PCB测试和检查方法概述

PCB是任何电子电路的基本组件，无论是简单的还是复杂的。表面贴装元件（SMD）的使用日益增加以及对多层的需求使当今的印刷电路板变得更加复杂。无论何种应用，所有印刷电路板的一般要求是它们必须根据项目规格正确运行，并且不得有任何缺陷。最新一代的电子电路包括数百个具有数千个焊接和互连的组件；因此，建立严格的检查和测试方法以确保最终产品的质量非常重要。

PCB测试概述

当电子电路相对简单时，手动视觉检查（MVI）足以识别潜在问题，例如短路，焊接点不良，走线断裂，某些组件的极不正确，甚至缺少组件。但是，在执行单调且重复的任务时，MVI技术存在人为错误的风险。当电路的更改变得过于昂贵时，这导致无法检测到缺陷或仅在非常高级的设计阶段检测到缺陷的情况。下一步是使用AOI（自动光学检查）技术使外观检查自动化。如今，AOI是一种行之有效的检查方法，它在焊接的前置时间和焊接后均被广泛使用，并且在许多取放机器中均可使用。SMD组件和BGA封装（球栅阵列）的使用日益频繁，这显示了AOI的局限性，后者无法再识别隐藏在封装下方的连接和焊接。这就是开发基于X射线的AXI技术（自动X射线检查）的原因，X射线不仅可以透视封装，而且可以检查具有高组件密度的多层电路板。检查阶段结束后，必须在完全组装好的电路上对电路板进行精确的测试。

PCB测试的目的

• 电路板由不同的元件组成，每个元件都会影响电子电路的整体性能。测试集必须至少包含以下检查：

• 电导率，包括泄漏电流的测量；

• 机械阻力

• 焊接质量；

• 清洁度（耐气候性，包括湿气和腐蚀）；

• 穿孔墙的质量；

• 层压，测试层压板对强力剥离或加热的抵抗力；

• 镀铜，测试其抗拉强度并分析所得的伸长率；

• 环境测试，特别是在潮湿环境中使用的印刷电路板；

• 组件的极性，方向，对齐和放置。

AOI

作为一种检查方法，AOI可以在开发的早期阶段检测电路板上的缺陷和缺陷。AOI是一种视觉检查方法，其中摄像机从不同角度和不同光照条件下拍摄电路板图片。该技术还包括OCR功能，电路板上的丝网印刷可以对其进行评估。然后将捕获的图像与所需的结果进行比较（所谓的“黄金电路板”）。该方法的优点是可以检测不同类型的缺陷，并可以在不同的开发阶段使用。最大的缺点是它仅限于纯外观检查，无法检查BGA下隐藏的任何连接或其他数据包类型。

AXI

表面贴装技术带来的高密度以及无法识别BGA封装和CSP（芯片级封装）中的连接，需要更精确的检查方法，例如基于X射线的AXI。由于使用原子量高于电路板上其他组件原子量的材料进行焊接，因此在X射线图像上可以清楚地看到该焊接。AXI技术最重要的优点是它可以检测所有连接和焊接（甚至是封装中隐藏的连接和焊接）；此外，可以检查焊缝并识别出气泡。检测伪造的专有电子组件的可能性也非常重要。另一方面，AXI是一项相对昂贵的技术，只有使用BGA封装或CSP的高密度电路板和组件才能进行合理的使用。图1显示了通过X射线检查发现的缺陷。

 

图1：通过X射线检查发现PCB缺陷

在线测试（ICT）

组装后进行的该测试检查电路板上所有电子组件的正确功能和位置。该测试包括检查短路，开路，电阻，电容和其他参数。为此，使用了一种手指测试仪，它由一系列小齿轮和传感器组成，这些小齿轮和传感器执行测试所需的测量并在电路板上自由移动。手指测试仪由适当的软件控制，可以通过使测试系统适应具有不同布局的电路板来进行更改。可替代地，可以使用由针对相应的测试对象开发的针床组成的测试设备。每个“针”的行为就像一个真实的传感器，可以将测试对象上的某个点电连接到测试系统。针床是一种昂贵且不是很灵活的技术（每个电路板需要一个单独的针床）。另外，当针之间的空间很小时，很难测试高密度电路板。ICT技术的优点是可以检测单个组件及其连接方面的众多缺陷，并且无需连接电路板即可执行。缺点是成本（针床和控制软件的复杂性）以及缺乏测试连接的能力；这在模拟和数字系统中是一个重大限制，由几块电路板组成。图2显示了带有手指测试仪的ICT机器。

 

图2：带手指测试仪的ICT

 

图3:显示了准备运行针床测试的定制测试设备

功能测试

功能测试是检查和测试过程的最后一步。顾名思义，该电路的功能将通过模拟刺激的电信号并测量其效果来进行测试。电路通过接口连接正确供电和电激励。一个软件应用程序处理在板上适当位置进行的测量，并验证它们是否符合设计规范。功能测试的优点是能够检测仅在电路通电时才发生的电路中的潜在异常。它也可以测量电路中某些点的功耗。在测试系统的成本和复杂性方面存在劣势.

边界扫描

边界扫描是一种用于测试电路板组件之间的互连的技术，当不能到达电路的所有节点时，边界扫描通常用于测试集成电路。物理传感器由“单元”代替，“单元”的输出（TDO）和输入（TDI）数据引脚串联连接到合适的移位寄存器和多路复用电路。边界扫描逻辑通过测试周期（TCK）计时，而TMS连接（“测试模式选择”）启用测试。可以使用称为TAP（测试访问端口）的简单四针串行接口（如果添加了可选的复位信号，则为五针）来访问输入和输出，而电路板上没有任何物理测试点。制造商的边界扫描描述语言（BSDL）文件包含有关边界扫描组件的信息。边界扫描方法的优点是适用于各种应用程序，例如系统级别的测试，RAM和闪存测试以及CPU仿真。该测试也可以在现场进行。另一方面，由于覆盖范围仅限于支持此类接口的那些组件，因此测试并不全面。

结论

不管选择哪种方法，PCB测试都是PCB设计过程中的重要一步。这样可以节省大量时间和金钱，并且可以在最终生产之前确定可能影响电路的缺陷。通常，上述检查和测试方法的适当组合可以根据特定的应用和被测电路的复杂性，以不同的成本来检测所有潜在的缺陷。