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一文讲解在制造和组装中使用的 PCB 电气测试方法
2022-04-21

PCB 制造厂里的很多工作是在幕后进行的,其中在对新制造的电路板进行质量鉴定时,一个重要的环节就是测试。具体取决于特定产品有何需求,一块新的 PCB 会经过不同程度的测试和检查。有些测试只是简单的直流电参数测试,即检查设计的连续性,而其他的测试过程则更加复杂。


为了保证设计在制造过程中和制造完成后完全具有可测试性,一些简单的方法可用来确保设计得到可靠的检查。对于更高级的设计,如高度坚固的系统或射频产品的电路板,测试要求可能与常规标准不同,也不由大多数制造商执行。在拿起万用表开始测试自己的电路板之前,请确保了解制造商会执行哪些 PCB 测试方法和检查。



标准的 PCB 测试方法和流程


在制造过程中,制造方和/或组装方将进行三组可能的测试,以评估电路板的电气特性。这些 PCB 测试方法侧重于电气性能和使用寿命,对于不同的系统和产量需要进行不同的测试。


ICT测试

ICT测试(In-Circuit Testing,即在线测试)的目的是在将制造好的电路板投入组装之前,检查电路板是否存在开路或短路情况。ICT测试使用飞针测试机完成,飞针测试机在电路板上的不同点之间快速移动探针,以检查连续性。另一种用于组装前ICT测试的方法是钉床测试。这两种装配前ICT测试都是用来验证网络连接性,并确保制造好的电路板上的开路/短路测量值与 PCB 网表中的数据相匹配。


使用飞针测试机进行现场ICT测试


ICT测试也可以用来测试 PCBA 和收集特定的电气测量值。例如,测量稳压器的功耗输出、用示波器测量特定的交流波形,或 TDR (Time-Domain Reflectometry,即时域反射计)测量。这种测试通常用于产量较高的情况,因为 NRE(Non-recurring engineering,即一次性工程) 费用可能会很高,对于小批量生产来说性价比较低。在某些时候,设计师可能会考虑将功能测试外包出去,以确保设计符合性能要求。


功能测试

功能测试超越了电路板制造和装配过程中的电气测试。这种测试主要是验证 PCBA 是否能提供所需的用户体验,以及是否能满足电路板在实际使用中遇到的一些基本要求。这些测试可以用来评估固件/软件功能、外围设备(电机、开关等)的行为、用户界面,以及设计中所有这些功能部件之间的整体联系。制造商进行这些测试,并不是作为设计过程的一部分提供帮助;而是为了验证所制作的电路板能够支持产品所需的最低功能配置。


并非所有的制造商都有能力提供这种水平的测试,因为它可能涉及到人工执行多种耗时的手动测试,从而产生额外的成本。这些电路板还需要经过专门设计,以支持制造方的功能测试,有时还需要使用特定的测试夹具和定制的固件/软件。出于这个原因,功能测试的自动化部分有时由原型设计公司执行,而终端客户将用原型电路板进行现场测试。当设计通过这些测试后,将在生产线上自动执行电气和功能行为测试。


老化测试

老化测试是加速寿命测试的一种形式。其目的不是为了模拟压力过大的情况,而是通过在高温下运行集成电路和其他元器件来模拟这些器件的老化情况。一旦一批电路板组装完毕,并且认为可以正常工作,就可以在通电运行的情况下将这批电路板放在一个加热的烤箱中;典型的老化时间从 48 小时到超过 150 小时不等。质量最不可靠的电路板将首先发生故障(称为“早期故障”),并从批次中移除。这些发生故障的电路板将接受进一步检查,以确定主要的故障点,并重新制定设计方案,在下一次修改时加以应用。


下表汇总了以上三种标准测试方法的优点和缺点:



非标准的机械和电气测试


还有许多其他非标准的测试,或一般不由 PCB 制造商执行的测试。在收到 PCBA 后,我们将负责所有这些不由制造商执行的测试。如果需要进行更专业的测试,外部实验室可以提供相关服务,也可以在内部进行。一些非标准的 PCB 测试方法包括:

  • 振动和机械冲击测试
  • 热循环测试
  • ESD 测试
  • 信号完整性和电源完整性测试


信号完整性和电源完整性测试在设计初期尤其重要,因为需要在电路板上放置测试夹具,以便在组装后可以测量高速通道的数据。SMA 连接器是一种典型的测试夹具,可以水平和垂直放置。如果需要在电路板上放置测试夹具,请确保能为元件获得正确的 footprint。


Molex 73100-0114 的原理图符号和 PCB footprint


除了以上提及的标准及非标准测试方法,当前,一种最新的利用AR(增强现实)叠层的新技术横空出世:


inspectAR 软件中直接将 AR 叠层对应在 PCBA物理板上


上图显示了inspectAR 软件中 AR 叠层制造的 PCBA物理板的交互。利用AR技术,工程师或制造技术人员可以在制造过程中的任何时候将单个器件、走线、子电路或整个电路板与设计规格进行比较。


与上文所述的 PCB 组装测试方法一样,AR叠层可以轻松识别错误此外,还可以进行在线故障排除和调试,从而在通过返工或组装过程对电路板进行物理调整之前发现最佳解决方案,避免缺陷重复出现。这种软件与硬件的结合使用为 PCB 组装测试和 ECAD 团队管理的未来指明了方向。


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如果想在自己的电路板上进行尝试,只需要花费几分钟时间就能在智能手机上启动并运行inspectAR平台;如果有来自 Arduino、SparkFun、LimeSDR 和 BeagleBone 等平台的电路板,还会有许多免费项目可供下载使用。


(文章来源公众号:AR辅助PCB调试与纠错)