原创 PCB设计第030篇可测试性 DFT概念测试方法测试点

 2023-12-14 23:46  535 6 6 分类: PCB 文集: 2 PCB Layout

[初次发表 23-12-14 最后编辑：24-02-16]

为量产而设计的PCB跟只在毕业设计或者功能验证阶段做的PCB是很不一样的。量产PCB的一个重要特征是对 PCB 测试的支持水平，即可测试性（Design for Test, DFT）。以量产为目的的PCB，需要针对 PCB 和 PCBA 的半自动或全自动测试做专门的设计。可测试程度高，除了可以早期发现异常零件的好处，而且在分析整机产品失效时可以起到聚焦问题、切割责任的作用。

可测试性的规划开展得越早越好。PCB可测试性评审至少需要包括电子工程师、PCB设计师、PCB制造工程师和测试工装工程师，各方合作，选择比较经济、容易实现的测试方法，确定在什么阶段、什么时候开展哪些测试，确定与测试工装（Tooling）对接的孔口规格，以及拼板情况下的测试方案。PCBA可测试性的设计更是需要合作，它要考虑最低可接受良率、测试设备成本等。

首先是裸板测试，也就是PCB板单体的测试。这一步由PCB制造商负责，要确定PCB上的导电图形的连通性，做到“无开路、无短路”，换句话说就是该通的地方是通的，该断的地方是断的。这一步最好是基于网络表进行，并且推荐使用符合 IPC-D-356标准的网络表。裸板测试的设备被称为“针床 / BON - Bed of Nails”，其外观是一组彼此平行且固定的针，针的内部有弹簧可以伸缩，针的尾部用导线接到多路测试仪上，测试时，针尖会抵在PCB覆铜的裸露位置，测试仪输出电压信号，有时还可以是特定频率的电压信号。除了针床，还可以使用“飞针 / Flying Probe”测试机。为了能准确地描述缺陷的位置，建议用格点和PCB网络编号来区别和定位。我曾共事的一位前辈，给自己PCB上的每个电气网络用数字命名，不用默认的原理图网络标号，当时我并不理解这样做的原因，现在看来很可能是为了测试。如果板厂以拼板方式出货，那么需要在组装Panel上测试，并标记出那些测试异常的位置。

针床

飞针测试

其次是PCBA组件测试。这一步是在元器件已经安装好之后进行，目的是检查元器件的功能、连接状态是不是正常，有没有短路、断路的情况。由于北侧对象的复杂度增加，所以测试工序的复杂度也提高了。这一步常用到的测试设备有3类：

1. 光学检验 / AOI - Automatic Optical Inspection （非接触式）。AOI 主要用于确认电子元器件的摆放质量，基于基准点，AOI设备可以确认PCB上的元器件是不是预期的物料，放置的时候位置和极性有没有错误。有一种 AOI 的工作原理是检测平面反射光的亮度（光通量），根据反射图像和标准图像的比较来发现可疑点，可以发现是否焊接正确，有没有漏焊和桥连等缺陷。为此，PCB上需要设计反光焊盘，在焊接前保持平整（反射强），印刷锡膏后仍然平整但反射能力下降，焊接后，由于形成焊锡润湿角度，所以反射会显著下降。这样以来AOI设备可以判定出有没有漏刷锡膏，有没有形成焊点。还有一些AOI是基于图像模式识别原理工作的。

2. 在线测试 / ICT - In-circuit Testing（接触式）。ICT 用来确认零件是否工作，零件之间彼此连接是否正常。ICT 的工作原理是给电路上电并给出输入，然后利用BON的探针读取输出，判断被测电路是否正常。复杂的ICT甚至还有外部的电路逻辑。ICT一般在固定夹具上进行，用于ICT的测试点最好是位于通用网格系统上并且有合适的间距，这样做有利于重用ICT测试夹具，简化探针布局和调整的工作。双面PCB的ICT测试需要设计双面夹持装置，但出于成本和维护难度的考虑，不推荐使用双面ICT夹具。

ICT

3. X-ray / AXI。AXI 用于检查焊点质量，尤其是那些焊盘不外露的元器件的焊接质量，可以发现焊料过量、焊料不足、冷焊、气泡等缺陷，特别适合LGA封装，BGA封装的检查。

其它手段还有激光分析，可用于探测焊点开路、短路、气孔。还有边界扫描（JTAG)，用于大规模逻辑电路的功能检查。

第三步是功能性测试，也叫FCT。这一步总是针对单独的PCBA进行的，此时PCBA已经从拼板上被分离，功能性测试可以验证电路功能模块的运作是否正常，电压、电流、频率、显示量度等参数是否符合预期。FCT常常需要借助PCBA预留的测试接口进行。由于PCBA密度越来越高，FCT正在快速取代ICT称为量产阶段PCBA的测试手段。