本文介绍，认真的设计、计划好的测试策略和适当的工具将提供可信赖的功能测试结果。

　　功能测试(functional test)在最终测试与过程中测试的使用量正在增加。对于验证整体功能、校准信息、ISO9000程序数据和诸如医疗设备等高危险性应用的资格认证，功能测试现在是必要的。

　　实施策略正受诸多因素的推动，如预算限制、产出问题和被测部件(UUT, unit under test)的设计。在这些因素中，被测部件(UUT)的设计对于可以测试什么有最大的影响。预算与产出限制什么将要完成。为了提供最大可能的缺陷覆盖，元件选择与印刷电路板(PCB)的布局必须在设计阶段审慎考虑。可是，到达市场的时间(time-to- market)和开发的紧张步伐经常会阻碍最佳的意图。

　　可能，测试工程不得不要作的一些让步可能影响未来的设计，使得测试更容易和改善缺陷覆盖。下面是一些测试工程师可能必须面对的一些建议。如果使用的话，每个建议都应该评估和使用。

被测部件(UUT)测试要求

　　在看设计和工艺之前，应该认真检查UUT，不只是PCB或最终装配本身。有关UUT的一些要问的问题包括：

• 产品类型
• 构造(单个PCB、PCB的组合板或最终产品)
• 测试规格
• 计划的测试点
• 预计数量(每条生产线/每天/每班，等)
• 预计缺陷谱

　　很明显，列表中省去了预算这个词。但是UUT的测试成本在得到完全理解之前是不可能决定的。在UUT的测试要求知道之前不应该开始筹措资金的谈判。只有那时才可以作出必要的妥协，来将工作完成。

高密度问题

　　在表面上，元件密度似乎不是功能测试的一个问题。毕竟，主要的关注基本上是“有东西进去，有东西出来”。虽然无可否认地过于简单化，但这种情况经常发生。定义好的激发信号作用到UUT的输入，一套特定的数据应该从UUT输出。对I/O连接器的访问应该是唯一的访问问题。

图一、典型的高密度PCB

　　但是元件密度将是一个因素。考虑到图一中的样品PCB，这些问题必须首先回答：

• 校准访问有必要吗？
• 小至元件的诊断是关键吗？
• 有通过人工或机器方法完成的探测吗？
• 要使用自动处理器吗？
• I/O连接器是不是容易探测或连接？

　　校准
　　功能测试经常用来校准模拟电路。这个程序可能涉及探测UUT的内部，以确认运作；例如，探测一个RF电路的中频部分。如果探测是必要的，那么测试点或焊盘可能是必要的。

　　在高频设计中的一个问题是测试点的相对阻抗(迹线长度、测试焊盘的尺寸等)，加上探针的阻抗可能影响电路的性能。机械手探测和针床夹具可以通过允许较小的测试焊盘来减轻一些问题。

　　诊断
　　在大多数情况中，功能测试设定为一个通过/不通过的操作，由于其在诊断缺陷时固有的速度慢。可是在一些工业中，功能测试正进一步走回到制造工艺中。

　　一个例子是便携式电话工业，这里一些制造商正在PCB级别上作一些关键的测量，这是在装配工艺的途中。他们使用这个方法是因为手机设计成廉价装配的制造的，也不需要完全拆装。因此，在最终测试之前确定功能可以节约返工的成本和减少潜在的手机报废，手机是不容易拆开的。

　　如果PCB必须探测，那么需要足够的测试点。但是探针测试20-mil的J形引脚元件不是很有效，BGA则不可能。按照表面贴装技术协会(SMTA)，测试点应该最小0.040"的直径。焊盘之间的间隔会变化，决定于几个因素，包括测试焊盘周围的元件高度和探针尺寸。但是0.200"的间隔应该是最小规格，特别对于人工探测区域。很明显，测试夹具与机械手探测可能更精确。

　　为测试考虑的设计(Design to test)
　　工程设计通常都被推动，以最低的成本在最小的盒子中提供最好的技术。这个思维一般都会限制对在线(in-circuit)和功能测试的使用。

　　作为对这些问题的市场反应，软件工具现在可以分析一个设计，审核装配和测试设备所要求的一套规则，作出将使PCB更加可生产的一些推荐(图二)。如果这些工具对一个公司的工程设计人员可以利用，那末每个设计都应该分析。至少，测试访问问题将很快发现。

图二、PCB设计分析的软件

　　对高密度的设定
　　高密度可能意味着PCB的尺寸小，在一个UUT上有许多电路。对高密度的设定意味着一个系统怎样在机械上和电气上设定，应该考虑到对付测试的要求。要考虑的因素包括：

• UUT的支持
• 测试焊盘
• 多板组合的测试
• I/O连接器

　　例如，电气上，如果多板组合的情况存在，这样更经济，是否需要多个仪器或一个开关矩阵来连接到少量的仪器上呢？

　　自动或手动测试？
　　随着每条生产线的批量和节奏速度的增加，将测试工艺自动化的可能性应该考虑。自动化的功能测试实际上消除装载/下载时间，减少对额外测试系统的需要。当考虑在产出上的改进时，处理器的额外成本通常可以抵消。测试自动化的缺点可能是初试的硬件成本、集成时间、测试系统保持生产线的节奏速度的能力、和如果设备失效对生产造成的问题。

　　记住，手工测试一般假设一些电缆和连接器用来访问UUT。这些电缆通常有较低的寿命期望，当比较一个针床夹具的探针时。因此这个因素必须计划到维护计划中去，以减少间断的失效。

　　夹具(Fixturing)
　　取决于诸如产出和可利用的操作员占地空间等问题，夹具可能就象一块有定位销和一系列电缆的夹板那么简单。它也可以象一个全自动在线针床测试夹具那么复杂。

　　图三描述的是一个手工装载、双面夹具。一条扁平柔性电缆连接到I/O连接器，顶部安装的探针访问UUT上的关键测试点。这种设计对于中等产量要求是好的。操作员必须连接扁平柔性电缆和关闭顶盖才开始测试。消除了校准和诊断的手工探测，因为顶盖访问了所有有关的区域。

图三、手工装载、双面夹具

　　在找夹具供应商时记住这些问题。还有，记住该产品将在那里生产，这是一个许多测试工程师可能疏忽的问题。例如，假设测试工程师是在加洲的旧金山，但是产品在泰国制造。该工程师可能认为产品会要求昂贵的自动夹具，因为在旧金山的关注是作为固定资产的测试机虽然贵，但更要减少高工资的操作员数量。但是在泰国可以雇用更多的人来解决问题，因为那里的人工是那么便宜。

　　操作员技术水平
　　在高密度UUT中，当要求校准或诊断时，探测可能是必须的。因此将要求操作员来访问UUT上的测试点。在可能的地方，尽量做到测试点清楚地标明。

　　还有，要考虑测试针的形式与平均的操作员水平。要问的问题包括：

• 探针比测试点较大吗？
• 探针会短接几个点和损坏UUT吗？
• 对操作员有触电的危险吗？
• 一般水平的操作员可以快速找到测试点和探测到吗？标记足够大到容易辨认吗？
• 操作员必须在一个点上抓住探针多长时间，来得到精确的读数？小的测试点可能是一个问题，如果这些时间长的话；操作员可能在时间长时滑手。

　　回答这些问题可能是测试工程师要评估测试针的形式、修改文件来更好地确认测试点在哪里，或者甚至改变对操作员的水平要求。

　　自动化探测
　　在一些情况中，可能需要机械手探测方法(图四)。当PCB不容易手工探测或操作员的技术水平会大大减慢测试速度时，应该考虑机械手探测。

图四、机械手探测器

　　自动探测将消除操作员错误、减少短路的可能性和加速整个操作。可是，应该记住自动探测的潜在的局限性。这些局限会改变，决定于供应商的设计，包括：

• UUT的尺寸
• 同时探测的数量
• 测试点的靠近程度
• 测试点的位置精度
• 系统探测UUT两面的能力
• 探针移动到下一个测试点的速度
• 探测器所要求的物理空间，通常自动探测器比独立的功能测试系统更大。

　　机械手探测器一般比生产线的节奏速度慢，因此可能需要一个两阶段的工艺。如果探测器只用于诊断，那么考虑用一台在线的传统功能测试系统和这种探测器作为离线的诊断系统。如果UUT校准是该探测器的目的，那么唯一现实的方法是多元系统。记住该方法还会比人工操作员快得多。

　　
　　如果UUT设计已经完成，那么选择是有限的，很明显，可以在下个版本或新产品中要求改变。但是在工艺中的改善总是需要时间的。

　　这里，主要的概念是有多少测试可以完成。机遇所预计的缺陷谱，现在的测试可能是足够的。如果不足够，通常必须用具有更精确探测方案的较昂贵的测试系统来平衡UUT的产品销售成本(COGS, costs of goods sold)和利润率。

　　对将来设计的一个好的着手点就是要考虑公司现有功能测试可以完成的有限测试。当面对这些测试上的局限性时，应该以文件的方式记录以生产线现有的测试机数量、在由生产线的节奏速度所给定的时间限定内可以完成的测试。时间限制是关键的，因为产量是不大可能妥协的。因此能做到的是妥协已经设定的测试覆盖范围，并将这些限制提交给工程设计部门作将来版本修改的考虑。

结论

　　技术正使人们的生活更好，但是更密的PCB、更高的总线速度和模拟RF电路已经变成更大的测试挑战。在这个环境中的功能测试要求认真的设计、计划好的测试策略和适当的工具将提供可信赖的功能测试结果。

　　Bob Stasonis is product marketing manager, functional solutions, with GenRad Inc., Westford, MA; e-mail: stasonisb@genrad.com.    

(Aaron 08/25/2001)