Tổng quan về Máy kiểm tra bảng mạch điện tử: Tính năng và ứng dụng

Giới thiệu tổng quan về tầm quan trọng của máy kiểm tra bảng mạch điện tử

Ngay cả những thiết bị điện tử được thiết kế cẩn thận và chế tạo tốt cũng dễ bị hỏng hóc. Các khiếm khuyết phải được xác định trước khi sản xuất hàng loạt thiết bị, lý tưởng nhất là ở giai đoạn phát triển. Kiểm tra là một phần rất quan trọng của quá trình thiết kế bảng mạch điện tử PCB. Khi việc thử nghiệm PCB tiếp tục trong suốt chu kỳ sản xuất, nó sẽ giúp đạt được tính kinh tế và ngăn ngừa hoặc giảm thiểu các vấn đề ở giai đoạn cuối. 

Mục đích của việc kiểm tra bo mạch PCB là đánh giá năng suất và chất lượng của bo mạch, đồng thời đảm bảo thiết kế không bị hư hỏng trong quá trình lắp ráp. Việc kiểm tra này là một việc không thể thiếu của bất kỳ sản phẩm nào nó quyết định chất lượng sản phẩm đầu ra đồng thời đảm bảo uy tín công ty cũng như doanh nghiệp. Từ những điều trên ta có thể khẳng định rằng máy kiểm tra bảng mạch điện tử góp phần lớn việc tăng năng suất giảm các sai sót trong việc kiểm tra.

Máy kiểm tra bảng mạch điện tử là gì

Định nghĩa và chức năng cơ bản

Máy kiểm tra bảng mạch điện tử là máy kiểm tra chức năng, còn được gọi là kiểm tra FCT, là bước sản xuất cuối cùng của quá trình tạo bảng mạch điện tử. Về cơ bản, kiểm tra chức năng đảm bảo bảng mạch điện tử hoạt động chính xác. Kiểm tra chức năng kiểm tra toàn bộ tổ hợp thay vì các thành phần riêng lẻ. Các thử nghiệm mô phỏng môi trường điện cuối cùng nơi bảng mạch điện tử sẽ cư trú. 

Chức năng cơ bản của máy kiểm tra bảng mạch điện tử:

·    Kiểm tra tụ điện

·    Kiểm tra điện trở

·    Kiểm tra đi-ốt

·    Kiểm tra cầu chì

·    Kiểm tra cuộn cảm

·    Kiểm tra vi mạch

·    Kiểm tra bóng bán dẫn

·    Kiểm tra rơle

Các loại máy kiểm tra mạch điện tử

Kiểm tra trong mạch (ICTs)

Mục đích của kiểm tra mạch điện, hay ICT, là phát hiện bất kỳ thành phần nào bị lỗi trong bảng mạch in. Trong máy kiểm tra trong mạch điện tử tiêu chuẩn, các thông số thiết yếu như điện trở và điện dung được đo, cùng với hoạt động của các thành phần tương tự và mạch kỹ thuật số khác nhau.

Máy kiểm tra trong mạch được chia làm 2 phần:

·    Kiểm tra tắt nguồn, là các thử nghiệm được áp dụng cho bảng mạch in khi không bật nguồn.

·    Kiểm tra bật nguồn, là các thử nghiệm được áp dụng cho bảng mạch in có bật nguồn.

Khi thực hiện kiểm tra trong mạch, tất cả các bộ phận sau của bảng mạch in đều được kiểm tra hoặc kiểm tra:

·    Khoảng cách thành phần và đánh dấu

·    Hàn

·    Đoản mạch giữa các dấu vết hoặc dây dẫn thành phần

·    Mở mạch ở những nơi không nên có

·    Giá trị điện trở trong mạch

·    Tất cả các nút nhảy và công tắc ở vị trí thích hợp và/hoặc có cài đặt phù hợp

·    Sự cố với các thành phần analog và kỹ thuật số, bao gồm các thành phần sai hoặc bị thiếu

·    Giá trị điện dung và điện cảm

·    Ngắn mạch

Kiểm tra chức năng (FTC)

Đây là một hình thức thử nghiệm nâng cao trong đó chức năng của bảng mạch điện tử PCB được kiểm tra. Trong các thử nghiệm trước đây, chúng tôi đã thấy nó chỉ liên quan đến việc chế tạo và các khía cạnh cơ học của một bảng mạch và phát hiện bất kỳ khiếm khuyết nào trong đó. Tuy nhiên, quá trình kiểm tra chức năng này mô phỏng môi trường điện cho bo mạch PCB đang được thử nghiệm và kiểm tra xem phản hồi chức năng của nó có đáp ứng các tiêu chí chấp nhận hay không. 

Loại thử nghiệm này thường được thực hiện bằng cách kết nối bo mạch thông qua đầu nối Edge hoặc điểm thử nghiệm. Một máy tự động sẽ chạy bài kiểm tra trên máy và xử lý phản hồi nhận được từ hội đồng. Loại thử nghiệm này yêu cầu phần mềm hoặc chương trình cơ sở đặc biệt dành cho từng loại PCB riêng lẻ để đánh giá chúng theo các tiêu chí như phản hồi điện, phản hồi, phản hồi tần số, ….

Ưu điểm của máy kiểm tra chức năng:

·    Kiểm tra chức năng mô phỏng môi trường hoạt động cho sản phẩm được kiểm tra từ đó giảm thiểu chi phí đắt đỏ cho khách hàng khi cung cấp thiết bị kiểm tra thực tế

·    Nó loại bỏ nhu cầu kiểm tra hệ thống tốn kém trong một số trường hợp, giúp tiết kiệm rất nhiều thời gian và nguồn tài chính cho OEM.

·    Nó có thể kiểm tra chức năng của sản phẩm từ 50% đến 100% sản phẩm được vận chuyển, do đó giảm thiểu thời gian và công sức để OEM kiểm tra và gỡ lỗi.

·    Các kỹ sư kiểm thử thận trọng có thể đạt được năng suất cao nhất từ ​​kiểm thử chức năng, từ đó biến nó thành công cụ hiệu quả nhất ngoài kiểm thử hệ thống.

·    Thử nghiệm chức năng nâng cao các loại thử nghiệm khác như thử nghiệm trong mạch và tàu thăm dò bay, giúp sản phẩm trở nên mạnh mẽ hơn và không có lỗi.

Kiểm tra quét ranh giới

Là kiểm tra chức năng điện của bo mạch, nó cũng có thể giúp chẩn đoán các lỗi vật lý trong các kết nối thành phần. Trước các thử nghiệm quét ranh giới, cách duy nhất để xác định lỗi trong PCB phức hợp là quét bằng tia X tốn kém. Giờ đây, người kiểm tra có thể chẩn đoán lỗi vật lý bằng miếng đệm, chân cắm và kết nối BGA được hàn mà không cần nhìn vào bên trong bo mạch.

Ưu điểm của kiểm tra quét ranh giới

·    Giảm chi phí, thời gian và công sức kiểm tra PCB mà không ảnh hưởng đến chất lượng. Người thử nghiệm cũng được hưởng lợi từ phạm vi bao phủ tốt hơn, các mẫu thử nghiệm có thể tái sử dụng và thời gian phát hành ngắn hơn.

·    Khả năng kiểm tra PCB mà không có hoặc có quyền truy cập hạn chế vào các chân và kết nối bên trong.

·    Giảm thiểu nguy cơ hư hỏng vật lý đối với chân cắm, bảng mạch hoặc tạo ra chập mạch thông qua đầu dò cơ học.

·    Cung cấp khả năng lập trình và gỡ lỗi trong mạch với chi phí thấp cho Flash, bộ nhớ trên chip EEPROM nối tiếp, CPLD,…

·    Việc kết hợp các tế bào JTAG ở cấp độ bo mạch giúp loại bỏ nhu cầu về các thiết bị thử nghiệm đắt tiền khác đồng thời cải thiện quá trình sản xuất và thử nghiệm tại hiện trường.

Tính năng của máy kiểm tra bảng mạch điện tử

Kiểm tra vùng phủ sóng

Là cuộc thử nghiệm mà khi ta cấp nguồn và kích hoạt từng mạch điện trên bo mạch. Thử nghiệm được thiết kế để bao phủ 100%, nhưng thông thường mức bao phủ sẽ chỉ ở 85-90%.Thử nghiệm này bao gồm việc sử dụng các đầu dò cố định được bố trí theo cách phù hợp với thiết kế của bảng mạch điện tử PCB.

Kiểm tra tốc độ và độ chính xác

Kiểm tra tốc độ: Máy kiểm tra bảng mạch điện tử có thể đo và kiểm tra tốc độ hoạt động của các thành phần và mạch trong PCB. Điều này bao gồm đo tốc độ truyền dẫn tín hiệu, tốc độ xử lý và thời gian đáp ứng của các thành phần. Máy kiểm tra có thể tạo ra tín hiệu đầu vào và theo dõi tín hiệu đầu ra để xác định tốc độ hoạt động của PCB.

Kiểm tra độ chính xác: Máy kiểm tra bảng mạch điện tử có thể đo và kiểm tra độ chính xác của các thành phần và mạch trong PCB. Điều này bao gồm kiểm tra độ chính xác của các thông số như định vị thành phần, kích thước các đường dẫn mạch in và các thông số kỹ thuật khác. Máy kiểm tra bảng mạch điện tử có thể sử dụng các cảm biến, hệ thống định vị và phương pháp đo lường để đánh giá độ chính xác của PCB.

Tính linh hoạt và khả năng thích ứng với các kiểu thiết kế bảng mạch khác nhau

Tích hợp các module thay đổi: Máy kiểm tra bảng mạch điện tử thường có thiết kế module, cho phép người dùng thay đổi và cấu hình các module khác nhau để phù hợp với các yêu cầu kiểm tra cụ thể. Các module này có thể bao gồm các kênh đo, mạch nạp, bộ xử lý tín hiệu, bộ chuyển đổi giao tiếp và các phần mở rộng khác. Việc thay đổi và cấu hình các module cho phép máy kiểm tra linh hoạt và đáp ứng được với nhiều kiểu thiết kế bảng mạch khác nhau.

Phân tích và kiểm tra tín hiệu đa dạng: Máy kiểm tra bảng mạch điện tử thường có khả năng phân tích và kiểm tra các loại tín hiệu đa dạng, bao gồm tín hiệu analog, tín hiệu kỹ thuật số, tín hiệu xung, tín hiệu RF và tín hiệu viễn thông. Điều này cho phép máy kiểm tra đáp ứng với các kiểu thiết kế bảng mạch từ đơn giản đến phức tạp, từ các ứng dụng điện tử cơ bản đến viễn thông, điện tử tiên tiến và hệ thống nhúng.

Khả năng kết nối và tương thích với các hệ thống sản xuất khác

Hỗ trợ nhiều giao tiếp: Máy kiểm tra bảng mạch điện tử thường hỗ trợ nhiều giao tiếp để kết nối với các thành phần và điểm liên kết trên bảng mạch. Điều này cho phép máy kiểm tra tương thích với nhiều loại bảng mạch và thiết kế khác nhau.

Dễ sử dụng và giao diện người dùng

Giao diện đồ họa người dùng (GUI): Máy kiểm tra bảng mạch điện tử thường có giao diện đồ họa người dùng trực quan và dễ hiểu. GUI cung cấp các biểu đồ, biểu đồ, biểu đồ dữ liệu và các phần tử tương tác khác để người dùng có thể thực hiện các thao tác kiểm tra và theo dõi kết quả một cách dễ dàng.

Màn hình cảm ứng: Nhiều máy kiểm tra bảng mạch điện tử được trang bị màn hình cảm ứng để tăng tính tiện dụng và tương tác trực quan. Màn hình cảm ứng cho phép người dùng chạm, vuốt và nhấn vào các biểu tượng và các phần tử trên màn hình để thực hiện các thao tác kiểm tra và cấu hình.

Khả năng chuẩn đoán và báo cáo lỗi

Phân tích lỗi và cảnh báo: Máy kiểm tra bảng mạch điện tử có thể phân tích kết quả kiểm tra và xác định lỗi cụ thể trong mạch. Nó có thể cung cấp thông báo và cảnh báo về các vấn đề như lỗi kết nối, lỗi đo, lỗi linh kiện, hoặc lỗi phần mềm.

Báo cáo kết quả: Máy kiểm tra bảng mạch điện tử có khả năng tạo ra báo cáo kết quả kiểm tra chi tiết. Báo cáo này thường bao gồm thông tin về các lỗi được phát hiện, vị trí lỗi, các thông số đo, và các thông tin khác liên quan đến kết quả kiểm tra. Báo cáo có thể được xuất ra dưới dạng tệp tin PDF, Excel hoặc các định dạng khác để dễ dàng chia sẻ và lưu trữ.

Ứng dụng của máy kiểm tra bảng mạch điện tử PCB

Kiểm soát chất lượng trong sản xuất

Trong sản suất hàng loạt rất khó để kiểm tra toàn bộ sản phẩm đầu ra bằng việc thuê nhân công. Nhưng máy kiểm tra bảng mạch điện tử có thể kiểm tra với tốc độ cao và độ chính xác cao của từng bảng mạch. Dẫn đến sản lượng đầu ra của sản phẩm đạt chuẩn với điều kiện của máy cũng như yêu cầu của doanh nghiệp.

Phát hiện lỗi và xử lý sự cố

Máy kiểm tra bảng mạch điện tử có khả năng xác định các linh kiện bị hỏng hoặc linh kiện không hoạt động đúng trên mạch PCB. Nó có thể kiểm tra đặc tính điện của linh kiện và so sánh với giá trị mong đợi để phát hiện các linh kiện lỗi. Việc xác định linh kiện bị hỏng giúp người dùng thay thế hoặc sửa chữa linh kiện để khắc phục lỗi.

Máy kiểm tra bảng mạch điện tử có thể kiểm tra tính liên tục và tính chính xác của vi mạch và đường mạch trên mạch PCB. Nó có thể xác định sự ngắn mạch, mất kết nối, suy hao tín hiệu, hoặc các vấn đề khác trong đường mạch. Điều này giúp người dùng xác định và sửa chữa các lỗi trong vi mạch và đường mạch.

Phát triển sản phẩm và tạo mẫu

Do máy kiểm tra bảng mạch điện tử có thể phát hiện lỗi PCB theo nhiều phương pháp khác nhau vì vậy ta có thể tạo ra các PCB theo các mẫu khác nhau nếu có sai sót có thể kiểm tra thông qua máy kiểm tra. Đó là lý do không sợ các sản phẩm lỗi do việc tạo ra các mẫu PCB mới.

Tuân thủ các tiêu chuẩn và quy định của ngành

Việc kiểm tra các bảng mạch điện tử là hoàn toàn tự động dựa trên dữ liệu mà ta đã nhập cho máy. Vì vậy chỉ cần nhập các dữ liệu đúng tiêu chuẩn của ngành mà ta sử dụng thì sản phầm đầu ra hoàn toàn được tuân thủ theo đúng quy chuẩn đó.

Nâng cao hiệu quả và giảm chi phí

Việc kiểm tra bảng mạch điện tử hoàn toàn tự động làm tăng năng suất, giảm thời gian hoàn thành sản phẩm cũng như giảm bớt chi phí thuê nhân công. Chưa kể đến việc kiểm tra bằng máy móc giúp tăng độ chính xác khi kiểm tra.

Chọn máy kiểm tra bảng mạch điện tử phù hợp

Các yếu tố cần xem xét

Loại bảng mạch điện tử cần kiểm tra

Có rất nhiều loại bảng mạch in PCB nên ta cũng cần phải lựa chọn những chiếc máy phù hợp:

·    PCB 1 mặt

PCB một mặt là loại bảng mạch in phổ biến nhất. Nó có một lớp đồng dẫn điện duy nhất phía trên đế. Các thành phần điện được hàn hoặc đặt ở một mặt của bảng mạch và toàn bộ mạch khắc có thể nhìn thấy được ở mặt kia. Vì các bảng này chỉ có một lớp dẫn điện nên các đường dẫn điện không thể giao nhau hoặc chồng lên nhau và do đó chiếm nhiều không gian.

·    PCB 2 mặt

Một lớp vật liệu dẫn điện mỏng, chẳng hạn như đồng, được thêm vào cả mặt trên và mặt dưới của bảng mạch trong PCB hai mặt. Các lỗ trên bảng mạch cho phép các bộ phận kim loại được kết nối từ bên này sang bên kia. Các PCB này kết nối các mạch ở hai bên bằng một trong hai phương pháp lắp, công nghệ xuyên lỗ hoặc công nghệ gắn trên bề mặt. Công nghệ xuyên lỗ đòi hỏi phải lắp các bộ phận chì vào các lỗ khoan trước trên bảng mạch, sau đó hàn vào các miếng đệm ở các mặt đối diện. Công nghệ gắn trên bề mặt đòi hỏi phải đặt chính xác các bộ phận điện trên bề mặt bảng mạch.

·    PCB nhiều lớp

PCB nhiều lớp có nhiều hơn hai lớp đồng. Nói chung, bất kỳ bảng nào có ít nhất ba lớp dẫn điện đều được đưa vào danh mục này. PCB nhiều lớp được thiết kế theo kiểu “bánh sandwich”, với một số lớp dẫn điện hai mặt được chia cho số lượng tấm vật liệu cách điện bằng nhau. Tất cả những thứ này phải được liên kết và ép lại với nhau dưới áp suất và nhiệt độ cao để đảm bảo không có khe hở không khí nào tồn tại và cụm PCB cuối cùng ổn định đúng cách.

·    PCB cứng

PCB cứng là một bảng mạch không thể xoắn hoặc gập lại được. Vật liệu nền của ván là một chất nền cứng, mang lại độ cứng và độ bền cho ván. Chúng bao gồm nhiều lớp bao gồm lớp nền, lớp đồng, lớp mặt nạ hàn và lớp màn lụa được kết dính với nhau bằng chất kết dính và nhiệt. Mặc dù một số bảng mạch là một mặt, hai mặt hoặc nhiều lớp, nhưng PCB cứng có thể là bất kỳ loại nào trong số này tùy theo nhu cầu. Tuy nhiên, một khi đã được thực hiện, chúng không thể được sửa đổi hoặc thay đổi.

·    PCB linh hoạt

Các bảng mạch in này được chế tạo bằng cách sử dụng các thành phần tương tự như bảng mạch in cứng. Điểm khác biệt chính là bảng được thiết kế để có thể uốn cong theo hình dạng mong muốn trong suốt ứng dụng. Các PCB này có sẵn ở dạng một mặt, hai mặt và nhiều lớp. Điều này góp phần làm giảm sự phức tạp của việc lắp ráp đơn vị.

·    PCB cứng – linh hoạt

PCB cứng – linh hoạt là một bảng mạch lai kết hợp các thành phần từ cả bảng mạch linh hoạt và cứng, tạo ra một bảng có thể gập lại hoặc uốn cong liên tục và thường được định hình thành hình dạng uốn cong hoặc đường cong trong quá trình sản xuất. Phần linh hoạt của bo mạch thường được sử dụng để kết nối giữa các bo mạch cứng, cho phép tạo ra các dây dẫn hẹp hơn, chiếm ít không gian hơn, dẫn đến bo mạch nhỏ hơn.

Yêu cầu và thông số kỹ thuật thử nghiệm

Yêu cầu: Bắt đầu bằng cách xác định rõ yêu cầu kiểm tra của bạn. Xác định các kiểm tra cụ thể cần thực hiện trên bo mạch điện tử, chẳng hạn như kiểm tra chức năng, kiểm tra điện, kiểm tra ranh giới, kiểm tra RF, phân tích nguồn điện, …. Các máy kiểm tra khác nhau chuyên về các loại kiểm tra khác nhau.

Thông số kỹ thuật: Xác định hiệu suất và tốc độ kiểm tra mong muốn cho quy trình kiểm tra. Xem xét khối lượng bo mạch bạn cần kiểm tra và thời gian kiểm tra yêu cầu. Một số máy được thiết kế cho môi trường sản xuất có tốc độ và khối lượng lớn, trong khi các máy khác tập trung vào kiểm tra chi tiết, toàn diện với tốc độ chậm hơn.

Hỗ trợ kỹ thuật và bảo trì

Uy tín của nhà sản xuất: Nghiên cứu về uy tín của nhà sản xuất máy kiểm tra đối với hỗ trợ kỹ thuật và bảo trì. Tìm những nhà sản xuất có lịch sử cung cấp hỗ trợ đáng tin cậy và phản hồi nhanh chóng cho khách hàng. Kiểm tra đánh giá của khách hàng, lời chứng thực và tham khảo để đánh giá mức độ hài lòng của khách hàng.

Sẵn có hỗ trợ kỹ thuật: Đánh giá tính sẵn có của hỗ trợ kỹ thuật từ nhà sản xuất. Xác định xem họ có cung cấp các kênh hỗ trợ nhanh chóng và dễ tiếp cận như điện thoại, email, trò chuyện trực tiếp hoặc một cổng hỗ trợ trực tuyến. Việc có được hỗ trợ đáng tin cậy và nhanh chóng khi gặp vấn đề hoặc có câu hỏi về máy là rất quan trọng.

Tài nguyên hỗ trợ: Đánh giá sự sẵn có của các tài nguyên hỗ trợ do nhà sản xuất cung cấp. Các tài nguyên này có thể bao gồm hướng dẫn sử dụng, hướng dẫn khắc phục sự cố, câu hỏi thường gặp, cơ sở kiến thức, hướng dẫn video hoặc diễn đàn cộng đồng. Có tài liệu hỗ trợ toàn diện và dễ tiếp cận giúp bạn giải quyết các vấn đề thông thường hoặc câu hỏi một cách tự mình.

So sánh các loại máy kiểm tra bảng mạch điện tử phổ biến trên thị trường

Hệ thống kiểm tra lỗi bo mạch – flying probe tester

Máy kiểm tra flying probe thường được sử dụng cho sản xuất theo số lượng từ thấp đến vừa và kiểm tra các mẫu nguyên mẫu. Chúng sử dụng các đầu kim di chuyển để kiểm tra mạch, linh kiện và kết nối trên bo mạch.

·    Hình ảnh bảng mục tiêu tự động DWG.

·    Kiểm tra và lập kế hoạch một phần khu vực.

·    Kiểm tra nhóm.

·    Kiểm soát tốc độ thăm dò.

·    Dữ liệu thử nghiệm đầy đủ được lưu trữ ở định dạng CSV để phân tích ngoại tuyến.

·    Cảm biến chiều cao Laser tự động.

·    Xây dựng trong tự kiểm tra.

·    GUI thân thiện với người dùng.

·    Không cần kỹ thuật viên chuyên nghiệp để vận hành.

·    Dễ dàng cài đặt Plug and Play.

·    Hình ảnh bảng mục tiêu tự động DWG.

·    Bảo vệ an toàn đầy đủ cho người vận hành.

·    Phạm vi kiểm tra cao.

·    Giá cả phải chăng nhất trên thị trường.

Máy ITC

Máy kiểm tra trong mạch được thiết kế để kiểm tra từng linh kiện và mạch trên bo mạch đã lắp ráp. Chúng sử dụng các mô-đun kim châm để tiếp xúc với các điểm kiểm tra trên bo mạch.

·    Kiểm tra mạch tốc độ cao và hiệu quả

·    Chức năng tạo thử nghiệm tự động (ATG)

·    Tính năng tự chẩn đoán từ xa

·    Dữ liệu được lưu trữ ở định dạng CSV để phân tích ngoại tuyến

·    Khả năng đo phạm vi rộng

·    Dấu chân nhỏ gọn, tiết kiệm không gian

·    Vận hành Windows® 10 thân thiện với người dùng

Máy kiểm tra vùng

Chúng có thể xác minh tính toàn vẹn của các vùng và thực hiện kiểm tra chức năng.

·    Tăng độ sâu thử nghiệm

·    Chẩn đoán lỗi ở mức pin

·    Việc tạo chương trình thử nghiệm trở nên đơn giản hơn nhiều

·    Lập trình PCB

·    Kiểm soát các chức năng bằng công nghệ của Giải pháp JTAG nhúng

Kết luận

Máy kiểm tra bảng mạch điện tử là một phần quan trọng trong ngành điện tử để đảm bảo chất lượng và độ tin cậy của bo mạch sản phẩm. Mỗi loại máy kiểm tra có ưu điểm và hạn chế riêng, và sự lựa chọn phù hợp phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của bạn, như số lượng sản xuất, phạm vi kiểm tra, ngân sách và độ phức tạp của bo mạch. Để có thông tin chi tiết và cập nhật nhất về các máy kiểm tra bo mạch điện tử hiện có trên thị trường, khuyến khích bạn tìm hiểu thêm từ các nguồn tài liệu chuyên sâu hoặc tham khảo ý kiến ​​của các chuyên gia trong lĩnh vực này.