PCB测试点规范工厂测试测试探针有4种分类,如下:
在pcb设计中建议用TP100(直径1mm)的表贴测试焊盘,测试点统一放到板子背面或者正面,焊盘的中心间距最少是1.73mm,即焊盘边到边的距离是0.73mm.
测试点的用途目的:测试点的用途主要有以下三类:
1、产品研发阶段,便于调试
2、产品生产(量产)阶段,用于ICT测试
3、产品返修时,便于检测
不同目的加测试点的策略是不同的。
研发阶段,需要添加的测试点合理的添加测试点还是有必要的,当然只需要给“感兴趣”的信号添加测试点。以下是推荐的需要添加测试点的网络:
电源
如果你收到第一块prototype的PCB,你会测什么信号?如果板子工作不正常,你会先检查什么?没错,绝对是电源,给所有的电源网络都加上测试点很有必要。
重要的控制信号(Control Signal)
比如说,电源管理芯片的PowerOn(Power Enable/Power OK)的信号。给重要的控制信号加测试点,便于我们观察信号的时序,帮助我们分析板子不正常工作的原因。
某些需要与外部接线的信号
比方说下图中的I2C信号,添加了两个测试点,可以用于与外部编程器相连,给右侧的芯片进行编程。
除此之外,其他的工程师认为重要的信号也应该添加测试点。
测试点数量的决定因素(1) 测试覆盖率要求ICT(在线测试):通常需要 80%~95% 的网络覆盖率,确保关键元件(电阻、电容、IC引脚)可测。
FCT(功能测试):仅需关键信号(电源、时钟、通信总线)的测试点。
手动调试:仅需核心信号(如MCU调试接口、ADC采样点)。
(2) PCB复杂度和信号类型PCB类型推荐测试点数量说明简单板(每网络1个TP(关键信号优先)如电源、地、低速IO。中复杂度板关键网络1~2个TP,非关键网络可选如DDR数据线、高速差分对、模拟信号。高密度板(HDI)仅关键信号TP,尽量复用过孔避免过多TP影响布线,优先使用Via-in-Pad。射频/高速板最少化TP,仅必要信号高频信号TP需特殊设计(如共面波导),避免阻抗突变。每增加一个测试点:增加PCB加工成本(额外铜层、阻焊开窗)。可能影响良率(如氧化、虚焊)。在确保可测试性的前提下,尽量减少测试点数量,并通过仿真(如SI/PI分析)验证高速信号TP的影响。
ICT理论知识ICT是In Circuit Test的简称,其功能类似于一块万用表,在产线上可以快速、批量地对PCBA进行测试。ICT测试靠探针接触PCB layout时的测试点,来检测PCBA线路的短路、开路以及器件的焊接情况,并将短路、开路的点准确告诉用户。
和ICT同样用于PCBA检测的还有AOI(Automatic Optical Inspection)以及FCT(Function Test)。AOI是光学检测,通过摄像头将扫描出的图像,经过处理,与合格的图像进行对比,给出潜在的缺陷。AOI与ICT相比,优势是比较灵活、不需要治具,但对不可见的焊点无能为力,对于焊点虚焊等情况也无法检测。
FCT是功能检测,通过软件来判断PCBA功能是否符合要求,这也是大部分企业采用的方式,相比ICT,它的最大缺点在于无法给出缺陷的具体位置。对于一些产量比较大的产品,测试成本相对可以忽略,通常会将AOI、ICT、FCT作为多个工位依次进行。
下图是ICT治具的一个参考图:
其中最贵的就是下图中的探针,表面镀金,一整套治具的价格十来万不在话下。
ICT也有个致命的缺点,即市场反应速度慢,因为为一块PCBA制作和调试ICT针床夹具,往往需要花费1周甚至几周时间,并且只能用于这块PCBA。因此现在市面上也有飞针测试仪,相对ICT更灵活,可以编程实现飞针的快速切换,但缺点是测试速度慢。所以ICT现在仍是产线上的主流检测方式。
测试点设计规范由于ICT的探针的机械限制,测试点的设计也要遵循一定的规范。
测试点间距探针的行业规范为0.100’‘/2.54mm(价格最低,可靠性高),因此对于这类探针,测试点之间的间距至少为0.100‘’/2.54mm或者更大。如果满足不了这个要求,就需要使用更小的标准探针,如0.075‘’/1.91mm(这种探针也很常用)或0.050’/1.27mm,当然更小的尺寸意味着更高的价格。
下图是一种测试点间距的设计方法,直接将格点设为0.080‘’/2mm,方便测试点的统一摆放:
测试点尺寸测试点的尺寸对于治具额可靠性来讲非常重要。有可能的话,TP尺寸越大越好,最常见的TP尺寸是?1.2mm,最小的TP建议为?0.8mm,再小的话会使探针的成本极具上升。
一般建议企业定义几种规范的测试点,如?1mm,?1.2mm,?1.6mm等。
测试点位置除了测试点间的间距要求外,测试点的位置还需遵循以下规则:
1、测试点尽可能散开摆放,尽量不要摆放在一个很小的区域内,因为这样探针在接触TP时可能造成PCB弯曲。
2、测试点尽可能远离板边,比如至少距离板边5mm
3、测试点远离定位孔,建议中心距至少4mm
4、测试点远离较高的器件,避免干涉
5、有可能的话,所有的测试尽量放在一个面上。如果顶层和底层都摆放测试点,意味着需要制作双面的治具或者两套治具。
6、低速数字信号 普通焊盘即可,对SI影响较小。
7、高速数字信号短分支走线,阻抗匹配,避免长Stub。
8、差分信号 成对放置测试点,保持对称,避免引入共模噪声。
9、射频/微波信号 使用CPW或专用射频探点,避免破坏传输线结构。
10、电源/地 尽量使用大面积铜箔或低阻抗过孔,减少电压跌落。
测试专用焊盘以及过孔都可作为测试点,但过孔作为测试点是最差的选择,优先选用专门的测试焊盘。测试点添加,应保证附加线尽量短,如下图:
但是高速信号(如DDR时钟、PCIe差分对、USB3.0等)对阻抗连续性和时序极其敏感。应使用分支方式,测试点通过短分支线(Branch)从主信号线引出,不直接打断主路径。直接串联测试点相当于在传输线中插入一个阻抗不连续点(测试焊盘/过孔的寄生电容和电感)。
测试点类型测试点应该被设计成通孔(through-hole)的还是贴片(smt)的?
原则上来说,通孔的TP比贴片的TP更有优势。通孔测试点最大的好处在于通孔本身使得探针的中心定位更准确,其次两面都可以下针。但通孔测试点最大的问题在于占用PCB所有层的走线空间,这也是SMT测试点最大的优势所在。因此在当今PCB尺寸越来越小的趋势中,SMT测试点被更广泛的应用。
测试点的材质测试点最常见的材料有以下两种:
ENIG(Electroless Nickel/Immersion Gold),俗称化学镀金
HASL(Hot Air Solder Level),俗称喷锡
建议使用化学镀金的方式,因为电导率更高,虽然价格略贵。
下图是镀金测试点的一个实例:
|