ما أنواع الاختبارات القياسية المطبَّقة على لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) / لوحات الدوائر المطبوعة المجمعة (PCBA)؟

يجب التحقق من كل لوحة إلكترونية (PCB) تمر عبر خط الإنتاج قبل وصولها إلى المستخدم النهائي. سواء كانت اللوحة الإلكترونية لوحةً بسيطةً ذات طبقة واحدة أو تجميعًا معقدًا متعدد الطبقات (PCBA)، فإن الاختبارات القياسية تضمن أداء كل لوحة إلكترونية وفقًا للغرض المقصود منها. وفي غياب الاختبار المناسب للوحات الإلكترونية، قد تتسبب اللوحات المعيبة في فشل الأنظمة، ومخاطر السلامة، والعائدات المكلفة. ويساعد فهم أنواع الاختبارات القياسية المطبَّقة على اللوحات الإلكترونية المهندسين وفرق المشتريات ومديري الجودة على اتخاذ قرارات أفضل طوال عملية الإنتاج.

اللوحة الإلكترونية المُجربة جيدًا هي أساس أي منتج إلكتروني موثوق. ويعتمد مصنعو اللوحات الإلكترونية على مجموعة من طرق الفحص البصري والكهربائي والوظيفي لاكتشاف العيوب في مراحل مختلفة. ويستهدف كل أسلوب من أساليب فحص اللوحات الإلكترونية نوعًا معينًا من الأعطال، بدءًا من مشكلات وصلات اللحام ووصولًا إلى مشكلات استمرارية المسارات. وتتناول هذه المقالة الفئات القياسية الأساسية للفحص المستخدمة في إنتاج اللوحات الإلكترونية (PCB) ولوحات الدوائر المجمعة (PCBA)، لكي تعرف بالضبط ما يمكن توقعه وما يجب أن تطلبه من مورِّدك للوحات الإلكترونية.

طرق التفتيش البصري والضوئي على اللوحات الإلكترونية

الفحص البصري اليدوي للوحات الإلكترونية

التفتيش البصري اليدوي هو أبسط شكل من أشكال اختبار لوحات الدوائر المطبوعة (PCB). ويقوم فني مُدرَّب بفحص كل لوحة دوائر مطبوعة تحت التكبير لتحديد العيوب السطحية مثل جسور اللحام، أو المكونات المفقودة، أو الأجزاء غير المحاذية بشكل صحيح، أو تلف المسارات على اللوحة. وعلى الرغم من أن التفتيش اليدوي يُعَدّ اقتصاديًا من حيث التكلفة في إنتاج لوحات الدوائر المطبوعة بكميات منخفضة، فإنه عُرضة للأخطاء البشرية ويصبح غير عملي عند تجميع لوحات الدوائر المطبوعة ذات الكثافة العالية. وغالبًا ما يستخدمه المصنِّعون كفحص أولي قبل تطبيق أدوات الاختبار الآلي للوحات الدوائر المطبوعة.

التفتيش البصري الآلي لجودة لوحات الدوائر المطبوعة (PCB)

فحص بصري آلي، ويُشار إليه عادةً بالاختصار AOI، هو إحدى طرق اختبار لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) الأساسية المستخدمة في خطوط تجميع لوحات الدوائر المطبوعة (PCBA) الحديثة. وتقوم آلة الفحص البصري الآلي بمسح سطح لوحة الدوائر المطبوعة باستخدام كاميرات عالية الدقة، ثم تقارن الصورة الملتقطة مع تصميم مرجعي للوحة الدوائر المطبوعة. ويمكن لاختبار AOI لكشف عيوب اللحام، وأخطاء في تركيب المكونات، وانعكاس الاستقطاب، وتلوث وصلات لوحة الدوائر المطبوعة (PCB pads) وبسرعة عالية. ويشكل الفحص البصري الآلي قيمة كبيرة خاصةً في تجميعات المكونات السطحية (SMT) على لوحات الدوائر المطبوعة، حيث يكون الفحص اليدوي غير موثوقٍ به. ويدمج معظم مصنّعي لوحات الدوائر المطبوعة الفحص البصري الآلي كخطوة قياسية في اختبار لوحات الدوائر المطبوعة بعد عملية لحام الانصهار (reflow soldering).

طرق اختبار لوحات الدوائر المطبوعة الكهربائية

اختبار الدوائر أثناء التشغيل لتجميعات لوحات الدوائر المطبوعة

اختبار الدائرة أثناء التشغيل (ICT) هو إحدى أكثر طرق فحص لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) الكهربائية شمولاً. ويستخدم اختبار ICT تجهيزات على شكل سرير من المسامير للاتصال المباشر بنقاط الاختبار الموجودة على لوحة الدوائر المطبوعة. ومن خلال هذه النقاط، يقيس اختبار ICT مقاومة الدائرة وسعتها ومحاثتها، كما يتحقق من وجود دوائر قصيرة أو دوائر مفتوحة على اللوحة. ويُعد هذا النوع من الاختبار فعّالاً للغاية في كشف الأعطال على مستوى المكونات في لوحات الدوائر المطبوعة المُركَّبة. ومع ذلك، يتطلب اختبار ICT تجهيزات مخصصة لكل تخطيط فريد للوحة الدوائر المطبوعة، ما يزيد من تكلفة الإعداد، لا سيما عند تصميم لوحات جديدة.

اختبار البروب الغائم لتحقق من صحة لوحات الدوائر المطبوعة

اختبار لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) باستخدام المجسات الطائرة هو بديل مرن لاختبار التحقق من التوصيلات (ICT)، وخصوصًا عند كون اللوحة في مرحلة النموذج الأولي أو عند إنتاجها بكميات صغيرة. وبدلًا من استخدام تثبيت ثابت، يعتمد اختبار لوحات الدوائر المطبوعة باستخدام المجسات الطائرة على مجسات قابلة للحركة تتنقل عبر سطح اللوحة لتلامس نقاط الاختبار إلكترونيًّا. ويتحقق هذا النوع من الاختبار من وجود دوائر مفتوحة أو دوائر قصيرة، وكذلك من قيم المكونات، دون الحاجة إلى تثبيت مخصص. وعلى الرغم من أن اختبار لوحات الدوائر المطبوعة باستخدام المجسات الطائرة أبطأ من اختبار التحقق من التوصيلات (ICT)، فإنه يوفِّر وفورات كبيرة في التكلفة لإنتاج لوحات الدوائر المطبوعة بكميات صغيرة. ويطلب العديد من مشتري لوحات الدوائر المطبوعة إجراء هذا النوع من الاختبار للتحقق من صحة النموذج الأولي قبل الانتقال إلى الإنتاج الكامل.

اختبار استمرارية لوحة الدوائر المطبوعة واختبار الجهد العالي (Hi-Pot)

تتحقق اختبارات الاستمرارية من أن جميع المسارات التوصيلية على لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) متصلة بشكل صحيح وأنه لا توجد دوائر قصيرة غير مقصودة. ويُجرى هذا الاختبار عادةً على اللوحات العارية قبل تركيب المكونات. أما اختبار الجهد العالي (Hi-pot)، أو اختبار لوحة الدوائر المطبوعة بالجهد العالي، فيطبق جهدًا مرتفعًا بين الموصلات الموجودة على اللوحة للتحقق من أن العزل قادرٌ على تحمل ظروف التشغيل دون حدوث انهيار كهربائي. ويكتسب اختبار لوحة الدوائر المطبوعة بالجهد العالي أهمية خاصةً في اللوحات المستخدمة في إلكترونيات القدرة، والأجهزة الطبية، ونظم التحكم الصناعي، حيث يُعد العزل الكهربائي أمرًا حاسمًا.

الأساليب الوظيفية والمتقدمة لاختبار لوحات الدوائر المطبوعة

الاختبار الوظيفي للدوائر في تجميعات لوحات الدوائر المطبوعة

الاختبار الوظيفي، الذي يُعرف غالبًا باسم FCT، يقيّم ما إذا كانت لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) المُجمَّعة قد تؤدي بالفعل وظيفتها الإلكترونية المقصودة. وخلال اختبار لوحة الدوائر المطبوعة وظيفيًّا، تُشغَّل اللوحة وتُطبَّق عليها إشارات لمحاكاة ظروف التشغيل الفعلية. ثم تُقاس مخرجات لوحة الدوائر المطبوعة وتُقارن مع معايير الأداء المتوقَّعة. ويُثبت هذا الاختبار أن لوحة الدوائر المطبوعة المُجمَّعة تعمل كوحدة واحدة متكاملة، بدلًا من التحقق من المكوِّنات الفردية بشكل منفصل. وهو أمرٌ بالغ الأهمية خصوصًا بالنسبة للوحات الدوائر المطبوعة المعقدة المستخدمة في أنظمة الاتصالات والإلكترونيات automobile والتجهيزات المستخدمة في الأتمتة الصناعية.

فحص الأشعة السينية واختبار لوحة الدوائر المطبوعة باستخدام تقنية Boundary Scan

يُعَدُّ فحص الأشعة السينية طريقة متقدمة لاختبار لوحات الدوائر المطبوعة (PCB)، وتُستخدم لفحص وصلات اللحام غير المرئية من الخارج، مثل تلك الموجودة أسفل مكونات BGA على لوحة الدوائر المطبوعة. ويُظهر فحص لوحات الدوائر المطبوعة بالأشعة السينية الفراغات والوصلات غير المرغوب فيها (bridging) ونقص كمية اللحام في الوصلات المخفية التي قد تفلت من الكشف بطريقة أخرى. أما فحص لوحات الدوائر المطبوعة باستخدام تقنية المسح الحدّي (Boundary scan)، والمعروف أيضًا باسم فحص JTAG، فهو نهجٌ متقدمٌ آخر يعتمد على منطق الاختبار المدمج داخل الدوائر المتكاملة المركَّبة على لوحات الدوائر المطبوعة. ويسمح المسح الحدّي للمهندسين باختبار التوصيلات بين مكوّنات لوحة الدوائر المطبوعة واتصالات أطراف المكوّنات دون الحاجة إلى الوصول المادي بواسطة مجسات. وكلا الطريقتين أصبحتا معيارًا متزايد الانتشار في التطبيقات عالية الموثوقية الـ PCB في قطاعات الطيران والدفاع والصناعات الطبية.

الأسئلة الشائعة

ما هي أكثر طريقة شائعة لاختبار لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) المستخدمة في إنتاج لوحات الدوائر المطبوعة المجمَّعة (PCBA)؟

تُعَدُّ فحوصات التفتيش البصري الآلي (AOI) إحدى أكثر طرق فحص لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) انتشارًا في إنتاج لوحات الدوائر المطبوعة المجمعة (PCBA). وهي سريعة ودقيقة وتتكامل بسهولة مع خطوط تجميع لوحات الدوائر المطبوعة القياسية بعد عملية لحام الانصهار. ويُطبِّق معظم مصنّعي لوحات الدوائر المطبوعة فحوصات التفتيش البصري الآلي كخطوة إلزامية في سير عمل ضمان الجودة لديهم.

هل يناسب اختبار الإبر الطائرة إنتاج لوحات الدوائر المطبوعة بكميات كبيرة؟

يُعدُّ اختبار الإبر الطائرة لوحات الدوائر المطبوعة الأنسب للنماذج الأولية ولإطلاق إنتاج لوحات الدوائر المطبوعة بكميات منخفضة، لأنه لا يتطلب وجود تركيبات مخصصة. أما بالنسبة لإنتاج لوحات الدوائر المطبوعة بكميات كبيرة، فيُفضَّل عمومًا استخدام الاختبار بالاختبار الكهربائي (ICT) نظرًا لقدرته على تحقيق معدل إنتاج أسرع. ويستخدم العديد من المصنّعين اختبار الإبر الطائرة للتحقق من تصاميم لوحات الدوائر المطبوعة في المراحل المبكرة، ثم ينتقلون إلى الاختبار الكهربائي (ICT) عند الانتقال إلى الإنتاج الضخم.

لماذا يكتسب الاختبار الوظيفي أهميةً بالغة حتى بعد اجتياز لوحة الدوائر المطبوعة لباقي الاختبارات؟

تُحقِّق اختبارات لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) الأخرى، مثل فحص التفتيش البصري الآلي (AOI) واختبار التحقق من التركيب (ICT)، الخصائص الفردية للوحات الدوائر المطبوعة مثل جودة اللحام وقيم المكونات، لكنها لا تؤكِّد أن لوحة الدوائر المطبوعة تعمل كنظامٍ متكامل. أما اختبار لوحة الدوائر المطبوعة الوظيفي فيقوم بتغذية التجميع بالطاقة ويختبر السلوك التشغيلي الفعلي. وبذلك يُعَدُّ اختبار لوحة الدوائر المطبوعة الوظيفي الإجراء النهائي للضمان قبل شحن منتج لوحة الدوائر المطبوعة إلى العميل.