硬件创业：产品分娩线测试筹划设计

电子硬件产品的生产工艺流程繁芜，尤其是 PCBA 生产流程很随意马虎涌现问题，因此须要做充分的测试，以确保组装过程顺利进行。

工厂测试和研发测试有很大差异，研发测试用来检讨设计是否精确，因而也被称为「设计确认测试」。

在不同的情形下，进行工厂测试所投入的精力会有很大差异。

有时测试很大略，只须要技能职员在产品组装完成后开启它，检讨能否正常事情即可；而有些工厂测试须要付出巨大精力，负责检讨产品的每个细节，确保产品在出厂前统统正常。

在很大程度上，测试中投入精力的多少取决于：

制造过程中涌现问题的可能性；产品出厂后涌现问题时所要付出的代价。

比如，一个便宜的玩具偶尔涌现故障可能不是什么大事，只要没有安全问题就行，因此可能不会投入太多精力测试这类产品。

但是对付一个掌握汽车刹车的打算机模块而言，须要做最严格的工厂测试，由于这个模块一旦涌现问题，后果将非常严重，必须投入大量精力做检讨，以避免涌现任何问题。

在一些大型工厂里，在测试中投入的精力有时与设计、开拓产品所付出的精力相称。

针对 PCBA，有三种基本测试可以做，分别是在线测试「ICT」、功能测试「FCT」和老化测试，它们与所开拓的产品密切干系。

接下来分别先容这三种测试。

一、在线测试 ICT

在线测试「ICT」（ in-circuit test ）通过剖析元件的电气特色来检讨 PCBA 过程是否精确，比如，每个焊点的电阻。

大规模在线测试常日利用针床式测试仪，这种仪器同时把大量探针放置到 PCBA，有些测试中动用的探针多达几千个。

各种测试旗子暗记注入一些探针，然后其余一些探针丈量相应。

这些探针一样平常装有弹簧，安装在一个称为测试夹具的特制板子上，这种板子常日是为特定 PCBA 专门定制的。

每个探针通过电路板上的导电片连接到待测电路上，这些导电片一样平常符合以下情形：

电路板上专门用来做测试的焊点；电路板设计师用来把旗子暗记从一个 PCB 层传到另一个 PCB 层的通路，这个通路也可以用作测试点。

针床式测试仪。

用来做测试的焊点和通路，探针通过它们连接到 PCB 上。

测试时，电路板和测试夹具准确地连接在一起，然后启动测试软件，运行预先体例好的程序。

检讨电路板是否存在问题，包括：

电路；开路，比如，针脚从焊点分开；元件朝向（有时 AOI 检讨不出这种缺点）；元件值；元件毛病；旗子暗记完全性问题，比如，旗子暗记传送到电路板上的目的点时是否过分弱化了。

有履历的设计师和开拓者在设计产品电路板时会只管即便让电路板上的每个电气触点都能被探针访问到。

但是由于各种限定，这个想法每每无法实现，比如受到电路板尺寸的限定。

由于在线测试可以从电气上访问每个元件的所有或绝大多数针脚，因此它也可以为闪存 Flash 等设备体例程序，进行校准和调度以及实行功能测试等。

二、功能测试 FCT

比较于检讨各个元件是否被精确地焊接到指定位置上，功能测试紧张关注电路板的高等功能。

比如，做功能测试时，可能须要把测试固件装载到待测 PCBA 的处理器中，让处理器在内存和周边器件上运行诊断程序，然后经由串口把测试结果输出到个人打算机上。

个人打算机将根据诊断结果在屏幕上显示为“通过”（绿色）或“失落败”（赤色）字样，并把详细的测试结果记录到数据库中，留待进一步剖析。

功能测试的目标是检讨电路板上的各种元件能否作为一个整体协同事情，它也可以测试那些在线测试期间因探针打仗不到而未能检测到的电路。

比如，当一个测试点无法访问某个芯片的引脚时，你可以对该引脚进行功能测试，方法是在引脚上实行一个操作，只有引脚被精确焊接到电路板上并且功能正常时，操作才能成功。

功能测试的缺陷是它每每不像在线测试那样可以彻底地检讨电路板的连接，最保险的做法是在线测试和功能测试都做。

功能测试既可以作为在线测试的一部分，也可以作为一个单独的步骤，它通过串口、USB、以太网或其他接口与 PCBA 通信。

对大部分产品来说，末了的功能测试要等到设备完备组装好才会进行。

多数情形下，在产品制造过程中的某个韶光点上也会做功能测试。

比如，在多板系统中，每个 PCBA 可能都须要做功能测试，以担保其组装精确，末了组装完成后，再把系统作为一个整体进行测试，确保全部电路板被精确地组装在一起。

三、老化测试

在某些情形下，哀求电路板在接管功能测试时能够运行几个小时、几天乃至更永劫光，有时是在比较极度的条件下进行，比如高温环境。

1. 老化测试的意义和目的

随着电子技能的发展，电子器件的集成化程度越来越高、构造越来越细微、工序越来越多、制造工艺越来越繁芜，这样在制造过程中会产生潜伏毛病。

对付一个性能良好的电子产品，不但哀求具备较高的性能指标，而且还要有较高的稳定性，通过老化可以筛选出电子元器件故障。

在电子产品加工过程中，由于经历了繁芜的加工工序，同时利用了大量的元器件物料，即便你的设计再好，也将引入各种毛病。

无论是加工毛病还是元器件毛病，都可分为明显毛病和潜在毛病：

明显毛病指那些导致产品不能正常事情的毛病，例如，短路、断路。
潜在毛病导致产品暂时可以利用，但在利用中毛病会很快暴露出来，产品不能正常事情，例如，焊锡不敷，产品虽然可以用，但轻微振动可能就会使焊点断路。

明显毛病可通过常规考验手段（ 在线检测 ICT、功能测试 FT 等 ）加以创造，潜在毛病则无法用常规考验手段创造，而是利用老化的方法来剔除。

如果老化方法效果不好，则未被剔除的潜在毛病将终极在产品运行期间以失落效（或故障）的形式表现出来，从而导致产品返修率上升，维修本钱增加。

通过高温老化可以使元器件的毛病、焊接和装置等生产过程中存在的隐患提前暴露，提前鉴别和剔除产品工艺引起的早期故障。

老化还有一个更主要的目的（和测试一样）：

通过老化使产品加工工艺不断改进，使产品品质不断改进，改进到不须要老化为止。

老化结合可靠性测试，并与失落效剖析相结合，即对老化过程中失落效的器件进行根本缘故原由（ROOT CAUSE）剖析：

确定器件的失落效是物料选择的问题；还是设计运用不当；还是生产加工过程造成的损伤，并进一步改进；经由 2-3 个循环，产品稳定下来，就可以逐步减少老化韶光直至取消。

2. 老化的定义

严格意义上来讲，老化是指采取高温方法对产品施加环境应力。

而环境应力筛选（ ESS：Environment Stress Screen ）则不仅包括高温应力，还包括其他很多应力，例如，温度循环、随机振动、恒定高温等。

以是，老化是属于环境应力筛选的一种。

但现在很多公司已经把“老化”这个词的意义扩展了，老化就等同环境应力筛选，环境应力筛选俗称为老化。

老化是通过对电子产品施加加速环境应力，如，温度应力、电应力、潮热应力、机器应力等，匆匆使潜在毛病加速暴露成故障，达到创造和剔除潜在毛病的目的。

老化不能破坏好的部件或引入新的毛病，老化应力不能超出设计极限。

3. 老化的事理

老化的理论根本是电子产品的故障率曲线，简称浴盆曲线。

1）早期失落效期

元件在开始利用时，它的故障率很高，但随着元件事情韶光的增加，故障率迅速降落。

故障率曲线属于递减型，这个阶段产品故障的缘故原由大多由于设计、材料、制造、安装过程中的毛病造成的。

为了缩短这一阶段的韶光，产品在投入运行之提高行试运行，以便于及早创造、改动和打消毛病。

2）有时失落效期

这一阶段的特点是故障率较低，而且比较稳定，故障率曲线属于恒定型，这段韶光是产品的有效寿命期，人们总希望延长这一期间，即在容许的用度内延长利用寿命。

3）消耗失落效期

这一阶段的故障率随韶光的延长而连忙增加，故障率曲线属于递增型。

到这一阶段，大部分元件开始失落效，解释元件的消耗已经严重，寿命即将终止，若能够在这个期间到来之前维修设备，更换或维修某些消耗的部件，就能将故障率降下来延长利用寿命，推迟消耗失落效期的到来。

老化因此剔除早期故障为目标，其空想的老化点为图中的 D 点，D 点的选择紧张靠履历数据。

图中的 A、B、C 表示老化程度的不同，A 点表示老化不敷，老化后仍有较大比率的毛病流入市场，而 E 点则是过老化，这样增加了老化本钱，缩短了产品利用寿命。

4. 产品老化方案

1）常温通电老化

常温 25℃ 下，产品通电并加负载进行老化，根据产品特点确定老化韶光，一样平常选择 48-72 小时，此方案对功耗较大的产品常常采取。

2）加热通电老化

将产品在一定的环境温度下，通电老化，根据产品特点确定老化韶光，一样平常选择 24-36 小时，温度常日选用 40℃-45℃。

此方案对产品中，部分器件耐温较低（低于50℃）常常采取。

3）加热通电老化（高温）

将产品在一定的环境温度下，通电老化，根据产品特点确定老化韶光，一样平常选择 12 小时，温度常日选用 60℃-65℃。
此方案在产品老化中采取较多。

紧张有以下优点：

老化韶光短，节约韶光；老化事情温度较高，能充分暴露出产品中的一些不敷，包括器件质量、焊接质量等；合营一些通电动态试验，能监控全体老化过程中的事情状态是否正常。

5. 产品老化示例

你根据产品实际哀求，决定采取加热通电（高温）老化的办法，并针对老化过程中的失落效器件进行失落效剖析及可靠性剖析，有两点好处：

一方面，可以改进以及提升产品可靠性；另一方面可以为生产时所须要的老化方案积累数据。

老化流程如下：

1）试验箱条件

高温试验是为了验证产品在高温情形下其利用、运输及贮存的能力。

以是在实际测试的过程中须要仿照高温条件进行试验，你要确保知足外部温度环境可调的哀求。

对试验箱需有如下哀求：

须要明确试验箱温度丈量范围，温度颠簸度，空间温度差等紧张指标；试验样品的尺寸和数量比较，试验箱该当足够大，试验样品能够完备纳入试验箱的事情空间

2）老化等级

GB/T 2424.2-2008 供应了如下所示的韶光严厉等级标准：

2h；16h；72h；96h；168h；240h；336h；1000h；

若试验的韶光过短，试验效果会打折扣。
若试验的韶光过长，则会花费更多的人力本钱和韶光本钱。

基于目前试验效果和试验本钱的考虑，测试韶光选择 72 小时。

3）测试方案

①初始考验

初始考验分为两部分：

产品生产的常规测试以及上机测试，所有进行高温试验的产品均须要通过以上两种测试方可开始高温试验。

初始考验的必要性：

初始考验的目的是为担保进行高温测试的产品本身是合格的，不会由于存在不合格产品而影响高温试验的结果。

生产的常规测试，紧张是对产品的基本功能进行了验证，上机测试则仿照了产品出厂提高行的干系测试。

生产常规测试：

高温试验所利用产品须要按照实际生产流程进行，所有产品均须要具有唯一序列号。

序列号共包括三个部分：

生产的常规测试按照“生产测试方案”进行初始测试，并出具测试报告，担保全体测试过程具有可追溯性。

②老化测试方案

烧入测试程序，并搭建好测试平台。
为了保障所得试验数据具有统计学意义，需个准备至少 10 套进行抽测。

将产品放入高温试验箱，上电开始运行，记录放入韶光。

关闭试验箱并开始升温，设定目标温度，记录开始升温韶光以及温度达到目标温度的韶光。

目标温度达到后开始进行试验，试验持续韶光为 72 小时，白天事情韶光须要两小时检讨一次并记录温度及产品运行状态。

夜间运行时实验室应有人值班，4 小时检讨一次并记录温度及产品运行状态。

试验持续韶光知足 72 小时后，试验箱开始复温，复温办法采纳自然冷却办法，复温至常温后产品停滞供电，韶光应至少持续一个小时，结束测试。

试验完成后须要对产品进行性能检测，冷却 2 小时后进行生产的常规测试。

生产的常规测试按照“生产测试方案”进行，并出具测试报告，以及与初始考验的测试结果进行比拟，判断高温试验前后是否产生变革。

作者：卫Sir，"大众年夜众号：简一商业

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