高密度印刷線路板的實施功能測試應考慮的因素及應對方法策略介紹

功能測試正變得越來越重要，然而與在線測試一樣，技術(shù)的發(fā)展和PCB設計會使測試范圍受到限制。盡管在編程的軟件環(huán)境方面已取得了很大的進展，有助于克服其中一些困難，但若想按照你的測試策略成功實施功能測試，還有很多問題需要避免并且要做更周密的準備。本文就介紹成功實施功能測試應考慮的一些因素和應對方法策略。

電子產(chǎn)品功能測試有著其盛衰的歷史，60年代后期它是第一種自動化測試方法，隨著70年代后期在線測試技術(shù)的出現(xiàn)，功能測試似乎注定要讓位于編程與判斷日趨簡易快速的在線測試。然而如今，潮流又變了。在線測試目前有一個問題越來越嚴重，即探測方式。據(jù)美國NEMI（國家電子制造組織）分析，到2003年底可探測到的節(jié)點基本上將為零，如果無法進行探測，那么在線測試幾乎就沒有用武之地。

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

測試的實施方法受預算、產(chǎn)量以及待測產(chǎn)品（UUT）設計等因素的影響，而正是最后一項對到底能測出什么影響最大，預算和產(chǎn)量則會限制測試的項目。為了讓測試得到盡可能高的故障覆蓋率，在設計階段就必須注意元器件的選擇和PCB布局，遺憾的是實際情況并不總是這樣，急于進入市場和緊張的開發(fā)經(jīng)常會打亂你的如意算盤。

這里對如何處理這些限制進行一個初步分析。針對測試而不得不作的一些讓步（特別是在設計早期階段）可能會影響設計，但卻使測試工作更容易，并提高測試故障覆蓋率。請注意下列問題和建議不是每個測試工程師都要面臨或需要解決的，這些問題許多會相互影響，因此應對每個問題進行評估，并在需要時靈活應用。

待測產(chǎn)品測試要求是什么？

在討論設計、測試系統(tǒng)、軟件以及測試方法之前，先要了解“對象”——待測產(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、預計的故障等等，包括：產(chǎn)品種類

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

測試規(guī)范計劃測試點預期產(chǎn)量（每條線/每天/每班等）

預計故障類型

很明顯，上面忽略了“預算”，但是只有對上述各項了解之后才能確定某件產(chǎn)品測試要花多少錢，在弄清楚全面測試UUT需要什么后再開始討論資金問題，也只有在這個時候才能知道如何進行折衷以使工作完成。初期的報告完成后，公司可能會給你一個預算并祝你“好運”——盤算著你能作出什么，此時確實需要“好運”，但還要有其它東西，下面列出了其中一些。

高密度問題表面上看，元件密度好象對功能測試來講不是問題，畢竟這里主要考慮的是“給一個輸入而得到正確的輸出”。誠然它有些過于單純，但實際情況就是如此。向UUT輸入端施加給定的激勵信號，一定時間后UUT將會輸出特定的系列數(shù)據(jù)，與I/O連接器相連應是唯一的接入問題。

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

圖1 PCB樣品

對UUT具體元件或特定區(qū)域進行診斷是否重要？

如果對上述問題的回答持肯定意見，那么探查是由人來做還是用某種自動機械裝置？

要使用自動化測試裝置嗎？

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

下面我們來逐個討論這些問題。

校準電路功能測試經(jīng)常用于模擬電路的校準或驗證，包括檢查UUT的內(nèi)部（如射頻電路的中頻部分）以驗證其工作，要這樣做就可能需要測試點或測試焊盤。高頻設計的一個問題是測試點的相對阻抗（路徑長度、測試焊盤大小等）加上探針的阻抗會影響該電路的性能，在設置測試區(qū)時應記住這點，而自動機械探測和針床夾具（本文后面討論）只需較小的測試區(qū)即可，可緩和這一矛盾，這主要是由于和人工操作相比，自動機械本身的精度可使測試儀探測到更小的區(qū)域。

故障診斷如果只是用功能測試作為通過/不通過的篩選而不需要測量校準點，可以將本節(jié)跳過，因為此時應用可能不需要用到探針。在多數(shù)情況下，功能測試都進行通過/不通過檢測，這是因為功能測試在診斷故障方面非常緩慢，特別是在出現(xiàn)多個故障的情況下。但是在某些工業(yè)里，功能測試正在深入到制造工藝里面，例如蜂窩電話制造，一些制造商要在PCB一級進行某些關(guān)鍵測量，也即在最終組裝前的裝配過程中進行，這是由手機易被淘汰的性質(zhì)所決定的。換言之，手機被設計為以較低成本進行裝配，它們不易拆卸，因此在終測前對功能進行驗證可以節(jié)省返工成本并減少可能出現(xiàn)的廢品（因為手機拆開時會被損壞）。

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

測試設計無庸置疑，一個便于測試的設計在生產(chǎn)中要比隨隨便便的設計更容易處理。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測試和功能測試中與線路板接觸的限制。

對這類問題市場也做出了反應，現(xiàn)在已有軟件工具能對設計作分析，根據(jù)裝配和測試設備規(guī)定的規(guī)則進行審查，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，建議對每個設計都作分析，至少它能很快指出哪里發(fā)現(xiàn)了測試接觸的問題，其最終目的是使產(chǎn)品更易于制造。

滿足高密度要求的結(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，上面的標題說明對系統(tǒng)的機械和電氣結(jié)構(gòu)必須要進行考慮以滿足測試的要求。在機械方面需考慮的問題有：

如何支持UUT測試區(qū)多層板測試（測試儀能做并行測試嗎？）

I/O連接器

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

自動測試還是人工測試？

隨著每條生產(chǎn)線的產(chǎn)量和速度增加（實現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟的一個主要方法是提高每個測試設備的生產(chǎn)率），應該要考慮能否使測試過程自動化。自動化功能測試實際上省去了裝載/卸載的時間，并不需要再增加其它測試系統(tǒng)，在考慮提高產(chǎn)量的時候通常不會顧及輸運設備增加的成本。

測試自動化的缺點包括有一個初始硬件投資、與生產(chǎn)線整合的時間、測試系統(tǒng)能否與生產(chǎn)線速度保持同步以及如果設備出故障而會給生產(chǎn)帶來的問題等等。離線式測試儀不會直接影響裝配線，如果測試儀出現(xiàn)故障，可以把產(chǎn)品從生產(chǎn)線上拿出放在一邊繼續(xù)生產(chǎn)，這樣生產(chǎn)線不會受影響，不過處理時間和人工也是個問題。

應記住人工測試通?？赡芤萌舾呻娎|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，因此應將它納入維護計劃中，這可以降低間發(fā)性故障。