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PCB上常見小圓點是做什麼用的?PCB上為何要有測試點?
不知道你是否好奇過在PCB上面為何經常會看到有些裸露的圓型小點?它們既沒有焊接零件,大多時候甚至沒有印刷錫膏?這些小圓點其實是給組裝工廠測試PCBA功能是否合格用的測試點。
對於許多學過電子學的朋友來說,在電路板上設置測試點(test point)是再自然不過的事情了,可是對學機械或機構或其他背景的朋友來說,測試點是什麼?可能還真有點給它一頭霧水。
工作熊本身就是學機械出身的,記得自己第一次進到電子組裝廠工作當製程工程師的時候,還曾經為了這個測試點問過好多人後才瞭解它到底在做什麼用。
設置測試點的基本目的是為了測試電路板上的零組件有否符合規格以及零件焊接是否良好,比如說想檢查電路板上的一顆電阻有沒有問題,最簡單的方法就是拿萬用電錶量測其兩頭的焊點就可以知道,其他的電容、電感等零件也是類似的道理。
可是在大量生產的工廠裡沒有辦法讓你用電錶慢慢去量測每一片板子上的每一顆電阻、電容、電感、甚至是IC的電路是否正確,所以就有了所謂的ICT(In-Circuit-Test)或MDA(Manufacturing-Defect-Analyzer)這類自動化測試機台的出現,它使用多支探針(一般稱之為「針床(Bed-Of-Nails)」治具)同時接觸板子上所有需要被量測的零件線路,然後經由程式控制(以序列為主,並列為輔)的方式循序量測這些零件的電子特性,通常這樣的測試要測完一片板子上的所有零件只需要30~120秒左右的時間可以完成,視電路板上的零件多寡而定,零件越多時間越長,當然零件越少測試就越短。
但是如果讓這些探針直接接觸到板子上面的電子零件或是其焊點,很有可能會不小心壓毀一些電子零件,反而適得其反,所以聰明的工程師就發明了「測試點」,在零件的兩端額外引出一對圓形的小點,上面沒有防焊(solder mask),可以讓測試用的探針直接接觸到這些小點,而不用直接接觸到那些需要被量測的電子零件。
早期在電路板上面還都是傳統插件(THDs)的年代,的確會拿零件的焊腳來當作測試點來用,因為傳統零件的焊腳夠強壯,不怕針紮,可是經常會有探針接觸不良的誤判情形發生,因為一般的電子零件在經過波焊(wave soldering)或是SMT貼焊吃錫後,在其焊錫的表面通常會形成一層錫膏助焊劑的殘留薄膜,這層薄膜的阻抗非常高,經常會造成探針的接觸不良,所以當時經常可見產線的測試作業員,拿著空氣噴槍拼命的吹板子,或是拿酒精擦拭這些需要探針接觸的地方。
既使這些PCB上的測試點只經過波峰焊也會有探針接觸不良的問題,因為測試點也會沾上焊錫的助焊劑。後來SMT製程盛行後,這類因為助焊劑殘留而測試誤判的情形才得到大幅改善,測試點的應用也被大大地賦予重任,因為SMT的零件本體通常很脆弱,無法承受測試探針的直接接觸壓力,使用測試點就可以不用讓探針直接接觸到零件本體及其焊腳,不但保護零件不受傷害,也大大地間接提昇測試的可靠度,因為誤判的情形也變少了。
不過隨著科技的演進,電路板的尺寸越來越小,想要在小小的電路板上面光要擠下這麼多的電子零件就已經有些捉襟見肘,這使得測試點佔用電路板額外空間的問題,經常在設計與製造端之間拔河,不過這個議題等以後有機會我們可以再深入討論。
測試點的外觀通常是圓形,因為探針也是圓柱形,比較好生產,也比較容易讓相鄰探針靠得近一些,這樣才可以增加針床的植針密度。
使用針床來做PCBA電路測試會有一些機構上的先天上限制,比如說:
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探針的最小直徑有一定極限,直徑太小的針在操作過程中很容易折斷毀損。
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探針間的距離也有一定限制,因為每一根探針都要從治具上的一個孔洞探出來,而且每根針的根部後端都還要再焊接一條排線,如果相鄰的孔太小,除了針與針之間會有接觸短路的問題,排線的干涉也是一大問題。如果是大量或較精密的治具,則可以考慮額外製作電路板的方式來取代探針根部的排線。
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某些高度較高零件的旁邊無法植針。如果探針距離高零件太近就會有碰撞高零件造成損傷的風險,另外因為零件較高,通常還要在測試治具針床座上開孔避讓,也間接造成無法植針。
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電路板上面現在是越來越難容納得下所有零件的測試點了。由於板子越來越小,測試點多寡與存廢問題屢屢被拿出來討論,現在已經有了一些減少測試點的方法出現,如 Net test、Test Jet、Boundary Scan、JTAG…等;也有其它的測試方法想要取代原本的針床測試,如AOI、X-Ray,但到目前為止每種測試方法似乎都還無法100%取代ICT。(ICT(In-Circuit-Test)電路電性測試拿掉真的比較省嗎?)
關於ICT的植針能力應該要詢問配合的治具廠商,也就是測試點的最小直徑及相鄰測試點的最小距離,通常都會有一個正規的最小值與一個最佳能力可以達成的最小值,但有規模的廠商通常會要求最小測試點與最小測試點間距離不可以超過多少點,否則治具很容易毀損。
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哈囉,想請問您有PCB footprint相關知識的文章嗎,例如為什麼要有對準線之類的