【導(dǎo)讀】隨著各行業(yè)對(duì)高效完成大批量生產(chǎn)的需求日益增強(qiáng)，構(gòu)建穩(wěn)健的測(cè)試策略也變得至關(guān)重要。此篇是德科技署名文章旨在深入探討簡(jiǎn)易電路板生產(chǎn)制造領(lǐng)域中適用的創(chuàng)新測(cè)試方法，力求在保障質(zhì)量的前提下，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率的最優(yōu)化。
摘要
隨著各行業(yè)對(duì)高效完成大批量生產(chǎn)的需求日益增強(qiáng)，構(gòu)建穩(wěn)健的測(cè)試策略也變得至關(guān)重要。此篇是德科技署名文章旨在深入探討簡(jiǎn)易電路板生產(chǎn)制造領(lǐng)域中適用的創(chuàng)新測(cè)試方法，力求在保障質(zhì)量的前提下，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率的最優(yōu)化。
本文探討了制造商在PCBA（印刷電路板組件）電路板批量測(cè)試環(huán)節(jié)中所面臨的種種挑戰(zhàn)，并揭示了創(chuàng)新技術(shù)如何重塑電子制造業(yè)的格局。文章通過聚焦前沿測(cè)試方法、先進(jìn)測(cè)試裝備及經(jīng)過優(yōu)化的精簡(jiǎn)測(cè)試流程，系統(tǒng)闡述了促使PCBA測(cè)試?yán)砟罡镄碌暮诵囊?。通過這些改進(jìn)，制造商有望提升測(cè)試效率、節(jié)約時(shí)間與成本、提高工作效率、提升產(chǎn)品品質(zhì)，并推動(dòng)產(chǎn)量增長(zhǎng)。
引言
當(dāng)今，電子產(chǎn)品已滲透到人們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷?，隨著物聯(lián)網(wǎng)（IoT）設(shè)備、消費(fèi)醫(yī)療設(shè)備及汽車電子等各類互聯(lián)電子產(chǎn)品的不斷興起，它們成為了不可或缺的存在。這些產(chǎn)品普遍具備一個(gè)共同特征：生產(chǎn)規(guī)模龐大，但電路板設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單。這一特點(diǎn)給制造商帶來了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，他們既需保持高效運(yùn)轉(zhuǎn)的生產(chǎn)速度，又需對(duì)電路板進(jìn)行大規(guī)模測(cè)試。因此，探尋一種更具成本效益的大規(guī)模生產(chǎn)和測(cè)試方式，成為了當(dāng)務(wù)之急。
隨著科技的迅猛進(jìn)步，市場(chǎng)對(duì)高性價(jià)比電子產(chǎn)品的需求急劇上升，也推動(dòng)了整個(gè)社會(huì)對(duì)大規(guī)模生產(chǎn)制造的需求空前高漲。制造商正承受著革新生產(chǎn)工藝、削減成本及優(yōu)化生產(chǎn)周期的巨大壓力，急需解決上述挑戰(zhàn)，進(jìn)而應(yīng)對(duì)電子設(shè)備需求的持續(xù)增長(zhǎng)。在此背景下，針對(duì)這些產(chǎn)品的在線測(cè)試流程也需與時(shí)俱進(jìn)，緊密貼合行業(yè)發(fā)展的動(dòng)態(tài)需求。
面對(duì)行業(yè)格局的持續(xù)變遷，制造商正站在轉(zhuǎn)型的十字路口。當(dāng)前的首要任務(wù)是降低電子產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，同時(shí)提升運(yùn)營(yíng)效率和靈活性。他們需要克服多方面的挑戰(zhàn)，包括生產(chǎn)流程的精簡(jiǎn)、運(yùn)營(yíng)成本的削減以及生產(chǎn)周期的加速等。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，制造商必須巧妙融合創(chuàng)新方法與先進(jìn)技術(shù)，從而優(yōu)化在線測(cè)試流程，并確保電子產(chǎn)品的質(zhì)量與功能，如圖1所示。
圖 1： 包含多個(gè)測(cè)試站點(diǎn)的典型生產(chǎn)線
傳統(tǒng)測(cè)試方法面臨的困境與挑戰(zhàn)
近年來，整個(gè)市場(chǎng)對(duì)大批量生產(chǎn)PCB電路板的需求大幅增長(zhǎng)，這就要求制造商必須簡(jiǎn)化生產(chǎn)流程，以縮短生產(chǎn)周期。
確保生產(chǎn)高質(zhì)量的關(guān)鍵之一在于測(cè)試流程，尤其對(duì)于那些需要定期測(cè)試和閃存編程的電路板而言，這一環(huán)節(jié)至關(guān)重要。傳統(tǒng)的測(cè)試方案通常設(shè)置多個(gè)測(cè)試站點(diǎn)，包括在線測(cè)試（ICT）、閃存編程和功能測(cè)試。但這種方法因測(cè)試吞吐量受限，且需設(shè)置多個(gè)測(cè)試站點(diǎn)導(dǎo)致成本高昂，并不適用于大規(guī)模生產(chǎn)。
借助行業(yè)方法和解決方案，輕松應(yīng)對(duì)大批量生產(chǎn)
為了應(yīng)對(duì)大批量生產(chǎn)簡(jiǎn)易電路板過程中出現(xiàn)的測(cè)試難題，一種有效的解決方案是采用電路板拼板生產(chǎn)技術(shù)。在制造業(yè)中，使用高多層PCB拼板已蔚然成風(fēng)，這一技術(shù)能夠顯著提升生產(chǎn)效率和產(chǎn)量。鑒于低成本電子產(chǎn)品往往體積小且簡(jiǎn)單，因此可以將多塊這樣的電路板拼合成一個(gè)尺寸適中的面板，進(jìn)而便于管理和操作。
PCB拼板技術(shù)是指制造商將多塊電路板組合成一塊，并將它們裝配成一個(gè)整體陣列。該技術(shù)通過將這些體積小、簡(jiǎn)易的電路板拼合成一個(gè)尺寸適中的面板，使得它們?cè)谏a(chǎn)線上的傳輸更加經(jīng)濟(jì)高效。
通過拼板技術(shù)，操作人員只需加載一個(gè)面板文件，便能同時(shí)測(cè)試所有電路板。在組裝完成后的分割環(huán)節(jié)中，面板會(huì)被拆分成單獨(dú)的PCB，這一過程被稱之為裁板。隨后，每塊電路板都能輕松完成裁板或是從陣列中分離，然后進(jìn)行封裝或是安裝到產(chǎn)品中。
在生產(chǎn)過程中，簡(jiǎn)易電路板的組裝通常十分高效，這就要求測(cè)試環(huán)節(jié)也需具備較快的周轉(zhuǎn)速度，以確保與生產(chǎn)速度相匹配。
許多行業(yè)都在大量使用簡(jiǎn)易的電路板器件，例如：
汽車電子元器件，例如傳感器電路板、控制器電路板和發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元（ECU）
醫(yī)療器械，例如血糖儀、血壓監(jiān)測(cè)儀和脈搏血氧儀
物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，例如智能音箱、智能門鎖和家庭安防系統(tǒng)
移動(dòng)設(shè)備，例如智能手機(jī)、可穿戴設(shè)備和平板電腦
PCB拼板技術(shù)不僅使小型電路板能夠更好地適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)流程，還顯著提升了生產(chǎn)效率。其優(yōu)勢(shì)包括節(jié)省時(shí)間與成本、提升工作效率、增強(qiáng)產(chǎn)品質(zhì)量以及提高產(chǎn)量。
PCB面板并行測(cè)試如何提高測(cè)試效率？
采用并行測(cè)試方法，可以同時(shí)測(cè)試多塊電路板。這種PCB面板并行測(cè)試的方式，能夠高效地進(jìn)行在線測(cè)試，以滿足大規(guī)模生產(chǎn)的需求（見表1）。
表 1：順序測(cè)試與并行測(cè)試的用時(shí)比較
舉例來說，如果單塊電路板的測(cè)試時(shí)間為6秒，那么為了滿足大規(guī)模生產(chǎn)的需求，就必須確保每6秒能測(cè)試4塊電路板，即每小時(shí)的測(cè)試總量需達(dá)到2,400塊。若測(cè)試人員每次僅測(cè)試一塊電路板，顯然無法滿足這一要求。因此，為了達(dá)到所需的測(cè)試吞吐量，制造商需考慮以下兩種方案：
購(gòu)買4臺(tái)測(cè)試儀，但這需要配備更多操作人員并占用更大的測(cè)試場(chǎng)地
購(gòu)買一臺(tái)能夠并行測(cè)試4塊電路板的測(cè)試儀
若使用一臺(tái)測(cè)試儀依次測(cè)試4塊電路板，所需時(shí)間將是單塊電路板測(cè)試時(shí)間的4倍，總計(jì)達(dá)16秒。但若能實(shí)現(xiàn)4塊電路板的并行測(cè)試，則整體測(cè)試時(shí)間可縮減至約6秒。相較于順序測(cè)試，這種方法能節(jié)省10秒的測(cè)試時(shí)長(zhǎng)。
大規(guī)模并行測(cè)試——盡最大可能提高測(cè)試效率，縮短測(cè)試時(shí)間
對(duì)大批量簡(jiǎn)易的PCBA執(zhí)行測(cè)試，需采用一種集ICT（在線測(cè)試）、閃存編程與功能測(cè)試于一體的測(cè)試系統(tǒng)，以滿足大批量生產(chǎn)的作業(yè)要求。而對(duì)電路板執(zhí)行大規(guī)模的并行測(cè)試，則能借助多個(gè)測(cè)試核心點(diǎn)位實(shí)現(xiàn)多塊電路板的同時(shí)測(cè)試。
在傳統(tǒng)的測(cè)試配置中，在線測(cè)試設(shè)備通常僅支持同時(shí)測(cè)試最多4塊電路板。但在追求高效能與大批量生產(chǎn)的制造環(huán)境中，對(duì)更多電路板執(zhí)行并行測(cè)試的需求日益增長(zhǎng)。為了滿足這一需求，在線測(cè)試設(shè)備需具備同時(shí)測(cè)試10至20塊電路板的能力。
由于采用了更簡(jiǎn)單且更緊湊的電路板設(shè)計(jì)，因此簡(jiǎn)易的電子產(chǎn)品可以在一塊尺寸大小相宜的面板上布置20塊電路板。而具備大規(guī)模并行測(cè)試能力的在線測(cè)試設(shè)備，其配備的測(cè)試核心點(diǎn)位能夠同時(shí)對(duì)面板上的所有電路板進(jìn)行測(cè)試。這種測(cè)試方式實(shí)際上是將多個(gè)測(cè)試設(shè)備的功能整合到了一個(gè)完整的系統(tǒng)中。
此外，大規(guī)模并行測(cè)試能夠顯著提升面板測(cè)試的密度，實(shí)現(xiàn)在同一塊面板上同時(shí)對(duì)更多電路板進(jìn)行并行測(cè)試。這樣一來，對(duì)于額外的裝置、測(cè)試人員以及占地面積的需求便大大減少，進(jìn)而降低成本并增強(qiáng)生產(chǎn)的可擴(kuò)展性?？偟膩碚f，大規(guī)模并行測(cè)試相較于標(biāo)準(zhǔn)并行測(cè)試，在大批量生產(chǎn)制造領(lǐng)域展現(xiàn)出了更為顯著的優(yōu)勢(shì)。
表2展示了針對(duì)單塊電路板、集成了4塊電路板的PCB面板以及集成了6塊電路板的PCB面板所進(jìn)行的基準(zhǔn)測(cè)試結(jié)果。測(cè)試結(jié)果顯示，隨著PCB面板上電路板數(shù)量的增加，測(cè)試吞吐量也相應(yīng)提升。這一成效得益于并行測(cè)試能夠同時(shí)對(duì)多個(gè)電路板進(jìn)行測(cè)試，從而有效縮短了整體的測(cè)試時(shí)間。
表 2：順序測(cè)試與并行測(cè)試 PCBA 的測(cè)試時(shí)間
相較而言，順序測(cè)試一次只測(cè)試一塊電路板。由于需要對(duì)其完成所有測(cè)試才能開始測(cè)試下一塊電路板，因此測(cè)試速度比較慢，容易在測(cè)試流程中形成瓶頸，進(jìn)而影響整體測(cè)試效率。而若采用并行測(cè)試，即同時(shí)檢測(cè)多個(gè)單元，則能有效縮短每個(gè)單元的測(cè)試時(shí)間。這一改進(jìn)對(duì)于提升整體測(cè)試的吞吐量和效率具有重要意義，能夠極大地優(yōu)化測(cè)試流程。
結(jié)語
在簡(jiǎn)易PCB的大批量生產(chǎn)制造中，為了優(yōu)化測(cè)試流程，制造商除了使用并行測(cè)試系統(tǒng)之外，還采用了拼板技術(shù)。此技術(shù)能夠?qū)⒊叽巛^小、結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單的電路板整合為易于管理的拼板尺寸中，不僅提升了成本效益，還大幅縮短了裝載與測(cè)試所需的時(shí)間。同時(shí)，通過實(shí)施大規(guī)模并行測(cè)試，操作人員能夠同時(shí)對(duì)多塊電路板進(jìn)行測(cè)試，這不僅確保了測(cè)試的高效進(jìn)行，還簡(jiǎn)化了功能測(cè)試的測(cè)量流程，并為應(yīng)對(duì)大批量生產(chǎn)制造簡(jiǎn)易電路板過程中遇到的挑戰(zhàn)，提供了經(jīng)濟(jì)高效的解決方案。因此，大規(guī)模并行測(cè)試已成為在電路板大批量生產(chǎn)環(huán)境中執(zhí)行測(cè)試不可或缺的核心方案，能夠迅速提供準(zhǔn)確可靠的測(cè)試結(jié)果。
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作者：是德科技產(chǎn)品營(yíng)銷經(jīng)理 Choon-Hin Chang
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