Подписка на новости

Опрос

Нужны ли комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама

 

2011 №8

Эффективное решение по организации входного контроля технологически сложных компонентов в условиях сборочных производств

Клюквин Николай


Усложнение электронных изделий, уменьшение их размеров и применение компонентов в корпусах BGA ставят производителей электроники в сложные условия по обеспечению необходимого уровня качества и надежности выпускаемой продукции. Не секрет, что поиск и локализация дефектов в таких изделиях является трудоемкой задачей. Применение различных видов контроля — внутрисхемного и с использованием периферийного сканирования — позволяет существенно снизить затраты на локализацию сложных дефектов. Однако дефекты лучше предотвращать, чем искать и потом устранять.

В статье предложено решение по реализации входного контроля сложных электронных компонентов с использованием систем электрического контроля с «летающими» пробниками компании SPEА.

Выявление дефектов компонентов желательно проводить еще до стадии сборки изделия. Но реализация полноценного входного контроля в условиях сборочного производства весьма затруднительна и по экономическим, и по техническим причинам.

Понятно, что большинство современных компонентов просто физически невозможно проверить перед монтажом, учитывая их миниатюрность, упаковку в носители и т. п. Намного проще эту операцию осуществлять уже после сборки изделия, на этапе электрического контроля на основе разных технологий, что мы неоднократно рассматривали в своих публикациях.

Но одно дело проверить диод, транзистор или резистор, выявить короткое замыкание на плате и совсем другое — найти неявно выраженный дефект сложного цифрового компонента, например процессора, микросхемы памяти или программируемой логической матрицы.

Если дефект обнаружен и локализован уже после сборки изделия, то ремонт, связанный с заменой, например, компонента в корпусе BGA, представляет еще одну сложную задачу. И ее решение может привести к необратимому повреждению уже всего собранного и обычно дорогостоящего изделия (электронного модуля). Поэтому проверка таких технологически сложных компонентов перед сборкой бывает весьма полезной, а в некоторых случаях и просто необходимой операцией.

Другим аргументом, говорящим в пользу организации входного контроля, является актуальная в настоящий момент проблема поставок некачественных (контрафактных) компонентов. Не всегда визуально удается отличить подделку от оригинала, не говоря уже о контроле его электрических характеристик. Подделывают все, в том числе и компоненты таких известных компаний, как Altera, Xilinx, National Semiconductor, Motorola, а эти компоненты широко применяются в современных сложных электронных изделиях. С другой стороны, качество оригинальных компонентов не всегда соответствует ожиданиям потребителей.

Не секрет, что в изделиях спецтехники зачастую приходится применять импортные компоненты промышленного и даже бытового назначения, что не всегда обеспечивает требуемые показатели работоспособности и надежности. И это еще один аргумент в пользу необходимости контроля компонентов перед монтажом.

По статистике в 90% случаев дефекты проявляются именно на выходных/входных цепях и имеют достаточно выраженные критерии для их оценки. Простые тесты электрического контроля позволяют легко выявлять дефекты и обнаруживать контрафактные компоненты.

Исходя из вышесказанного, можно сделать следующие выводы:

  • Обеспечить 100%-ный входной контроль — масштабная и трудновыполнимая задача в условиях небольших сборочных производств.
  • Необходимо проводить входной контроль наиболее сложных компонентов, диагностика которых на спаянном печатном узле будет крайне затруднена или невозможна, а замена может привести к выбраковке всего печатного узла.
  • Накопление статистической информации позволит корректно подходить к допуску тех или иных компонентов на сборочные операции, выбору поставщиков и проведению рекламационной работы.

Поэтому возникает следующий вопрос: «С помощью каких технических средств можно обеспечить проведение выборочного входного контроля?»

Специализированное оборудование для проведения входного контроля компонентов достаточно сложное и дорогое. Но если принять во внимание те ограничения, которые мы поставили перед собой по контролю работоспособности электронных компонентов, решить их можно уже стандартными и распространенными техническими средствами.

Внедрение систем внутрисхемного контроля позволяет решать комплексную задачу контроля, в том числе и контроля компонентов на собранных печатных узлах.

Собственно, у производителя подобных систем и возникла идея расширения решаемых установками задач и реализации входного контроля компонентов до их установки на печатную плату. Как это часто случается, гениальная идея бывает простой и легко реализуемой, и странно, что к ней пришли только сейчас, учитывая, что опыт использования подобных установок превышает 10 лет. В нашей стране они завоевали широкую известность и популярность. Актуальность проблемы качества поставляемых компонентов возросла настолько, что ее решением пришлось заняться вплотную.

В классических средствах входного контроля одна из главных задач состоит в необходимости обеспечения электрического контакта с тестируемым компонентом через специализированные загрузочные платы и соединители (розетки, socket), специально разработанные под конкретные типы корпусов. Для систем с «летающими» пробниками такая задача уже решена по умолчанию. «Летающие» пробники в состоянии обеспечить контактирование с шариками компонента в корпусе BGA независимо от их количества, диаметра и шага (рис. 1). Возможность программирования усилия прижима, а также точность и повторяемость гарантируют отсутствие повреждения выводов при контакте.

Контактирование «летающих» пробников с шариками BGA-компонента

Рис. 1. Контактирование «летающих» пробников с шариками BGA-компонента

Конструктивно специальная оснастка в виде паллеты (панели с ячейками) обеспечивает базирование компонентов. Одно из реализованных решений показано на рис. 2. Оптическая система установки делает привязку к каждому компоненту по крайним шарикам, которые используются в качестве реперных знаков. Такая привязка позволяет сделать коррекцию по положению для каждого шарика компонента с учетом всех зазоров между рамой и компонентом и углового смещения самого компонента и обеспечить необходимую точность позиционирования «летающих» пробников.

Оснастка в виде паллет  для фиксации компонентов

Рис. 2. Оснастка в виде паллет для фиксации компонентов

Паллету с компонентами загружают в установку, выбирают соответствующую тестовую программу (как при внутрисхемном контроле собранных печатных узлов) и начинают тестирование компонентов. Все промежуточные результаты измерений доступны и могут быть использованы различными приложениями для статистической обработки данных.

Основное ограничение, которое возникает при таком способе контроля, заключается в следующем: на тестируемый компонент не подается напряжение питания, и он не проверяется на функционирование в соответствии с назначением. Однако в большинстве случаев в этом нет необходимости, и на качестве выявления дефектов это не отражается (рис. 3).

Выявленные при помощи рентгеновского контроля дефекты микросхемы

Рис. 3. Выявленные при помощи рентгеновского контроля дефекты печатного проводника подложки и соединительного проводника микросхемы

Существуют следующие виды контроля:

  • проверка целостности защитных диодов как по входам, так и по выходам компонента;
  • проверка целостности внутренних шин питания, связей всех выводов питания с этой шиной;
  • проверка отсутствия коротких замыканий между выводами (и соединительными проводниками);
  • наличие связей между выводами и кристаллом;
  • проверка соответствия цоколевки компонента;
  • проверка идентичности импедансов группы выводов одного назначения (шины данных, шины адреса и т. д.);
  • выявление несоответствия входных/выходных цепей по токам утечки;
  • сравнение электрических показателей текущего компонента с эталонными значениями.

Выполнение всех перечисленных тестов позволяет с уже намного большей вероятностью гарантировать работоспособность компонента в составе готового изделия, а при накоплении и обработке получаемой статистики делать заключение как о надежности одиночного конкретного компонента, так и о качестве всей партии. Получение систематизированной информации о результатах контроля дает возможность предъявления аргументированных претензий поставщику.

Ну и, конечно, на этой же установке можно и нужно проверять качество получаемых печатных плат и собранных печатных узлов.

Используя это решение входного контроля в условиях отечественных производств, можно сформулировать следующие рекомендации:

  • Учитывая мелкосерийный характер большинства производств, оптимально изготовить одну универсальную оснастку сразу под разные типы корпусов.
  • Возможно проведение входного контроля и других компонентов, необязательно микросхем, которые можно зафиксировать с помощью соответствующей оснастки. В данном случае необходимо только желание и творческий подход к решению поставленной задачи.

Это решение признано эффективным по соотношению цена/качество на ряде предприятий Европы, выпускающих встраиваемые системы вычислительной техники для нужд промышленности и обороны.

Учитывая, что большинство поставленных систем серий 4040, 4020 (а теперь уже и 4060) расположены на оборонных предприятиях, предлагаемое решение позволит обеспечить качество и надежность выпускаемой продукции при ее оптимальной себестоимости.

Скачать статью в формате PDF  Скачать статью Компоненты и технологии PDF

 


Другие статьи по данной теме:

Сообщить об ошибке