Backpanels目前的PCB测试挑战有哪些

PCB背板已经在很大程度上取代了绕线背板及其随附的鼠标线。与绕线背板相比，PCB背板需要更少的空间，并提供更均匀的路径长度，更可预测的阻抗以及更好的系统到系统一致性。您可以像PCB子卡一样制造它们，实现更高的产量和更低的成本，而不是使用绕线版本。然而，这些优势是有代价的。使用传统的背板，您可以使用绕线工具来修复断开的连接或修改信号路由，但PCB背板不能提供这种灵活性。为了避免在产品组装后更换坏的PCB背板的时间和费用，您必须在连接子板和电缆之前全面准确地测试每个背板。 Backpanels（图1）为测试系统设计人员带来了独特的挑战。大多数子板需要几百到几千个测试点，而平均系统背板包含5000到15,000个点。一个中间板（一个带有子卡插入两侧的背板）我们检查每侧需要超过35,000个点 - 一共75,000个测试点。

图1。像这样的Backpanel可以展示超过10,000个节点，使得彻底的测试变得困难。 背板通常需要双面接触才能获得足够的故障。因此，某种形式的铰链翻盖夹具代表了背板测试的标准。除了子板和电缆连接器外，大约80％的背板还包含电阻器，电容器，电感器和开关等组件。一些背板包括需要测试的EEPROM或其他复杂的数字设备，这使得夹具更加复杂。 测试背板通常涉及在同一块板上探测不同的高度。虽然有些节点与子卡一样位于电路板表面，但是背板可以包括多种连接器类型，其配置高达1.5英寸，需要不同长度的固定销才能进入。 建立连接 为确保电路板正常工作，测试应模拟目标系统中的联系环境。因此，测试仪应通过连接器本身访问电路板，而不是从电路板底部的相应测试节点访问电路板。此外，测试必须验证是否与相关的子卡配合，这意味着要联系连接器的顶部。 两个不同的连接器，允许相对容易的探测，当它们驻留时可能会造成严重的问题同一块电路板，在一个测试夹具上强制使用不同的探头配置和长度。隔离连接器也可能存在测试挑战：为了确保它实际存在，您的测试仪可能需要在同一点探测电路板的顶部和底部。图2显示了具有不同长度探针的后面板测试夹具。 ＆lt; idd =“id =” -strong“>图2。典型的背板测试夹具需要不同长度的探头，以适应背板连接器的三维特性。 背板的设计可能需要一个能够在很小的区域内集中许多探头的夹具。在测试期间，这些探针在板表面上施加不平衡的压力。由此产生的力可能会使电路板变形，从而降低夹具的探测精度，并在极端情况下导致焊点断裂和其他机械故障。因此，固定装置应包括垫片，支撑件和止动件，以平衡整个板上的压力，最大限度地减少变形及其伴随的问题。 背板固定装置的成本与它们所连接的系统一样多。采用刚性而非弹簧销可以减轻夹具的一些成本。当背板允许均匀高度的探头时，用于通用电网测试系统的单侧刚性销夹具（图3）很好。您可以快速组装这种类型的低成本夹具，因为它不需要任何布线，并且您不必将探针切割成不同的长度。

图3。当背板允许均匀高度的探针时，单面，刚性针夹具很好用。 大多数裸板测试仪都使用这种夹具结构。但是如果使用这种类型的夹具并且不修剪销钉，则可能会损坏被测电路板。另外，探针通常不垂直地接触板，但通常是略微倾斜。由此产生的连接器侧面负载会导致连接器/测试探针接口接触不良，并可能损坏背板 处理高配置文件 通用单面，差分探针高度夹具，如图4，提供了类似的优点和缺点，但您甚至可以访问高端连接器。装配需要更长的时间，因为您必须将销钉修剪为不同的长度。与通用长度引脚相比，精确的引脚修整更为重要。

图4。通用单曲侧面差分探头高度夹具允许访问高端连接器。引脚必须具有不同且非常特定的长度。 如果需要探针头样式不可用作刚性探针，或者如果你想减少背板损坏的几率，你可以选择带有有线翻盖的通用单面夹具（图5）。此处，顶侧检修板上的弹簧探针可适应各种连接器高度。价格较高的弹簧探针，额外的接线以及将信号从底部测试接口传输到顶部测试夹具的传输探针的需求使得这种昂贵的替代方案更难以组装。尽管如此，弹簧探针仍提供比刚性针更可靠的性能。此外，垂直弹簧探针接触和减少压力的机械压缩缓冲器可最大限度地减少背板损坏的可能性。 ＆lt; idd =“id =” 图5。这款带有有线翻盖的通用单面夹具采用弹簧夹，可在被测背板上提供各种连接器高度。 最可靠的夹具类型在顶部和底部夹具板上都具有弹簧探针和绕线技术;这种类型的夹具可以方便地连接到连接器，并且最不容易损坏产品。该设计可以具有铰接结构，或者顶板可以与测试系统的压力单元一起单独移动。铰链固定装置通常更昂贵，但可能与旧测试仪更兼容 合并实心针和弹簧针 一种夹具选项可在刚性提供的易于组装之间实现折衷弹簧探针固定装置可提供引脚类型和可靠性，探头选择以及移动自由度。这种技术将固体针测试夹具与弹簧探针填充顶板合并，在通用网格测试系统上运行良好，该系统为板的顶部和底部提供网格。顶部和底部固定装置通过独立的接口分别连接到测试系统，避免了需要接线的引脚，从而加快了夹具的构造并降低了成本。此外，该灯具的实心引脚部分可以独立测试裸板。 随着灯具变得越来越复杂，您需要更加关注如何处理，存储和保持他们。背板固定装置通常较大（大至3x4英尺，重量为60磅或更多），这使得操作员难以进出存储区域。 由于碰撞在此过程中，处于工作状态的夹具可能会出现以供下次使用，表现出许多故障。即使是20,000根电线中的一些故障也很难找到。探针尺寸和样式的多样性可能意味着探针的使用寿命差异很大，使探针更换计划变得复杂。因此，您应该特别注意处理这些灯具，并且应该监控报告的故障模式，以便及时发现弯曲或损坏的探头以及其他夹具问题。 对于大批量的背板生产，基于探针的传统夹具设计是合理的选择。采用这种设计的测试系统通常可以在30秒到5分钟内测试PCB背板 - 包括设置时间。 对于小批量应用，可能每天使用几个面板，将线卡连接或连接到测试系统并直接插入背板上的连接器提供了许多优点。这些卡本身通常比固定装置便宜。 此外，由于每个插卡都插入特定的连接器类型，因此相同的插卡可以测试任何包含该连接器的背板，从而减少了构建单个固定装置所需的成本和时间。实际上，一旦您为特定的连接器类型集合提供了插卡，为包含这些连接器类型的下一个电路板构建固定装置需要您简单地将卡片混合搭配。 仍然有人必须设计，制造和测试桨卡 - 通常是定制的手动操作。维护可能很困难，并且因为桨式卡需要比标准夹具更直接的处理（重复手动插入），所以它们更容易破损。每次测试所需的大量连接使得确保布线完整性或验证断开的连接更加困难。 更重要的是，使用拨片卡设置背板测试可能是一个漫长而痛苦的过程。测试单个板的设置时间为几个小时是常见的。每班的吞吐量通常不能超过两个或三个后面板。然而，在这种解决方案实用的情况下，它可以降低固定成本。由于双板卡可用于多种类型的板卡，因此它们需要的存储空间更少。 要解决特别恶劣的连接器配置，您可以将双切换卡连接到传统的固定装置上。在这种布置中，固定装置包括与适当的配合连接器的电缆连接。在测试期间，操作员手动将这些拨片卡连接到被测试的后面板上，就像仅使用看板卡的解决方案一样。 如果您只进行看板卡测试，另一种类型的妥协可能会有所帮助设备突然面临大批量测试要求。您可以构建一个特殊的夹具，然后使用独立的压力装置使夹具销与被测背板接触。夹具通过背面的连接器与测试系统配合。操作员只需将拨片卡插入固定装置一次，从而基本上消除了生产测试期间的每个电路板设置时间。操作员可以通过气动压力手动或（对于更高点数）启动压力机单元。 计划测试点击在背板和测试设备之间建立连接只是战斗的一部分。测试这些电路板会带来挑战。您可以通过四级或五级测试过程获得最佳结果。请注意，这些级别的定义从后面板制造商到后面板制造商不等，但概念保持不变。 级别1包括裸露的完全隔离（短路）和连续性（打开）测试（无装配的）背板。您可以从CAD生成的（通常是Gerber格式）网表创建测试程序。一种替代方案 - 来自据称已知良好的电路板的自学测试 - 可能会错过重复故障，例如由制造过程中使用的艺术品上的划痕引起的故障。它还可能在测试系统或夹具内的测试中缺少或有缺陷的连接，使一些区域未经测试。 尽管在常规电路板上执行此测试的任何人都熟悉短路测试，开路测试与在线测试中的对应物有很大不同。在测试背板的连续性时，灯具必须探测电路板上每个走线（网络）或走线分支的每一端。 因为在线测试仪每个网络只需要一个测试点，所以它们不包含足够的测试点来执行如此精细的测试。在这种情况下的连续性通常意味着20V或更低的走线电阻。短裤测试寻找通常设置为10 MV或更高的阈值。 2级测试短路和组装后面板上的打开。这种单阈值测试通常只涉及低压刺激。事实上，裸板测试仪的高压能力可能会损坏一些背板的组件。请注意，Gerber文件可以为级别1提供完整的网表（测试程序），但获取加载的背板的可比信息则更加困难。幸运的是，新的夹具设计软件正在出现以补偿板载组件。 在某些情况下，Level 2背板夹具包含称为开关探头的特殊探头。这些探针针对电路板上的键控位置，以确定某些连接器是否存在或是否正确定向。错误定位的连接器会导致开关探针与正确的连接器进行不同的压缩，从而使测试系统能够识别问题。 3级检查无源元件（通常是电阻器和电容器）的值和容差，通常在在线测试仪或制造缺陷分析仪（MDA）上。此级别通常还会测试电路板上的任何继电器。 一些公司将第2级和第3级结合到传统的在线测试中。但是，如果单独执行2级测试，则3级不需要重复短路和开路测试，从而大大简化了夹具结构并减少了所需的测试点数。级别4是电路板有源元件的在线测试，如果有的话，因此是一个开机测试。级别5通过后面板的输入和输出执行功能测试，通常还有一些内部点。 削减不需要的级别 并非每个人都包含测试策略中的所有级别。例如，如果电路板仅包含连接器，则在第2级之后可能会完成测试。您可以在某些电路板上将第5级替换为第4级。考虑一家公司，它构建一个包含被动和非常少的活动组件的背板。电路板不是仅仅为了验证3级未经检查的元件而进行完整的在线测试，而是直接进入低级功能（5级）测试。 您可以重新组织水平以反映测试设备的可用性。例如，您可能拥有足够的2级测试系统，但不具有足够数量的测试点的3级系统。如果电路板包含全无源或有源的元件 - 严格遵守电平策略，则需要按照2级短路和开路测试进行完整的在线3级测试。 一些制造商不喜欢这种方法，因为它需要为包括至少无源元件的所有电路板构建在线夹具。他们更愿意购买一个设计用于使用单个夹具执行2级和3级测试的测试系统。如果背板还包含有源元件，则可以使用4级在线测试，或者您可以修改策略以同时在线测试仪执行3级和4级测试。 一些背板允许自动光学检测（AOI）。 AOI不需要夹具及其相关成本。检查还可能会查找不正确的丝网图例以及电子技术无法找到的类似质量控制问题。然而，光学检查不会使电流通过背板上的迹线，组件或连接器，因此在可预见的将来可能会补充而不是取代传统的背板测试。 T＆放大器; MW结果Bill Maillet是位于加利福尼亚州圣何塞的ECT测试服务公司的测试工程师。他之前创立并运行了TQC Testlabs。他在加州大学伯克利分校获得工程学学士学位。 Kevin Wheel是新罕布什尔州纳舒厄ECT测试服务部的运营经理。他拥有超过15年的测试行业经验，并拥有佛蒙特州技术学院的ASEE学位。