Trong ngành sản xuất điện tử, chất lượng của bo mạch PCB/PCBA quyết định trực tiếp đến hiệu suất hoạt động, độ tin cậy của sản phẩm cũng như uy tín của doanh nghiệp. Chỉ một lỗi nhỏ như hàn sai vị trí, linh kiện lắp ngược hoặc tín hiệu điện không đạt yêu cầu cũng có thể khiến toàn bộ thiết bị không hoạt động hoặc gây ra các sự cố nghiêm trọng khi đưa vào sử dụng.

Chính vì vậy, quy trình kiểm tra mạch điện tử là công đoạn không thể thiếu trước khi sản phẩm được đóng gói và xuất xưởng. Thông qua các phương pháp kiểm thử khác nhau, nhà sản xuất có thể nhanh chóng phát hiện lỗi, đánh giá chất lượng lắp ráp và xác nhận khả năng hoạt động của bo mạch theo đúng thiết kế ban đầu.

Trong số các giai đoạn kiểm tra phổ biến nhất hiện nay là kiểm tra quang học trực quan, kiểm tra trong mạch (ICT- In-Circuit Test) và kiểm tra chức năng (FCT- Functional Test). Đây là những bước thiết yếu trước khi đóng gói hoặc vận chuyển.

Mỗi phương pháp có mục đích riêng, bổ trợ lẫn nhau để tạo thành quy trình kiểm soát chất lượng toàn diện, giúp giảm tỷ lệ sản phẩm lỗi, tối ưu chi phí sản xuất và nâng cao độ tin cậy của sản phẩm điện tử. Hãy cùng Trúc Lạc tìm hiểu về 3 phương pháp phổ biến này tại Phần 1.

Những tham số cần kiểm tra trong quy trình kiểm thử mạch điện tử

Khi tiến hành kiểm thử PCB hoặc PCBA, một số câu hỏi thường được đặt ra là:

Cần kiểm tra những thông số nào của bo mạch?
Mỗi phép kiểm tra nhằm đánh giá yếu tố gì?
Những lỗi nào có thể được phát hiện ở từng giai đoạn?

Thực tế, không có một phương pháp kiểm tra nào có thể phát hiện toàn bộ các lỗi trên mạch điện tử. Mỗi công đoạn sẽ tập trung đánh giá một nhóm tiêu chí khác nhau, từ chất lượng lắp ráp cơ khí, kết nối điện cho đến khả năng vận hành thực tế của sản phẩm.

Kiểm tra quang học trực quan

Kiểm tra quang học là bước đầu tiên trong quy trình kiểm tra mạch điện tử, nhằm phát hiện các khuyết tật có thể quan sát bằng mắt trước khi tiến hành các phép kiểm thử điện. Công đoạn này giúp loại bỏ sớm các lỗi lắp ráp, hạn chế việc chuyển các sản phẩm không đạt chất lượng sang những bước kiểm tra phức tạp hơn.

Việc kiểm tra có thể được thực hiện thủ công bằng kính lúp hoặc kính hiển vi đối với các sản phẩm đơn giản. Tuy nhiên, trong các dây chuyền sản xuất hiện đại, AOI (Automated Optical Inspection) đã trở thành tiêu chuẩn nhờ khả năng kiểm tra nhanh, chính xác và hoàn toàn không tiếp xúc với bo mạch.

Hệ thống AOI sử dụng camera độ phân giải cao kết hợp với thuật toán xử lý hình ảnh để so sánh hình ảnh thực tế của PCB/PCBA với dữ liệu thiết kế hoặc mẫu chuẩn. Quá trình này cho phép phát hiện nhanh các lỗi như:

• Thiếu hoặc sai linh kiện.
• Lệch vị trí linh kiện.
• Linh kiện đặt ngược chiều.
• Cầu hàn.
• Thiếu thiếc hoặc thừa thiếc.
• Mối hàn không đạt chất lượng.
• Sai kích thước hoặc hình dạng mối hàn.

Nhờ khả năng kiểm tra tự động với tốc độ cao, AOI giúp giảm đáng kể thời gian kiểm tra, hạn chế sai sót do con người và ngăn chặn các sản phẩm lỗi chuyển sang các bước kiểm thử điện như ICT hoặc FCT.

Chi tiết các hạng mục kiểm tra, mục đích và những lỗi thường gặp trong quá trình kiểm tra quang học được tổng hợp tại Bảng 1.

Kiểm tra trong mạch (ICT – In-Circuit Test)

Sau khi hoàn thành kiểm tra quang học, bo mạch sẽ tiếp tục được đánh giá bằng kiểm tra trong mạch (ICT). Đây là một trong những phương pháp kiểm thử quan trọng nhất trong sản xuất PCB/PCBA, giúp xác minh chất lượng lắp ráp và tình trạng của từng linh kiện trên bo mạch trước khi cấp nguồn hoạt động.

Thông qua hệ thống đầu dò (test fixture), ICT tiếp xúc trực tiếp với các điểm kiểm tra (Test Point) trên PCB để đo các thông số điện của từng linh kiện và từng mạng tín hiệu.

Những nội dung thường được kiểm tra bao gồm:

• Giá trị điện trở, tụ điện, cuộn cảm.
• Diode, transistor và IC.
• Tính thông mạch (Continuity).
• Phát hiện ngắn mạch (Short Circuit).
• Hở mạch (Open Circuit).
• Giá trị nguồn và điện áp tham chiếu.
• Chất lượng hàn lắp.
• Một số đặc tính tín hiệu điện cơ bản.

Do thực hiện khi bo mạch chưa được cấp nguồn hoạt động, ICT tập trung đánh giá tính chính xác của quá trình sản xuất và lắp ráp hơn là khả năng vận hành của sản phẩm.

Ưu điểm nổi bật của ICT là khả năng phát hiện nhanh các lỗi phát sinh trong quá trình SMT hoặc DIP, giúp loại bỏ sản phẩm lỗi ngay từ đầu, giảm chi phí sửa chữa và hạn chế lỗi lan sang các công đoạn sau.

Các hạng mục kiểm tra, mục đích và những lỗi phổ biến trong quá trình ICT được trình bày chi tiết tại Bảng 2.

Kiểm tra chức năng (FCT – Functional Circuit Test)

Nếu ICT kiểm tra từng linh kiện riêng lẻ thì FCT (Functional Circuit Test) lại đánh giá toàn bộ bo mạch trong điều kiện hoạt động thực tế.

Trong quá trình kiểm tra, hệ thống sẽ cấp nguồn đúng điện áp làm việc, mô phỏng các tín hiệu đầu vào giống như khi sản phẩm được sử dụng ngoài thực tế, đồng thời đo lường và phân tích các tín hiệu đầu ra để xác nhận bo mạch hoạt động đúng theo thiết kế.

Thông qua FCT, nhà sản xuất có thể đánh giá:

• Khả năng khởi động của bo mạch.
• Hoạt động của vi điều khiển hoặc bộ xử lý.
• Các giao tiếp truyền thông như UART, SPI, I2C, CAN, Ethernet…
• Tín hiệu Analog và Digital.
• Nguồn điện đầu ra.
• Hoạt động của cảm biến, relay, động cơ hoặc các thiết bị ngoại vi.
• Độ ổn định của toàn bộ hệ thống trong điều kiện vận hành.

Một điểm dễ gây nhầm lẫn là cả ICT và FCT đều là các phép kiểm thử điện. Tuy nhiên, mục tiêu của hai phương pháp hoàn toàn khác nhau.

ICT chủ yếu kiểm tra từng linh kiện và các kết nối điện khi bo mạch chưa được cấp nguồn, nhằm phát hiện các lỗi trong quá trình sản xuất. Trong khi đó, FCT kiểm tra toàn bộ chức năng của bo mạch bằng cách cấp nguồn hoạt động, mô phỏng điều kiện sử dụng thực tế và đánh giá phản hồi của hệ thống.

Có thể hiểu đơn giản rằng, nếu ICT trả lời câu hỏi “Bo mạch đã được lắp ráp đúng hay chưa?”, thì FCT sẽ xác nhận “Bo mạch có thực sự hoạt động đúng chức năng theo thiết kế hay không?”.

Việc kết hợp ICT và FCT giúp doanh nghiệp vừa kiểm soát chất lượng lắp ráp, vừa đảm bảo hiệu năng vận hành của sản phẩm trước khi xuất xưởng.

Chi tiết các hạng mục kiểm tra, mục đích và những lỗi thường gặp trong quá trình FCT được trình bày tại Bảng 3.

Lời kết

Kiểm tra mạch điện tử không chỉ là bước xác nhận chất lượng cuối cùng mà còn là một phần quan trọng trong hệ thống kiểm soát chất lượng của dây chuyền sản xuất PCB/PCBA. Ba phương pháp phổ biến gồm AOI, ICT và FCT đều đảm nhiệm những vai trò riêng, từ phát hiện lỗi lắp ráp, đánh giá đặc tính điện cho đến kiểm chứng khả năng hoạt động thực tế của sản phẩm. Việc kết hợp đầy đủ các phương pháp kiểm thử này giúp nâng cao độ tin cậy của bo mạch, giảm tỷ lệ sản phẩm lỗi và tối ưu chi phí sản xuất.

Ở phần tiếp theo, chúng ta sẽ tìm hiểu quy trình thực hiện kiểm tra mạch điện tử để đảm bảo kết quả kiểm tra đạt độ chính xác cao.