电路板可测试性设计（上）

测试是设计制造的重要部分，随着零部件的小型化、产品的日渐复杂和上市时间的缩短，测试问题越来越复杂，电路板功能的扩大使得组装级别的评估及现场维护成为组装工艺过程中的重要问题，本文介绍电路板可测试性设计的三个策略。

电子组装测试包括两种基本类型：裸板测试和加载测试。裸板测试是在完成线路板生产后进行，主要检查短路、开路、网表的导通性。在工艺过程中还有许多其它的检查和验证方法。加载测试在组装工艺完成后进行，它比裸板测试复杂。

组装阶段的测试包括：生产缺陷分析(MDA)、在线测试(ICT)和功能测试(使产品在应用环境下工作)及其三者的组合。最近几年，组装测试还增加了自动光学检测(AOI)和自动X检测，它们可提供电路板的静态图像及不同平面上的X射线电路板的分层图像，从而确定虚焊及焊点桥接缺陷。

研究测试策略的目的在于，要找到适合某一种产品的必不可少的组合测试方案。在开始设计工艺前，要定义实施所需测试的简单策略。在产品研发周期的早期考虑产品的可测性问题，而不是在后期考虑。这会大大降低从最初设计到终测的每个节点的测试成本，并获得较高的节点可测试性。

通常的测试有五种类型，它们主要的功能如下：

1、裸板测试：检查未安装元器件的电路板上的开路和短路缺陷；

2、生产缺陷分析：检查已安装元器件的电路板上焊点的短路和开路缺陷；

3、在线测试：认证每个单个元器件的运作；

4、功能测试：认证电路的功能模块的运作；

5、组合测试：在线测试和功能测试的组合测试。

最佳的测试策略能确保正在执行的每一种测试确实可行。即使生产测试过程在研发周期开始时就已经很好地定义了，但是在设计完成以后，仍然可以改变。从一个已经成功地应用在数百个高密度的设计案例中的通用测试策略可以看到，它影响到以下各方面：

1、组件通孔的布局要有策略性；

2、要提供每个布线网络中每个节点的测试接触点；

3、要接触到电路板两面的每个节点；

4、网格基准组件和通孔的布局；

5、正确的测试焊盘形状和间距。

即使在最高密度的设计中，也仅当在设计周期的每个环节坚持测试策略时，才能实现对电路板的每个面、每种布线网络和每个节点的100%测试。要判断什么是最好的检测和测试策略？取决于检测工艺的可行性、测试策略的经济性分析、产品的生命周期和进入市场的时间要求。

确定最佳测试策略的另一种方法是评估所有的检测工艺以确定缺陷范围和测试成本。在产品进入市场之前，在设计环节中发现和解决存在的这些问题。

裸板测试

为使生产商在充分保证裸板互联电性能的前提下降低生产成本，用户将不得不用100%网数据的兼容性也是目前遇到的问题之一，人们期望通过制定工业标准在可预知的未来解决这些问题。过去，这方面的工作没有做得尽善尽美，例如：工业界向电路板生产商提供Gerber机器码，这种格式用于驱动光绘机及生成定义生产电路板的光图的光罩工具，它可以是单面、双面或多面光图。现有的软件工具可从Gerber图形中提取网表信息。这种数据不包括元器件信息，它仅定义了因机器码命令而存在的导电连接。关于数据格式的早期工业标准是IPC-D-356。

该数据格式从CAD系统中提取网表信息并将其换成智能机器码。许多测试仪能用这种码来确定与电路板的物理状况相对应的网表特性。由于裸板测试是在布线工艺完成之后进行，裸板测试信息是以IPC-D-356格式提供，并与单个元器件的管脚信息相关。因此，根据IPC-D-356标准测试的生产商可以提供诸如“U14组件的16脚与U20的9脚短路”之类的信息。

当然，裸板测试最需要的电子数据是CAD网表数据。许多公司不愿意与电路板生产商共享这些信息，但这仍然是确定裸板性能是否满足CAD系统设计要求的最简洁的数据。人们期望电路板的三种格式的电子描述能相互一致，但在大多数情况下不是这样。存在这种描述上差异的原因有三点：

1.仓促的更改；

2.机器码数据和网表数据间的数据转换问题；

3.软件实现上的问题。在任何情况下，数据 兼容性都相当重要。

使用夹具和针床的开路和短路测试也面临着挑战，电路板的日渐复杂，使它们不能满足电路测试要求。复杂性在于电路尺寸的减少和组件密度的提高。大多数电路板生产商使用的测试仪器包括单密度、双密度和四密度测试床。双密度测试床适于400毫米及其以上间距。当电路板密度超过400毫米间距时，必须考虑采用其它的技术。这类测试主要面对更多的数组形封装，可以是BGA或列栅数组，也可以是管脚相距更近的微间距BGA封装。

请记住，本节的主题是裸板测试。然而，为保证组装时各部分安装正确，电路板生产商必须保证在各个数组焊盘上每个布线网络的信号出入口与其相关的其它布线网络的信号出入口相连接，并消除短路故障。四密度测试夹具在每平方厘米上可以有62根测试针，但人们担心探针接触会对电路板造成潜在的伤害。另外，双密度和四密度夹具的成本及整个测试仪器的成本较高，这使得要在预期的成本范围内调整整个测试覆盖变得非常困难，这种成本预期基于目前对电性能测试的理解和现有测试概念的线性预期。也有电路板生产商采用飞针测试(flyingprobetest)。采用这种仪器，每个布线网络可以被激励并通过与邻近的布线网络相比较以建立开路和短路特性。

飞针测试取消了夹具，其成本取决于生产的电路板数量，它是针床测试的备选及有效的低成本测试方案。不过速度相对较慢，而设备的价格较为昂贵。在测试高密度电路及另外的布线网络时，测试会变得较为复杂。