Cовременное тестовое оборудование и технологии
Рус Eng

08-12
2016
Китайские тестеры на страже обороноспособности страны или дешевое - враг хорошего

Основной тенденцией развития электроники в современном мире является миниатюризация, т.е. уменьшение размеров электронных модулей и увеличение плотности монтажа при одновременном повышении функциональности РЭА. К печатным платам – основе любого радиоэлектронного модуля – предъявляются особенно жесткие требования, поэтому, чтобы обеспечить их надежность и работоспособность, необходим контроль качества на каждом этапе производства.

К 2016 году большинство отечественных производителей полностью перешли на выпуск печатных плат 5 класса точности, а некоторые освоили выпуск 6 и 7 классов. При этом стандартных методов электроконтроля (тесты на обрывы и КЗ) уже не достаточно для выпуска продукции, отвечающей всем современным требованиям и стандартам.
Мы  рассмотрим самые современные технологии и методы, которые должны помочь производителям специальной электроники выпускать надежную аппаратуру ответственного назначения. Ряд ведущих зарубежных компаний, занимающихся контрактным производством, убеждены: чтобы гарантировать надежность и качество продукции, предприятия, помимо оборудования для производства ПП, должны быть оснащены современными тестовыми системами, способными выполнять электроконтроль изделий для локализации следующих дефектов: 

Нарушение сопротивления изоляции и целостности проводников

При проведении электрического контроля несмонтированных ПП/МПП в первую очередь контролируется целостность проводников, а также сопротивление изоляции между ними. При этом тестовые системы должны иметь возможность контролировать данный параметр в диапазоне от 10 ГОм до 100 ГОм (для электронных приборов, которые предполагается эксплуатировать в агрессивных средах).

МикроКЗ и межслойные КЗ


Рис. 1 Пример переходного отверстия с нарушением металлизации. Снимок сделан на X-Ray фирмы Nikon с применением опции компьютерной томографии
Если печатная плата многослойная, необходимо выполнять ее контроль на наличие межслойных КЗ и микроКЗ. В случае высоковольтного тестирования (свыше 250 В) существует вероятность выгорания микроКЗ, которое в условиях длительной эксплуатации может восстанавливаться при попадании на него пыли/грязи и приводить к выходу из строя оборудования. По указанной причине данная проверка является обязательной.

Нарушение металлизации переходных отверстий и проводников

 Контроль металлизации переходных отверстий является первостепенной проверкой современных ПП/МПП. Такие дефекты, как трещина, скол, утонение, при отсутствии входного/выходного контроля ПП/МПП приводят к появлению перемежающегося дефекта на электронном изделии, выявить который практически невозможно. Для контроля металлизации переходных отверстий применяют различные методы. Из неразрушающих выделяют два:
  • электрический
  • метод вихревых токов (толщинометры)
Если контролировать  несложные  платы (до 50 точек тестирования) с большими отверстиями (до 0.7 мм), то можно без проблем применять толщинометр. Однако на таких изделиях дефектов металлизации практически не встречается (технологии производства подобных изделий давно отработаны и поставлены на поток).
Но что делать, если требуется протестировать отверстия современных сложных многослойных печатных плат, где их количество достигает несколько сотен или тысяч, а диаметры достигают 0,1 мм. При работе с толщинометром появляются два существенных минуса:
  1. При таком большом количестве отверстий появляется «человеческий фактор» - человек будет обязательно пропускать дефекты
  2. Наконечники прибора будут быстро ломаться (при толщине отверстия 0.1 мм, наконечник должен быть на 20% меньше)

Рис. 2 Контроль металлизации отверстий с помощью пробников Кельвина            Рис. 3 Контроль металлизации отверстий на других системах без
                                                                                                                                                                                                        пробников Кельвина


В такой ситуации единственный способ контроля металлизации переходных отверстий на многослойных печатных платах с диаметром менее 0.6 мм - электроконтроль! При этом основным условием при использовании автоматизированных решений является применение в тестовых системах специализированных пробников Кельвина. Конструкция пробника Кельвина состоит из двух ножей или игл, расстояние между которыми прецизионно настроено и составляет 60/20 мкм. Это очень важно, так как при контроле сопротивлений меньше 1мОм любое изменение расстояния между пробниками при 4-х проводной схеме (применяется для контроля малоомных сопротивлений) приводит к увеличению или уменьшению сопротивления в убыток точности и стабильности измерений. Таким образом, если тестовые системы не обладают возможностью применения пробников Кельвина, то они не могут использоваться для полноценного контроля несмонтированных ПП/МПП (только частичное тестирование-КЗ/Обрывы).

Латентные (скрытые, будущие) дефекты

Большинство производителей печатных плат успешно используют для контроля качества тестовое оборудование оптического или электрического контроля. Однако данные системы предназначены для поиска уже проявившихся дефектов, например, коротких замыканий, обрывов, нарушений качества изоляции, в то время как печатные платы могут иметь также и скрытые (латентные) дефекты, которые являются причиной отказа оборудования на дальнейших этапах производства или при эксплуатации.
Технология тестирования потенциальных дефектов может быть востребована производителями спецтехники и электроники ответственного назначения, поскольку от такой электроники требуется 100%-надежность при экстремальных температурах, давлении и вибрациях.
Метод обнаружения скрытых дефектов на ПП/МПП заключается в подаче на тестируемые печатные проводники или переходные отверстия постоянного, а так же переменного тока высокой частоты с последующим анализом гармонического сигнала. По результатам анализа автоматически выдается заключение о годности проверяемого узла. 


Рис. 4 Пример дефектов, обнаруживаемых только с помощью модуля локализации латентных дефектов.


Как выбрать тестовую систему, обеспечивающую высокое качество продукции, с использованием современных методов контроля?
 

В последнее время на российском рынке начали появляться тестовые решения китайских производителей,  которые привлекают потенциального покупателя, прежде всего ценой. Однако даже небольшой опыт их использования выявил целый ряд проблем и конструкторских недоработок. Приведем несколько примеров из практики:

1. Пропуск дефектов паяльной маски

Вследствие нарушения технологического процесса производства ПП на контактных площадках образовались подтеки паяльной маски. В процессе проверки тестовый пробник китайской системы проколол паяльную маску (Рис. 1,Б) вытекшую на контактные площадки, обеспечив корректное контактирование к ним. По этой причине проверка целостности проводников завершилась без ошибок. Кроме того, чрезмерное давление пробника, так же привело к нарушению золотого покрытия контактных площадок (КП).

 
Рис. 5 Подтеки паяльной маски на КП  (А - нарушение золотого покрытия КП пробником, Б – нарушение золотого покрытия и прокол паяльной маски пробником) 

Установка компонентов на такие КП приведет ко множественным непропаям. Ремонтировать подобные изделия после монтажа компонентов очень сложно, а порой практически не возможно. К слову, рентгеном такие дефекты пайки BGA компонентов обнаружить трудно. 
Это особенно актуально для дорогостоящей продукции специального назначения. 
*Для выявление таких дефектов в автоматическом режиме тестовая система должна обладать минимальным давлением пробников на площадки Печатной Платы (на тестерах Microcraft  все пробники имеют давление  от 1.2 гр.)

2. МикроКЗ

Стандартное напряжение тестирования при контроле сопротивления изоляции ПП составляет 100-250 В (иногда 1000 В). В таких условиях любое микроКЗ между печатными проводниками может элементарно устраниться (сгореть), и тестирование завершится без выявления дефекта. В дальнейшем эксплуатация такой печатной платы в составе прибора может привести к самовосстановлению  дефекта и выходу из строя целого прибора. Кроме того, локализовать такой дефект после сборки очень сложно, а устранить практически не возможно.
*Именно поэтому, опираясь на многолетний опыт, специалисты компании Microcraft разработали технологию MSD (Micro Short Detection) позволяющую обнаруживать такие дефекты путем подачи низкого напряжения (до 30 В), перед применением высокого. Кроме того, в некоторых случаях межслойные микроКЗ обладают характеристиками полупроводников. Для их локализации предусмотрен режим низковольтного тестирования со сменой полярности измерительного напряжения. 

3. Ложная отбраковка плат 

Современные печатные платы 6-7 класса допускают изготовление изделий с минимальным расстоянием между проводниками в 50-100 мкм, что в некоторых случаях может привести к появлению дополнительной паразитной емкости (величина паразитной емкости прямо пропорциональна площади перекрытия параллельных проводников и обратно пропорционально расстоянию между ними или, другими словами, толщине диэлектрика). В этом случае стандартная проверка таких изделий будет фиксировать ложные КЗ (в нашем случае в пределах от 90 КОм до 2 МОм). Другими словами, стандартная тестовая система забракует годную партию изделий. 
Для контроля подобных печатных плат тестовые системы должны иметь возможность выполнять проверку на КЗ с заданной задержкой. Предусмотреть подобный нюанс в настройках программного обеспечения (ПО) достаточно просто, т.к. нет необходимости менять конфигурацию аппаратной части системы, однако из-за отсутствия опыта работы в области тестирования на китайской системе этого сделано не было.
*На тестерах Microcraft ПО позволяет устанавливать необходимую задержку между измерениями – для нашего примера достаточно  5 секунд  на каждое измерение с емкостной составляющей.

Данный пример наглядно демонстрирует то, как «бездумное» копирование технологий без учета соответствующих тонкостей и нюансов приводит к издержкам производства конечных заказчиков. Кроме того, технологии и качество изготовления «китайских» печатных плат, в особенности повышенной сложности, довольно часто также вызывают большие вопросы. Для продукции специального назначения такие печатные платы могут применяться только при тщательном контроле с использованием изложенных в данной статье методов.

Предприятие ООО «Совтест АТЕ» является разработчиком и производителем собственной сложной радиоэлектронной аппаратуры. Для поддержания ее высокого качества на нашем предприятии в Курске реализован 100% входной контроль закупаемых печатных плат с последующим анализом поставщиков. По результатам анализа нами был реализован оптимальный подбор - мы прошли длинный путь и остановились только на лучших, причем в их числе нет китайских представителей. Более того, среди поставляемого нашим Заказчикам импортного оборудования практически нет китайского. Мы знаем цену применения некачественного оборудования и не можем допустить, чтобы наши партнеры несли неоправданные экономические потери.

Итак, что позволяет гарантировать локализацию любых дефектов (даже скрытых) несмонтированных ПП (включая ГИС, МПП, гибко-жесткие ПП)?

Анализ тестового оборудования, представленного на рынке электроники, показал, что по функциональности и точностным характеристикам качественно выделяются тестеры с подвижными пробниками японской фирмы Microcraft. Кроме того, фирма-производитель гарантирует высокую надежность данных систем, поскольку все оборудование компании Microcraft проходит тщательный выходной контроль и многочасовые испытания, которые проводит отдельное самостоятельное подразделение Контроля Качества, не подчиняющееся руководству компании.
По данным компании Microcraft на сегодняшний день в мире поставлено более 1600 тестовых систем их производства, из них 56 эксплуатируются на российских предприятиях. Такая популярность тестовых систем Microcraft объясняется широким модельным рядом, что позволяет каждому заказчику найти решение именно для своего производства. Так, линейка тестеров представлена 18-ю различными системами, отличающимися по производительности, точности позиционирования и исполнению: ручная/автоматическая загрузка, горизонтальное/вертикальное расположение печатных плат, системы для автоматического контроля высокочастотных изделий и др.
Все тестеры фирмы Microcraft оснащены самыми современными инструментами для выполнения 100% электроконтроля несмонтированных печатных плат. Кроме того, в системе реализованы не имеющие аналогов решения: локализация скрытых дефектовконтроль изоляции до 100 ГОм, высоковольтное стресс-тестирование (обнаружение КЗ до 70 МОм). Для расширения тестовых возможностей архитектура тестеров Microcraft позволяет подключать внешние измерительные приборы (например, контроль сопротивления до 1 ТОм и полупроводниковых компонентов). При этом есть модели (тестер E4S6151), позволяющие проверять изделия с минимальной точкой контактирования 10 мкм. На сегодняшний день такая прецизионная (высокая) точность, не имеющая аналогов на современном рынке электроники, реализована только в тестовых системах фирмы Microcraft.
Еще одним преимуществом данного оборудования является возможность импортировать программы для тестеров ПП/МПП других производителей в управляющую программу систем Microcraft. Это позволяет без дополнительных временных затрат и отладки тестовых программ перейти на более производительные и надежные тестеры Microcraft. 
Статистика эксплуатации тестовых систем Microcraft в Российской Федерации показала, что благодаря успешному опыту применения, высокой надежности и простоте использования тестеров многие производители зачастую приобретают не одну, а сразу несколько систем: более 10 производителей радиоэлектронной аппаратуры применяют у себя на производстве по 2-4 тестера.

Знаете ли Вы?

В отличие от Конкурентов, поставляющих аналогичное оборудование – японские тестовые системы фирмы MicroCraft подлежат первичной аттестации. По результатам выдается аттестат о годности оборудования для использования при оценке соответствия оборонной продукции. 
Учитывая повышенную надежность тестеров, на все японские тестовые системы фирмы Microcraft предоставляется дополнительных 2 года гарантии (ИТОГО 36 мес.)

Отправить запрос