تست الکتریکی PCB: مفهوم، اهمیت و ضرورت اجرا

تست الکتریکی PCB یکی از مراحل حیاتی در فرآیند تولید بردهای مدارچاپی است که صحت عملکرد مدارها را پیش از مونتاژ قطعات تضمین می‌کند. این مقاله به بررسی مفهوم تست الکتریکی، انواع روش‌های آن، و مهم‌تر از همه، زمان‌هایی که انجام این تست واقعاً ضروری است می‌پردازد. با استناد به قانون “10 برابری” در صنعت الکترونیک، نشان خواهیم داد که تشخیص زودهنگام عیوب در مراحل اولیه تولید، چه میزان در کاهش هزینه‌ها و افزایش قابلیت اطمینان محصول نهایی مؤثر است.

۱. مقدمه

در فرآیند تولید بردهای مدارچاپی (PCB)، به دلایل مختلفی مانند عوامل خارجی، مشکلات فرآیندی یا مواد اولیه، امکان بروز عیوبی مانند اتصال کوتاه (Short Circuit)، مدار باز (Open Circuit) و نشتی جریان (Leakage) وجود دارد . با توجه به روند رو به رشد صنعت الکترونیک به سمت تولید بردهای با تراکم بالا (HDI)، گام‌های ریز (Fine Pitch) و لایه‌های متعدد، احتمال بروز این عیوب افزایش یافته و لزوم بازرسی دقیق‌تر بیش از پیش احساس می‌شود .

تست الکتریکی (E-test) روشی استاندارد برای اطمینان از صحت عملکرد الکتریکی بردهای مدارچاپی است. این تست نه تنها برای تولیدکنندگان PCB، بلکه برای مجموعه‌سازی‌کنندگان قطعات الکترونیکی (PCBA) و مصرف‌کنندگان نهایی از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. در این مقاله، ضمن بررسی جنبه‌های فنی تست الکتریکی، به این پرسش کلیدی پاسخ خواهیم داد که “چه زمانی انجام این تست واقعاً ضروری است؟”

۲. تست الکتریکی PCB چیست؟

تست الکتریکی فرآیندی است که طی آن، نقشه اتصالات الکتریکی (Netlist) برد ساخته‌شده با طراحی اولیه مقایسه می‌شود . این تست معمولاً توسط دستگاه‌های خودکار تست الکتریکی (ATE) انجام می‌شود و دو هدف اصلی را دنبال می‌کند:

۲.۱. تست پیوستگی (Continuity Test)

در این تست، مقاومت بین نقاط مختلف یک شبکه الکتریکی بررسی می‌شود. اگر مقاومت اندازه‌گیری‌شده از یک آستانه مشخص (معمولاً ۱۰ اهم) کمتر باشد، شبکه سالم و متصل است. اگر مقاومت بالاتر از ۱۰ مگااهم باشد، به معنای “مدار باز” (Open) تلقی می‌شود .

۲.۲. تست ایزولاسیون (Isolation Test)

این تست برای اطمینان از عدم وجود اتصال ناخواسته بین دو شبکه مجزا انجام می‌شود. در این روش، ولتاژی بین دو شبکه اعمال شده و مقاومت عایقی بین آنها اندازه‌گیری می‌شود. مقاومت پایین‌تر از حد مجاز، نشان‌دهنده “اتصال کوتاه” (Short) است .

۲.۳. پارامترهای پیشرفته‌تر

با پیشرفت فناوری و افزایش سرعت مدارها، تست‌های صرفاً باز و بسته بودن مدار کافی نیستند. امروزه تست‌های پیشرفته‌تری مانند:

• تست امپدانس مشخصه (Impedance Testing): برای اطمینان از تطابق امپدانس در خطوط انتقال فرکانس بالا
• تست مقاومت DC با روش چهارسیمه (4-Wire Kelvin Testing): برای اندازه‌گیری دقیق مقاومت‌های بسیار پایین
• تست ولتاژ بالا (Hi-Pot Testing): برای اطمینان از عایق‌بندی مناسب در بردهای با ولتاژ کاری بالا

۳. چه زمانی تست الکتریکی واقعاً لازم است؟

۳.۱. قانون “۱۰ برابری” (The Rule of 10’s)

یکی از مهم‌ترین دلایل انجام تست الکتریکی در مراحل اولیه تولید، قانون مشهور “۱۰ برابری” در صنعت الکترونیک است. این قانون بیان می‌کند که هزینه کشف و رفع یک عیب با پیشرفت فرآیند تولید، به صورت تصاعدی افزایش می‌یابد .

برای درک بهتر این قانون، مثال زیر را در نظر بگیرید:

• اگر یک مدار باز بلافاصله پس از تولید برد خام (Bare Board) شناسایی شود، هزینه رفع آن تنها معادل تعمیر یک خط یا حداکثر از دست دادن همان یک برد است .
• اگر همین عیب پس از مونتاژ قطعات روی برد (PCBA) شناسایی شود، هزینه آن شامل: قطعات نصب‌شده، دستمزد بازکاری، تست مجدد و … خواهد بود که می‌تواند ۱۰ برابر حالت اول باشد .
• در بدترین سناریو، اگر عیب پس از تحویل محصول نهایی به مشتری (مثلاً در یک تلفن همراه یا خودرو) شناسایی شود، هزینه آن شامل فراخوانی محصول، تعمیرات گسترده، و از دست رفتن اعتبار برند خواهد بود که ۱۰۰ تا ۱۰۰۰ برابر هزینه رفع عیب در مرحله اولیه است .

۳.۲. مراحل ضروری تست در فرآیند تولید

بر اساس استانداردهای صنعت، تست الکتریکی باید حداقل در سه مرحله از فرآیند تولید انجام شود :

۱. پس از اچ لایه‌های داخلی (Inner Layer Etching): در بردهای چندلایه، پیش از اتصال لایه‌ها به یکدیگر، باید از سلامت هر لایه اطمینان حاصل شود.

۲. پس از اچ لایه‌های خارجی (Outer Layer Etching): پس از تکمیل مدارهای لایه‌های بیرونی، تست نیمه‌ساخته انجام می‌شود.

۳. برد نهایی (Final Product): پس از تکمیل کلیه فرآیندهای ساخت و پیش از ارسال به مشتری، یک تست ۱۰۰٪ برای اطمینان از کیفیت نهایی انجام می‌شود.

۳.۳. کاربردهای خاص و حیاتی

تست الکتریکی در شرایط زیر از یک “اقدام خوب” به یک “ضرورت انکارناپذیر” تبدیل می‌شود :

• کاربردهای با قابلیت اطمینان بالا (High-Reliability Applications): صنایع هوافضا، تجهیزات پزشکی، نظامی و خودروسازی
• بردهای با سرعت بالا (High-Speed Designs): الزام به تست امپدانس و یکپارچگی سیگنال
• بردهای با ولتاژ بالا (High-Voltage Applications): منابع تغذیه، شارژرهای سریع و تجهیزات صنعتی
• تولید انبوه (Mass Production): برای اطمینان از یکنواختی کیفیت در تمامی بردهای تولیدی

۴. روش‌های اصلی تست الکتریکی

۴.۱. تست پرواز پروب (Flying Probe Testing)

در این روش، ۲ تا ۸ پروب متحرک مانند بازوهای رباتیک روی سطح برد حرکت کرده و نقاط مختلف را تست می‌کنند . این روش نیاز به ساخت فیکسچر (قالب) ندارد و هزینه راه‌اندازی آن پایین است، اما سرعت آن نسبتاً کم است (حدود ۱۰ تا ۴۰ نقطه در ثانیه) .

زمان مناسب استفاده: نمونه‌سازی (Prototyping)، تولیدات محدود (کمتر از ۱۰۰ عدد) و بردهای با تراکم بسیار بالا .

۴.۲. تست با فیکسچر ثابت (Bed of Nails Testing)

در این روش، فیکسچری شامل صدها یا هزاران پروب فنری ساخته می‌شود که همزمان با تمام نقاط تست روی PCB تماس پیدا می‌کنند . سرعت این روش بسیار بالاست (چند ثانیه برای کل برد) اما هزینه ساخت فیکسچر قابل توجه است (هزاران دلار) .

زمان مناسب استفاده: تولید انبوه (هزاران عدد و بیشتر) .

۴.۳. تست عمومی (Universal Grid Testing)

این روش مبتنی بر شبکه‌ای از نقاط با فواصل استاندارد است و با استفاده از ماسک‌های متغیر، امکان تست انواع بردها را با هزینه کمتر فراهم می‌کند .

۵. نتیجه‌گیری

تست الکتریکی PCB فراتر از یک فرآیند کنترلی ساده، یک ابزار استراتژیک برای مدیریت ریسک و هزینه در طول چرخه عمر محصول است. با توجه به قانون “۱۰ برابری”، سرمایه‌گذاری در تست‌های دقیق و به‌موقع در مراحل ابتدایی تولید، نه تنها هزینه‌های آتی را کاهش می‌دهد، بلکه از بروز فجایع کیفیتی در سطح مشتریان نهایی جلوگیری می‌کند.

انتخاب روش مناسب تست (پرواز پروب، فیکسچر ثابت یا ترکیبی از آنها) باید بر اساس حجم تولید، تراکم برد، بودجه و الزامات کیفی محصول تعیین شود. در نهایت، تولیدکنندگان PCB ملزم به توافق با مشتریان خود در مورد شرایط تست، روش‌ها و استانداردهای پذیرش (مانند IPC-9252) هستند تا اطمینان حاصل شود که محصول نهایی تمامی الزامات را برآورده می‌کند .