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最隹化大量低复杂度PCB测试的生产效率策略
 

【作者: Choon-Hin Chang】2024年10月29日 星期二

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随着各行各业对高效量产的需求与日俱增,稳健的测试策略变得至关重要。本文探讨创新的测试方法如何在不影响低复杂度电路板制造品质的前提下最隹化效率。并说明制造商在大量进行印刷电路板组装(PCBA)测试中遇到的挑战,以及创新技术如何重塑电子制造业的格局,文中将透过探讨顶尖方法、先进测试设备和简化流程,介绍影响PCBA测试思维的关键因素。



随着物联网(IoT)设备、消费性医疗设备和汽车电子等连网产品的出现,电子产品已渗透到我们的日常生活,且广泛应用於各个领域。这些产品具有一个共同特点,即大量生产、低复杂度的电路板。对於制造商而言,如何在大规模测试电路板的同时维持生产率是一项巨大挑战;因此他们迫切需要一种更具成本效益的大量生产和测试方法。


科技的快速发展引发了对具成本效益电子产品的巨大需求,进一步推动量产的迫切需求。制造商面临着改进制造流程、降低成本和缩短生产时间的压力,以满足市场对电子设备日益增长的需求。因此,针对这些产品所使用的电路测试(ICT)流程也必须随着快速变化的产业需求进行因应及调整。


面对这一趋势,制造商正处於转型的关键时刻, 必须以更低的成本生产电子产品,同时实现营运效率和灵活性。此挑战涵盖多个面向,包括简化制造流程、降低营运成本和加快生产周期。如图一所示,该策略需要创新方法和先进技术的相互配合,来最隹化ICT流程,以确保电子产品品质和功能。



图一 : 典型的生产线配备多个测试站
图一 : 典型的生产线配备多个测试站

传统测试方法面临的挑战

近年来,量产低复杂度PCB的需求显着增加,因此必须通过缩短生产时间来简化制造流程。


确保高品质生产的一个关键在於测试过程,特别是对於需要定期测试阶段和快闪记忆体程式设计的电路板尤为重要。此类电路板的传统测试协定通常涉及多个测试站,包括ICT、快闪记忆体程式设计和功能测试。然而,由於测试输出量的限制和多个测试站的相关成本很高,这种方法不适合大量生产。


驾驭大量生产:业界方法和解决方案

克服大量进行低复杂度 PCB测试的方法之一是采用PCB拼板(panelization)制造技术。使用拼板化电路板已是常见的制造技术,可提高生产的吞吐量和产量。低成本电子产品通常较小且复杂度较低,因此可将多块此类电路板装入一个可管理大小的面板中。


在PCB拼板中,制造商将多块电路板组合成一块电路板,并将它们组装成单一阵列。 这种技术将这些较小且较不复杂的电路板装入一个大小适中的面板,使其在组装线上移动更具成本效益。


组成面板的电路板使操作员只需装载一块面板就可同时测试所有电路板。在组装後的分割过程中,面板会分成独立的PCB,这一过程称为裁切(depanelization)。单个电路板可随时从阵列中分离出来,以进行包装或安装到产品中。


生产过程中,低复杂度电路板的组装通常很快,因此需要快速的测试周转时间,以满足生产速度。


以下是各产业大量、低复杂度电路板设备的例子:


· 车用电子产品,包括感测器电路板、控制器电路板和引擎控制单元(ECU)


· 医疗设备,如血糖仪、血压计和脉搏血氧仪


· 物联网设备,包括智慧音响、智慧门锁和家庭安全系统


· 行动装置,如智慧手机、穿戴式装置和平板电脑


PCB拼板不仅能帮助较小的电路板符合标准生产流程,还能提高生产效率。PCB拼板的优点还包括节省时间和成本、提高工作效率、提高产品品质和增加产量。


并联电路板测试如何提高测试效率?

并联测试方法可同时测试多个电路板。这种测试有助於进行ICT,从而满足大量生产的需求(表一)。


表一:顺序测试与并行测试时间

测试方法

单板测试时间

电路板数量

总测试时间

顺序测试

6

20

120

并联测试

6

20

30

例如,如果单个电路板的测试时间为6秒钟,为了满足大量生产的需求,必须每6秒测试4块电路板,每小时测试2,400块电路板。每台测试机一次测试一块电路板不足以满足这些需求。为达到所需的产量,制造商面临两种选择:购买四台测试仪,这将需要额外的操作员和占地面积;或是投资一台能并联测试所有四块电路板的测试仪。 使用一台测试仪顺序测试四块电路板所需的时间是单板测试的四倍,共16秒。然而,并联测试四块电路板可将总测试时间缩短至约 6 秒。相比顺序测试四块电路板,该方法可节省10秒钟的测试时间。

大规模并联测试最大化测试效率并缩短测试时间

大量、低复杂度PCBA测试需要能够进行ICT、快闪记忆体程式设计和功能测试的测试系统,以满足大量生产的需求。大规模并联电路板测试可使用多个测试核心同时测试多个电路板。


在传统设置中,ICT测试仪同时测试的极限为四块电路板。然而,进行大量生产时,效率和产量至关重要,因此需要能够并联测试更多电路板。为满足这项需求,ICT测试仪必须做到能够并联测试10到20块电路板。


由於低复杂度的电路板设计更简单且小巧,单个可管理大小的面板上可容纳20块电路板。能够进行大规模并联测试的ICT测试仪配备测试核心,可同时执行面板上所有电路板的测试。这种方法将多个测试仪整合到一个统一的系统中。


此外,大规模并联测试可在单个面板上同时测试更多电路板,增加面板测试的密度,减少对夹具、测试操作员和占地面积的需求,从而节省成本并提高生产可扩展性。总结而言,大规模并联测试比标准并联测试更具优势,尤其在大量生产领域。


图二显示在单个电路板、四块电路板和六块电路板进行的基准测试,证明随着面板数量的增加,产量也随之增加。并联测试将这一结果归因於同时测试多个电路板,从而缩短整体测试时间。



图二 : PCBA顺序测试与并联测试的时间比较
图二 : PCBA顺序测试与并联测试的时间比较

相比之下,每次只评估一个电路板的顺序测试,由於必须完成每个测试才能开始下一个测试,因此测试速度较慢。该方法会导致测试出现瓶颈,从而影响整体测试速度。然而,实施并联测试可同时评估多个电路板,从而减少测试每个电路板所需的时间。 这一进步显着提高了测试的产量和效率,最隹化测试流程。


结论

为了最隹化大量、低复杂度PCB制造的测试流程,建议采用并联测试系统与拼板技术。这种方法有助於将较小且复杂度低的电路板整合到可管理的面板尺寸中,提高成本效益,同时显着缩短装载和测试时间。


此外,实施大规模并联测试允许操作员同时测试多块电路板,得以快速且增加测试产量、精简功能测试测量,并以具成本效益的方法克服大量生产低复杂度电路板的挑战。大规模并联测试是大量电路板测试生产环境的最隹解决方案,可提供快速可靠的测试结果。


(本文作者Choon-Hin Chang为是德科技制造和电源产品行销经理)


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