提高制造良率的關(guān)鍵一步:PCB測試點布置方法詳解
PCB制造和組裝過程中,為了保證每一塊電路板的功能正確、焊接良好,必須進(jìn)行電氣測試。這些測試包括短路檢查、開路檢查、元件焊接情況、電路連通性、電源供電穩(wěn)定性等。要完成這些測試,測試探針必須接觸到電路板上的指定點位,這些點位就是測試點。
測試點設(shè)計不合理,會帶來以下問題:
測試探針無法準(zhǔn)確接觸;
某些信號無法測到;
焊點損壞或探針誤傷元件;
測試夾具制作復(fù)雜、成本高;
測試程序不穩(wěn)定,產(chǎn)生誤判;
無法自動測試,只能人工檢查。
這些問題會讓生產(chǎn)效率降低、產(chǎn)品良率變差、返修次數(shù)增加、出貨時間延遲。所以在設(shè)計階段合理布置測試點,是保證制造順利和質(zhì)量穩(wěn)定的前提。
測試點設(shè)計是一項小細(xì)節(jié),但對整條生產(chǎn)線的影響非常大。
測試點是為探針、探頭或測試針床提供電氣接觸的焊盤。通過這些測試點,設(shè)備可以檢測電路板上的各個信號、電壓、電源狀態(tài)等。
常見測試點類型有以下幾種:
一些芯片的引腳、焊盤直接暴露在外面,也可以當(dāng)作測試點。測試設(shè)備的探針可直接接觸這些位置。這種方式簡單,適合貼片元件較少的低密度板。
設(shè)計專門的圓形測試焊盤,只用于探針接觸。這類焊盤不連接元器件,只連接信號線或電源軌。常用于自動測試夾具。
設(shè)計一個通孔,插入探針用于測試。這種孔要足夠大,適合測試針插入,但不能影響電路功能。適合THT板或人工測試場合。
在PCB板邊放置金手指或外露銅面,用于探針夾持或接觸。這種方式適用于連接器、接口電路的測試。
不同類型的測試點適用于不同的測試方式,要根據(jù)產(chǎn)品情況選擇合適的方案。
測試點雖然小,但布置方式必須考慮多個維度,包括信號完整性、設(shè)備兼容性、可探測性、空間利用等。
測試點要有足夠面積供探針接觸。常見直徑為0.9mm~1.2mm。如果太小,探針容易滑偏或接觸不良。
測試點周圍應(yīng)有空白區(qū)域,不應(yīng)靠近元件、銅皮、走線,否則容易碰到其他結(jié)構(gòu)。
探針落點要穩(wěn)定,不可放在軟性結(jié)構(gòu)(如防焊油面、絲?。┥?。
一般要求每個電源軌、每個信號網(wǎng)、每個地線都應(yīng)至少布置一個測試點。對于重要信號,如主時鐘、I2C總線、UART口,應(yīng)考慮布兩個以上測試點,防止一個焊盤失效。
測試點分布應(yīng)盡量均勻,不能都集中在一個角落。這樣測試探針夾具受力會不均,探頭壽命縮短。
如果是多層板,最好將測試點安排在頂層或底層,避免內(nèi)層無法接觸。
每個測試點要有唯一編號,如TP1、TP2、TP3等,并在絲印層標(biāo)出。這樣便于工程師調(diào)試、測試程序標(biāo)記,也方便返修。
同時可以加上功能說明,比如TP1是VCC、TP2是GND、TP3是CLK等。
編號清晰、命名一致,能大大提升測試效率。
測試點的焊盤必須去除阻焊油墨,裸露銅面,便于探針接觸。否則會接觸不良,測試失敗。
一般用PCB設(shè)計軟件在測試點上添加“SMD pad”結(jié)構(gòu),并設(shè)置“開窗”屬性,或者手動修改阻焊層。
要注意開窗不能太大,避免引起錫橋或影響周圍布線。
測試夾具(針床)對測試點的排布有固定規(guī)則。比如標(biāo)準(zhǔn)夾具的探針間距為2.54mm或1.27mm。如果測試點太密集或排布不規(guī)整,夾具制作就會非常困難。
建議測試點排列成規(guī)則的行列,并盡量使用統(tǒng)一尺寸和間距。布線時也要避免測試點之間的信號互串或干擾。
每條電源軌建議布置一個測試點。電源測試點應(yīng)接近電源輸出端或關(guān)鍵芯片VCC腳附近,方便測量電壓穩(wěn)定性。
對于多個電壓等級(如3.3V、5V、1.8V),每種電壓都要有單獨測試點。電源地(GND)也要布點,與電壓點配合,便于用表筆測量。
對重要信號,比如系統(tǒng)時鐘、通訊線(UART、CAN、SPI)、控制線(RESET、EN),建議布置單獨測試點。放置在布線中間,不能直接放在芯片引腳旁邊,以免因操作誤碰芯片。
對于不太重要的信號線,比如內(nèi)部邏輯線,可合并多個信號使用一個多針測試頭來采樣,但要保證信號識別穩(wěn)定。
為了方便自動夾具探針接觸,一些設(shè)計師會把測試點集中排成一行或一塊區(qū)域,俗稱“測試區(qū)”或“探針區(qū)”。
這樣可大大簡化針床設(shè)計,也便于AOI或ICT自動化測試。測試區(qū)應(yīng)避開高發(fā)熱器件和高頻走線區(qū)域,避免干擾。
如果PCB面積受限,測試點不夠布,可以考慮將部分測試點布置在板邊緣,配合邊緣夾具或FPC連接方式。
邊緣測試點建議加加強(qiáng)銅皮或金屬保護(hù)層,防止插拔損傷。
對于多層板,如果測試點在中層,無法探針直接接觸。這時可通過盲孔或通孔引出到頂層或底層,或者使用via-in-pad結(jié)構(gòu)暴露測試面。
同時,布線時應(yīng)避免測試點串?dāng)_高頻信號,避免影響正常工作。
一些設(shè)計忽略了測試點,導(dǎo)致后期只能依靠人工探測,效率低下。建議所有關(guān)鍵信號都必須預(yù)留測試點。
如果測試點小于0.8mm,探針可能無法準(zhǔn)確接觸。如果被絲印遮住或上方有器件,測試探針無法落點。建議設(shè)置保護(hù)區(qū),不布器件,不放絲印。
測試點放在邊緣、拐角或大銅皮上,會引起信號不穩(wěn)定或測試電阻大。建議放在信號路徑中部,布線清晰位置。
沒有標(biāo)明TP編號,現(xiàn)場測試時容易混淆,也不利于調(diào)試記錄。建議每個點命名清晰,并在設(shè)計圖紙中說明其功能和測試標(biāo)準(zhǔn)。
如果測試點分布不規(guī)則,會讓測試夾具結(jié)構(gòu)復(fù)雜、壽命下降。建議布點符合標(biāo)準(zhǔn)針距和排列。
測試點布置看似小事,但關(guān)系整個測試環(huán)節(jié)的效率和可靠性。好的測試點布局,可以讓測試人員快速定位問題、提升測試良率、節(jié)省人工成本,也可以降低夾具復(fù)雜度、縮短調(diào)試時間。
設(shè)計時不應(yīng)只關(guān)注功能實現(xiàn),也應(yīng)在布局階段就預(yù)留好足夠、合理、清晰的測試點位置。這樣才能讓后續(xù)的ICT、FCT、調(diào)試、電性校準(zhǔn)都順利進(jìn)行。
如果從一開始就重視測試點布置,就能大大提高PCB的可制造性,也能減少后期不必要的返工和測試難度。
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