PCB をテストするにはどうすればよいですか? ステップバイステップガイド 2023

製品の品質を向上させるためには、製造時に「適切な検査」を実施し、「不具合に関する正しい情報を設計者にフィードバックする」ことが重要です。 今回の実態調査結果から、生産技術者が基板検査にどのような課題を抱えているかをご理解いただければ幸いです。

プリント基板 (PCB) のテスト これは、ボードが意図したとおりに機能することを確認するための生産プロセスにおける重要なステップです。 この記事では、最も普及している PCB テスト手法のいくつかを検討します。

目視検査

目視検査は最も基本的なテスト形式であり、PCB に欠陥や異常がないか目視検査します。 これは手動で行うことも、マシン ビジョン システムを使用して行うこともできます。 このステップでは、検査官はコンポーネントの破損または欠落、はんだブリッジ、および肉眼で見えるその他の問題を検索します。

自動光学検査 (AOI)

AOI は、カメラとソフトウェアを利用して PCB の欠陥を検出するマシン ビジョン システムです。 AOI は、肉眼では見えませんが、コンポーネントの欠落、位置ずれ、はんだ付けの欠陥などの問題を検出できます。 AOI システムは、人間の検査員よりも大幅に高速かつ高精度で PCB を検査できます。

インサーキットテスト（ICT）

インサーキット テスト (ICT) は、ベッドオブネイル テスト フィクスチャを使用して PCB 上のテスト ポイントに接触し、PCB の機能をテストする方法です。 ICT システムは、回路のテスト ポイントに電圧または電流を印加し、その応答を測定します。 この方法では、開回路、短絡、不適切な部品値などの問題を特定できます。 ICT は、PCB の機能をテストするための迅速かつ効果的な方法です。

機能テスト

機能テストは、基板に電力を印加し、その性能を観察することによって PCB の機能を評価するプロセスです。 これには、PCB を適切な電源および入出力デバイスに接続し、一連のテスト ケースを実行してボードの機能を検証することが必要になります。 この方法では、不正な信号レベルやタイミングの問題など、他のテスト方法では検出できない問題を検出できます。

バウンダリスキャン検査

バウンダリ スキャン テストは、PCB 上のデジタル ロジックをテストする方法です。 この方法では、集積回路間の相互接続をテストするために、PCB にバウンダリスキャンセルを追加します。 開回路、短絡、縮退故障は、バウンダリスキャンセルを使用して PCB の接続をテストすることで特定できます。

チップ部品の小型化

チップ部品の小型化は、部品の入手性やコストの関係で想像以上に進んでいます。 まず、チップ部品のサイズについてですが、50％以上の企業が1005サイズのチップ部品を使用していることが分かりました。 また、47％の企業が0603以下のチップ部品を使用している。

チップサイズが小さくなるにつれて、基板上の面積も小さくなり、基板設計がより容易になります。 しかし、実装時のチップ立ちやクラックなどの実装不良や、若干のパッドサイズの大型化によるはんだ不足など、実装上のさまざまな問題が発生します。 行きます。

0603以下の部品は一般に手作業での修理が困難なため、実装後のテストや不具合発生時の故障解析を通じて、製造不良を防ぐためのフィードバックが不可欠です。 生産技術者からの正確なフィードバックに基づいて、最適な設計ルールを決定することをお勧めします。 

BGAコンポーネントの狭ピッチ

0.8mmピッチが最も多いと予想していましたが、0.3～0.5mmピッチが40割を超えて最も多い結果となりました。 基板設計者はインナーピンの抜き方に苦労しているはずだ。

0.5mm以下のピッチのBGA部品は実装トラブルが発生しやすいことが知られており、設計時にどのようにテスト・実装保証を行うか、故障個所を特定するかを検討する必要があります。 出発する必要があります。

BGA部品の目視検査や外観検査は複雑であり、X線検査による微小亀裂の検出は困難です。 したがって、電気試験が最も効果的な方法です。 しかし、外層に検査用のテストパッドを設けると、高速信号のスタブや信号の反射によるノイズ源となる。 

JTAGテストは、BGA部品をテストプローブとして扱える電気的テストであり、BGA搭載ボードのテストやデバッグに最適な検査方法です。

より高密度のシングルチッププリント基板

次に、プリント基板に関する2007年と2020年の実態調査結果を比較してみます。 ピン数の推移については、2007年のピークは5,000ピン以下でしたが、2020年のピークは1,000ピン以下に減少しました。

また、ネット数は2,000年に2007以下がピークだったが、1,000年には2020以下に減少していることも分かった。

2007年頃の産業機器はマイコンとFPGAを組み合わせたボードで構成されていましたが、2020年にはArmプロセッサを内蔵したFPGAが主流となり、XNUMXチップになりました。 減少傾向にある可能性が高いです。 

検査方法の問題

良品を良品と偽る傾向がございます。 小型化・高密度化が進む中、製品開発企業は検査方法にどのような課題を抱えているのでしょうか？

この調査では、多くの企業が外観検査、目視検査、機能テストの支援を必要としていることがわかりました。 BGA部品の増加によるテストカバレッジの低下は、外観検査や目視検査において問題となっています。 また、繊細なチップ部品の増加により、目視検査用のフィレットが小さくなっていることが分かりました。

機能テストにおいては、製品の高機能化やプロセッサがFPGAに組み込まれるワンチップ化により、テストプログラムの開発は複雑化しています。

 製品開発リソースに加え、量産テストのための開発リソースの確保も困難になってきています。 もう一つの問題は、テストプログラムの開発コストが膨らむことです。

検査データ活用の課題

次に、検査データの活用についてですが、2007年と2020年を比較すると、多くの企業が検査の品質や人員に課題を抱えているものの、若干の変化は見られます。

一方で、検査コストを課題とする企業の数は大きく変化した。 製造部門から設計部門へのフィードバックを課題とする企業が大幅に増加した。

量産検査データの蓄積と活用を検討している企業は多い。 それでも、設計部門へのフィードバックをどうすればよいか悩む場面も見られました。

設計にフィードバックするには、不良品の正確な故障解析が必要です。 しかし、狭ピッチのBGAや繊細なチップ部品は故障解析が複雑なので、どのような検査方法を使えばよいのでしょうか？ と心配しているようです

製造不良の再発防止の課題

製造上の欠陥の再発を防ぐためにどのような取り組みを行っていますか? 0603以下の繊細なチップ部品を使用する高密度実装企業の回答データです。

青色のデータは1005個以上のチップ部品を使用する中低密度実装企業の回答を示す。 やはり、デリケートなチップ部品を使っている企業は再発防止に積極的です。

多くの企業が検査データを収集・分析し、設計にフィードバックしています。 しかし、設計から製造へのフィードフォワードやテスト容易性のための設計（DFT）の取り組みはまだ進んでいないことがわかりました。

特に、テスタビリティのための設計という考え方は、エレクトロニクス実装学会において2007年初頭から訴えられてきましたが、依然として設計・製造現場には浸透していません。 設計段階で量産検査を考慮してテストカバレッジを最大化することで、製品の品質が向上し、製造上の欠陥が減少します。 設計レビューのキーワードとして「テスト容易性の設計」に取り組んでみてはいかがでしょうか。

検査問題を解決する検査方法

今回ご紹介したプリント基板や部品の動向と検査・再発防止の課題を御社の状況と比べてみていかがでしょうか？ 多くの企業が同様の課題を抱え、その解決に取り組んでおり、検査技術委員会ではその解決に向けて議論を行ったり、公開研究会などでさまざまな提案を行ったりしています。