SMT實(shí)裝電路板可測(cè)性的設(shè)計(jì)

1、TESTABILITYSMT實(shí)裝電路板可測(cè)性的設(shè)計(jì)參考對(duì)電路板可測(cè)性的要求： SMT的基板測(cè)試設(shè)計(jì)要求比傳統(tǒng)元件的要求更加嚴(yán)格。其原因如下：被動(dòng)零件的體積太小，且無(wú)引線。 SMT的半導(dǎo)體用大量的50mil( 甚至更小 ) 的 IC 引腳代替 100mil。單位面積的零件密度增加，使零件放置得更緊密，且大量地采用兩面貼著零件。缺乏可提供測(cè)試的途徑。 SMT的基板測(cè)試不如傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式那樣方便，能自動(dòng)地在焊接面（ SOLDER SIDE）直接提供測(cè)試。因此在電路板設(shè)計(jì)未完成之前，應(yīng)該考慮到可測(cè)性（ TESTABILITY）和可生產(chǎn)性 (PRODUCTABILITY)。可測(cè)性必須在產(chǎn)品發(fā)展早期階段就

2、考慮到如依照可測(cè)試性的要求，電路將保證其測(cè)試性。但偏移了設(shè)計(jì)參考的指引或沒(méi)有考慮到可測(cè)試性，雖不會(huì)妨礙生產(chǎn)，但一定會(huì)造成如下情況：增加故障修理的時(shí)間。提供不準(zhǔn)確的測(cè)試結(jié)果。測(cè)試效率較低或測(cè)試應(yīng)用較差。使用令人不滿意的替代方法。最后的結(jié)果是 增加生產(chǎn)費(fèi)用，產(chǎn)生效益較低。但增加的成本不能轉(zhuǎn)嫁到消費(fèi)者身上，否則公司的競(jìng)爭(zhēng)力將會(huì)衰退。此設(shè)計(jì)參考目的是：提供訊息給基板設(shè)計(jì)者；同時(shí)也可用到表面貼著技術(shù)上的治具制作。希望提供對(duì)測(cè)試性的保證及FUNCTIONAL或 IN-CIRCUIT 測(cè)試方法之最小限度的規(guī)則。對(duì)可測(cè)試性的考慮，可分為兩個(gè)方向討論：一 探測(cè)性的考慮（ PROBING）二 電氣設(shè)計(jì)的考慮（ E

3、LECTRICAL）探測(cè)性的考慮（ Probing Consideration）在下列的第一項(xiàng)參考中，所說(shuō)明的是影響探針與待測(cè)物（ Device Under Test ）DUT實(shí)際接觸的最大可能因素。 誤插的分析尺寸是單點(diǎn)探針 （Spear Head）、探針與貼著處 （Mounting ）之間的最嚴(yán)重情況、有關(guān)于 DUT放置排列上的誤差、及測(cè)試點(diǎn)的直徑。但是，沒(méi)有考慮統(tǒng)計(jì)分析接觸上的錯(cuò)誤，因?yàn)樵谧魅魏螠y(cè)試點(diǎn)上的接觸錯(cuò)失所形成的誤差是不被接受及造成測(cè)試無(wú)效。在較大的 PC板中，下列的錯(cuò)誤差將比小的基板更不容易控制。 距離誤差直接地增加以達(dá)到與小基板相同，可靠的接觸探針。參考一提供精確的定位孔由

4、DUT DATUM至 TEST PAD的誤差應(yīng)在± 0.05 mm。定位 PIN 的位置要嚴(yán)格要求 , 且每個(gè)固定 PIN 皆要求減小此項(xiàng)誤差，如果基板是整片的制造后再分開(kāi)， DATUM孔就必需設(shè)定在主板及各塊單獨(dú)的基板上。DATUM孔至少要兩個(gè)，要精確的設(shè)定在主板上，用以提供生產(chǎn)的精確度及隨后的測(cè)試與可能的熏工（ REWORK）。如果有空間考慮，則可將DATUM孔放在可分離的 Tabs 上以提供制造的組立工作及 DUT的測(cè)試。在裝配零件、放置基板測(cè)試上，一定要采用相同的 DATUM孔以證探針的準(zhǔn)確性。至少在 DUT上放置二個(gè)以上的定位孔，距離越遠(yuǎn)越好，每個(gè)孔的誤差應(yīng)在±

5、0.05 mm。定位孔最好在相對(duì)的對(duì)角線上，以取得最好的探測(cè)精度，同時(shí)必須在第一階段的鉆孔作業(yè)中執(zhí)行。定位孔不可以基板的邊緣定位，因?yàn)榛逋庑偷木嚯x通常是無(wú)精確的控制以取得精確的DATUM。定位應(yīng)該至少為3.1mm的直徑孔，使治具能穩(wěn)定的維持及校正基板。如果需要用到雙面治具的方式時(shí)，定位孔必須夠長(zhǎng)，以穿過(guò)治具的壓板。定位孔的直徑誤差必須在0.08mm和-0.01mm 以。最好采用非金屬的定位孔（不鍍錫或金）以減少因焊錫的增厚而不能達(dá)到的公差要求。噴錫或鍍金的貫穿孔是非常難控制的。PC BOARDDATUM POINTTOL± .002 ”TOOLING(.05mm)TOL±

6、 .002 ” HOLE(.05mm)TOL±.002TESTPAD(.05mm)圖一定位的誤差示意圖參考二測(cè)試點(diǎn)的直徑不可小于0.89/1.00mm。采用參考一的誤差圍，此為保證探針接觸性的最小測(cè)點(diǎn)的直徑。影響測(cè)試點(diǎn)的因素有 : 定位的精確性、基板制造程序、基板大小的物理性。如采用較小的基板 (12IN 平方內(nèi) ) ，那用較小的測(cè)試點(diǎn) (0.61mm)是可能的，但設(shè)計(jì)者最好確認(rèn)一下治具的價(jià)格及設(shè)計(jì)規(guī)格的公差。圖二顯示 Pad-to-Pad 最小限度的距離要求.0500.050 ”(1.27mm).035 ”(0.89mm).015 ” SEPARATION(0.38mm)圖二最小的

7、測(cè)試點(diǎn)位置要求參考三DUT探測(cè)側(cè)的零件高度不可超過(guò)6.4mm基板測(cè)試側(cè)的高零件，可以針對(duì)治具、挖孔或排架。雖然這樣可以適用，但特別處理所產(chǎn)生的成本、及減少治具強(qiáng)度的損失要考慮，治具挖孔也會(huì)限制測(cè)度探針的放置性。治具挖孔最好將測(cè)試點(diǎn)放在零件周圍5.0mm外，以防止偏差。參考四在 DUT邊緣 3.2mm圍內(nèi)不可放置零件或測(cè)試點(diǎn)。如此可以保證零件不會(huì)干涉治具及探針。通常在輸送帶式的生產(chǎn)設(shè)備，SMT設(shè)備也同樣要求可使用的邊緣關(guān)系。參考五在每個(gè)測(cè)試點(diǎn)環(huán)狀周圍0.46mm內(nèi)，不可有零件或其他障礙物這是在防止當(dāng)最壞的誤差產(chǎn)生且探針不是使用單尖針的頭時(shí)，會(huì)將零件或測(cè)試點(diǎn)短路，這是假設(shè)沒(méi)有超過(guò) 6.4mm高度的

8、零件。如果有高的零件在測(cè)試點(diǎn) 5.1mm 圍內(nèi)時(shí)，應(yīng)該避免有放置探針座的空間存在。請(qǐng)參考圖三及圖四。當(dāng)零件大于 0.250IN 高度時(shí)，測(cè)試點(diǎn)的自由空間。COMPONENTHEIGHT0.240.04>.255 ” heightFREEAREA(6.4mm)0.2.200 ”.200(5.08mm)(5.08mm)mTALL COMPONENTFREE AREA.圖三高零件與測(cè)試點(diǎn)的位置關(guān)系(高度大于 0.255)SIDEVIEW當(dāng)零件沒(méi)有大于0.25IN 高度時(shí).018 ”FREE AREA(0.46mm)VITOPTESTTESTVIEWPADPAD0.18.018 ”.018”(0

9、.46mm)(0.46mm)COMPONENT FREE AREA圖四TESTPAD與其他布線的關(guān)系參考六零件面的測(cè)試點(diǎn)邊緣至少0.1mm圍內(nèi)不能有任何零件這是避免撞擊零件，造成探針或零件的被破壞。參考七所有探測(cè)圍最好鍍錫或是相等且不會(huì)氧化的傳導(dǎo)物錫點(diǎn)是被證實(shí)為最好的探測(cè)原料，錫點(diǎn)的氧化物較輕且易貫穿，可以提供好的探測(cè)接觸，也可幫助延長(zhǎng)探針尖端的壽命。參考八測(cè)試點(diǎn)不可被防焊或油墨覆蓋如果測(cè)試點(diǎn)份被防焊或文字油墨覆蓋，則此區(qū)可使用的接觸點(diǎn)將被縮小。對(duì)采用較大接觸頭的探針，如鋸齒或皇冠狀，將防礙接觸。 ( 參考圖五 A 及五 B)ACTUAL PROBE AREA LESS THAN.035”SO

10、LDER RESISTSOLDER RESIST.035”(.89mm)圖五 APAD 與防焊情況PROBE TIPSOLDER RESIST.035”(.89mm)SOLDER PAD圖五 B探針與防焊情況參考九所有貫穿孔，應(yīng)該被填滿<壓床式之治具不在此限>填滿所有的孔，可減少真空式治具空氣的外泄，且預(yù)防單尖型的探針刺入空的小孔。如不填滿這些孔，也會(huì)助長(zhǎng)探針斷續(xù)的接觸，因?yàn)楫?dāng)空氣由這些未填滿的小孔 (VIAS) 外泄時(shí)，探針可能會(huì)污損且造成斷續(xù)的接觸。沒(méi)有填滿的孔在組立測(cè)試時(shí)，需用橡皮墊子或其他替代物覆蓋。這樣可以保證真空的密封性及治具的操作，這樣可能會(huì)阻礙治具修改或測(cè)試偵錯(cuò)時(shí)的

11、測(cè)試工作。如采用回流焊錫方式，在基板的空間允許下，可以依不同需求區(qū)分，將 VISA 用防焊覆蓋上，以錫覆蓋測(cè)試點(diǎn)。參考十在定位孔的環(huán)狀周圍3.2mm內(nèi)，不可有零件或測(cè)試點(diǎn)這是用以預(yù)防從治具上移開(kāi)或放置基板時(shí)，對(duì)零件的損害。參考十一避免在零件或零件腳上探測(cè)，應(yīng)探測(cè)測(cè)試點(diǎn)或VIAS探針接觸的壓力可能引起 OPEN，或使冷焊接合處變?yōu)楹玫摹Ａ慵N著位置的變化，也可能造成探針目標(biāo)不準(zhǔn)，造成治具引起的短路或探針的損壞。參考十二避免在兩側(cè)探測(cè)，盡可能利用 VIAS 將測(cè)試置于同一邊 ( 以非零件側(cè)為佳 SOLDER SIDE)最好將基板設(shè)計(jì)成只需用非零件面測(cè)試，如此可使用較簡(jiǎn)單便宜更可靠的治具，雙面治具的

12、制作、故障排除，有許多的限制性困難。參考十三探針點(diǎn)間距 ( 中心距離 ) 最好在 2.54mm以上，最好不要小于1.27mm。距離測(cè)試點(diǎn)中心較寬的測(cè)試點(diǎn)，可以使用較低成本（可信賴的探針） 。同時(shí)鉆孔及治具的繞線費(fèi)用也較便宜。配合 1.27mm空間的較小探針較貴、較不可信賴，且易受損。參考十四若以 Visa 為 TEST PAD時(shí)兩面要開(kāi)防焊。以 Visa 為 TEST PAD時(shí)，上下兩面要開(kāi)防焊，測(cè)試側(cè)開(kāi)防焊是防止油墨覆蓋上，另一側(cè)開(kāi)防焊則為防止油墨，經(jīng)由貫穿孔流到測(cè)試側(cè)而影響測(cè)試。 . 電氣設(shè)計(jì)的考慮 (Electrical Design Considerations)除了上述的探測(cè)外，如再

13、加上電氣的參考，可使可測(cè)性更為提高。參考一每個(gè)電氣節(jié)點(diǎn)都必須有一個(gè)測(cè)試點(diǎn)1. 節(jié)點(diǎn)的定義 : 指二個(gè)或二個(gè)以上， Analog 或 Digital 零件的連接點(diǎn)包括：IC、CONNECTOR腳這些不被使用的部份。而測(cè)試點(diǎn)也提供所有的 I/O 、 POWER、GROUND及信號(hào) (Return Signal) 。2. 每個(gè) IC 也必須有POWER及 GROUND的測(cè)試點(diǎn)，且盡可能接近此零件。當(dāng)治具有更多的 POWER及 GROUND時(shí)，就可附加一些測(cè)試點(diǎn)。一般而言， POWERN及GROUND最好在距離 IC 2.54mm 圍內(nèi)。當(dāng)測(cè)試頻率超過(guò) 5MHz時(shí)，將需要在每個(gè)IC 上放置 POWER

14、及 GROUND，以便取得更佳的電源。注意 : Jumpers(0 電阻 ) 、保險(xiǎn)絲、 Switches 被當(dāng)作兩端元件，由二個(gè)電氣節(jié)點(diǎn)連接，因此每個(gè)接點(diǎn)皆須有測(cè)試點(diǎn)。參考二不要依賴 EDGE CONNECTOR或電路的 TRACE為測(cè)試點(diǎn)1. 在 EDGE CONNECTOR的接腳處或電路的 TRACE上探測(cè)，會(huì)產(chǎn)生差和不可依賴的接觸性 .2. 金手指也很容易被探針傷害。3. 最好的途徑是采用分離的焊錫式測(cè)試點(diǎn)。如必須直接探測(cè) TRACE時(shí)，可把要導(dǎo)通點(diǎn)的 TRACE放大到 40mil 寬。參考三將 TEST PADS均衡地分布在 PC BOARD上如果探針沒(méi)有均衡的分布在壓板上或集中在一

15、區(qū)域時(shí)，高的壓力會(huì)使 DUT或治具變彎曲。如此會(huì)造成部份探針不能接觸到測(cè)試點(diǎn)，結(jié)果可能產(chǎn)生真空密封的問(wèn)題或基板破損。因此要盡量將探針均勻地分布在治具上。參考四不要把 IC 的控制線直接以COMMON RESISTOR接于 GROUND或 VCC上1. 在 CPU的部分，至少有三種主要型態(tài)的點(diǎn)要考慮到 :(1)External instruction access pin(EA)(2)Initialize pin(3)utputs enable pin2. 在基板設(shè)計(jì)的時(shí)候，可以考慮將控制端 OPEN串接防止 NOISE用的電阻，不要對(duì)這些信號(hào)線采用 COMMON電阻方式，盡可能使用 Pull-

16、Down 或 Pull-Up 的電阻隔離。2-1Probing的考量提供精確的定位孔 (TOOLING HOLES)A由 DUT DATUM至 TEST PAD間的誤差0.05mm一B在 DUT放置兩個(gè) TOOLING HOLES，兩者距0.05mm離越遠(yuǎn)越好且不同邊C TOOLING HOLE的直徑誤差+0.89/-1.00mm二PROBE PADS的直徑+0.89/-1.00mm三在 PROBE SIDE的所有零件高度不可超出 6.4mm四在 DUT的邊緣不可有零件或 TEST PADS3.2mm在每個(gè) TEST PAD的環(huán)狀周圍不可有零件及其他0.46mm五遮蔽物六在零件面的 TESTP

17、ADS其邊緣需與零件保持距離1.0mm所有 PROBING的區(qū)域應(yīng)該 SOLDERCOATED或相等七之傳導(dǎo)物，表面不可氧化八TEST PADS不可防銲或被銘宇油墨覆蓋九所有 THROUGH-HOLES應(yīng)填滿 <真空式治具適用 >在 TOOLING HOLES的環(huán)狀周圍不可有零件與3.2mm十TEST PADSPROBE TEST PADS或引線，不可在零件或零件腳十一上十二避免在兩側(cè) PROBING，利用引線將 TEST POINTS引至另一邊 (SOLDER面最佳 )十三各 PROBE PADS間的距離最小不要小于 1.27mm2.54mm以上最佳2-2 電路測(cè)試的考慮NODESCRIPTION在每個(gè)電路節(jié)點(diǎn)都需要有TEST PADA節(jié)點(diǎn)