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电路板组装过程中可消除短路和开路故障的可测试性设计策略(下)

发布时间 :2017-08-16 11:46 阅读 : 来源 :技术文章责任编辑 :深圳宏力捷PCBA部
PCBA组装测试
对给定相同的测试成本,电路板测试会在缺陷率和良率指标间进行折衷,例如,若缺陷率相当高,大多数需要诊断。采用自动测试仪取得电路板图像进行诊断较为经济,但使用自动测试仪需提供电路板上全部节点的测试接触点。这显示至少每个布线网路的一个节点需要与自动测试仪连接。
电路板上探针测试面的元件高度必须不超出5.7毫米,否则只有切割测试夹具后才能测试电路板测试面上的较高元件。
图4:电路板上探针测试面的元件高度必须不超出5.7毫米,否则只有切割测试夹具后才能测试电路板测试面上的较高元件。
 
若缺陷率低,需要对每个缺陷进行人工诊断,所需的时间比用自动测试仪多。这样减少了对良率的影响,但是节点测试率小于100%。理论上,如果缺陷率相当低,就容许有0%的节点测试率(不需要针床测试),只要采用简单的通与不通测试。在此,人们只要采用蚀刻的专用测试连接器,所要做的仅是扔掉不合格的组装而不是对其进行诊断。
 
决定节点测试率时要考虑的因素包括:1. 缺陷率;2. 诊断能力;3. 良率;4. 电路板面积;5. 电路板层数;6. 成本。
 
电路板布线设计中决定节点测试率时,需要在所有与人工故障查找相对应的诸多因素之间平衡,更要考虑对制成电路板的良率的影响。除非PCBA组装一点缺陷也没有,节点全测试仍旧是最理想的选择。
 
应该认识到一旦电路板的设计完成(节点测试率固定)且它的测试方案也已设计,缺陷率便成为降低成本的首要因素。因此缺陷报告分析和缺陷的纠正及防止是必要的。这可以包括与供应商建立密切的关系以减少所供元件和电路板的问题,并减少生产车间内可能会导致问题的制程和作业。
 
组装布线之前要解决的另一问题是研究返工策略。由于测试内层导体受到限制,多层印刷电路板的返工相当困难甚至难以实现。典型的返工过程包括用特殊工具切割内层导体,用可程式钻头对淮电路板上的作业位置,然后钻一个可控深度的孔以脱离与内层导体的连接或抬高表面封装元件的脚。这就是为什么电路板生产商需要在组装前对电路板产品进行全面测试的原因,这样就避免了已装元件电路板在返工过程所必需的复杂测试。
 
对于元件密布的表面黏着电路板,有时不得不移去某个元件以进入返工作业区(这?内层导体已被切割)。SMT元件应用规则规定:除非绝对必要,不可以从电路板上拆卸元件,这样会降低焊盘与电路板间的附着强度,并会导致焊盘上翘。
 
返工策略包括:拆卸元件并重装新元件。这样测试通孔、焊盘形状及与组装相关的任何细节均需考虑,以使返工修整及维修所必须的工具具有完成它们的特殊工作的能力。
 
线上测试
线上测试用于发现印刷电路板组装中的制造缺陷。线上测试是藉由针床夹具测试电路板的,针床夹具可与电路板组装上的每个节点接触。组装测试是藉由逐个激励电路板上的元件进行测试的。线上测试对设计的限制较少,但必须设置测试接触点来实现缺陷分析和性能不一致分析。
 
对不能接触探针的信号(对无引脚元件来说是常事)则会增加故障隔离的问题。在此,建议在可进行信号探测的印刷电路板的各处(除非使用扫描暂存器测试),每个待测信号均应具有焊盘或其他测试孔。同样推荐的是测试点的焊盘应放在栅格上,这样探针测试可在印刷电路板的第二面进行。如果这还不能对每个信号进行探测的话,只有采用在特殊探测位置的特殊信号。对单个或一小组元件进行故障隔离则必须增加测试向量或采用其他的测试技术。
 
许多故障经常是因相邻元件的管脚短路、元件管脚与电路板的外层导体短路或印刷电路板外层导体间的短路引起的。在实际的设计中,应考虑到那些正常的生产缺陷,而且不影响故障隔离(这些故障因信号不能接入或不便接入引起)。为设计线上测试方案,探针焊盘的测试点必须在栅格上以便于自动探针测试(图2)。
 
因电性能的要求,有时需要按功能进行设计(如类比和数位电路部份分开)。在物理层面上将不同功能的测试分开会提高测试效率。将测试连接头分开或将连接头内的插芯分组会提高电路的可测性。这种数位与高性能类比信号混合的测试方案需要两类或多种类的测试仪器。信号分离不仅有助测试夹具的设计和维护,而且有助于作业工在印刷电路板组装上进行故障查找。
 
线上测试夹具
裸板生产商采用的测试夹具也叫针床。然而,在布线制程末端的裸板测试中,探针是坚硬纤细的,它们与电路板的上面和底面接触。线上测试用的针床夹具上的测试针具有弹性,要求的测试焊盘面积较大。要记住,只进行组装板的单面测试会降低线上测试过程中测试夹具的成本。
 
下面是一组藉由验证的设计规则,它可降低测试夹具的成本及复杂程度: 
1. 金属化孔及测试通孔的焊盘直径是孔尺寸的函数。探针测试专用的测试焊盘的直径不小于0.9毫米。采用0.6毫米直径的测试焊盘也是可行的,但对应的电路板面积不大于0.700平方毫米。
2. 测试探针周围的净空取决于组装制程。探针周围净空必须保持为相邻元件高度的80%,最小为0.6毫米,最大为0.5毫米(图3)。
3. 电路板上探针测试面的元件高度必须不超出5.7毫米,否则只有切割测试夹具后才能测试电路板测试面上的较高元件。测试焊盘必须至少距高元件5毫米(图4)。
4. 在电路板边缘3毫米不安排元件或测试焊盘。
5. 所有探针区域必须有焊剂或导电的非氧化涂层。测试焊盘上不能印制阻焊层。
6. 探针接触点必须在焊盘上,不能在端点上、无引脚的SMT元件阵列上及引脚元件的引脚上。接触压力会导致电路开路但这时虚焊焊点看起来依旧良好。
7. 必须避免用探针测试电路板的两面。可采用通孔将测试点转换到另一面,最好是底面(没有元件或通孔焊接面)。这样可以制造出可靠性高且较为便宜的夹具。
8. 若有可能采用标淮探针和可靠性较高的夹具,测试焊盘中心孔应为2.5毫米。
9. 不要将蚀刻的导电手指作为测试焊盘,因为测试探针很容易损坏金手指。
10. 测试焊盘应均匀地分布在电路板上。若测试焊盘分布不均匀,或集中在某个区域,会造成电路板弯曲、探针故障和真空密封问题。
 
对微间距元件来说,要将大致一半的测试通孔放在焊盘内,而其他一半则放在另一面的焊盘内。这样做的目的有两个:
1. 不超过‘每6.5平方毫米最多100个测试点’的测试设备限制。
2. 展宽测试点分布,减小高密度分布的测试点压力。在夹具的真空或机械动作期间,这种压力会导致夹具变形。


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