【PCB测试】最常见的PCB测试方法

系列文章目录

1.元件基础
2.电路设计
3.PCB设计
4.元件焊接
5.板子调试
6.程序设计
7.算法学习
8.编写exe
9.检测标准
10.项目举例
11.职业规划

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我们最不愿意看到的是，在PCB组装完成后，甚至在产品组装完成后，发现PCB有问题，造成巨大损失。即使PCB的设计很完美，但整个制造过程很复杂，受很多因素影响。一块电路板上可能有几百个元件和几千个焊点，如果没有充分的验证，一块PCB也会表现出不良的功能。了解这一点，所以我们认为测试印刷电路板（PCB）是非常重要的，因为测试可以帮助在早期阶段发现问题，提高产量和降低成本，并提高整体质量和安全。由于每种测试方法都有其优点和缺点，要确定适合自己的情况和预算的最佳测试方法可能很困难。

一、PCB测试的好处

1.发现错误

PCB测试的主要好处是它能有效地识别PCB中的问题。无论问题是功能性的、可制造性的还是其他方面的，PCB测试都能发现PCB设计和布局中的问题，以便设计者做出相应调整。

2.降低成本

通过使用原型和小规模装配来测试产品，PCB测试可防止生产缺陷产品造成的浪费。通过在设计过程的早期完成全面测试，设计者可以防止有缺陷的PCB被大量生产，确保设计在投入生产前尽可能无缺陷。这一步骤有助于大幅降低生产成本。

3.节省时间

从长远来看，早期阶段的PCB测试有助于节省时间，使设计者在原型设计阶段就能发现主要问题。完整的测试使设计者能够快速、轻松地发现问题的根源，并作出调整，从而能够更快地继续生产，缩短产品的交货时间。

4.减少退货率

当公司进行PCB测试时，可以有效减少销售有缺陷的产品或不符合性能标准的产品的机会。这就减少了向客户退款和处理有缺陷商品的相关成本。此外，较少的退货产品可以提高客户满意度，改善公司声誉。

5.提高安全性

由于印刷电路板经常用于基本的电子技术，其故障会给公司的生产力或组织的基本服务能力带来重大问题。有缺陷的印刷电路板可能会引起火灾等事故，严重时可能会造成附近工人受伤。制造前测试还能确保机器和工人在生产过程中不因设计不当而受到损害或伤害。

虽然不需要对所有类型的PCB进行彻底测试，特别是那些技术上已经成熟的PCB。但大多数新的和定制的PCB设计都需要在设计过程中进行强有力的、频繁的测试。

二、PCB测试内容

PCB测试和检验的目的是检查PCB是否符合标准印制电路板的性能。确保所有的PCB制造过程都按照项目规格正常运行，没有任何缺陷。

一块PCB由不同的元素、组件组成，每个元素都会影响电子电路的整体性能。对这些元件进行详细分析，以确保PCB质量。要进行的测试内容应包括以下检查。

压合。层压质量对PCB的使用寿命至关重要。层压板剥落会直接导致电路板功能出现问题。通常情况下，层压测试用于测试层压板对受力或受热剥落的抵抗力。

1.孔壁质量

孔壁通常在有循环和快速温度变化的环境中进行分析，以了解它们对热效应的反应。确保在PCB投入使用时，孔壁不会开裂或脱层。

2.电镀铜

印刷电路板上的铜箔被贴在电路板上以提供导电性。测试铜的质量，详细分析拉伸强度和伸长率。

3.清洁度

印刷电路板的清洁度是衡量电路板承受环境因素的能力，如耐候性、腐蚀和湿度。

4.可焊性

对材料进行可焊性测试，以确保元件能安全地连接到电路板上，并防止最终产品出现焊接缺陷。

5.电气测试

导电性对任何PCB都是至关重要的，测量PCB的最小漏电电流的能力也是至关重要的。关于详细的电气测试内容和方法，请参考 “全面了解PCB电子测试”。

6.清洁度

印刷电路板的清洁度是对电路板抵抗环境因素（如腐蚀和潮湿）能力的测试。

7.环境测试

这是对PCB在潮湿环境中运行的性能和质量变化的测试。通常在将PCB放在潮湿环境中前后进行重量比较，如果重量变化很大，则被认为是废品。

三、最常见的PCB测试方法

1.目测检查

视觉检查是视觉检查的一部分，这是一种人工手动测试方法，需要有经验的检查员使用放大镜或显微镜来检查焊接缺陷和其他肉眼可见的缺陷。目视检查适用于电路板的目视检查，看似糟糕的焊接掩模应用、元件方向或划痕污迹都会导致电路板失效。

优点：

价格低廉，操作简单–不需要测试夹具或复杂的设置。

大多数主要的焊接缺陷都可以被识别。

缺点：

受人为错误的影响。这可能取决于技术员的技能。

只有可见的焊点可以被检查，隐藏的焊点不能被评估。

2.自动光学检测（AOI）

AOI检查可以在早期开发阶段发现PCB的故障或缺陷。AOI使用单个（2D）或两个（3D）摄像头拍摄PCB的高分辨率图像，程序将这些图像与详细的原理图或好的和坏的电路板图像数据库进行比较，以检测缺陷。AOI常被用作质量保证的第一步。确保及早发现问题，尽快停止生产。

可以检测到不同类型的缺陷，如果电路板在某种程度上与原理图不一致，就会在电路板上打上标记，由技术人员进行检查。

千万不要只依赖自动光学检测。AOI应与其他测试结合起来使用。普科电路建议提供的一些组合是：

AOI和飞针。

AOI和在线测试（ICT）。

AOI和功能测试。

优点：

大多数主要的焊接缺陷可以被识别。

比人工目视检查更一致和准确。

可以直接添加到生产线上，以便早期发现缺陷。

缺点：

AOI是一种被动检测方法–只能检测到表面缺陷。视线控制有限，无法检测被BGA或其他类型封装隐藏的连接。

不可能100%覆盖所有零件类型。

模板匹配的设置和编程很耗时，每次设计变更都要重新进行。

基于数据库的匹配可能不那么准确，取决于数据库的质量。

3.在线测试（ICT）

PCBA ICT是目前对大批量和成熟产品进行PCBA测试的最强大和最流行的类型，也是许多PCB制造商和客户信赖的流行的PCB测试方法。其故障覆盖率超过95%。在PCBA ICT期间，钉床形式的电探针在指定的测试点发送电流通过电路板上的特定位置。这些测试用于验证PCB上每个电子元件的正确功能、位置、方向和缺陷。测试包括对短路、开路、电阻、电容等参数的验证。钉子测试仪的床身只需将电路板推倒在探针床上即可开始测试。在电路板上预先设计了接入点，允许ICT测试探头连接到电路上。

对于大批量或重复的批次，可以定制测试夹具，以便更快、更有效地进行电路内测试。这种测试方法是昂贵的，价格将取决于电路板和夹具尺寸等因素。因此，强烈不建议你在生产过程中改变主意，转而采用ICT策略。

这种测试方法使用特殊的PCB测试程序和设备，包括：

电路内测试仪：一个测试仪系统包含一个由数百或数千个驱动器和传感器组成的矩阵，执行测试的测量。

夹具：与在线测试仪相连，是与被测电路板直接互动的部件。这个夹具看起来像一个钉子床，是为相应的电路板设计的。每个 "钉子 "或传感器点都连接到测试板上的相关点，将信息反馈给测试仪。夹具通常是系统中最昂贵的部分。

软件：测试仪的软件指示系统对每一种被测板进行哪些测试，并指出通过或失败的参数。

优点：

故障覆盖率可高达98%。

对大规模生产的产品采用高效、快速的测试方法。

缺点：

测试夹具是一个额外的成本。

不适合小批量生产或原型设计，因为对设计的任何改变都需要修改/重新制作测试夹具。

只有测试点可以使用，设计者需要在电路板上增加测试点。

某些缺陷，如焊料过多或不足，空洞，不能被评估。

4.飞针测试（FPT）

与传统的ICT工作性质相似，飞针测试通常被看作是针刺ICT床的改进版。除了测试点之外，飞针机可以进入未覆盖的通孔或元件本身的末端作为测试点，并可以通过编程来检查无源元件的值，直接检查二极管/晶体管的方向，并进行电压测量 。能够通过简单的编程修改，快速、方便、经济地适应新的电路板。这种测试方法使其成为小批量生产测试和原型测试的理想选择，但对于大规模生产来说，速度较慢，成本效益不高。

飞针测试是用来检查：

开路、短路、反电、电容、电感、二极管问题。

优点：

实施或修改的成本更低，速度更快。不需要固定装置。

更高的测试覆盖率 - 能够使用通孔和元件焊盘作为测试点。

不需要增加测试点。节省电路板空间。

缺点：

对于大规模的测试来说，测试速度太慢

某些缺陷，如焊料过多或不足，空隙，无法评估。

5.自动X射线检测（AXI）

当有焊点或无铅元件的焊盘通过显微镜或肉眼无法看到时，就需要对PCB进行X射线检测。X射线可以穿透PCB和元件体，产生焊点的2D甚至3D图像。这使得它成为检测隐藏焊点的理想选择，如芯片封装和球栅阵列封装下的焊点连接。AXI检测还可以检测焊缝空隙，这是许多其他光学检测方法无法做到的。虽然这种检查可以非常有用，但它需要一个经过培训和有经验的操作人员。普科电路拥有经过专门培训、经验丰富的员工来执行这项操作，您可以放心地将您的PCB项目交付给我们。

当与生产过程一起使用时，AXI可以成为早期检测缺陷的有用工具，使工程师能够进行工艺调整，以消除问题的根源。在这次测试中，X射线技术人员能够通过观察在制造过程中早期定位缺陷。

焊锡连接

内部痕迹

优点：

在常见的检查方法中可以有最高的缺陷检测率。

强调长期的焊点质量，而不仅仅是连接。

缺点：

需要训练有素和有经验的操作员。

非常耗时和昂贵的过程。

6.烧录（环境）测试

预烧测试是一种更密集的PCB测试，可以帮助你在电路板投入使用前检查性能并发现隐藏的缺陷。在烧录测试期间，由于测试强度大，烧录测试可能会对被测元件造成损害。电路板要经受超过额定工作条件的条件，以检测早期故障和测试负载能力，以消除实际使用过程中的过早故障。电源通过其他电子装置推送，通常以最大额定电流通过电路板，连续工作48至170小时。当然，不是每个PCB产品都需要进行老化测试，它只会在有特定要求和环境的PCB项目中发挥其作用。

测试的工作条件可包括温度、电压/电流、工作频率或与设计相关的任何其他工作条件。通过这一过程收集的数据又可以帮助工程师了解缺陷的原因，并优化设计或制造过程。

优点：

在实际使用条件下检查性能（这是其他测试无法实现的）。

产品可靠性更高。

缺点：

测试过程可能会缩短产品的使用寿命。

降低整体产量。

一个耗费时间和人力的过程。

7.功能测试（FCT）

功能测试是制造过程的最后一步，用功能测试器来检查成品PCB的功能是否正常。这并不测试电路板是否良好，是否有焊料，或零件公差。电路通过接口连接器正确供电和电激励，验证其是否符合设计规范。

根据设计的复杂性和具体的测试要求，功能测试可以是简单的开关电源测试，也可以是具有严格协议和测试软件的综合测试。由于其灵活性，功能测试可以用来取代更昂贵的测试程序。功能测试模拟了实际的操作环境，因此可以比其他测试方法更简单明了。完整的100%功能测试越来越多地用于小批量制造，以确保每块从生产线上下来的电路板都能正常运行。

优点：

发现潜在的电路异常。

测量电路中某一特定点的功率吸收。

灵活且高度可定制，几乎所有类型的PCB都可以测试。

比其他需要专门设备的测试方法更便宜、更方便。

缺点：

缺陷发现率取决于测试计划所涵盖的检查。

需要经过培训的技术人员来隔离缺陷的原因。

在不同的压力下，电路板在通过功能测试后不久仍可能失效。因此，复杂的PCB也要进行老化测试。

8.边界扫描测试

边界扫描测试是一种适合测试PCB上元件之间互连的技术。在这种类型的测试中，将电池放在从硅片到外部引脚的引线上，以测试电路板的功能。

这种类型的测试最大的区别是它能够在不到达所有节点的情况下评估电路板。这种质量对于评估具有多层和高密度的集成电路非常重要，因为这些类型的PCB近年来变得越来越普遍。

事实上，这种测试方法用途广泛，可用于各种应用，包括系统级测试、存储器测试、闪存编程和中央处理器（CPU）仿真等功能。在现场服务中，它经常被用来检测功能系统的问题。

除了上述常见的测试方法外，其他类型的PCB组装测试包括。

显微切割分析：调查缺陷、开路、短路和其他故障。

可焊性测试：确保表面牢固，增加可靠焊点的机会。

剥离测试：找出将层压板从板上剥离所需的强度测量。

PCB污染测试：检测可能污染电路板的高浓度离子，造成腐蚀和其他问题。

时域反射仪（TDR）：查找高频板中的故障。

焊锡浮动测试：确定一个PCB孔所能抵御的热应力水平。

无论选择哪种方法，PCB测试都是电路板设计和制造过程中的一个必要步骤，在进入最终生产之前，可以节省大量不必要的时间和成本，找出可能影响电路的缺陷。一般来说，上述检查和测试方法的适当组合可以检测出所有可能的缺陷，其成本取决于被测电路的具体应用和复杂性。