优秀的PCBA设计不仅要实现功能,还必须为生产测试和生命周期内的维修预留便捷入口。预先规划测试与返修点,能极大降低后期调试、故障定位和元件更换的难度与成本,是体现设计成熟度的重要标志。这项工作需要在电路设计和物理布局阶段就系统性地展开。
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为测试性设计:提供可访问、无歧义的电气探测点。
测试点的核心目的是在不破坏产品的前提下,为在线测试或飞针测试提供可靠的电气接触。
- 关键网络全覆盖:对所有电源、地、复位、时钟、关键控制信号及高速差分信号网络,必须引出专用的测试焊盘。不能依赖通过元件焊盘进行测试,因为贴片后焊盘被遮挡。
- 测试点的规范设计:测试焊盘直径建议不小于0.8mm,形状以圆形或方形为宜。焊盘周围需有足够的禁布区(通常0.5mm以上),避免其他走线或元件影响测试探针的接触。对于高密度板,可采用菊花链方式将多个网络的测试点引至板边区域集中布置。
- ICT与功能测试的兼容性:若使用针床夹具,需在PCB上预留定位孔和夹具支撑柱避让区。测试点布局需符合夹具制造商对最小间距的要求。对于功能测试,应预留标准的板对板连接器或测试插针排,定义清晰的测试接口协议。
为返修性设计:创造安全、可行的物理操作空间。
返修性设计关注的是如何在狭小空间内,安全地拆装损坏的元件。
- 元件间距与热屏蔽:遵循返修间距规则。例如,BGA芯片周围应预留足够空间(通常大于5mm)以放置返修工作站的热风喷嘴或红外加热头。对于热敏感周边元件,在布局时就要考虑在其与大型需返修元件之间设置“缓冲区”,或在PCB背面设计散热焊盘导热过孔,以在返修时分散热量。
- 提供辅助对位标记与物理标识:在密脚IC(如QFP、BGA)的附近丝印上元件位号、方向标识和第1脚标记。对于BGA,可在其对角或侧面添加高对比度的光学基准点,供返修设备视觉对位使用,这对于无铅、无标记的芯片至关重要。
- 焊盘与走线的耐热加固设计:考虑到返修时局部高温和可能的多次焊接,对于常需返修的连接器或芯片焊盘,其连接走线可适当加宽,并避免使用焊盘上直接打孔的设计,以增强焊盘的附着力,防止铜皮剥离。
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系统化文档与知识传递:
设计意图必须通过文档清晰传递。应在装配图中明确标注所有测试点的网络名称或编号。建立并维护一份“关键/高风险元件返修指导书”,作为设计输出的一部分,其中包含该元件推荐的返修温度曲线、所需专用工具和注意事项。通过在设计初期就将测试与返修的需求作为约束条件纳入,可以显著提升产品全生命周期的可维护性,降低售后支持成本,从而实现从“可制造性设计”到“可服务性设计”的完整跨越。
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