CC BY
1
УДК 338.23
ПРИМЕНЕНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СТЕНДОВ ВИЗУАЛЬНОГО И ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ
А. С. Максютин* Научный руководитель: Г. М. Гринберг
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, Красноярск, пр. имени газеты «Красноярский рабочий», 31
*E-mail: Ellis1998@vandex.ru
В работе представлены возможные дефекты печатных плат и их влияние на качество печатных плат. Показано значение контроля качества. Рассмотрены используемые в настоящее время методы автоматизированного контроля.
Ключевые слова: печатные платы, контроль качества, стенды тестирования, автоматизация.
APPLICATION OF AUTOMATED STANDS FOR VISUAL AND ELECTRICAL CONTROL OF PRINTED CIRCUIT BOARDS
A. S. Maksyutin* Scientific supervisor - G. M. Grinberg
1Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation *E-mail: Ellis1998@yandex.ru
The paper considers the broad impact of printed circuit boards on various electronics today. The main advantages of using automated stands for visual and electrical control of printed circuit boards are revealed.
Keywords: printed circuit boards, quality control, test stands, automation.
На сегодняшний день мировая индустрия производит свыше 2,5 миллиардов электронных устройств и изделий в год. Это смартфоны и телефоны, контроллеры управления узлами автомобилей, принтеры, компьютеры и т.д. В основе всех этих устройств лежат печатные платы. На их поверхности и во внутренних слоях располагаются многочисленные печатные проводники и электронные компоненты (микросхемы, диоды, транзисторы, резисторы и т.д.) [1].
Изготовление печатной платы (от рисунка схемы до готового изделия) проходит через большое количество этапов производственного и технологического процессов. Ошибка или брак в изготовлении при любой операции ведет к снижению надежности печатной платы [2].
Выпуск печатных плат по высоким проектным нормам невозможен без контроля качества после ключевых технологических операций. В зависимости от задач контроль производится различными методами. В рамках данной статьи контроль печатных плат рассматривается на базе следующих методик и технологий:
1. Визуальный контроль по внешнему виду. Метод обладает свойствами диагностического контроля, так как позволяет обнаружить дефекты основания, ослабления проводников,
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2021. Том 2
кольцевые трещины в отверстиях и другие, что часто тяжело выявить методами электрического контроля.
2. Электрический контроль печатных плат. Назначение данного метода заключается в проверке целостности-разобщения печатной платы, что предполагает проверку на обрыв цепи, короткое замыкание, правильность топологии.
Существуют различные дефекты печатных плат. Согласно ГОСТ Р 56251-2014 к ним относят:
1. Дефекты поверхности (заусенцы, выбоины, царапины);
2. Дефекты под поверхностью (микротрещины, расслоение, пустоты);
3. Дефекты в проводящем рисунке (отсутствие адгезии, дефекты гальванических покрытий);
4. Дефекты отверстий (диаметр, ошибки совмещения, посторонний материал);
5. Дефекты маркировки (положение, размер, читаемость);
6. Дефекты паяльной маски (ошибка совмещения, вздутия, пузыри);
7. Размерные дефекты (размеры и толщина печатной платы, ширина проводников и зазоров) [3].
Чтобы выявлять данные дефекты используются различные методы контроля. Самый простой из них - внешний осмотр человеком. Основную информацию о состоянии объекта контроля человек получает непосредственно зрительным осмотром или путем визуализации различных физических эффектов, выявляющих неоднородности поверхности и объема объекта наблюдения [4].
Однако, следует сказать, что такой способ контроля из-за человеческого фактора обеспечивает не высокую достоверность.
Данный вид контроля может реализовываться и в автоматизированном режиме. В таком случае можно добиться более высокого уровня качества тестирования. Это повлекло за собой создание специализированных стендов тестирования.
В таких стендах используются специальные программные инструменты, такие как, например, семейство программ для обработки сканированных изображений печатных плат -РЫр^йс. Среди основных возможностей данного и подобных средств контроля можно выделить следующие:
1. Спецификация допусков и областей контроля;
2. Сканирование проверяемого образца;
3. Автоматическое совмещение с эталоном;
4. Автоматическое обнаружение дефектов;
5. Измерение размеров с заданной точностью [5].
Использование стендов тестирования на основе данных технологий контроля позволяет в значительной мере улучшить качество выпускаемых печатных плат.
При электрическом «ручном» тестировании человек щупами последовательно проводит тест всех цепей, однако по реальной статистике четверть из всех дефектов пропускается оператором. Сложность заключается в обеспечении контакта с тестируемой платой [6].
В автоматизированном режиме тестирования печатной платы применяется несколько технологий:
1. Тестирование с помощью «ложа гвоздей». Контактирование плат с матрицей контактов (такое контактное устройство является «ложем гвоздей») предполагает наличие соединительного устройства с подпружиненными контактами во всех узлах координатной сетки. Индивидуальность платы учитывают при помощи изготовления маски с перфорациями в местах необходимого контактирования или изготовлением специального тестового адаптера с расположенными на нем зондами. Во время тестирования все зонды находятся в контакте с тестовыми точками, и скорость тестирования определяется скоростью
переключения ключей. Этот метод обеспечивает высокую производительность, но требует значительных затрат при переналадке.
2. Тестирование с помощью «летающих щупов» (зондов). Оборудование для метода «летающих зондов» имеет в своем составе несколько головок с приводами по трем осям, на каждой из которых установлен свой зонд. Головки при помощи программы осуществляют контактирование с платой, во время которого происходит подача сигнала или измерение. Этот метод обеспечивает простоту переналадки, но производительность при этом низкая. Оборудование с "летающими щупами" постоянно совершенствуется.
3. Тестирование с помощью «летающих матриц». Компромиссом между универсальностью и производительностью является метод «летающих матриц». В этом случае на каждой каретке размещается матрица щупов, при этом каждый щуп имеет независимый привод по оси. Матрицы перемещаются на небольшие расстояния с высокой скоростью, при этом наиболее близко расположенный зонд активируется и производит подачу сигнала или измерение. Эта технология позволяет увеличить производительность в 10 раз (по сравнению с методом «летающих щупов»).
Эффективность каждого метода напрямую зависит от объемов производства, номенклатуры изделий и требований к их качеству. Например, для опытных, мелко- и среднесерийных производств с большой номенклатурой печатных узлов наиболее эффективен метод электрического тестирования с помощью «летающих щупов». Его очевидное и главное преимущество - быстрая переналадка оборудования при переходе с одного изделия на другое.
Данные технологии позволяют достичь более высоких показателей качества тестирования по сравнению с ручными методами. В последствии это приводит к улучшению общего качества и надежности выпускаемых печатных плат.
Библиографические ссылки
1. Автоматизированное визуальное и функциональное тестирование печатной платы [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://risengineer.com/solutions-and-proiects/test/40-id0020-visual-functional-testing-pcb (дата обращения: 27.02.2021).
2. Городилин В.М., Контроль качества печатных плат. [Электронный ресурс]. - Режим доступа:
https://sinref.ru/000 uchebniki/04600radio/008 regulirovshik radioaparaturi gorodilin/011.htm (дата обращения: 01.03.2021).
3. ГОСТ Р 56251-2014. Платы печатные. Классификация дефектов [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://gostexpert.ru/data/files/56251-2014/65501.pdf (дата обращения: 03.03.2021).
4. Качество печатных плат [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://tech-e.ru/kachestvo-pechatnih-plat.php (дата обращения: 17.03.2021).
5. Phiplastic - семейство программ для обработки сканированных изображений фотошаблонов и печатных плат [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.eurointech.ru/eda/other/phiplastic/Phiplastic.phtml (дата обращения: 17.03.2021).
6. Медведев А., Электрическое тестирование печатных плат [Электронный ресурс]. -Режим доступа: https://tech-e.ru/2005_2_79.php (дата обращения: 17.03.2021).
© Максютин А. С., 2021
