高密度印刷线路板的功能测试

功能测试正变得越来越重要，然而与在线测试一样，技术的发展和PCB设计会使测试范围受到限制。尽管在编程的软件环境方面已取得了很大的进展，有助于克服其中一些困难，但若想按照你的测试策略成功实施功能测试，还有很多问题需要避免并且要做更周密的准备。本文就介绍成功实施功能测试应考虑的一些因素和应对方法策略。

电子产品功能测试有着其盛衰的历史，60年代后期它是第一种自动化测试方法，随着70年代后期在线测试技术的出现，功能测试似乎注定要让位于编程与判断日趋简易快速的在线测试。然而如今，潮流又变了。在线测试目前有一个问题越来越严重，即探测方式。据美国NEMI（国家电子制造组织）分析，到2003年底可探测到的节点基本上将为零，如果无法进行探测，那么在线测试几乎就没有用武之地。

功能测试正日益更多地用于生产线后工序中，甚至也用于进行工艺中段的测试，但是其体系和实施方法与以前的测试几乎已完全不同。如今的测试系统在多数情况下速度更快，结构也更加紧凑，功能测试对于验证产品的总体功能性、维护校准信息、向ISO9000程序提供数据以及保证高风险产品，如医疗设备的质量等都是不可缺少的。

测试的实施方法受预算、产量以及待测产品（UUT）设计等因素的影响，而正是最后一项对到底能测出什么影响最大，预算和产量则会限制测试的项目。为了让测试得到尽可能高的故障覆盖率，在设计阶段就必须注意元器件的选择和PCB布局，遗憾的是实际情况并不总是这样，急于进入市场和紧张的开发经常会打乱你的如意算盘。

这里对如何处理这些限制进行一个初步分析。针对测试而不得不作的一些让步（特别是在设计早期阶段）可能会影响设计，但却使测试工作更容易，并提高测试故障覆盖率。请注意下列问题和建议不是每个测试工程师都要面临或需要解决的，这些问题许多会相互影响，因此应对每个问题进行评估，并在需要时灵活应用。

待测产品测试要求是什么？

在讨论设计、测试系统、软件以及测试方法之前，先要了解"对象"--待测产品，这里不光是指PCB或最终组装件本身，而且还需要明白将要生产多少、预计的故障等等，包括：产品种类

结构（单个PCB/预先做好的PCB/最终产品）

测试规范计划测试点预期产量（每条线/每天/每班等）

预计故障类型

很明显，上面忽略了"预算"，但是只有对上述各项了解之后才能确定某件产品测试要花多少钱，在弄清楚全面测试UUT需要什么后再开始讨论资金问题，也只有在这个时候才能知道如何进行折衷以使工作完成。初期的报告完成后，公司可能会给你一个预算并祝你"好运"--盘算着你能作出什么，此时确实需要"好运"，但还要有其它东西，下面列出了其中一些。

高密度问题表面上看，元件密度好象对功能测试来讲不是问题，毕竟这里主要考虑的是"给一个输入而得到正确的输出"。诚然它有些过于单纯，但实际情况就是如此。向UUT输入端施加给定的激励信号，一定时间后UUT将会输出特定的系列数据，与I/O连接器相连应是唯一的接入问题。

但是元器件密度也有一定影响，看看图1的PCB样品（或你自己的设计），你先得回答下面的问题；需要接入校准电路吗？

图1 PCB样品

对UUT具体元件或特定区域进行诊断是否重要？

如果对上述问题的回答持肯定意见，那么探查是由人来做还是用某种自动机械装置？

要使用自动化测试装置吗？

采用的I/O连接器是否容易接触或连接？如果不是，那么连接器是一个能通过针床接触的通孔安装件吗？

下面我们来逐个讨论这些问题。

校准电路功能测试经常用于模拟电路的校准或验证，包括检查UUT的内部（如射频电路的中频部分）以验证其工作，要这样做就可能需要测试点或测试焊盘。高频设计的一个问题是测试点的相对阻抗（路径长度、测试焊盘大小等）加上探针的阻抗会影响该电路的性能，在设置测试区时应记住这点，而自动机械探测和针床夹具（本文后面讨论）只需较小的测试区即可，可缓和这一矛盾，这主要是由于和人工操作相比，自动机械本身的精度可使测试仪探测到更小的区域。

故障诊断如果只是用功能测试作为通过/不通过的筛选而不需要测量校准点，可以将本节跳过，因为此时应用可能不需要用到探针。在多数情况下，功能测试都进行通过/不通过检测，这是因为功能测试在诊断故障方面非常缓慢，特别是在出现多个故障的情况下。但是在某些工业里，功能测试正在深入到制造工艺里面，例如蜂窝电话制造，一些制造商要在PCB一级进行某些关键测量，也即在最终组装前的装配过程中进行，这是由手机易被淘汰的性质所决定的。换言之，手机被设计为以较低成本进行装配，它们不易拆卸，因此在终测前对功能进行验证可以节省返工成本并减少可能出现的废品（因为手机拆开时会被损坏）。

所以要探查PCB就需要有充足的测试点，例如检查一个间距20mil的表面安装器件的J形引线就不是很方便，而BGA则更没有可能。根据美国表面安装技术协会（SMTA）的建议，测试点间隔最小为0.040英寸，焊盘之间的间隔取决于测试区四周的元件高度、探针大小等等，但是0.200英寸间隔应是最小要求，特别是人工探查区域。很显然，测试夹具和自动机械探针更加精确一些。

测试设计无庸置疑，一个便于测试的设计在生产中要比随随便便的设计更容易处理。但工程人员通常希望在最小的体积里以最低成本装入更多的技术，这种思想增加了在线测试和功能测试中与线路板接触的限制。

对这类问题市场也做出了反应，现在已有软件工具能对设计作分析，根据装配和测试设备规定的规则进行审查，提出使PCB更易于生产的建议。如果这些工具适用于你的产品，建议对每个设计都作分析，至少它能很快指出哪里发现了测试接触的问题，其最终目的是使产品更易于制造。

满足高密度要求的结构配置

高密度可以是PCB尺寸小，也可以是UUT上有大量电路，或者二者兼有，上面的标题说明对系统的机械和电气结构必须要进行考虑以满足测试的要求。在机械方面需考虑的问题有：

如何支持UUT测试区多层板测试（测试仪能做并行测试吗？）

I/O连接器

在电气方面，如果是多层板，那么哪个更经济呢？是采用多仪器方式还是用开关转换器加少量仪器的方式？根据UUT结构或所需的仪器类型，答案可能并不容易得出。

自动测试还是人工测试？

随着每条生产线的产量和速度增加（实现规模经济的一个主要方法是提高每个测试设备的生产率），应该要考虑能否使测试过程自动化。自动化功能测试实际上省去了装载/卸载的时间，并不需要再增加其它测试系统，在考虑提高产量的时候通常不会顾及输运设备增加的成本。

测试自动化的缺点包括有一个初始硬件投资、与生产线整合的时间、测试系统能否与生产线速度保持同步以及如果设备出故障而会给生产带来的问题等等。离线式测试仪不会直接影响装配线，如果测试仪出现故障，可以把产品从生产线上拿出放在一边继续生产，这样生产线不会受影响，不过处理时间和人工也是个问题。

应记住人工测试通常可能要用若干电缆和连接器连接UUT，这些电缆与针床夹具上的探针相比较，其使用寿命一般较低，因此应将它纳入维护计划中，这可以降低间发性故障。