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PCBA測試－SMT測試保證PCB功能的關鍵
什麼是PCBA測試？
PCBA SMT組裝加工非常複雜，包括PCB板製造流程、元件採購及檢驗、SMT組裝、DIP、 PCBA測試。其中，PCBA測試是整個PCBA加工流程中最關鍵的品質控制步驟。測試決定了產品的最終性能。那麼PCBA測試格式有哪些呢？
- 这 信息和通信技術 測試主要包括電路導通性、電壓、電流值、波動曲線、幅度、雜訊等。
- FCT測試需要IC程序燒錄，對整個PCBA板功能進行模擬測試，發現軟硬體問題，並配備必要的SMT加工生產治具和測試架。
- 老化測試主要是對PCBA板及電子產品長時間通電。此測試持續保持產品運作並觀察任何故障。電子產品經過老化測試後，即可大量銷售。
- 疲勞測試主要是對PCBA板進行取樣，進行高頻次、長時間的運行，觀察是否有失效，並確定測試中失效的機率。這是為了提供電子產品中PCBA板的運作效能回饋。
- 惡劣環境下的測試主要是將PCBA板暴露在極端的溫度、濕度、跌落、濺水、振動等環境。它獲得隨機樣品的測試結果來推斷整個PCBA板批次產品的可靠性。
PCBA製程複雜。生產加工過程中可能會因設備或操作不當而出現各種問題，並不能保證生產出的產品合格。因此需要對PCB進行測試，以確保每個產品不存在品質問題。
SMT後如何測試PCBA？
PCBA測試的幾種主要常用方法：
1.手動測試
手動測試是直接依賴目視檢查來確認PCBA上元件的放置。這種方法被廣泛使用。但PCBA中的元件較多，且大多尺寸很小，使得這種方法較不適用。有些功能缺陷不容易被發現，資料也不容易收集。因此，需要更專業的測試方法。
2.自動光學檢測（AOI）
對元件的極性檢查有比較好的效果，是常用的方法。但這種方法對於辨識短路的PCBA比較困難。
3.飛針測試
由於機械精度、速度和可靠性的進步，飛針測試在過去幾年受到普遍歡迎。此測試系統目前的要求包括快速轉換、小批量製造以及原型製造所需的無夾具功能，使得飛針測試成為最佳選擇。
4.功能測試
這是針對特定PCB或單元的測試方法，由專用設備完成。功能測試主要包括最終產品測試和最新實體模型（Hot Mock-up）。
5.製造缺陷分析儀（MDA）
此測試方法的主要優點是初始成本低、產量高、易於後續診斷、快速且完整的短路和開路測試。缺點是測試無法偵測功能問題。通常沒有測試覆蓋率指示，必須使用夾具，測試成本較高。
PCB設計和ICT測試
隨著電子產品變得更輕、更薄，PCB設計將變得更加複雜和困難。除了需要平衡功能和安全性之外，還需要可生產和可測試。 PCB設計時，需要考慮ICT測試點的設定。以下是PCB設計中ICT測試的注意事項：
- 雖然有雙面ICT夾具，但最好將測量點放在同一面。
- 測試點優先步驟：A. Test-pad、Component Lead、C. 通孔（Via）。
- 測量點應距附近部件（同一側）至少 0.100 英吋。對於高於 3m/m 的零件，距離應至少為 0.120"。
- 被測點應均勻分佈在PCB表面，避免局部高密度。
- 形狀最好是正方形，可測量面積比圓形增加21%。小於 0.030 英吋的測量點需要額外處理來校正目標。
- 被測點的焊盤和過孔不應有阻焊層。
- 測量點距離板邊緣或折疊邊緣至少 0.100 英吋。
- PCB 的厚度必須至少為 0.062 英吋（1.35 毫米）。厚度小於該值的PCB很容易彎曲，需要特殊處理。
- 加工孔的直徑優選為 0.125 英吋（3.175 毫米）。公差應為“+0.002”/-0.001”，且位置應位於 PCB 的角落。
- 測量點與定位孔之間的位置公差應為+/-0.002英吋。
- 避免將測量點放置在 SMT 零件上。不但可測量面積太小、不可靠，而且零件容易損壞。
- 測量點不得大於0.170英吋（4.3毫米），孔徑應小於1.5毫米，否則需要特殊處理。
ICT治具製作所需資料：
- 版面配置 CAD 檔案：例如：PCADR–>* .pdf PADSR–> *.asc
- 一塊空白PCB板
- 物料清單（BOM 清單）
- PCB圖
ICT治具及PCB Layout注意事項：
- 無論其形狀如何，每一張銅箔都需要至少一個可測試點。
- 測試點位置的考慮順序：
- ACI DIPparts 腳優先作為測試點。
- 銅箔裸露部分（測試PAD）。
- 垂直零件DIP腳。
- 通孔，但不得有掩模。
- 測試點直徑：
- 1m/m以上，一般控針即可達到測試效果。
- 低於1m/m，必須使用更精確的探頭，但這會增加製造成本。
- PAD必須接觸良好。
- 測試點的形狀可以是圓形或方形。
- 點之間的距離必須大於 2m/m（中心點到中心點）。
- 2層PCB的要求－重視單面測試能力：
- SMD表面走線必須有至少一個通孔穿透至DIP表面，才能作為從DIP表面進行測試的測試點。
- 如果通孔需要掩模，請考慮將測試焊盤放置在通孔旁邊。
- 如果無法做成單面，則採用雙面治具製作。
- 如果空腳在允許範圍內，則應考慮可測試性。如果沒有測試點，則必須設定一個。
- 最好有備用電池跳線，這樣可以在ICT測試時有效隔離PCB。
- 定位孔要求：
- 每塊PCB必須有兩個定位孔，孔內不允許有錫。
- 選擇對角線和最遠的兩個孔作為定位孔。
PCBA測試設備
PCBA測試 設備包括：線上測試儀、功能測試儀和老化測試儀。
這些測試設備在PCBA流程中很常見。加工環節的PCBA測試可確保PCBA板符合客戶的設計要求，大幅降低返修率。
1.線上測試儀
ICT是一款適用範圍廣、操作簡單的自動線上測試儀。 ICT自動線上檢測儀主要用於生產製程控制，可測量電阻、電容、電感、積體電路等。對偵測開路、短路、元件損壞等特別有效，故障定位準確，維護方便。
電氣測試中使用的最基本的儀器是在線測試儀（ICT）。傳統的線上測試器使用特殊的針床接觸焊接電路板上的元件，並使用數百毫伏特和10毫安培的電流。它利用內部電流進行離散隔離測試，準確測量通用和特殊元件的缺失、錯誤和參數值偏差。
可測量電阻、電感、電容、二極體、三極管、閘流管、場效電晶體、整合塊、焊點、開路板、短路等故障。它準確地告訴使用者哪個部件有故障或開路和短路的位置。
針床線上測試儀的優點是測試速度快。適合大量生產的單一品種民用家電電路板的測試，託管價格相對較低。然而，隨著電路板組裝密度的增加，針床線上測試器也出現了一些難以克服的問題。
這是因為細間距SMT組裝、新產品開發、生產週期越來越短，以及電路板的種類越來越多。另外，針床夾具製作，調試週期長，價格昂貴；對於一些高密度SMT線路板，存在測試精度問題無法測試等。
近年來，資訊通信技術的進步克服了現代技術的局限性。例如，當積體電路變得太大而無法提供可比較電路覆蓋範圍的偵測目標時，ASIC 工程師開發了邊界掃描技術。
邊界掃描提供了一種行業標準方法來確認不允許使用探針的組件連接。額外的電路是為 IC 內部設計的，允許組件與周圍組件進行通信，並以易於檢查的格式顯示測試結果。
另一種無向量技術透過針床將交流 (AC) 訊號施加到測試組件。感測器板被壓在被測元件的表面上，並與元件引線框架形成電容器，以將訊號耦合到感測器板。缺乏耦合訊號意味著焊點開路。
手動產生大型複雜電路板的測試程式非常耗時，但自動測試程式產生（ATPG）軟體的出現解決了這個問題。軟體基於組裝在電路板上的 PCBA、CAD 資料和元件規格庫。
它會自動設計所需的夾具和測試程序。儘管這些技術有助於縮短簡單程式的生成時間，但高節點測試程式的演示仍然耗時且具有技術挑戰性。
飛針測試儀是針床線上測試儀的改進。它用探針代替針床。 XY機構配備4個可高速移動的頭，並附有8個測試探針，最小測試間隙為0.2mm。
測試探針依照預先安排的座標位置程式移動到測試點。根據測試程序，每個測試探針對組裝好的組件進行開路/短路或組件測試。
與針床線上測試儀相比，測試精度和最小測試間隙大大提高，且無需專用針床夾具。測試程式可以透過電路板的CAD軟體直接取得。但其缺點之一是測試速度較慢。
2.功能測試儀
FCT功能測試為PCBA板提供激勵、負載等模擬運作環境，可獲得板的各種狀態參數，以偵測板的功能參數是否符合設計要求。
FCT功能測試項目主要包括電壓、電流、功率、功率因數、頻率、佔空比、亮度和顏色、字元辨識、語音辨識、測溫、測壓、運動控制、FLASH、EEPROM燒錄等。
ICT可以有效地發現PCB組裝過程中的各種缺陷和故障，但無法以時脈速度評估整個電路板組成的系統的性能。功能測試可以測試整個系統是否能夠達到設計目標。它將電路板上的被測單元作為一個功能體，向其提供輸入訊號，並根據功能體的設計要求檢測輸出訊號。此測試是為了確保電路板能夠按照設計要求正常運作。
因此，功能測試最簡單的方法是將組裝好的電子設備上的專用電路板連接到設備的適當電路，然後施加電壓。如果設備通過測試，則電路板合格。方法簡單、投資少，但不能自動診斷故障。
PCBA測試設備
3.AOI（自動光學檢測）
隨著電路板組裝密度的增加，電接觸測試的難度也隨之增加。將AOI技術引入SMT生產線的測試領域也是大勢所趨。 AOl不僅檢查焊接質量，還檢查光板品質、錫膏印刷、貼片品質。各工序AOI的出現幾乎完全取代了人工操作，對於提高產品品質和生產效率有很大的幫助。
當使用自動偵測（A01）時，AOI會透過攝影機自動掃描PCB，擷取影像，將偵測到的焊點與資料庫中的合格參數進行比較。經過影像處理後，檢查出 PCB 缺陷，並使用顯示或自動標記來識別缺陷。簡而言之，它標記了維修人員需要維修的地方。
目前的AOI系統採用先進的視覺系統，包括新的發光方法、增加的放大倍率和複雜的演算法，以在高測試速度下獲得高缺陷捕獲率。 AOI系統可以偵測以下錯誤；元件缺失、鉭電容極性錯誤、焊腳位置錯誤或歪斜、引腳彎曲或折疊、焊錫過多或不足、焊點橋接或假焊等。
除了偵測目視檢查無法偵測到的缺陷外，AOI還可以收集並回饋各工序的工作品質以及生產過程中的缺陷類型，供製程控制人員分析和管理。然而，AOI系統也有缺點，例如檢測電路錯誤和看不見的焊點。
4.AXI（自動X射線檢測）
AXI是近幾年才興起的新型測試技術。當組裝好的電路板（PCBA）沿著導軌進入機器內部時，電路板上方有一個X射線發射管。發射的 X 射線穿過電路板並被下面的探測器（通常是相機）接收。由於焊點含有大量能吸收X射線的鉛，
與玻璃纖維、銅、矽等其他材料相比，照射到焊點上的X射線被吸收並呈現為黑點。因此，焊點分析非常直觀，因為影像分析演算法可以自動可靠地檢查焊點缺陷。 AXI技術從2D檢測方式發展到現在的3D檢測方式。前者是透射X光檢查方法，可以在單一面板上產生元件焊點的清晰影像。然而，對於目前廣泛使用的雙面貼裝電路板來說，效果會很差，導致兩面焊點的視覺圖像。它們重疊並且極難區分。
3D檢測方法採用分層技術。光束聚焦在任一層上，對應的影像就會高速旋轉地投射出來，讓焦點處的影像非常清晰。相反，其他層上的圖像被消除。結果，3D檢查方法的圖像被消除了。 3D檢測方法可以對電路板兩面的焊點進行獨立成像。
除了偵測雙面貼裝電路板外，3D X-Ray技術還可以對BGA（Ball Grid Array，焊球顯示）等隱形焊點進行多層影像「切片」檢測。 BGA 焊點的頂部、中間和底部均經過徹底檢查。同時，此方法也可用於測量通孔（PTH）焊點，檢查通孔內的焊錫是否充足，從而顯著提高焊點連接品質。
未來SMT測試技術展望
預測哪種測試技術將在未來二十年內成功或淘汰並不是一件簡單的任務。它需要對過去的總結和對未來應用的清晰認識。從近年來的發展趨勢來看，多種測試技術的使用，特別是AXI和ICT測試的結合，很快就會成為該領域的首要選擇。
隨著目前電路板變得越來越複雜，傳統的電路接觸測試受到很大限制。通過ICT測試和功能測試很難診斷缺陷。隨著大多數複雜電路板的密度不斷增加，傳統的測試方法只能增加線上測試儀的測試觸點數量。然而，隨著觸點數量的增加，測試程式設計和針床夾具的成本也呈指數級上升。
開發測試程序和夾具通常需要幾週的時間，對於更複雜的電路板甚至可能需要一個多月的時間。此外，增加ICT接觸次數也會增加ICT測試錯誤和重新測試的次數。 AXI技術不受上述因素影響，其對製程缺陷的覆蓋率非常高，通常可達97%。製程缺陷一般佔總缺陷的80%-90%，看不見的焊點也可以檢查。儘管如此，AXI技術仍無法測試電路電氣性能的缺陷和故障。
將AXI測試技術與傳統ICT線上測試方法結合，可以優勢互補。組合的 SMT PCBA 測試技術近乎完美，因為每種技術都彌補了另一種技術的缺點。
X射線主要關注焊點的品質。它還可以確認組件是否存在，但無法確認組件、方向和數值是否正確。另一方面，ICT可以判斷元件的方向和數值，但無法判斷焊點是否合格，特別是焊點位於封裝底部的元件，如BGA、CSP等。 。
需要指出的是，隨著AXI技術的發展，目前的AXI系統和ICT系統可以在平台之間進行通訊。這項技術被稱為“Aware Test”，可以消除兩者之間的重複測試。透過減少ICT/AXI的冗餘測試覆蓋範圍，可以大幅減少ICT接點的數量。這種簡化的ICT測試只需要原先測試接點數量的30%即可維持目前較高的測試覆蓋率，同時減少ICT測試接點數量可以縮短ICT測試時間，加快ICT編程速度，降低ICT治具和編程成本。