簡介電路板組裝後的功能測試(FVT/FCT)

電路板組裝後的功能測試一般稱之為FVT(Function Verification Test,功能驗證測試)或FCT(Function Test,功能測試),其目的是為了抓出組裝不良的板子,透過模擬電路板實裝成整機時的全功能測試,以期抓出在組裝成整機以前把所可能有瑕疵的電路組裝板抓出來,免得組裝成整機後才發現不良,還要全部拆掉重組造成工時浪費以及材料的損失。

這種功能測試機台的樣貌會隨著產品的大小、形狀而可能有所變化,另外功能測試的方式也可以視時間的急迫性、測試板的數量、與造價而有不同的選擇。就工作熊所知也較常用的功能測試方式大概可以分成下列幾種,其他可能還有些比較自動化或採用機櫃的功能測試方式不在此篇介紹:







電路板整機實插功能測試:

通常一台整機產品裡面都由一片以上的電路板組合而成,所謂實插就是將組裝一台整機所需要用到的所有電路板、零件…等都實際組裝起來,但不需要裝進機殼裡,因為要測試電路板的功能,所以必需要讓電路板方便拆裝。至於實插到什麼程度就要視測試到哪些功能而定了,理想的狀況當然是要可以測試全部的功能,如果不行的話,也要可以測試大部分的功能,重點應該是要可以抓到重大問題,比如說插電源能不能啟動、按鍵功能是否都正常、螢幕有沒有正常顯示…等,要不然測試就沒有意義了,乾脆全部裝成整機再測試就可以了。

另外,在開始測試以前還得先準備一套功能都正常的電路板來當作標準樣板(GOLDEN SAMPLE),假設一套板子有A、B、C三塊板子,當要測試A板子時,就把B、C標準樣板拿出來當治具,只更換A板做測試,以此輪流完成三片板子的測試。

這種測試方法的最大問題是容易損壞標準樣板(GOLDEN SAMPLE),因為有些電路板與電路板間的聯接器或是排線無法耐得住太多次的插拔,所以一般會使用延長接線,好處是延長接線可以方便組裝,不至於讓所有的板子統統擠在一起,另外延長接線也比較便宜而且容易更換,用壞了就換一條,比用壞一片電路板來得划算。可是有些零組件的功能對訊號有特殊的需求,就無法使用延長接線,如條碼掃描機(barcode)、觸控螢幕…等。

需要花很多時間(labor)也是這種測試方法的缺點,所以這種方法通常只使用在像 EVT(Engineer Verification Test)階段,生產數量較少或是電路板設計還未最後確定前的情況下。

針床功能測試機:

這個方法是利用電路板上預先留好(layout)的測試點(Test Point),然後用探針(needle)把訊號引接出來做完整的功能測試。

測試的時候只要把板子放進測試機台,然後經過機械動作把探針頂出來接觸到待測板子的測點,這樣就可以把待測板模擬成連結整機的樣子,最後在機台上操作測試所有的功能就可以了。

如果整機是有螢幕及按鍵的產品,就會把這些零組件的訊號都引出來,以方便對板子下指令與查看結果;如果產品沒有螢幕及按鍵,就要額外透過傳輸介面連接到電腦來操作並查看測試的結果。

製作這種功能測試機台的時後,一般都需要有一台已經確定功能測試完整的整機,治具廠商會把產品的零件分拆安裝到測試治具之中,然後用一頭連接探針另一頭焊接排線的方式連接到各別的板子,探針基本上取代原本整機時連接各電路板之間的聯接器及排線,這樣才能達到快速上下(loading/unloading)待測板的目的,而且使用治具也較不易傷害到標準樣板,不用經常更換標準樣板。

▼下面的照片是ICT測試機台,基本上FCT/FVT與之類似,但會外接螢幕及按鍵,下面會有些FVT的照片。
ICT_fixture01 

▼此圖是治具的局部放大圖,可以看到一些測試的探針,當待測的板子放到治具的時候下壓就會讓探針透過小孔穿出來接觸到待測板的測試點。
ICT_fixture02

▼這是ICT治具內部的排線佈線的情形,可以看到密密麻麻的排線幾乎佔滿了正個治具的,通常有多少根探針,就會有多少條排線,一般只會多不會少,光要瞭解哪一條排線接到哪一條就夠傷腦筋了,所以基本上每一條排線都會有編號。
ICT_fixture0332

▼這是傳統功能測試治具的外觀,從治具的上方可以看到有一些探針的上頭焊接了一些排線,通常還會把螢幕及按鍵接出來,以方便操作與查看測試結果。
FVT功能測試治具的外觀

▼這是傳統功能測試治具內部的排線,比ICT的排線要少很多,但排線總是麻煩,不但不易維護,散熱及訊號干擾都是問題。

FVT功能測試治具內部的排線

無線針床功能測試機:

這種功能測試機台是改良原本的針床測試機,它把原本連接在測試探針後面的線材取消,轉而用一塊客製化的電路板來取代,也就是說原本探針只有一頭與待測試的板子接觸,現在變成探針的兩頭都與電路板接觸,只是一頭一樣接觸在待測板上,而另一頭則接觸在客製化的電路板上。這塊電路板可以依需要跑線路,然後連接至整機的其他電路,也可以把原本與其他電路板間的連接方式設計進來,達到與產品完全結合的方式,有點類似 Big board,這有助解決一些對訊號干擾特別敏感零組件的操作問題,因為線路跑在電路板上,所以可以作一些大面積的接地層來隔絕線路間的干擾;另外維修起來也比較容易,因為沒有太多複雜的排線,不需要一條條排線找下來,或擔心那條焊線斷了。

缺點是費用偏高,因為需要製作客製化的板子,所以一般這種無線功能測試治具的費用會高出一般的針床功能測試治具約40%~70%左右,而且僅適合大量產穩定的產品,因為只要電路板有任何的設計變更移動到了測試點,就必須重新製做客製化的電路板。

▼這是改善傳統功能測試治具的無線功能測試機台,治具的上方用客製化的電路板取代原本的排線,這台治具還有一台產品被整合的功能治具的上面。
(Wireless FVT)這是改善傳統功能測試治具的無線功能測試機台,治具的上方用客製化的電路板取代原本的排線,這台治具還有一台產品被整合的功能治具的上面。

▼這是無線功能測試治具要放待測電路板的地方,板子放上去之後把上方的蓋子闔上,上下的探針就會被頂出來接觸待測板的測試點,達到連結成整機測試的目的。
(Wireless FVT)這是無線功能測試治具要放待測電路板的地方,板子放上去之後把上方的蓋子闔上,上下的探針就會被頂出來接觸待測板的測試點,達到連結成整機測試的目的。 

▼這是無線功能測試治具的機台內部結構,已經看不到太多的排線在治具裡面跑來跑去了,這些看得到的排線是治具對外連接溝通用的。
(Wireless FVT)這是無線功能測試治具的機台內部結構,已經看不到太多的排線在治具裡面跑來跑去了,這些看得到的排線是治具對外連接溝通用的。


延伸閱讀:
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訪客留言內容(Comments)

Hallo bear,

關於探針治具的部分是,除了金屬探針之外,根據產品上元件與功能不同,有時候需要以銅線纏繞鋼釘製成的電磁鐵線圈來測試Hall sensor,再試驗階段常有電磁鐵線圈過熱的問題,因為測某產品的訊號板需來回jumper方式測LED,一旦過熱就要停等一陣子才能再度進行,不知道bear有這方面經驗嗎

德莉雅,
還真沒碰過你這樣的問題,要不要加風扇試看看?

請問工作熊測試治具的問題,治作簡易的PCBA測試治具(就是要測試電路板上的3~4個測試點的電壓),使用探針、小型手動夾手、探針及壓克力來治作。請問用壓克力和用黑色的防靜電電木有差別嗎?

蘇先生
1. 首先壓克力並未防靜電,除非餓外圖上一層防靜電塗層。
2. 壓克力的材質比較脆,通常不耐長期與重鴨或負重使用,較適合短期治具使用。
3. 電木一般拿來作為中長期治具使用,可以有防靜電的材料可以選擇,比較方便選擇,材料特性也比較穩定。
4. 需要長期當治具使用還是得選擇金屬材料,耐磨耗。


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