测试如何跟上技术的变化。
随着诸如柔性电子器件等新技术开始在电子器件很少或没有历史的应用中发挥关键作用，测试变得越来越复杂。
尽管柔性电路已经存在了一段时间，但测试需要跟上，因为这些电路部署在各种条件可能极端的市场上。在很多情况下，传感器为了监测设备内部的情况，比如工业阀门的流速，或者设备外部的情况，比如机械机械臂的热量和噪音，甚至是夹克的套筒，都必须根据现有的系统或设计进行改造。实现这一目标最简单的方法是通过柔性电子设备。
柔性电子领域正在发展。有新的品种和杂交品种是可拉伸的，以纺织为基础的和可打印的。但由于这项技术更多的是一个研究项目，而不是商业投资，因此没有测试标准，也没有数据显示这些材料是如何随着时间的推移而老化、漂移或退化的，尤其是在特定的应用中。
“我们试图尽可能多地借用传统的刚性印刷电路板印刷电子集成和运营总监Will Stone说布鲁尔科学．“我们正在考虑环境压力和其他问题。挑战是双重的。第一，传统的元件被安装在一个灵活的电路板上。我们需要确保关节，无论是导电环氧树脂还是其他材料，都能承受运动，因为它们不是为这个设计的。其次，我们必须查看连接痕迹本身。只要弯曲就能产生微裂纹。为了确保设备的完整性，我们对这些设备进行了常规的测试，比如环境测试室，强调数千到数百万次的弯曲周期。”
在坚硬的芯片上，有一些潜在的缺陷可能几年都不会显现出来。导电油墨和焊料为需要测试的东西增加了一个全新的维度。
斯通说:“一旦你把这个过程进行下去，墨水就会非常稳定。”“我们使用的是环氧树脂和焊料。很多这样的设计根本就不能弯曲——尤其是焊料。我们在一个僵硬的世界中游戏，并试图让这个僵硬的世界变得灵活。这就是挑战所在。任何关节都是你最关心的地方。”
到目前为止，很少有历史能证明这种技术在极端条件下(包括热、冷和振动)的表现会如何。因此，尽管像Brewer这样的公司正在加速测试，包括物理测试和模拟测试，但仍然需要时间来收集足够的数据，了解可能出现的问题以及如何解决问题。但在这个细分市场中，有一件事变得越来越清楚——如果检测到缺陷，更换电路板比修复它更容易。
他说:“这是一种一次性的方法，因为在这些电路上返工是极其困难的。”“我们在返工方面取得了一些成功，但这既费时又费力。换一块新板通常更经济，即使是在研发阶段。”
对标准
有些标准确实存在。柔性电路作为电子系统的连接件和电路板正被小批量地使用。电路导线从铜片上切割下来，铜片适合电路在其生命周期中所经历的弯曲量。该电路位于金属、玻璃或塑料衬底上，并被塑料包裹。它可以是半刚性的，也可以是柔性的，有一层或多层。甚至还有双面电路。
IPC标准(IPC 6013D)涵盖柔性电路板，根据所需的质量水平将其分为三类。这些标准通常描述了材料、制造、测试和质量，但柔性电路制造商也遵循其他认证，这取决于行业用例。尽管做出了这些努力，差距仍然存在。
NextFlex工程副总裁Wilfried Bair表示:“虽然我们可以将用于标准铜柔性印刷电路板的大多数测试方法和标准应用于柔性混合pcb，但目前我们看到FHE两个非常重要的领域的可靠性标准存在差距——可拉伸或皮肤/身体穿戴电子产品。”NextFlex是FHE行业的会员组织，与IPC合作制定标准。
IPC(以前是印刷电路协会，但现在被称为连接电子工业协会，尽管它保留了IPC的首字母缩写)，是一个从PCB行业发展而来的行业标准机构。该小组正致力于制定柔性混合电子产品、可拉伸可穿戴设备和电子纺织可穿戴设备的标准。
“当你拥有一项新兴技术时，真的很难用标准来围绕它，因为你在与知识产权公司打交道，这些公司不想分享他们在做什么，”IPC在六个标准委员会的工作人员联络人克里斯·乔根森(Chris Jorgensen)说。“这是可以理解的，但我们在其他领域也看到了这种情况，即使是传统的电子产品组装。我们的委员会正在做的是把事情做好，这样当柔性混合动力集团或供应链内的几家公司说，‘嘿，我们需要一个柔性混合动力的可靠性规范，’或‘我们正在谈论一个真正的混合动力产品’时，我们可以说，‘这里有两三个为印刷电子产品编写的标准。采用这些标准的内容并将其修改到符合您的需要的地方。’所以你有了一个起点。”
由于FHE是印刷电子和柔性电子的混合体，它使用了一些现有的柔性电路或印刷电路标准作为模板，同时也获得了关于该标准应如何调整的行业反馈。委员会已经草拟了标准，并发现了需要填补的漏洞。
弥补这些差距的速度取决于柔性电子产品商业化和标准化的速度。
IPC的乔根森说:“在某种程度上，你将从连体衣、两件衣服的产品开发发展到规模扩大。”“当你要扩大规模时，你真的需要有可以依赖的标准，因为你将有多个客户要处理。与其处理各自的标准，这将意味着重复测试，不如有一个行业标准，你可以指出他们。”
标准的规则是，在被称为标准之前，必须有多个站点可以进行相同的测试。由于业界用于证明该技术可以扩大规模的第一个项目通常是一次性的或数量很少，因此可能只有一个站点可以进行测试。所以委员会必须做Gage R & R(量具重复性和再现性)在工业测试标准发布之前对测试方法的评估。工业不能有一个单一的测试来源，测试设备必须随时可用。
e-textiles标准
为电子纺织品和可穿戴设备制定标准目前还在进行中。IPC已经开始工作，但可穿戴设备和电子纺织品标准存在一些棘手的问题。这些新的电子媒体处于标准的前沿。“我们还没有一个批准的委员会，或批准的工作组或批准的项目，但电子纺织行业已经提出了一项建议，其中包括可穿戴设备产品制造商，为电子纺织可穿戴设备制定IPC标准。这个群体现在正在经历一长串很重要的特征。”
其中的一些困难在于，电子纺织品、可穿戴设备类似于其他柔性混合材料，这意味着委员会需要从更基本的定义开始。Jorgensen曾一度建议将柔性电路标准中的三级系统应用于新的电子纺织品、可穿戴标准，但所有人都意识到“这并不是直接契合的，”他说。“当你谈论穿在人身上时，什么时候它不是三级?想想它所处的环境。人体是一个非常折磨人的环境。”
可洗性、耐用性、可持续性和安全性是对可穿戴设备、电子纺织品感兴趣的工业部门所关注的一些问题。如何清洗和烘干电子纺织品/可穿戴产品?如果有的话，用什么化学药品，多久用一次?“你通常不会把电路板或手机扔进洗衣机。但是你说的是不得不接受一种产品别人会花一大笔钱来买然后你要让它通过多少个洗涤周期呢?你看到的是外部环境。所以，如果它是一件夹克或衬衫，你将在户外的元素，所以你可能会看到灰尘，湿度，但雨，雪，热，冷，所以这就是为什么当我们作为一个委员会来看待它时，我们无法真正找到从“一级”(柔性电路)到可穿戴设备的一级要求的直接联系，你知道，同样的事情一直到三级。这就是为什么他们要着眼于一般产品领域。”
产品领域仍然是最初的概念，但是它们将影响到必须如何执行以及必须执行哪些测试。Jorgensen说:“需要应用的测试方法是:我们如何看待安全性，我们如何看待可持续性，然后根据产品领域提出要求。”“是为了时尚吗?”是消防员用的风门之类的个人防护设备吗?是给军队用的吗?是用于空间应用吗?这样一来，所需要的特性测试将更适用于不同的市场，但所有的东西都将在同一个标准。它是高耐久性，高风险吗?高耐用性、高风险实际上不是健康监测，而是医疗设备。因为如果它失败了，患者可能会有不良反应。”
为了继续前进，IPC的Jorgensen说:“我们真的不知道(产品定义)现在会如何发挥作用。这个小组正在做的是，他们有一个小型的特设小组，他们将向委员会主席提出他们的建议，我要求他们在本月底前完成。然后我们会宣布成立一个国家IPC工作组，开始制定标准——可能是多个标准。我所要求的，特别小组也同意了，保持统一的标准。这让工业变得更容易。”
机器学习的角色
柔性电路制造过程的一个关键部分是减法。电路的构建是通过从完整的电路板上去除铜来完成的。这意味着错误是可见的，可以在测试和检查过程中识别和描述。
一些公司已经在收集这一领域的测试和检验数据，这些数据可以用来识别潜在的和实际的问题。反过来，这些数据可用于训练机器学习系统，以识别可能导致现场可靠性问题的模式。
“柔性电路的最大挑战实际上是检查，”Sam Jonaidi说，汽车解决方案的副总裁最优+．“检查对我来说是一种测试。我们不是用电信号进行测试，而是用视觉图像(光学)进行测试，因为通常情况下，印刷电路板或柔性电路板中的缺陷可以用AOI(自动光学检测系统)检测到。你真的需要一个非常复杂的图像分析能力。”
Jonaidi说，AOI机器是柔性电路测试的主力，但图像分析是改进过程的关键。通过聚合来自aoi的所有图像，Optimal Plus生成关于错误的智能。“当我们开始观察数千张、数万张、数百万张图片时，我们会做很多非常奇特、非常有洞察力的事情。就像我们说的，一幅图胜过一千句话。在这种情况下，它实际上值数百万字。这是业内的新现象。”
当图像被聚合时，“一大堆其他的东西出现了，”他说。“例如，我们实际上可能会看到一种特定类型的缺陷发生在面板的特定四分之一比其他地方更频繁。或者我们实际上发现某些缺陷是相当随机的。它们在整个面板上发生。通过这些观察，我们实际上可以了解更多有关过程的信息。”
这些数据在上游和下游流程中都很有用。“我们可以介入并说，‘你的酸浴运行不正常，或者你的光刻事情没有按计划进行。所以你在上游有问题。我们一直在努力推动上游的检测和纠正措施。”Jonaidi说。
这些数据还可以用于预测可靠性问题。“有了这些信息，我们也可以顺流而下。换句话说，我们可以去测试。一旦我们都有了测试信息，我们就可以开始把两者联系起来了。假设你正在测量一个特定电路的电阻值，这通常是在柔性电路中所做的。从读取这些电路的电阻值可知，电路越窄，其电阻越高。电路越宽，电阻越低。所以如果我对我的电路进行微小测量，我现在就可以把它和我的图像连接起来。如果我有所有的图像，我可以预测我的测试结果应该是什么，我可以产生限制。例如，我可以说，‘看，我刚刚用这个特定的面板处理的这个特定的电路，当它到达你的测试先生时，它可以更好地测量，比如说1.2120。“这让我们现在有了预测能力。 So we can say that for the next batch of flexible circuits you’re going to be producing, on average, it is drifting to the right, or on average is different to the left. Then we can prepare the downstream process.”
检测在柔性电子设备中起着关键作用。OrboTech现在由心理契约这两家公司都生产自动化光学检测设备。CyberOptics使用光反射快速发现问题。CyberOptics总裁兼首席执行官Subodh Kulkarni说:“我们采集光的反射——光在看到反射表面时就会反弹——然后我们创建高度精确的测量和检查报告。”CyberOptics多反射抑制(MRS)技术被内置到AOI系统和3D测量系统中，用于半导体检测。MRS技术对光进行数字标记，并抑制光的多次反射。(KLA使用CyberOptics的MRS技术进行半导体后端检查和报告。)
对于柔性电路板，最常见的是对电路板进行直流测试，除非柔性电路板用于高速应用，例如苹果iPhone。交流测试主要用于高速电路。Optimal的Jonaidi说:“如果你来自一个半世界，柔性电路从各个方面都不是很复杂，如果你去进行交流测试，这是一种高速测试，它会变得有趣得多。工具和测量变得更具挑战性。它们必须有更高的精度，而且通常你必须对每个点都使用全探针接触。我们必须确保有多个探头探头下来，因此工具变得更加昂贵和挑剔。它必须更频繁地清理、维护和校准，因为你在这些电路中运行高速信号。同样，你要试着制造出能够正常运行和功能的电路。”
电路如何被夹在一起也起了作用。“整个过程对你的最终结果都有影响，”他说。“所以你的报废率更高，在某种程度上你无法避免。例如，如果我试图测量一个运行在几层上的特定电路的阻抗，如果这层被夹得太硬，现在间隔就更短了，因此它不符合我的标准。我不可能轻易阻止这种情况，因为电路只有在多层三明治中组装好后才能进行测试。当然，废品率更高，成本也更高。但是，这些测试人员并不是每人数百万美元。他们可能是5万到10万美元的测试员。它们通常比较慢，因为这些测试需要更长的时间。就像我说的，他们很挑剔，所以你必须确保你花了足够的时间。 But overall, this represents a fraction of the circuits being produced today in the world. Most other flexible circuits are just done in a passive manner.”
结论
经过多年的研究和开发，柔性电子产品才刚刚开始在各种应用领域推出。这需要时间来增加这种技术大规模部署所需的标准化测试和检查。实际上，用于提高工业和医疗应用可靠性的技术，需要一些标准化的方法来确保技术本身的可靠性。
NextFlex战略项目总监Scott Miller表示:“在柔性混合电子产品中，制造、测试和可靠性标准越来越重要，虽然作为早期项目的一部分，一些初步测试工作已经在NextFlex完成，但业界已经开始期待IPC等sdo来应用行业要求的严格标准开发。”“在未来，为了促进FHE技术的广泛采用，设计和测试标准绝对是必要的。”
-Ed Sperling对本文也有贡献。
下个月:5G和汽车测试。
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