso di guasti successivi dei PCB può influire negativamente sulla reputazione della vostra azienda. PCB nudi affidabili significano anche meno resi e reclami, con conseguente maggiore soddisfazione dei clienti e maggiore fiducia nel prodotto.

Come selezionare il metodo di test migliore per i PCB nudi

Quando si scelgono i metodi di test giusti, è necessario considerare diversi fattori. Ecco cinque fattori critici:

Valutare i requisiti del prodotto

Per i semplici PCB nudi utilizzati nell’elettronica di consumo, sono spesso sufficienti metodi di ispezione semplici e convenienti. Per le schede ad alta densità o ad alta affidabilità, si consiglia di investire in metodi di test più avanzati. È possibile scegliere una combinazione di più metodi di ispezione, in grado di garantire risultati di test affidabili.

Considerare la complessità del layout del PCB

È fondamentale considerare la complessità del design del PCB, che potrebbe non essere compatibile con alcuni metodi di test. Se si tratta di una scheda ad alta densità con tracce sottili e più strati, potrebbero essere necessarie tecniche di test avanzate per garantire risultati affidabili.

Tenere conto della quantità di produzione

Anche il volume di produzione dei PCB influenza la scelta del metodo di test. Il test con sonda volante è più flessibile ed economico nella produzione su piccola scala. Per la produzione di grandi volumi, metodi automatizzati come il test con letto di chiodi offrono una maggiore velocità e risultati di test coerenti.

Tenere conto dei limiti di costo

Alcuni metodi di test, come il bed-of-nails e l’AXI, richiedono un investimento iniziale più elevato. Gli accessori bed-of-nails e le apparecchiature AXI sono costosi e potrebbero non essere adatti alla produzione su piccola scala.

Adottare un approccio ibrido

In alcuni casi, è possibile utilizzare più metodi per bilanciare costi e affidabilità. Ad esempio, le aree critiche dei PCB nudi possono essere ispezionate utilizzando l’AXI, mentre le aree meno critiche possono essere ispezionate utilizzando l’AOI.

Conclusione

Il collaudo delle schede nude è una fase critica prima del processo di assemblaggio dei PCB, che garantisce un ciclo di produzione regolare. Un collaudo adeguato è fondamentale per garantire l’affidabilità dei PCB nudi ed evitare costosi problemi in seguito. Noi di MOKOPCB comprendiamo l’importanza del controllo qualità e dei test e utilizziamo ispezioni all’avanguardia per garantire la massima qualità delle schede nude. Se avete domande, non esitate a contattarci e discuteremo i metodi di test migliori per i vostri PCB nudi.