プリント基板は電子部品の物理的な支持体であり、電気的な相互接続のための物理的サポートです。高信頼性、高密度、その他のユニークな特性により、医療機器、家電製品、産業機器などに幅広く使用されています。長年にわたってプリント基板の需要は、生産量と性能の面で急速な伸びを示しており、プリント基板と部品実装の品質管理に対する要求も、高くなっているのです。

アプリケーションに関係なく、すべてのプリント基板はプロジェクトの仕様に従って正しく機能する必要があります。したがって、プリント基板と部品実装テストは、基板が誤動作する原因となる可能性のある欠陥や機能を、製造段階で見つけるために必要不可欠なのです。この記事では、中国の専門的なプリント基板＆部品実装メーカーであるPCBgogoの工場内で運用されている、一般的なプリント基板＆部品実装テスト技術についてご説明いたします。

1. プリント基板& 部品実装テストのメリット

プリント基板& 部品実装テストにより、基板の重大なエラーを早期に発見?解決することができます。また、コスト削減、時間短縮、安全性の最適化に貢献してくれます。基板の不良の選別が間に合わずに最終生産工程に流れてしまうと、必然的に無駄が多くなってしまいます。完成品の不具合を修正するのはより困難になり、コストもかかってきます。エレクトロニクス製品の生産工程では、不良品によるコストロスは各段階でその度合いが異なります。欠陥の発見が早ければ早いほど、修正にかかるコストは安くなるのです。

2. プリント基板および部品実装テストされる欠陥について

以下は、製造工程で検査される部品実装の一般的な欠陥です。

2.1 プリント基板の場合

• オープン
• 不十分
• ショート
• 電気部品の欠落
• 位置がずれている
• 電気部品不良
• 部品違い
• はんだの盛り過ぎ
• 非電子部品の欠落
• 間違った向き
• 非電気部品の不具合

2.2 部品実装の場合

2.2.1 はんだ付けの不具合

• 回路の開放
• はんだブリッジ
• はんだショート
• はんだ不足
• はんだのボイド
• はんだの盛り過ぎ
• はんだの品質

2.2.2 コンポーネントの不具合

•  
• リードの浮き上がり
• 部品欠落
• 部品の位置ズレ?配置ミス
• 部品の値が正しくない
• 不良品

2.2.3 BGA（ボールグリッドアレイ）とCSP（チップスケールパッケージング）の不具合

• BGAのショート
• BGA回路接続の開放

3. 一般的なプリント基板および部品実装テストの技術

3.1 手動外観検査

手動外観検査は、拡大鏡や校正された顕微鏡を使用し、作業者の目視によって組み立てられた基板が、適格であるかどうかを確認する最も伝統的な検査手法です。部品点数が少なく、はんだ接合部が比較的単純な回路基板の場合、はんだ接合部やその他の目に見える不具合を発見するのに十分だと言えます。

この手法は、テストフィクスチャを必要とせず低コストです。しかし、ヒューマンエラーの可能性があります。また、検査員が飽きたり疲れたりしてしまうと、欠陥の見落としが発生する可能性があります。それに加えて、長期的なコストがかかる?検出精度が安定しない?データ収集が困難といったデメリットもあります。プリント基板の歩留まりの向上、高密度設計、部品の小型化に伴い、この検査方法は現実的ではなくなってきています。

3.2 自動光学検査（AOI）

自動光学検査（AOI）は、部品実装の両方に広く受け入れられている検査技術です。高解像度のカメラを使用し、自動的に回路基板をスキャンします。撮影した画像と元の設計ファイルを比較することで、潜在的な不具合を早期に発見することができます。

自動光学検査は通常、リフローはんだ付け段階の前と後に実施されています。発見された学部基板は再加工されます。この時点で欠陥を修正するコストは、最終テスト後に比べてほぼ10倍低くなります。高品質の標準を達成するために、PCBgogoのようないくつかのプリント基板製造業者は、異なる生産工程で何度も自動光学検査を実施します。

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3.3 自動X線検査装置（AXI）

自動光学検査は多くの種類の欠陥（部品配置、はんだショート、はんだ欠落など）を検査することができますが、特にBGAパッケージの場合はパッケージの下に隠れた接続部分やはんだを、検出することが難しいという問題があります。そこで開発されたのがX線による自動検査です。X線が対象物を通過する際の吸収の違いを利用し、隠れている対象物の構造を明らかにすることができるのです。

AXIは主に、超ファインピッチや超高密度回路基板のブリッジ、チップの欠落、アライメント不良など、組み立て工程で発生する欠陥の検出に使用されています。BGAやはんだボールについては、自動X線検査装置こそがはんだ付けの品質を検査する唯一の選択肢です。表面実装（SMT）のトレンドにより、部品の小型化や新しいチップパッケージが登場し、両面基板や多層基板も複雑化しているため、自動X線検査装置の用途は常に拡大しています。PCBgogoでは、部品実装サービスを注文する際に自動X線検査装置を利用することができます。

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3.4 固定プローブ治具テスト

固定プローブ治具テスターとは、部品実装の組立工程の後に行われる伝統的な電子試験治具です。回路基板上のテストポイントに接触するくぎ状のピンを使用して、整列させた小型のバネ付きポゴピンの配列があり、またワイヤで測定ユニットに接続されています。この技術は、短絡、開回路、抵抗体、静電容量、その他の基本的変数をチェックすることによって、部品実装が正しく製造されているのかを示すものです。

テスト工程はすべてソフトウェアで制御され、1枚の基板をテストするのに数秒から数十秒かかります。テスト対象デバイス（DUT）の回路内のテストポイントに直接接触するため、個々の部品を正しくテストしてその性能を測定することができます。しかし、プリント基板の種類ごとに専用の治具が必要なため、プリント基板の試作テストにはコストがかかるのです。小ロットのプリント基板を受注する場合には有利な選択肢となるでしょう。

3.5 フライングプローブテスト

フライングプローブテスターは、固定プローブ治具テスターを改良したものです。固定具を必要としないため、特定の探り針の加工やカスタムツールの製造コストを節約することができます。2本以上の可動式プローブを使用することで、密着して配置された固定プローブ治具の釘ではないので部品密度が高く、ピッチ幅の小さいプリント基板を検出することができます。

フライングプローブテストは、アナログ部品のテスト、アナログ信号の解析、短絡／断線によく使用されます。プリント基板上の部品に接触させるための釘打ち技術の代替となります。しかし、フライングプローブテストは初期費用が安い反面、テスト速度は固定プローブ治具テストよりもはるかに遅くなります。このためプリント基板の試作や少量生産には適していますが、大量生産には向いていません。PCBgogoでは、すべての基板にフライングプローブテストを行い、お客様にお届けしております。

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 3.6 機能試験

機能テストは、その名の通り組み立てられたプリント基板が意図したとおりに機能するのかどうかをテストするものです。テスターでプリント基板の最終的な電気環境をシミュレーションし、機器の電源が入るかどうかを検証します。通常は、製造工程の最終段階で実行されます。テストプログラムに関しては複雑でコストがかかりますが、大きな品質保証を得ることができます。

4. 結論

プリント基板と部品実装テストは製造に必要です。それにより、より早い段階で不具合を発見してコストを削減し、最終的な生産段階に達する前に問題を防ぐことができます。部品の小型化やプリント基板設計の複雑化に伴い、より高度な試験技術へのニーズが高まっています。しかし、どのような試験を依頼するのかは、基板の品質要求に応じて決定する必要があります。すべての試験技術を適切に組み合わせれば、ほぼすべての欠陥を特定することができます。ですが、特定のニーズに合わせて、最も費用対効果の高いソリューションを検討することが重要です。

PCBgogoは上記のすべてのテスト装置を処理し、お客様のプリント基板?部品実装のご注文のために働く経験豊富なエンジニアと技術者を配置し、専門的なサポートをご提供いたします。また、次のプリント基板プロジェクトのために、お客様にとってご信頼いただけるパートナーになるために尽力して参ります。