Thiết kế cho Khả năng Kiểm tra (DFT)

Tổng chi phí để sản xuất một mạch in hoàn chỉnh PCB có thể được chia thành một số hạng mục cơ bản: Chi phí sản xuất PCB trống, chi phí linh kiện, chi phí lắp ráp, và chi phí kiểm tra. Hạng mục cuối cùng, chi phí kiểm tra bảng mạch hoàn chỉnh, có thể chiếm tới 25% đến 30% tổng chi phí sản xuất sản phẩm.

TÓM TẮT

Thiết kế cho khả năng kiểm tra trong thiết kế PCB (DFT) là một bước quan trọng trong quy trình thiết kế cho khả năng sản xuất (DFM). Khái niệm quan trọng này được tóm gọn là phát triển một sản phẩm nhất quán với chi phí sản xuất thấp nhất có thể trong khi vẫn duy trì tỷ lệ lỗi chấp nhận được. Xem xét khả năng kiểm tra trong suốt quá trình Thiết kế PCB bao gồm việc định rõ quy trình tạo ra để hiểu rõ yêu cầu về điểm kiểm tra và nhanh chóng phân lập lỗi. Cả cho lỗi sản xuất và hỏng linh kiện, DFT là yếu tố quan trọng trong thiết kế cho lợi nhuận. Trong bài viết này, chúng ta sẽ khám phá DFT một cách sâu rộng, và cụ thể là xem xét kiểm tra trong mạch (ICT).

HƯỚNG DẪN DFM VÀ DFT

Khi lựa chọn một nhà sản xuất hợp đồng (CM), họ luôn cần cung cấp hướng dẫn về Khả năng Sản xuất (DFM) và Khả năng Kiểm tra (DFT). Hãy chắc chắn bạn nhận và đọc những hướng dẫn này cho mỗi CM bạn đang xem xét. Việc xem xét các hướng dẫn DFM và DFT từ các CM khác nhau có thể cung cấp cái nhìn sâu sắc về mức độ chuyên môn, kiến thức và khả năng của mỗi CM. Do đó, những hướng dẫn này là công cụ hữu ích khi quyết định CM nào phù hợp nhất để sản xuất sản phẩm của công ty bạn.

LẬP KẾ HOẠCH TRƯỚC

Các câu hỏi đầu tiên cần xem xét khi lập kế hoạch cho khả năng kiểm tra là:

- Ai sẽ kiểm tra các điểm trên bộ lắp ráp?

- Họ có khả năng gì?

Các câu hỏi đầu tiên cần đặt ra khi lên kế hoạch cho một thiết kế là 1.) ai sẽ kiểm tra bộ lắp ráp, và 2.) họ có khả năng gì? Hướng dẫn DFT sẽ hữu ích trong việc lập kế hoạch ban đầu cho bố cục. Tuy nhiên, việc liên hệ trực tiếp với CM và thảo luận nhu cầu cụ thể của bạn với một kỹ sư kiểm tra có kinh nghiệm là một ý tưởng tốt. Kỹ sư kiểm tra sẽ có thể thảo luận về khả năng của họ và làm bạn biết về các phương pháp kiểm tra khác nhau mà họ có thể cung cấp. Sự kết hợp của quét ranh giới (JTAG), điểm kiểm tra ICT tự động, laminography X-quang (AXI) và kiểm tra thị giác (thủ công và máy nhìn) sẽ cung cấp phạm vi kiểm tra toàn diện nhất. Điều này cũng sẽ cho bạn quyền truy cập vào phản hồi ngay lập tức về quy trình sản xuất để dòng chảy công việc có thể được điều chỉnh nhanh chóng khi cần thiết, và các thành phần bị lỗi có thể được phát hiện và loại bỏ.

Tiếp theo, bạn nên xem xét những yêu cầu về điểm kiểm tra nào là cần thiết để đảm bảo một sản phẩm hoàn thiện chất lượng. Việc sử dụng toàn bộ kho vũ khí kiểm tra có sẵn có thể hoặc không thể được yêu cầu cho ứng dụng của bạn, và thực tế, có thể tốn kém. Ví dụ, nếu bạn đang tạo một bố cục PCB cho một vệ tinh độc nhất vô nhị quay quanh trái đất, bạn sẽ muốn thực hiện mọi loại kiểm tra có sẵn, để đảm bảo rằng sản phẩm hoàn thiện sẽ hoạt động đáng tin cậy trong nhiều năm trong một môi trường mà việc sửa chữa không phải là một lựa chọn. Tuy nhiên, nếu bạn đang sản xuất thẻ chúc âm nhạc, một bài kiểm tra chức năng đơn giản có thể là tất cả những gì được yêu cầu.

KIỂM TRA ICT

Kiểm tra ICT có thể phát hiện một số lỗi trên Bảng Mạch In, cả về mặt sản xuất và linh kiện. Có hai loại hệ thống kiểm tra ICT. Một hệ thống sử dụng bộ dụng cụ kiểm tra, nó bao quanh bộ phận mạch in (PCA) đang được kiểm tra và đâm các mạch khác nhau để thực hiện kiểm tra. Loại thứ hai là kiểm tra bằng sonda bay, nơi các sonda được điều khiển bởi một hệ thống máy tính để tạo liên hệ điện với các mạch cụ thể của PCA đang được kiểm tra.

Một số ví dụ về bài kiểm tra thiết kế PCB kiểm tra cho các lỗi như đoản mạch/mạch hở, thiếu linh kiện, linh kiện đặt sai cực hoặc giá trị sai, và một số khía cạnh khác. Máy kiểm tra ICT cũng có thể cấp điện cho PCA đang kiểm tra và kiểm tra các mạch tương tự và số để xác minh hoạt động đúng đắn. Hệ thống điểm kiểm tra ICT có thể thực hiện loạt bài kiểm tra này với lượng xử lý lớn.

XEM XÉT THIẾT KẾ PCB CHO KIỂM TRA BẢNG MẠCH IN ICT

Altium Designer cung cấp các chức năng bố trí PCB một cách gọn gàng để bạn có thể tập trung vào các khía cạnh chi tiết nhưng quan trọng của DFT. Ví dụ, yêu cầu kiểm tra có một chút khác biệt ở các điểm kiểm tra cho máy kiểm tra ICT sử dụng đầu kiểm tra so với kiểm tra bằng sonda bay. Những chi tiết này có thể tốn thời gian và tiền bạc nếu bị bỏ qua.

Đối với các hệ thống kiểm tra sử dụng đầu kiểm tra, sẽ có hướng dẫn DFT quy định các tính năng của một điểm kiểm tra. Khi bạn lập bản đồ vị trí và bố trí pcb, hãy chắc chắn rằng bạn có một bản sao của hướng dẫn DFT đó, từ CM, người sẽ thực hiện kiểm tra lắp ráp cuối cùng.

Bộ dụng cụ ICT sẽ kiểm tra các tính năng khác nhau trên bảng mạch, để đo lường và cung cấp điện, kích thích, và đo các tín hiệu trên PCA đang được kiểm tra. Hệ thống kiểm tra có thể kiểm tra cả hai mặt của PCA. Tuy nhiên, giữ các điểm kiểm tra ở một mặt của bảng mạch sẽ giảm bớt độ phức tạp của bộ dụng cụ kiểm tra, dẫn đến chi phí thấp hơn và lợi nhuận đầu tư (ROI) cao hơn cho sản phẩm.

Bộ Dụng Cụ Kiểm Tra ICT

Sau khi đã phát triển bộ dụng cụ kiểm tra điểm cho PCA, bất kỳ sự thay đổi nào đối với bộ dụng cụ kiểm tra để tạo điều kiện cho sự thay đổi của sản phẩm sẽ dẫn đến chi phí phát sinh. Những chi phí phát sinh này có thể cộng dồn. Do đó, cần phải thận trọng khi thực hiện bất kỳ sửa đổi nào đối với PCA, để không di chuyển bất kỳ vị trí điểm kiểm tra nào đã có.

Nhiều tính năng của PCA có thể được sử dụng làm điểm kiểm tra ICT. Có các loại đầu dò lò xo (kim) khác nhau để tạo điều kiện kết nối điện đúng cách với mạng trên PCA.

Đầu Dò Kiểm Tra ICT

Các pad xuyên lỗ có chân linh kiện nhô ra thường có thể được đo, như các chân kết nối nhô ra phía mặt sau (dưới) của bảng mạch. Các via thường có thể được sử dụng làm điểm kiểm tra. Tuy nhiên, các pad SMT có linh kiện hàn gắn không được coi là điểm kiểm tra hợp lệ khi sử dụng bộ dụng cụ kiểm tra.

Điểm kiểm tra ICT - TP

Khi áp dụng công nghệ SMT, khả năng kiểm tra bị hạn chế vì không có via nào có sẵn để sử dụng làm điểm kiểm tra; do đó, phải tích hợp pad điểm kiểm tra vào thiết kế. Hình dạng và khoảng cách rõ ràng của pad kiểm tra ICT nên là một trong những mục được đề cập trong hướng dẫn DFT do CM thực hiện việc kiểm tra cung cấp.

Thông tin liên quan khác mà tài liệu DFT sẽ cung cấp bao gồm khoảng cách giữa các điểm kiểm tra, khoảng cách đến mép bảng mạch, và cái gì có thể được sử dụng làm điểm kiểm tra.

Công cụ EDA được sử dụng để thực hiện bố trí bảng mạch sẽ có một bộ quy tắc kiểm tra và thiết kế để xác định điều gì tạo nên một điểm kiểm tra, cùng với độ phủ kiểm tra cần thiết. Bằng cách cấu hình đúng các bộ quy tắc này (theo hướng dẫn DFT) trong các giai đoạn lập kế hoạch bố trí, việc sản xuất tài liệu kiểm tra sẽ trở thành một quá trình tự động.

Quy tắc Kiểm tra ICT cho Đặc điểm của một Điểm Kiểm tra và Phủ Kiểm tra Điểm Kiểm tra

Quản lý Điểm Kiểm Tra Tự động

Tạo File Điểm Kiểm Tra

Sau khi đã cấu hình xong các quy tắc điểm kiểm tra, công cụ EDA sẽ có các tính năng tự động để gán điểm kiểm tra trong thiết kế. Nói chung, tài liệu được tạo ra sẽ là một file hoặc báo cáo điểm kiểm tra, chứa tọa độ của từng điểm kiểm tra. Báo cáo này có thể được tạo ra ở nhiều định dạng file khác nhau, bao gồm định dạng IPC-D-356A. Các định dạng file khác có thể được yêu cầu bởi CM thực hiện kiểm tra hoặc tạo bộ dụng cụ. Hãy tham khảo ý kiến của CM kiểm tra của bạn để xác minh dữ liệu nào là cần thiết để sản xuất bộ dụng cụ kiểm tra.

KIỂM TRA BẰNG SƠNDA BAY

Máy Kiểm Tra Sonda Bay không yêu cầu dụng cụ cho bộ dụng cụ kiểm tra, do đó sẽ là giải pháp kiểm tra ICT có chi phí thấp nhất. Ngoài ra, chân linh kiện SMT đã hàn trên PCA cũng có thể được kiểm tra. Khi đánh giá CM để thực hiện kiểm tra ICT, có thể sẽ hợp lý khi hỏi họ có khả năng kiểm tra ICT bằng Sonda Bay hay không. Điều này chỉ yêu cầu lập trình hệ thống kiểm tra và không cần chi phí dụng cụ để sản xuất bộ dụng cụ kiểm tra. Ngoài ra, các thay đổi kỹ thuật (ECO) đối với PCA sẽ không yêu cầu tránh thay đổi các điểm kiểm tra, vì bất kỳ sự khác biệt nào giữa lắp ráp cũ và mới chỉ yêu cầu thay đổi lập trình.

Hệ Thống Kiểm Tra ICT Bằng Sonda Bay [3

KẾT LUẬN

Với việc giai đoạn kiểm tra của một bảng mạch hoàn chỉnh chiếm tới 30% tổng chi phí, việc thiết kế cho khả năng kiểm tra trong thiết kế PCB trở nên quan trọng hơn bao giờ hết. Điều này bắt đầu từ việc biết được khả năng của nhà sản xuất của bạn và phạm vi kiểm tra nào được coi là cần thiết để đảm bảo một sản phẩm hoàn thiện chất lượng. Một khi giai đoạn lập kế hoạch của bạn đã được xác định, một bài kiểm tra ICT toàn diện sẽ cho phép bạn phát hiện một số lỗi trước khi bảng mạch của bạn được sản xuất hoàn chỉnh. Altium Designer sẽ hỗ trợ bạn ở mỗi bước của quy trình này, làm cho quá trình thiết kế trở nên dễ dàng hơn để bạn có thể lập kế hoạch tốt hơn cho khả năng kiểm tra. Tập trung vào những gì quan trọng trong quá trình thiết kế, và hãy xem Altium Designer ngay hôm nay.

TRÍCH DẪN

• Bộ Dụng Cụ Kiểm Tra ICT. Hình ảnh số. N.p., n.d. Web.
• Sonda Kiểm Tra ICT. Hình ảnh số. Peak Test. N.p., n.d. Web.
• Hệ Thống Kiểm Tra ICT Bằng Sonda Bay. Hình ảnh số. Acdi. N.p., 2 Tháng 7, 2011. Web.