高密度印刷線(xiàn)路板的實(shí)施功能測(cè)試應(yīng)考慮的因素及應(yīng)對(duì)方法策略介紹

功能測(cè)試正變得越來(lái)越重要，然而與在線(xiàn)測(cè)試一樣，技術(shù)的發(fā)展和PCB設(shè)計(jì)會(huì)使測(cè)試范圍受到限制。盡管在編程的軟件環(huán)境方面已取得了很大的進(jìn)展，有助于克服其中一些困難，但若想按照你的測(cè)試策略成功實(shí)施功能測(cè)試，還有很多問(wèn)題需要避免并且要做更周密的準(zhǔn)備。本文就介紹成功實(shí)施功能測(cè)試應(yīng)考慮的一些因素和應(yīng)對(duì)方法策略。

電子產(chǎn)品功能測(cè)試有著其盛衰的歷史，60年代后期它是第一種自動(dòng)化測(cè)試方法，隨著70年代后期在線(xiàn)測(cè)試技術(shù)的出現(xiàn)，功能測(cè)試似乎注定要讓位于編程與判斷日趨簡(jiǎn)易快速的在線(xiàn)測(cè)試。然而如今，潮流又變了。在線(xiàn)測(cè)試目前有一個(gè)問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，即探測(cè)方式。據(jù)美國(guó)NEMI（國(guó)家電子制造組織）分析，到2003年底可探測(cè)到的節(jié)點(diǎn)基本上將為零，如果無(wú)法進(jìn)行探測(cè)，那么在線(xiàn)測(cè)試幾乎就沒(méi)有用武之地。

功能測(cè)試正日益更多地用于生產(chǎn)線(xiàn)后工序中，甚至也用于進(jìn)行工藝中段的測(cè)試，但是其體系和實(shí)施方法與以前的測(cè)試幾乎已完全不同。如今的測(cè)試系統(tǒng)在多數(shù)情況下速度更快，結(jié)構(gòu)也更加緊湊，功能測(cè)試對(duì)于驗(yàn)證產(chǎn)品的總體功能性、維護(hù)校準(zhǔn)信息、向ISO9000程序提供數(shù)據(jù)以及保證高風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)品，如醫(yī)療設(shè)備的質(zhì)量等都是不可缺少的。

測(cè)試的實(shí)施方法受預(yù)算、產(chǎn)量以及待測(cè)產(chǎn)品（UUT）設(shè)計(jì)等因素的影響，而正是最后一項(xiàng)對(duì)到底能測(cè)出什么影響最大，預(yù)算和產(chǎn)量則會(huì)限制測(cè)試的項(xiàng)目。為了讓測(cè)試得到盡可能高的故障覆蓋率，在設(shè)計(jì)階段就必須注意元器件的選擇和PCB布局，遺憾的是實(shí)際情況并不總是這樣，急于進(jìn)入市場(chǎng)和緊張的開(kāi)發(fā)經(jīng)常會(huì)打亂你的如意算盤(pán)。

這里對(duì)如何處理這些限制進(jìn)行一個(gè)初步分析。針對(duì)測(cè)試而不得不作的一些讓步（特別是在設(shè)計(jì)早期階段）可能會(huì)影響設(shè)計(jì)，但卻使測(cè)試工作更容易，并提高測(cè)試故障覆蓋率。請(qǐng)注意下列問(wèn)題和建議不是每個(gè)測(cè)試工程師都要面臨或需要解決的，這些問(wèn)題許多會(huì)相互影響，因此應(yīng)對(duì)每個(gè)問(wèn)題進(jìn)行評(píng)估，并在需要時(shí)靈活應(yīng)用。

待測(cè)產(chǎn)品測(cè)試要求是什么？

在討論設(shè)計(jì)、測(cè)試系統(tǒng)、軟件以及測(cè)試方法之前，先要了解“對(duì)象”——待測(cè)產(chǎn)品，這里不光是指PCB或最終組裝件本身，而且還需要明白將要生產(chǎn)多少、預(yù)計(jì)的故障等等，包括：產(chǎn)品種類(lèi)

結(jié)構(gòu)（單個(gè)PCB/預(yù)先做好的PCB/最終產(chǎn)品）

測(cè)試規(guī)范計(jì)劃測(cè)試點(diǎn)預(yù)期產(chǎn)量（每條線(xiàn)/每天/每班等）

預(yù)計(jì)故障類(lèi)型

很明顯，上面忽略了“預(yù)算”，但是只有對(duì)上述各項(xiàng)了解之后才能確定某件產(chǎn)品測(cè)試要花多少錢(qián)，在弄清楚全面測(cè)試UUT需要什么后再開(kāi)始討論資金問(wèn)題，也只有在這個(gè)時(shí)候才能知道如何進(jìn)行折衷以使工作完成。初期的報(bào)告完成后，公司可能會(huì)給你一個(gè)預(yù)算并祝你“好運(yùn)”——盤(pán)算著你能作出什么，此時(shí)確實(shí)需要“好運(yùn)”，但還要有其它東西，下面列出了其中一些。

高密度問(wèn)題表面上看，元件密度好象對(duì)功能測(cè)試來(lái)講不是問(wèn)題，畢竟這里主要考慮的是“給一個(gè)輸入而得到正確的輸出”。誠(chéng)然它有些過(guò)于單純，但實(shí)際情況就是如此。向UUT輸入端施加給定的激勵(lì)信號(hào)，一定時(shí)間后UUT將會(huì)輸出特定的系列數(shù)據(jù)，與I/O連接器相連應(yīng)是唯一的接入問(wèn)題。

但是元器件密度也有一定影響，看看圖1的PCB樣品（或你自己的設(shè)計(jì)），你先得回答下面的問(wèn)題；需要接入校準(zhǔn)電路嗎？

圖1 PCB樣品

對(duì)UUT具體元件或特定區(qū)域進(jìn)行診斷是否重要？

如果對(duì)上述問(wèn)題的回答持肯定意見(jiàn)，那么探查是由人來(lái)做還是用某種自動(dòng)機(jī)械裝置？

要使用自動(dòng)化測(cè)試裝置嗎？

采用的I/O連接器是否容易接觸或連接？如果不是，那么連接器是一個(gè)能通過(guò)針床接觸的通孔安裝件嗎？

下面我們來(lái)逐個(gè)討論這些問(wèn)題。

校準(zhǔn)電路功能測(cè)試經(jīng)常用于模擬電路的校準(zhǔn)或驗(yàn)證，包括檢查UUT的內(nèi)部（如射頻電路的中頻部分）以驗(yàn)證其工作，要這樣做就可能需要測(cè)試點(diǎn)或測(cè)試焊盤(pán)。高頻設(shè)計(jì)的一個(gè)問(wèn)題是測(cè)試點(diǎn)的相對(duì)阻抗（路徑長(zhǎng)度、測(cè)試焊盤(pán)大小等）加上探針的阻抗會(huì)影響該電路的性能，在設(shè)置測(cè)試區(qū)時(shí)應(yīng)記住這點(diǎn)，而自動(dòng)機(jī)械探測(cè)和針床夾具（本文后面討論）只需較小的測(cè)試區(qū)即可，可緩和這一矛盾，這主要是由于和人工操作相比，自動(dòng)機(jī)械本身的精度可使測(cè)試儀探測(cè)到更小的區(qū)域。

故障診斷如果只是用功能測(cè)試作為通過(guò)/不通過(guò)的篩選而不需要測(cè)量校準(zhǔn)點(diǎn)，可以將本節(jié)跳過(guò)，因?yàn)榇藭r(shí)應(yīng)用可能不需要用到探針。在多數(shù)情況下，功能測(cè)試都進(jìn)行通過(guò)/不通過(guò)檢測(cè)，這是因?yàn)楣δ軠y(cè)試在診斷故障方面非常緩慢，特別是在出現(xiàn)多個(gè)故障的情況下。但是在某些工業(yè)里，功能測(cè)試正在深入到制造工藝?yán)锩?，例如蜂窩電話(huà)制造，一些制造商要在PCB一級(jí)進(jìn)行某些關(guān)鍵測(cè)量，也即在最終組裝前的裝配過(guò)程中進(jìn)行，這是由手機(jī)易被淘汰的性質(zhì)所決定的。換言之，手機(jī)被設(shè)計(jì)為以較低成本進(jìn)行裝配，它們不易拆卸，因此在終測(cè)前對(duì)功能進(jìn)行驗(yàn)證可以節(jié)省返工成本并減少可能出現(xiàn)的廢品（因?yàn)槭謾C(jī)拆開(kāi)時(shí)會(huì)被損壞）。

所以要探查PCB就需要有充足的測(cè)試點(diǎn)，例如檢查一個(gè)間距20mil的表面安裝器件的J形引線(xiàn)就不是很方便，而B(niǎo)GA則更沒(méi)有可能。根據(jù)美國(guó)表面安裝技術(shù)協(xié)會(huì)（SMTA）的建議，測(cè)試點(diǎn)間隔最小為0.040英寸，焊盤(pán)之間的間隔取決于測(cè)試區(qū)四周的元件高度、探針大小等等，但是0.200英寸間隔應(yīng)是最小要求，特別是人工探查區(qū)域。很顯然，測(cè)試夾具和自動(dòng)機(jī)械探針更加精確一些。

測(cè)試設(shè)計(jì)無(wú)庸置疑，一個(gè)便于測(cè)試的設(shè)計(jì)在生產(chǎn)中要比隨隨便便的設(shè)計(jì)更容易處理。但工程人員通常希望在最小的體積里以最低成本裝入更多的技術(shù)，這種思想增加了在線(xiàn)測(cè)試和功能測(cè)試中與線(xiàn)路板接觸的限制。

對(duì)這類(lèi)問(wèn)題市場(chǎng)也做出了反應(yīng)，現(xiàn)在已有軟件工具能對(duì)設(shè)計(jì)作分析，根據(jù)裝配和測(cè)試設(shè)備規(guī)定的規(guī)則進(jìn)行審查，提出使PCB更易于生產(chǎn)的建議。如果這些工具適用于你的產(chǎn)品，建議對(duì)每個(gè)設(shè)計(jì)都作分析，至少它能很快指出哪里發(fā)現(xiàn)了測(cè)試接觸的問(wèn)題，其最終目的是使產(chǎn)品更易于制造。

滿(mǎn)足高密度要求的結(jié)構(gòu)配置

高密度可以是PCB尺寸小，也可以是UUT上有大量電路，或者二者兼有，上面的標(biāo)題說(shuō)明對(duì)系統(tǒng)的機(jī)械和電氣結(jié)構(gòu)必須要進(jìn)行考慮以滿(mǎn)足測(cè)試的要求。在機(jī)械方面需考慮的問(wèn)題有：

如何支持UUT測(cè)試區(qū)多層板測(cè)試（測(cè)試儀能做并行測(cè)試嗎？）

I/O連接器

在電氣方面，如果是多層板，那么哪個(gè)更經(jīng)濟(jì)呢？是采用多儀器方式還是用開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器加少量?jī)x器的方式？根據(jù)UUT結(jié)構(gòu)或所需的儀器類(lèi)型，答案可能并不容易得出。

自動(dòng)測(cè)試還是人工測(cè)試？

隨著每條生產(chǎn)線(xiàn)的產(chǎn)量和速度增加（實(shí)現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)的一個(gè)主要方法是提高每個(gè)測(cè)試設(shè)備的生產(chǎn)率），應(yīng)該要考慮能否使測(cè)試過(guò)程自動(dòng)化。自動(dòng)化功能測(cè)試實(shí)際上省去了裝載/卸載的時(shí)間，并不需要再增加其它測(cè)試系統(tǒng)，在考慮提高產(chǎn)量的時(shí)候通常不會(huì)顧及輸運(yùn)設(shè)備增加的成本。

測(cè)試自動(dòng)化的缺點(diǎn)包括有一個(gè)初始硬件投資、與生產(chǎn)線(xiàn)整合的時(shí)間、測(cè)試系統(tǒng)能否與生產(chǎn)線(xiàn)速度保持同步以及如果設(shè)備出故障而會(huì)給生產(chǎn)帶來(lái)的問(wèn)題等等。離線(xiàn)式測(cè)試儀不會(huì)直接影響裝配線(xiàn)，如果測(cè)試儀出現(xiàn)故障，可以把產(chǎn)品從生產(chǎn)線(xiàn)上拿出放在一邊繼續(xù)生產(chǎn)，這樣生產(chǎn)線(xiàn)不會(huì)受影響，不過(guò)處理時(shí)間和人工也是個(gè)問(wèn)題。

應(yīng)記住人工測(cè)試通常可能要用若干電纜和連接器連接UUT，這些電纜與針床夾具上的探針相比較，其使用壽命一般較低，因此應(yīng)將它納入維護(hù)計(jì)劃中，這可以降低間發(fā)性故障。