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現代PCB測試的策略
隨著自動測試設備成為電子裝配過程整體的一部分，DFT必須不僅僅包括傳統的硬體使用問題，而且也包括測試設備診斷能力的知識。
為測試著想的設計(DFT, design for test)不是單個人的事情，而是由設計工程部、測試工程部、製造部和採購部的代表所組成的一個小組的工作。設計工程必須規定功能產品及其誤差要求。測試工程必須提供一個以最低的成本、最少的返工達到僅盡可能高的第一次通過合格率(FPY, first-pass yield)的策略。製造部和品質部必須提供生產成本輸入、在過去類似的產品中什麼已經做過、什麼沒有做過、以及有關為產量著想的設計(DFV, design for volume)提高產量的幫助。採購部必須提供可獲得元件，特別是可靠性的資訊。測試部和採購部在購買在板(on-board)測試硬體的元件時，必須一起工作以保證這些元件是可獲得的和易於實施的。通常把測試系統當作收集有關歷史資料的感測器使用，達到過程的改善，這應該是品質小組的目標。所以這些功能應該在放置/拿掉任何節點選取之前完成。
參數
在制訂測試環境的政策之前，準備和瞭解是關鍵的。影響測試策略的參數包括：可訪問性。完全訪問和大的測試焊盤總是為製造設計電路板的目標。通常不能提供完全訪問有四個原因：
1.板的尺寸。設計更小；問題是測試焊盤的“額外的”占板空間。不幸的是，多數設計工程師認為測試焊的可訪問性是印刷電路板上(PCB)較不重要的事情。當由於不能使用線上測試儀(ICT, in-circuit tester)的簡單診斷，產品必須由設計工程師來調試的時候，情況就會是另一回事。如果不能提供完全訪問，測試選擇是有限的。
2.功能。在高速設計中損失的性能影響板的部分，但可以逐步縮小在產品可測試性上的影響。
3.板的尺寸/節點數。這是當物理板得尺寸在任何現有的設備上都不能測試的時候。慶倖的是，這個問題可以在新的測試設備上或者使用外部的測試設施上增加預算來得到解決。當節點數大於現有的ICT，問題更難解決。DFT小組必須瞭解測試方法，這些方法將允許製造部門使用最少的時間與金錢來輸出好的產品。嵌入式自測、邊界掃描(BS, boundary scan)和功能塊測試可做到這點。診斷必須支援測試下的單元(UUT, unit under test)；這個只能通過對使用的測試方法、現有測試設備與能力、和製造環境的故障頻譜的深入瞭解才做得到。
4.DFT規則沒有使用、遵守或理解。歷史上，DFT規則由理解製造環境、過程與功能測試要求和元件技術的一個工程師或工程師小組強制執行。在實際環境中，過程是漫長的，要求設計、電腦輔助設計(CAD)與測試之間的相互溝通。這個泛味的重複性工作容易產生人為錯誤，經常由於到達市場的時間(time-to-market)壓力而匆匆而過。現在工業上已經有開始使用自動“可生產性分析儀”，利用DFT規則來評估CAD檔。當合約製造商(CM, contract manufacturer)使用時，可分類出多套規則。規則的連續性和無差錯產品評估是這個方法的優點。 測試設備的可獲得性
DFT小組應該清楚現有的測試策略。隨著OEM轉向依靠CM越來越多，使用的設備廠與廠之間都不同。沒有清楚地理解製造商工藝，可能會採用太多或太少的測試。現存的測試方法包括：
1.手工或自動視覺測試，使用視覺與比較來確認PCB上的元件貼裝。這個技術有幾種實施方法：
手動視覺是最廣泛使用的線上測試，但由於製造產量增加和板與元件的縮小，這個方法變得不可行。
它的主要優點是低的預先成本和沒有測試夾具，而它的主要缺點是高長期成本、不連續的缺陷發覺、資料收集困難、無電氣測試和視覺上的局限。
自動光學檢查(AOI, automated optical inspection)，通常在回流前後使用，是較新的確認製造缺陷的方法。
它是非電氣的、無夾具的、線上技術，使用了“學習與比較(learn and compare)”編程來使裝料(ramp-up)時間最小。
自動視覺對極性、元件存在與不存在的檢查較好，只要後面的元件與原來所“學”的元件類似即可。
它的主要優點是易於跟隨診斷、快速容易程式開發、和無夾具。其主要缺點是對短路識別較差、高失效率和不是電氣測試。
自動X光檢查(AXI, automated X-ray inspection)是現時測試球柵陣列(BGA, ball grid array)焊接品質和被遮擋的錫球的唯一方法。
它是早期查找過程缺陷的、非電氣、非接觸的技術，減少了過程工作(WIP, work-in-process)。這個領域的進步包括通過/失效資料和元件級的診斷。
現在有兩種主要的AXI方法：兩維(2-D)，看完整的板，三維(3-D)，在不同角度拍攝多個圖像。
其主要優點是唯一的BGA焊接品質和嵌入式元件檢查工具、無夾具成本。其主要缺點是速度慢、高失效率、檢測返工焊點困難、高的每塊板成本、和長的程式開發時間。
2.製造缺陷分析儀(MDA, manufacturing defect analyzer)是一個用於高產量/低混合環境的好工具，這裏測試只用於診斷製造缺陷。當沒有使用殘留降低技術時，測試機之間的可重複性是一個問題。還有，MDA沒有數位驅動器，因此不能功能上測試元件或者編程板上的固件(firmware)。測試時間比視覺測試少，因此MDA能夠趕上生產線的節拍速度。這個方法使用一個針床，因此可以接著診斷輸出。其主要優點較低的前期成本、較低WIP、低的編程與程式維護成本、高輸出、容易跟隨診斷、和快速完全的短路與開路測試。其主要缺點是不能確認材料清單(BOM, bill of material)是否符合在測單元(UUT, unit under test)、沒有數位式確認、沒有功能測試能力、不能調用固件(firmware)、通常沒有測試覆蓋指示、板與板線與線之間的可重複性、夾具成本、以及使用問題。 3.ICT將找出製造缺陷以及測試類比、數位合混合信號的元件，以保證它們符合規格。許多設備具有編程在板(on-board)記憶體的能力，包括系列號、通過/失效和系統資料(genealogy data)。有些設備使得程式產生較容易，它是通過把工具嵌入到易於使用的圖形用戶介面(GUI, graphical user interfaces)，和存儲代碼到一個專門檔來使得可以實現多版本測試和固件(firmware)變換容易的。有些設備具有複雜的儀器裝備，它將確認UUT的功能方面，以及與商業可購買的儀器的介面。現在的測試設備具有嵌入的電腦輔助設計(CAD)介面和一個非多元環境來縮短開發時間。最後，有些測試機提供深入的UUT覆蓋分析，它祥述正在測試或沒有測試的元件。 ICT的主要優點是每個板的測試成本低、數位與功能測試能力、高輸出、良好的診斷、快速和徹底的短路與開路測試、編程固件、缺陷覆蓋報考和易於編程。其主要缺點是，夾具、編程與調試時間、夾具成本、預期開支和使用問題。
4.飛針測試機(flying-probe tester)在過去幾年已經受到歡迎，由於在機械精度、速度和可靠性方面的進步。另外，現在對於原型(prototype)製造、低產量製造所要求的快速轉換、無夾具測試系統的市場要求，已經使得飛針測試成為所希望的測試選擇。最好的探針方案提供學習的能力(learn capability)以及BOM測試，它在測試過程中自動增加監測。探針的軟體應該提供裝載CAD資料的簡便方法，因為X-Y和BOM資料在編程時必須用到。因為節點可訪問性可能在板的一面不完整，所以測試生成軟體應該自動生成不重複的分割程式。探針使用無向量(vectorless)技術測試數位、類比和混合信號元件的連接；這個應該通過使用者可用於UUT兩面的電容板(capacitive plate)來完成。飛針測試機的主要優點是，它是最快速的到達市場時間(time-to-market)的工具、自動測試生成、無夾具成本、良好的診斷和易於編程。主要缺點是低產量、局限的數位覆蓋、固定資產開支和使用問題。
5.功能測試(functional test)，可以說是最早的自動測試原理，在重要性上已經看到恢復活力。它是特定板或特定單元的，可用各種設備來完成。幾個例子： 最終產品測試(final product test)是最常見的功能測試方法。測試裝配後的最後單元是開支不大的，減少操作的錯誤。可是，診斷是不存在的或者困難，這樣增加成本。只測試最終產品，有機會損壞產品，如果沒有自動測試所提供的軟體或硬體的保護。最終產品的測試也是慢的，通常佔用較大的空間。當必須滿足標準時通常不使用該方法，因為它通常不支持參數測量。 最終產品測試的主要優點是最低的初始成本、一次裝配、和產品與品質的保證。其主要缺點包括低診斷分辨、缺乏速度、高長期成本、FPY、由於不發覺的短路引起的板或機器的損壞、返修成本高、以及無參數測試能力。
6.最新實體模型(hot mock-up)通常放在不同的裝配階段，而不是只在最終測試。在診斷上，它好過最終產品測試，但由於必須建立專門測試單元而成本較高。實體模型可能比最終產品測試更快，如果程式調試只測試一個特定的板。不幸的是，由於缺少保護，如果短路在前面的過程中沒有診斷處理則可能損壞測試床。其主要優點是低初始成本。主要缺點是空間使用效率低、維護測試設備的成本、由於短路而損壞UUT和無參數測試能力。 7.軟體控制、可商業購買的儀器(software-controlled, commercial available instrument)通常叫做“堆砌式”測試("rack and stack" test)，因為儀器是分別購買，然後連接起來的。同步設備的軟體通常完全用戶化。商業可購買的儀器比較集成方案是不貴的，如果正確完成，允許獨立的UUT有效性。但這個“自製的”系統通常較慢，工程更改與生產現場支援困難，因為這些應用是內部存檔的(under-documented)。 其主要優點是保護UUT的損壞、較快的輸出、要求占地空間小、和獨立的/工業可接受的校驗。主要缺點是費時、支援困難、在遠距離設施上更新與使用。
8.商業、用戶集成系統(commercial, custom integrated system)在一個測試平臺上耦合軟體與硬體，例如，IEEE、VXI、Compact PCI 或 PXI。檔存檔、軟體支援和標準製造概念使得這些系統易於使用和支援。前期成本比內部建立方案較高，但這個成本是可調節的，因為較高的性能、輸出和可重複性。它也易於生產現場和新產品開發期間的支持。主要優點是快速輸出、要求較少地面空間、最容易支持和重新設定、最好的可重複性、和提供獨立的工業可接受較驗。主要缺點是高初始成本。
9.諸如鐳射系統這樣的非接觸測試方法是PCB測試技術的最新發展。該技術已經在空板(bare-board)區域得到證實，正考慮用於裝配板(populated board)的測試。該技術只用視線(line-of-sight)、非遮蓋訪問(non-masked access)來發現缺陷。每個測試至少10毫秒，速度足夠用於批量生產線。
快速輸出、不要求夾具、和視線/非遮蓋訪問是其主要優點；未經生產試用、高初始成本、高維護和使用問題是其主要缺點。
表一總結了所描述的測試方法。
表一、PCB測試設備
| 表一、測試設備與所期望的覆蓋範圍 |
測試設備 |
短路/開路 |
焊接 |
存在/丟失 |
無源模擬 |
有源模擬 |
數位/混合 |
在板元件編程 |
功能的 |
MDA |
是1 |
無 |
電氣 |
是 |
是 |
可能 |
無 |
無 |
ICT |
是1 |
無 |
電氣 |
是 |
是 |
是 |
是 |
看產品 |
手工視覺 |
只可見 |
無 |
是 |
存在 |
存在 |
存在 |
無 |
無 |
AOI |
只可見 |
部分2 |
是 |
存在 |
存在 |
存在 |
無 |
無 |
飛針系統 |
近似3 |
無 |
電氣/有限視覺 |
是 |
是 |
是 |
可能4 |
有限 |
X光 |
是 |
是 |
是 |
存在 |
存在 |
存在 |
無 |
無 |
最終產品測試 |
無診斷 |
無 |
無診斷 |
無 |
無診斷 |
無診斷 |
是 |
是 |
實體模型 |
無診斷 |
無 |
無診斷 |
無 |
無診斷 |
無診斷 |
是 |
是 |
集成方案 |
部分/完全5 |
無 |
可能5 |
可能5 |
可能5 |
可能5 |
是 |
是 |
堆砌式 |
部分6 |
無 |
可能5 |
可能5 |
可能5 |
可能5 |
是 |
是 |
鐳射系統 |
是 |
無 |
無 |
無 |
無 |
無 |
無 |
無 |
- 需要用於100%測試覆蓋
- 示系統而定 - 無BGA覆蓋
- 相鄰引腳短路。可能對跡線、測試焊盤和通路近似，在測試生成工具上用CAD資料
- 使用第三方工具。
- 可能針床入口與手工生成。
- 通常局限於電源地的覆蓋。
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製造的測試戰略
沒有一個策略將或應該適合所以的製造商。當開發一個測試和工藝改進策略時，必須考慮到無數的變數。
製造缺陷譜的確認應該是有工廠特殊性和產品特殊性。這些資料，如果是相關的和可靠的話，將減少人員與報廢成本，增加顧客信心。缺陷資料應該收集、編輯和在正常的品質小組舉行的會議上討論。該資料也應該用來開發一個測試策略，查找常見的可預防的缺陷。這些資料應該包括工廠的和現場的失效，標記以日期。應該監視新產品的缺陷，而成熟產品應該監測，改善FPY和供應商品質。缺陷資料應該作長期的與短期的內部比較，連同其他場所一起改進總的品質。天氣條件、人員、供應商和生產線改變的資料應該跟蹤，因為這些通常是潛在的品質因素。
兩個重要的品質因素是有關的資料收集和分佈性試驗。一個感測器收集將作為改善品質的資料的能力，和資料管理者把資料傳達給正確的小組部門的能力，影響著現在與將來的產品。正確資料的定義決定於設施與產品。測試機起感測器的作用，監測過程。一個有效的分佈測試策略找出盡可能靠近根源的過程問題，減少壞品的生產數量。
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