PCB 测试 - 原型和 PCB 组装测试终极指南
在PCB测试方面，PCB应用变得越来越流行和多样化。目前，制造的 PCB 工程师们习惯于为在军用设备上运行的电路供电，就像那些在医院里支持人类生命的设备一样。因此，PCB 测试对于确保电路板按设计预期完美运行至关重要。此外，由于人们的生命显然处于危险之中，因此 PCB 生产中的错误不仅不鼓励而且是被禁止的。
有时，即使作为一名成熟的工程师，您也可能会犯一些错误并产生一些冷焊点或其他与 PCB 生产相关的缺陷。目前，很少有合同制造商广泛测试他们的电路板。作为WellPCB ，我们以成为 PCB 测试领域的佼佼者而自豪。
那么，您将如何知道自己在哪里搞砸了呢？此外，您如何在降低 PCB 测试的高成本的同时仍提供高质量的电子产品？要了解有关这些老问题的更多信息，请考虑阅读我们关于单元生产和 PCB 组装的 PCB 测试的综合指南 .
PCB 缺陷简述
1.1 十亿美元的错误本可以避免
2014 年，通用汽车花费了近 41 亿美元来修复和补偿他们的工程师（显然）忽视的其中一个车型点火开关的电路缺陷。现在，再想想。与正常运转的汽车相比，点火钥匙有多大？
一个功能齐全的车辆系统在所有标准中进行了测试（即使是昂贵的车辆碰撞测试），但因点火板中的电路错误而失望。此外，（gulp）PCB 出现了 41 亿美元的错误！可能，甚至不是整个电路；也许只是一个有缺陷的晶体管可能是原因。
通用汽车的案例是孤立的案例吗？没有。大约一年前，三星花费了近 53 亿美元来收回和弥补三星 Note 7 智能手机充电系统的缺陷。因此，不仅是三星。大约在同一时间召回了 3300 万条麦当劳健身手环（成本从未披露）。
一般来说，花费数十亿美元修复的 PCB 缺陷故事正在成为现代电子设计故事的主要内容。初创公司和老牌公司所做的一样多。残酷的事实是，这些错误是市场无法原谅的。那么，如何知道 PCB 何时出现缺陷呢？
1.2 PCB 测试阶段和测试不佳的 PCB 指标
有时，检测 PCB 中的故障并不费力。例如，通过目视检查 PCB，您可以注意到常见的缺陷，例如棕色过热接头的缺陷。焊点过多、润湿不足和不稳定的组件以及受干扰的焊点（您可以阅读有关冷焊点中这些缺陷的更多信息）。这种检测缺陷的方法称为人工目视检查 (VMI)。
为了提高 VMI 的准确性，您可能需要使用手持镜头检查接头并确保接头上没有开口。您可以借助镜头检查接缝处的光线穿透情况来进行此检查。
然而，有时眼睛也可能无法检测到影响 PCB 效率的 PCB 缺陷。大多数此类缺陷只有通过测试设备组件的有效性才能注意到。这种扩展评估需要改进和专门的设备。它也是在严格的变量评估下完成的，例如货币、电压、电容和电阻。这些变量也可能决定使用其他专用设备，我们将在后面的章节中讨论。
通过将各种组件的预期输入和输出与实际测量值进行比较。
您可以知道电路板的某些部分是否有缺陷。此过程称为在线测试 (ICT)。当电路中使用更多组件时，ICT 本身会变得复杂。由于这些复杂性，已开发出计算机化设备来简化对单个 PCB 组件的测试。这些设备中的大部分也将在后面讨论。
PCB 测试不佳的最后一个指标是客户投诉增加。现在，主要是，所有设备都会吸引用户的一些糟糕的评论。这是非常典型的。一些客户可能会批评物理设计；有些人可能会批评一个功能和任何其他类似的东西。但是，当针对特定电子设备的效率或性能持续受到投诉时，这可能表明 PCB 存在缺陷。
此类 PCB 缺陷对组织来说是最不受欢迎、最难检测和最昂贵的。它们很少发生。当它们发生时，它们会对受影响的公司产生最重大的影响。
现在，让我们看看电路板中常见的两种缺陷类型。
1.3：PCB 故障的类型
PCB缺陷主要有两种类型：结构缺陷和电气缺陷。一般来说，PCB中几乎所有的缺陷都可以归为两类。
1.3.1：结构 PCB 故障
结构 PCB 缺陷是由制造 PCB 时与 PCB 结构不当相关的错误引起的。这些故障是PCB中最常见的缺陷类型。它们包括以下缺陷：
• 开路：顾名思义，这些是在制造过程中被忽视的不完整电路。大多数开放课程都与焊料有关，它们发生在焊接过程中，通常是由于没有适当地熔化焊料造成的。这些错误在 PCB 中的发生率最高，发生率为 25%。
• 焊料不足：这些缺陷也与焊料有关。然而，它们通常是由于接头润湿不足而发生的。焊锡缺陷不良发生率18%
• 短路：尽管短路可以分为结构缺陷和电气缺陷，但由于设计错误而不是有缺陷的电气元件导致短路的发生率更高。故障在整个PCB缺陷中的发生率约为13%。
• 缺少电气元件：这些错误的发生率接近于短路（约 12%）。
• 未对齐的组件：未对齐的组件有时会在设计之后但就在组装之前注意到。这些缺陷的发生率约为生产过程中缺陷总数的 8%。
• 焊料过多：即使焊料过多会造成问题，但焊料过多几乎不会导致生产缺陷。这个论点是正确的，因为多余的焊料很容易被发现和纠正。但是，有时会出现这些缺陷。这些错误的发生率约为 3%。
• 缺少非电气部件：这些错误几乎不会发生。他们的偏好发生率微乎其微，约为 2%。
1.3.2：电气缺陷
电气缺陷是由于电路板中电气元件的错误使用而产生的缺陷类型。这些类型的错误在现代很少发生，即使确实发生了，也没有设计错误那么致命。
• 有缺陷的电气元件： 当有缺陷的元件被焊接到电路上时，就会出现这些缺陷。它们也很容易检测和纠正。这些错误的偏好发生率约为 8%。
• 使用了错误的组件： 有时，当使用推荐额定值的不同额定值的电阻器等有故障的组件时，可能会出现缺陷。它们的发生率约为 5%。
• 组件方向错误： 当元件以不正确的曝光方式焊接时，就会出现这些缺陷。它们的发生率约为 2%。
1.4 章节概述
PCB 的全面测试通常与制造商生产的电子产品的质量有关。经过良好测试的 PCB，在测试过程中，对高质量电子产品的测试结果着眼于细节结果，正如测试不佳的 PCB 对有缺陷的电子产品产生的结果一样。
正如您可能从几幅插图中观察到的那样，PCB 缺陷总是代价高昂。对于初创公司来说，PCB 失误可能会让公司失去声誉。对于发达的公司来说，缺陷可能会让他们损失金钱和部分声誉。这两种损失都是不可取的。
在过去，许多重点都放在了 PCB 设计阶段可能发生的错误上。但是，随着技术的进步，如今 PCB 的设计也有所改进。 PCB 测试的更多重点放在了制造 PCB 本身的过程上。这就是为什么任何有兴趣在市场上停留更长时间的电子制造公司都必须在测试 PCB 上投入更多资金。
未来，我们将更深入地研究可用于测试 PCB 的流行测试方法和工业设备。
PCB 测试方法
作为爱好者开发本地 PCB 时，您可能不需要任何一致的策略来建立 PCB。因此，您也不需要测试策略。一旦你对你期望的电路有了一个粗略的草图，一切都可以在它的位置上。
然而，商业PCB生产和PCB测试在其实施过程中并不赌博。它遵循有助于评估效率和容错能力的既定策略。目前，大约有七种测试 PCB 的方法。在这七种策略中，只有三种策略在行业中占主导地位。这三个顶级测试类别包括手动视觉检查 (VMI)、在线测试 (ICT) 和功能测试 (FT)。
2.1 PCB 测试 —人工目视检查 (MVI)
这是测试 PCB 的主要方法。它涉及用肉眼查找 PCB 中的故障。 VMI 是检查 PCB 的最简单、最古老且仍然最流行的方法。适用于PCB的简单、小批量生产。
但是，对于大容量或复杂的 PCB，它的效率不是很高，因为人眼（没有帮助）可能不会注意到一些可能隐藏的连接。此外，在检查大批量生产时，人类可能会感到无聊或疲倦。由于 VMI 的这两个主要缺点，即使与 VMI 密切相关，也有其他方法可以最大限度地减少错误。此列表中最重要的是镜头的使用。
2.3 使用显微镜和镜头
即使没有辅助的 VMI 可能会告诉您一切都很好，您的 PCB 也可能无法满足其设计要求。这是您需要通过镜头或显微镜近距离观察的时候。
有时，我们的眼睛在检测 PCB 焊点的一些小缺陷时可能并没有那么有效。但是，借助镜头，您可以放大电路板并仔细检查电路板上的连接。
2.4 使用 X 射线
PCB 上的 X 射线扫描提供了有关电路板的许多细节，即使在镜头下也不容易看到。在检查具有隐藏连接的电路板时，X 射线是必不可少的。您需要在不同角度对同一块电路板进行几次扫描，然后将图像与原始设计规范中的预期链接进行比较。
使用 X 射线的唯一问题是价格昂贵，可能不适用于业余爱好者和小规模生产者。
2.5 PCB 测试 —使用锯
当然，切开电路板确实是个坏主意。但是，有时 PCB 可能会指示隐藏部分中的可疑连接（通常在分析 X 射线图像之后）。解决后顾之忧的最简单方法之一是用锯子切开电路板并检查故障的潜在连接。
这样做，您将能够观察到内部错误并纠正它们，以便更好地生产其他板。
2.6：自动光学检测 (AOI)
当生产大量 PCB 时，VMI 变得乏味。 AOI 是对 VMI 的自动改进。系统对电路板的各个部分进行快照，并使用图像在 comp 上构建实际电路板的表示，然后将其与原始设计进行比较。
AOI 比 VMI 更快、更准确。但是，对于简单的项目，获取和维护成本很高。
2.7 在线测试 (ICT)
在线测试是测试 PCB 缺陷的最全面的方法。它旨在测试电路板的组件，以确定它们在整个原型电路板中的效率。通常，要测试的PCB是通过一个钉床选择性地连接到不同的组件来评估它们作为单元的性能。
尽管它是最值得推荐的测试方式，但 ICT 通常昂贵、乏味且耗时。因此，它通常用于测试大规模生产的 PCB。另一种更新版本的 ICT 测试更便宜，并且提供了一种更经济的原型测试方法，称为“飞针”方法，在第 3 章讨论工具时会详细讨论。
2.8 PCB 测试 —功能测试
它始终是测试 PCB 的最后阶段。制作 PCB 后，功能测试包括上传到测试设备上的一组程序，以查看它是否按预期执行其功能。
结论
首先，这些方法并不是完美的。他们只是不太容易出错。这个假设是有效的，因为这些策略已经过不断的检查和审查以提高其有效性。
这些方法（在很大程度上）也决定了为测试 PCB 而开发的工具类型。在下一章中，我们现在将关注范围缩小到行业中用于测试 PCB 的不同工具。
工业PCB测试设备
上一章重点介绍了一些您可以通过手动检查来查找 PCB 故障的方法。在其他情况下，您可能会出于相同目的使用镜头和其他设备，例如万用表。
再说一次，当作为专业制造商工作时，这些方法可能会变得乏味。每天，您都会遇到不同规格的极其复杂的电路。在这种情况下，独立的 VMI 会变得有缺陷。本章将介绍我们在测试 PCB 时在行业中使用的一些关键工具。以下是部分设备。
3.1 自动光学检测 (AOI)
PCB 测试的基本要求是确保生产的 PCB 满足其设计中包含的所有条件。但是，正如我在介绍中指出的那样，有时在生产过程中会忽略错误。 AOI 机器是帮助您扫描 PCB 并检查设计违规行为的机器。
AOI 机器用于在 PCB 制造过程中辅助人工目视检查 (VMI)。它们由一个协调摄像头系统和一个用于固定要检查的 PCB 的平台组成。当相机从尖端进行图像扫描时，板会从不同的特定角度点亮。使用图像，AOI 机器可以构建 PCB 的抽象表示，并将其与原始 PCB 设计的设计规范进行比较。
这些机器以一种可以手动完成的更快、更准确的方式执行一些 VMI。首先，自动光学检测工具专注于最大限度地减少结构错误。
目前，存在 2D 和 3D AOI 机器。在这两种类型中，新的 3D AOI 机器比其 2D 前辈执行得更快、更好。 3D AOI 机器也足够灵敏，可以检测到与功率相关的重大错误。
AOI 机器的优势
- 它们比其他机器更受欢迎
- 更快地检测结构错误
- 可在制造过程中使用，以最大限度地减少最终测试所花费的总时间。
AOI 机器的缺点
- 他们无法检查隐藏的连接或 BGA 下的连接
- 它们在检查带有隐藏组件的加载板时无效。
3.2 PCB 测试 —飞针测试机
飞针测试机（有时称为飞行原型机）提供了一个评估原型性能的平台。这些机器与 AOI 的不同之处在于它们执行一些 PCB 的在线测试。它们比旧的测试方法更受欢迎，因为它们具有成本效益且易于操作。
Flying Probers 由一个引脚板组成，这些引脚与船上的不同组件互连。这些机器在测试组件时执行快速在线测试方法，以确定原型的有效性。然后通过供电或发送信号对成员进行测试，并根据设计中的预期评估他们的输入和输出。
探针测试机的优势
- 它们比普通的 ICT 测试机更便宜、更快。
- 提高质量，因为它们允许工程师制作原型并在最终发布之前对其进行更改。
- 它们比传统的 ICT 机器更易于操作。
探针测试设备的缺点
- 它们不像传统的 ICT 机器那样注重细节。
3.3 阻抗控制测试机
板上电路的物理设计和通过电路板的电流量会影响任何接近同一路线的交流电路。这些影响和通过电路的电阻共同构成了电路的阻抗。
阻抗测试通常很繁琐。您需要确定导体长度、电路之间的间距、导体的宽度和高度，以及适当测量阻抗的时间。时域反射器 (TDR) 用于测量船上的阻抗。然而，普通的 TDR 在阻抗的自动测试中不是很有用。因此，在大规模生产 PCB 时采用改进的阻抗控制测试机。
3.4 铜厚测试仪和孔检查机
铜厚测试仪和孔检查仪是合理相关的机器。这些工具通常是用于测量钻孔宽度或互连元件铜层厚度的台式设备。
铜测厚仪样品
铜厚度测试仪测量铜的厚度。典型的测厚仪如上图所示。
验孔机
孔检查机用于通过插入不同直径的销钉来估计孔的直径。典型的孔检测机可能如上图所示。
3.5 PCB 测试 —PCB 电气测试系统
一旦所有组件都焊接到 PCB 上，最重要的是执行一些在线测试并确定集成功能的效率。通常，此阶段应在完整的 ICT 之后进行。如果没有全面的 ICT 测试，这种类型的测试只能表明存在问题的概率，而不必给出定位或解决错误的方法。
一般来说，为分析电路板的效率和可靠性而开发的任何其他系统都属于这一类。
3.6 章节概述
到目前为止，我们已经强调了对 PCB 进行测试的必要性，并展示了行业中用于测试 PCB 的一些机器。在剩下的章节中，我们现在将重点介绍 PCB 的组装测试。
PCB 组装测试
4.1 PCB 测试 ——简介
PCB 的组装测试是在 PCB 的材料清单 (BOM) 中指定的电气元件安装到板上之后进行的一种测试。 PCB组装测试与ICT密切相关（我们之前已经讨论过）。
通常，测试是在固定在平面上的钉子床上完成的，可以访问连接在 PCB 上的多个组件。根据计划进行的测试类型，电路板可能通电，也可能不通电。
PCB 的物料清单 (BOM) 安装在板上。 PCB 组装测试有两种方法：
- 测试板上的单个组件/模块，并调查其与电气组件/模块网络中其他所有组件的相关性。此测试通常针对单个组件执行，并推进到网络中与被测试元素共享利益的所有其他组件。
- 通过对电路上的一些特定关键组件进行采样并调查组件性能的结果与预期结果来进行测试。
4.2 装配测试的好处
- 测试整个电路板是否存在短路或电路不完整等电源故障。该测试还可以确定原型上是否存在有缺陷的组件。
- 这种类型的测试还涉及通电测试，有助于显着减少客户的调试需求
- 它可以检测 PCB 中几乎所有可能的故障
- 拥有独立于操作系统平台的PCB测试平台
- 测试遵循公认的通用 IPC 标准
4.3 PCB 测试 —装配测试的缺点
组装测试的主要问题是测试单个原型 PCB 需要花费大量时间和财力资源。有时，尝试一个复杂的电路板可能需要五到六周的时间，测试这种电路板的成本可能会非常高。然而，组装测试是功能性的，并且在尝试 PCB 时比任何其他测试方法更准确。因此，它非常适合需要高标准质量和大批量生产的成熟品牌。
结论
测试 PCB 是所有 PCB 设计人员和工程师的关键步骤。从本指南中的插图可以看出，正确的 PCB 测试技术和方法可以直接影响工程师生产的电子产品的质量。因此，糟糕的测试技术对企业来说代价高昂。
因此，由于 PCB 测试直接影响任何公司生产的电子产品的质量，因此每一分钱都是值得的，因为它与任何公司的整体盈利能力直接相关。唯一的问题是大多数合同制造商对PCB的测试收费过高。
WellPCB，我们为自己配备了最先进的 PCB 测试设备方法，我们利用我们的时间和专业知识为我们的客户测试 PCB。 WellPCB的最后一道工序。我们将为您提供一站式服务和优质产品。您可以将您需要制作的文件发送给我们并立即获得报价！我们还在等什么？我们拥有十年的 PCB 制造经验，可以再次检查和测试规格、要求和电路问题。因此，对于 PCB 测试和质量，您会感到满意。或者，您可以继续为您的 PCB 组装和测试提供报价。
工业技术