IPC-SM-782D表面贴装焊盘图形设计标准50可测试性

1、5.0 可测试性5.1 测试要求5.1.1 裸板测试测试应用通孔技术的印制板，缺陷率和所选的测试方法将决定测试总费用。基板面因素（特别是可用于针床探测的节点比例）不是最主要的，因为实际上100%的节点可“免费”访问。但基板面因素（除缺陷率以外）会影响表面贴装板的测试费用，因为节点访问方式决定着哪种测试方法是可行而有效的。5.1.2 载元件板测试对于相同的测试费用，缺陷率可与基板面交替使用。例如，如果缺陷率相对较高，大多数板将需要诊断，基于经济性考虑，自动测试设备（ATE）将要求板面设计成节点访问为100%。如果缺陷率低，可花更多的时间进行人工诊断，而不采用ATE，这样就不需要基板面所有节点均可

2、访问。如果缺陷率极低，理论上允许节点访问为0（无需针床测试），仅通过边缘连接器采用简单的通/断测试，丢弃有故障组件而不再进行诊断。决定可访问节点的主要因素是： 缺陷率 诊断能力 基板面因素 电路板面积 层数 成本因素进行板面布局设计时，决定节点访问的比例需要综合考虑上述因素：缺陷率、测试开发成本，测试运作成本（包括人工查找故障的费用）以及基板面的因素。除非完全无缺陷，全部节点可访问仍是最理想的选择。应用通孔技术的印制板，一旦完成了板的设计（可访问节点确定）和测试设计（测试方案确定），缺陷率就成为减少测试费用的关键。因此，缺陷报告、缺陷分析和修正/预防非常必要。同时也包括与供方建立密切的关系以减

3、少元件和板的问题，以及规范内部操作以减少制造工艺引起的问题。5.2 节点访问在产品开发周期的早期，通常没有明确测试的体系和策略，尤其是当一家公司的封装技术从一个等级上升到另一个等级，比如从通孔技术到表面贴装技术。在这些过渡周期中，应采用并行工程，设计可访问节点以改善产品的可测试性。并行工程是优先考虑测试的基本手段权，可测试性能够并应该被提前到设计周期的初始阶段，并放在重要的位置上。在一个设计的早期，应清晰地确定测试体系，然后制定实施测试的策略。一个理想的体系是确定各种不同的测试类型以及每种类型都要求的测试等级。PB板有两大类测试方法：裸板测试和载元件板测试。裸板测试在基板制造完成时进行，检测有

4、无短路、断路以及网表连通性。载元件板测试在完成组装后进行，比裸板测试复杂得多，包括用制造缺陷分析器（MDA）进行内部电路、功能及组合测试。测试体系应围绕与产品必需的任何测试组合制定。然后，在设计开始之前确定一个简单的策略以实施所需的测试。在产品开发周期的初始阶段而非最终阶段规划可测试性可使每一节点的测试费用显著降低，并可提高从初始设计到最终测试整个过程中节点的可访问性。5.2.1 五种测试类型对于SMT板，可采用五种基本形式，分别是： 裸板测试 检测未安装元件的电路板有无短路或断路 制造缺陷分析 检测未安装元件的电路板有无焊接短路 内部电路测试 各个单一元件的运行测试 功能测试 电路中有功能单

5、元块的运行测试 组合测试 内部电路测试和功能测试的综合第一种测试形式是裸板测试，由制板商进行。其余的四种均在完成装配的板上进行。裸板测试是强制性的，而载元件板的测试可通过其余四种方法的任意组合来完成。5.2.2 测试体系最好的测试体系能够为实施所有可实现的测试方法做好准备。即使在产品开发初期已经制定了完善的测试方式，在设计完成后也有可能被改变。一个通用的设计体系已经在数百个高密度SMT设计中得到了成功的应用。 所有元件导孔的策略性布置 提供到所有节点和网络的访问通道 每个节点都可从板的两面进行访问 元件和导孔基于栅格的布置 恰当的测试焊盘几何尺寸和间隙 不要直接用探针接触SMT元件的焊盘即使在

6、密度最高的设计中，也能完成这种提供从板的任何一面对每个网络中的每一节点都有100%可访问性的体系。但是，必须在设计初期就作出决定。5.2.3 测试策略建立起产品测试体系后，就可确定测试的策略或方式。总的来看对某种方法的几个基本因素，考虑以下几点： 用AOI目测内层 目测O/L 焊盘/导孔联接 裸板测试中，仅对导孔从两侧进行探测 避免探针尖端损坏SMT焊盘 载元件板的测试中，探测第二面的导孔 对密封板，用膜覆盖导孔实际产品测试策略必须由所有与测试相关的并行工程组成员制定。这是为了避免各种测试类型和方法的组合过于冗余，或避免危及测试完整性的遗漏。5.2.4 返工策略由于访问内层导线的通道有限，多层

7、SMT印制板的返工可能很困难或不能实现。典型的返工方式包括用专用的刀人工切开一条内层导线，再将板移到某个位置，钻孔到一定的深度，断开这条内层导线，或将一个表面贴装元件的一个引脚升起。对密集组装的SMT板，甚至要移除某些元件，从而才能到达某个位置，切除的内部导线。这就违反了有关SMT元件的一条重要规则：不要将元件从板上移除，除非别无选择。这样做会降低焊盘与印制板的联接强度，甚至可能造成焊盘从板上脱落。将基于栅格的测试导孔布置在焊盘图形中，具有100%可访问性，这些设计中设有返工端口（With some designs, where grid based 100% test via accessi

8、bility is built into the land pattern, the rework ports have been created）测试导孔无一例外地提供到印制板每一层每一条导线的通道。为了不影响任何元件、任一端子，导孔可用手工钻出。使用导孔作为返工端口消除了移除元件、在板上额外钻孔、或用刀切断板上网络的必要性。元件端子断开后，可用尖头烙铁在这个端子上焊接一根导线，与其它端子重新联接。这种方法通常不会影响板上的任何焊点，包括与这根导线焊接的引脚。用这种方法对SMT印制板进行返工，除了导线，不会留下表明这块板经过修改的可见痕迹或明显损伤。5.3 全节点访问裸板测试和ATE测试的全

9、节点访问有不同的含义。在裸板测试层次，为获得完整性，要求每个网络的每个节点100%可访问。测试这块板的探针数目等于元件端子的总数。但对大多数高密度表面贴装设计，通常需要采用双面式或蛤壳式测试夹具，因为从板的一面不能访问到所有的节点。ATE测试仅需要进入网络的一个节点。每个网络至少有两个节点，某些网络则更多，如内存板的一个网络可能与多个节点相联接。在ATE测试等级，为了获得完整性，对每个网络仅需要访问一个节点。因此，与裸板测试相比，ATE测试探针的总数有显著减少。在设计阶段，有两种方法提供SMT印制板的可测试性。一种是为裸板测试设置100%的节点访问。这种方法的另一个好处是载元件板测试也同时10

10、0%可访问。另一种方法是为载元件板测试设置100%节点可访问性。当基于栅格的测试节点不足以完成裸板测试而必须采用蛤壳式或两个单面夹具时，几乎都采用该方法。从加工的全过程来看，最经济的方法是基于栅格的节点从板的任何一面都可100%访问这种设计。如果采用基于栅格的测试焊盘法，通过载元件板的连通性改进，裸板或载元件板的测试夹具不会过时。这是顺应产品开发过程的另一种节约成本的方法。同时，如果印制板采用埋孔，100%节点可访问的基于栅格的测试方法甚至能通过网络端点提供对隐埋网络的访问通道。这是裸板测试所带来的另一个好处。设计测试方法时，必须考虑对SMT印制板基板面的总体影响。有三类种符合SMT测试规则的

11、设计：1）完成设计后，在端点随机加上测试节点；2）开发焊盘图形，其测试孔基于2.5 mm 0.100 in的栅格布置；3）开发焊盘图形，其测试孔基于1.25 mm 0.050 in的栅格布置。随机法无需赘述。第二种方法采用基于2.5 mm 0.100 in栅格布置的焊盘测试孔，适用于元件布置较疏的板。但这种方法几乎占用了与通孔元件所需的同样多的基板面。第三种方法采用基于1.25 mm 0.050 in栅格布置的焊盘测试孔。对于大多数元件密度高的SMT设计，这是唯一对所有类型的印制板组件都具有100%测试节点可访问性的方法。SMT已经并将继续促使测试栅格由2.5mm 0.100 inch缩小到1

12、.25 mm 0.050 inch。密间距元件可能促使测试栅格进一步缩小。图5-1是各种引脚间距和测试栅格的示意图。对1.25 mm 0.050 inch的元件间距采用2.5 mm 0.100 inch的测试栅格会占用额外的基板面，并且不能用于密间距SMT设计。就基板面和测试节点可访问性而言，对1.25 mm 0.050 inch的元件间距采用1.25 mm 0.100 inch的测试栅格是最经济的方案。此外，密间距元件焊盘图形也可在基于1.25 mm 0.050 in测试栅格的基础上开发。对于密间距元件，这种设计方法使大约一半的测试孔位于焊盘内，另一半在外，从而达到两个目的：1）没有超过各种

13、测试设备每平方英寸100个测试点这一最大限制；2）较宽的测试点分布减少了高压点的面积，而这些点会引起真空或机械作用力造成的夹具受力弯曲。wider distribution of test points reduces the high pressure point areas which cause fixture bowing during vacuum or mechanical actuation.图5-1 测试孔栅格5.3.1 内部电路测试容量为了进行内部电路自动测试（ICT），可访问特定的导孔焊盘和孔。在一个电路中，每个公共网络导孔焊盘的位置都对应测试夹具上测试探针的接触点，这样，

14、该测试系统可驱动板上的每个元件，并迅速找到有缺陷元件，或鉴别组装过程的问题。为了保证探针触点与印制板精确对齐，必须为夹具开发者确定精确的探针位置和特定的网络。 利用元件的CAD数据库确定测试位置可以方便地改变钻孔数据，从而可减少夹具开始的时间，并防止在夹具基座上钻多余、无用的孔。5.4 有限节点访问对有限节点访问（少于100%）仍可使用ATE针床测试，但不如全节点访问有效。一旦可访问节点少于100%，短路、缺陷、内部电路测试就不能完全执行，同时，上述问题将继续个别存在，从而使后面的测试复杂化。在针床功能测试中，可采取增加引导探查，因为（1）并非所有的短路、制造缺陷和I/C故障都能在早期被发现，

15、（2）通过夹具，“可见”的内部节点更少。因此，检测和诊断短路、缺陷、劣质元件的功能或系统测试成为一个很大的负担。这个负担与可访问节点的百分比成反比。花在功能测试上的额外精力可能增加诊断故障板的重复劳动花费，或者意味着开发一种比现有设计更为具体的功能测试（非重复花费）。5.5 无节点访问无节点访问（0%）不支持针床测试，并将组件缺陷和元件的测试一直推迟到功能或系统试验台阶段。只有当缺陷极少出现很高的修复费用，从而使总体费用低于开发使用ATE针床测试的费用时，这种方法才合适。换言之，要使用这种方法，产品的一次通过率必须非常高。只有非常强大的质量控制程序和成熟的制造过程控制才能维持这一临界参数。同时

16、，功能或系统测试必须至少能够检测到任何故障（即便检测意味着测试没有运行）。在这种情况下，丢弃有故障产品可能比诊断更好（当然，在费用分析时必须把这一损失也计算在内）。另一个选择是请测试技师调试故障单元，但这也是一种高费用的方法，因为即使是经验丰富的技师也需要花费大量的时间来诊断未筛选（未经过短路或缺陷测试）的板。5.6 蛤壳式夹具的影响从两面探测印制板需要一个“蛤壳”式的夹具。制造这种夹具成本高而费时，并需要在正面设置更大的测试焊盘以防止公差累加引起的对准问题。尺寸通常为1.25 mm 0.050 in，会用完基板面所有的剩余空间。同时，“蛤壳”夹具容易失去对准性，很难维持精确度。5.7 印制板

17、测试特性5.7.1 普通焊盘的考虑因素对可测试性进行电路设计是为了不采用复杂的预配线或清除而保证所有节点的可观察性和可控性，并断开反馈回路。可测试性设计是电路设计的一部分，正如原理设计过程是板布局过程的一部分。由于广泛采用ATE进行SMT印制板测试，印制板设计者应根据前面的规则在板上提供测试节点。为便于测试进行的SMT设计走在现有技术的前面，因此必须不断改进测试过程，并通过并行工程加以实施。理想地，印制板背面应有100%的节点。见图5-2。对内部电路的网络，测试者必须访问至少一个节点。所有的测试焊盘必须间隔2.5 mm 0.100 in或1.25 mm 0.050 in以上，这是为了使测试夹具

18、制造成本最低、最可靠且最迅速。焊盘或导孔尺寸应在0.9mm0.035 inch至1.0 mm 0.040 inch之间，以便探查。这一导孔尺寸将保证在每1000次探查中发生的错位在三次以下。当焊盘尺寸减小，错位急剧增加，如图5-2所示。采用方形导孔将为测试探针接触提供更大的目标区。图5-2描述了方形焊盘提供的额外面积。采用方形焊盘，如果必要，尺寸可减小至0.8 mm 0.032 in以增加焊盘间距。基于1.25 mm栅格的测试焊盘有一个缺点：1.25 mm 0.050 in的弹簧探针要比2.5 mm 0.100 in 的弹簧探针成本更高，不适合大批量生产，同时，制造相应的夹具需要更长的时间。此外，任何用作测试点的导孔应以焊料填充以改善接触条件，并延长探针的使用寿命。图5-2 测试接触尺寸与测试探针错位的一般关系5.7.2 测试参数设计以下还有几点有关一般的焊盘图形设计的重要因素，应在设计印制板时加以考虑。 应在印制板对角线两端的角落设置非电镀工具孔。 测试焊盘与印制板边缘的距离应不小于2.5 mm 0.100 in，以便容纳真空夹具的垫圈。 采用导孔作测点时，应注意保证在测试性能下降的情况下信号质量不降