综合测试方案解决PCB接触受限问题
来源：国际电子商情 作者： 时间：2002-11-06 18:42
测试中的接触受限是否令你手足无措？采用结合了可测性设计(DFT)、过程监控和现代检测技术的混合型测试方案后，问题便会迎刃而解。成功的关键在于设计一种测试方案，充分利用现代化的测试和检查工具。
“小洞不补、大洞难堵”这一古训至今仍可以作为制造业的金科玉律。所有的测试方案都是从制造过程开始的，一种工艺所产生的缺陷类型和缺陷率越少，测试也就越简单。而为了确保出货时产品质量可靠，全面的可测性设计和可制造性设计(DFM)是必不可少的，在测试接触受限的印制电路板时这一点尤为重要。然而，即使各方面都紧密合作，测试接触受限的电路板还是需要丰富的想象力和创造力。
建立一个精确的电路板缺陷分布表也是测试成功的关键。分布表中可以包括这些信息：电路板的缺陷率会有多高？这些缺陷的性质如何？它们将怎样分布？此外还必须了解这些缺陷分别是在制造过程中的哪一步引入的。掌握了上述资料后，便可决定出检查每种特定缺陷的及时可靠的测试方法。
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为了尽可能地减少每一测试步骤的复杂性，没有必要在每一个工艺点都对所有的缺陷类型进行测试。如果经过检查已发现并修复了某一缺陷，或确定无此缺陷存在，就不必再返工重检。这种分布式测试的思想对简化功能测试、在线测试(ICT)及针床测试十分重要。在线测试中，电路板节点数可能会超过测试仪的针数。通过去除一些测试来降低需要针床测试的节点数，可以简化对余下节点的检查。
巧用边界扫描技术减少针床接触点
“接触受限”一词包括两个方面：电气接触受限和视觉接触受限。电气接触受限意味着在用针床进行在线测试时，探针无法接触到所有的节点。而视觉接触受限则指的是电路板上的节点在视线之外，无论是用人工目检还是自动光学检查都无法进行检测。
我们在电路板的DFT/DFM上做出了很大的努力，不断提高的可制造性使大多数错误在测试前就被发现了，而日益增强的可测性设计也使剩余的缺陷更易被发现。可测性设计常常意味着增加某些节点的针床接触，例如增加测试焊盘，从而可以使用标准尺寸的探针对密集的电路节点进行传统的探测。
但设计者有时仍然不愿意采用这种接触式的方法来增加可测试性，而这并不仅仅是因为电路板空间有限。考虑到可使用自动工具添加的测试焊盘不超过所需焊盘量的70%，其余的需要手工添加，这与缩短产品上市时间的要求有直接的冲突，测试工程师必须与设计工程师达成一致意见，只有最重要的部分才在设计上为测试进行准备，然后针对这一设计制订出相应的测试方案。
对于带有边界扫描电路的器件，利用其边界扫描电路可以减少所需的针床接触点数。通过分析电路板上共有多少个边界扫描器件，以及它们是如何串连起来的，可以更有针对性地对这些器件进行测试。实际上，在线测试时只需要在测试端口(TAP)上使用探针，从而使得所需的探针数目从成百上千下降到4、5个。
用相同的技术还可对嵌在两个合格的边界扫描器件中的一般器件进行测试。在这种情况下，可通过相同的4、5个接触针验证两个边界扫描器件和传统器件的功能。即，无需针床接触便可测试非边界扫描器件。一家制造商甚至声称，对于含有大量边界扫描器件的数字电路板，采用此类技术可将所需的针床接触点减少80%。
善用光学检测手段补充电气测试
光学检查通常是电气测试的有效补充，尤其是在电路板无法进行全面的电气接触时更是如此。如果板上的元件和节点都在视线范围内，通过人工目检(MVI)或自动光学检查(AOI)便可发现大量问题。然而，如何平衡这两种方法也并非易事。
通常来说，AOI比MVI能发现更多的缺陷，同时工作也更能持久。机器是不会疲倦的，它们不会开小差，缺陷检查标准也会保持始终如一。一般而言，MVI适用于结构较简单、元件数和焊点数较少的电路板。而当电路板比较复杂时，便可选择AOI检测。尽管传统的接触检查受限，在元件放置后和回流焊前进行AOI也有助于控制工艺。这种方法可确保元件已放置并可检查出错放的元件，而且此时采取调校或其它维修手段也可减少或防止今后的缺陷。
当遇到像BGA那样焊点藏在元件下的情况时，MVI和AOI都无法应付，这时就需要采用自动X光检查(AXI)。AXI尤其适用于检查焊点缺陷，它甚至可以检查出焊点的虚焊、欠焊或焊球移位，以及可以引起焊点脱落或缺陷的元件管脚平面度问题。
焊膏检查意义重大
一个测试方案包括多个工艺点的检查。例如，在焊膏印刷完成后立即检查焊盘，便可确定焊膏的用量和印刷的精度。在这一工艺点放置焊膏检查系统大有裨益，该系统可检查到所有焊盘，甚至包括被元件挡住的焊盘；它还会检查到盘外焊膏、焊膏过量、焊膏不足和会引致焊点短路的污浊焊膏等情况。此时将缺陷板上的所有焊膏剥离并返工成本很低，是避免进一步损失的好机会。
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对于过程控制来说，焊膏检查意义重大。当一种新型电路板投产时，在元件放置前进行检查可确保印刷模板正确及焊膏印刷机调校准确。在常规生产中，对焊膏印刷后的电路板进行抽样或100%的测试可提供一种预警系统，确定并有助于防止可能发生的模板穿孔或其它工艺问题。用这种方法进行过程监控可得知焊膏/焊膏印刷机是否需要调校或进行其它维修。此外，这一方法有助于最大程度地降低制造缺陷率，哪怕是电路板的视觉检查接触和传统测试接触十分受限。
多数电路板需要一些过孔装配，然后进行波峰焊及再次的检查。研究表明，在某些情况下，单是波峰焊这一过程便会产生多达50%的电路板缺陷。要想消除这些缺陷也许要修改设计，以减少对这一步骤的依赖。此外，如果可能，完全去除波峰焊可缩短整个工艺流程，并降低生产过程中的元件库存。
选择AXI组合测试方案 分担在线测试开销
多数公司的测试方案中都包含了AXI。AXI不受视线范围限制，它甚至可检查出藏在元件或其它功能组件(如散热器或RF屏蔽罩)下的焊点。AXI也是唯一可以大批量检查焊点形状及质量的方法，此外它还可查出其它方法难于或无法查出的开路和短路现象。为了提高效率，AXI可放在波峰焊后进行。
一些公司仅对MVI和AOI检查不到的焊点使用AXI，但这种方法不是任何时候都最有效。例如，有家高复杂性电路板制造商先进行AOI，然后仅对BGA进行AXI，最后是在线测试。然而分析表明，这一方案仅能发现50%的缺陷，而在波峰焊后对整块电路板进行AXI可检查出92%的缺陷，尽管此时电气ICT接触减少了50%以上。
对所有焊点都进行检查时AXI可能会成为一个瓶颈，但在多数情况下，它仍不失为一种正确的测试方案，尤其是当它可消除如功能及系统测试等更大的瓶颈时。在决定测试方案前，我们应该纵观全局并考虑总产出——真正有价值的产出是电路板出货时质量可靠。
自动X光检查可发现在线测试完全无法查出的焊点的欠焊、过焊或元件遗失，因此，如果产量足够大就有必要投资购买相应的检测设备。但是单凭光学检测无法确定电路板元件是否正确(除非误放元件与正确元件全然不同)或能否工作，所以在线测试就是一个必要的补充。
尽管在线测试的测试夹具和测试程序难于创建和维护，而且设计者也不喜欢它，但在多数测试方案中，它仍然十分重要。目前，最为快捷有效的测试方案通常同时包括ICT和AXI这两类测试设备。
一旦决定了在测试方案中采用这两种技术，就应该将尽可能多的缺陷交由X光系统来检查，这样可进一步简化在线测试及测试夹具的需求，并减少传统的接触。此外，由于创建在线测试的程序和测试夹具比创建X光测试系统更为费时，这种分布式方法也有助于缩短上市时间。
目前已有现成的软件包可自动将测试分配给这两种技术进行。这些软件知道X光系统可检查哪些缺陷，然后从在线测试程序中将这些缺陷检查去除。
功能验证保证出货质量
焊膏印刷后的检查是为了保证产品质量，而更重要的一点则是验证用于生产这一电路板的制造工艺是否正确。尽管在线测试可以检查一些功能，但仅凭这点仍不足以保证整块电路板能正常工作，此时必须进行功能及系统测试。
功能测试可以由一个激励-响应验证组成。在仿真过程中，电路板自由工作并阶段性地停止，以进行测试或检查存储器及寄存器的内容。功能测试也可以是一种"热模型"(hot mock-up)测试，在这种测试中，目标系统是确定的，但待测试电路板的好坏是未知的。
系统测试完全名副其实，它尽管一些公司用“功能性测试”来指代它，但实际上执行的也是系统测试。而不管叫什么名字，这种测试均指的均是检查电路板的运行状况。
功能性测试的开发过程冗长而乏味，执行和诊断缺陷也十分耗时，不过已有一些新的诊断工具可以大大减少这种痛苦。进行在线测试时，如果能克服那种想在“鸡蛋里挑骨头”的心态，便可以简化测试过程，而整个分布式测试也将更为有效。
多数电子系统具有各种形式的自检(通常采用边界扫描)，它可检查出20%-70%以上的缺陷。如果在生产中执行自检，便可省掉功能测试或在线测试中的缺陷检查过程。此外，就算不考虑产出率，简化在线测试也可以减少接触需求，因而用这种方法简化功能测试可大幅缩短产品的上市时间。板级以上的系统测试用于确保整个系统工作正常，包括所有电路板、背板及其它功能组件。它采用自检或自检的扩展方式，或者是客户购买后会在产品上执行常规软件。尽管比较耗时，但系统测试完成后制造商便可理直气壮地保证产品工作正常。
接触有限电路板的测试有章可循
综上所述，尽管电气或视觉接触有限的电路板测试难度较大，通过结合可测性设计、生产过程监测和各种现代
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