プロトタイプ PCB アセンブリの前にテストアクセスをレビューする必要がある理由

導入

プロトタイプの PCB アセンブリは正しく構築できても、検証するのは困難です。

多くのプロジェクトが時間をロスするのはここです。ボードの電源が入ります。配置は問題なく見えます。はんだ接合部は目視検査に合格します。その後、エンジニアリング チームがテストを開始すると、主要な信号が埋もれている、テスト パッドが小さすぎる、プログラミング インターフェースに手が届きにくい、またはボードをデバッグするには危険なベンチ側のプロービングしか方法がないことがわかります。-

そのため、ボードの到着後ではなく、プロトタイプの PCB アセンブリの前にテスト アクセスをレビューする必要があります。

テスト アクセス レビューでは、組み立てられたボードが検査、プローブ、プログラム、機能テスト、デバッグが可能かどうか、および後の ICT または FCT 計画に備えられるかどうかを確認します。それはテストの問題だけではありません。これは、PCB 設計、プロトタイプの組み立て、検証計画の間に位置します。

動作するプロトタイプは、チームがボード上で何が起こっているかを検証できる場合にのみ役立ちます。テストへのアクセスが不十分だと、プロトタイプの検証が推測に変わります。

プロトタイプ PCB アセンブリにおけるテスト アクセスの意味

テストアクセスとは、検査、測定、プログラミング、障害分離、機能検証に必要なポイントに到達し、制御し、観察するための実践的な能力を意味します。

実際の PCBA 作業では、テスト アクセスには次のものが含まれる場合があります。

• キーネット用テストパッド
• アクセス可能な電圧レールと接地点
• プログラミングヘッダーまたはパッド
• リセット、クロック、ブート-モード、通信アクセス
• 重要な信号を見つけるために-近くの場所を調査する
• テストポイント周囲の十分なプローブクリアランス
• ベンチデバッグ、フライングプローブ、ICT、FCT、またはバウンダリスキャンのためのアクセス
• 治具のピン、ケーブル、クランプ、またはコネクタ用のスペース
• はんだ接合部とコンポーネントの向きの AOI 可視性
• -BGA、QFN、または必要に応じて隠れたはんだ接合部の X 線検査計画

CAD では設計が完成しているように見えても、組み立て後にテストするのは難しい場合があります。

これは、レイアウトがコンパクトである場合、基板にファインピッチの SMT コンポーネントがある場合、両面に実装密度が高い場合、または機械的エンベロープがすでに厳しい場合に特によく発生します。{0}回路は電気的に正常である可能性がありますが、チームが正しい信号に安全に何度も到達できない場合、検証は遅くなります。

プロトタイプ PCB アセンブリの場合、テストアクセスは将来の量産だけを対象とするものではありません。ボードを損傷したり、症状を推測したり、別のレイアウトの改訂を待つことなく、初期のエンジニアリングの質問に答えることが重要です。

ビルド前にテストアクセスをレビューする必要がある理由

テスト アクセスを修正する最も簡単な時期は、PCB が製造および組み立てされる前です。

ボードが構築されると、オプションは限られます。チームは、一時的なワイヤをはんだ付けしたり、はんだマスクをこすり落としたり、コンポーネントのピンをプローブしたり、回避策を作成したりできます。最初のエンジニアリングサンプルではそれが許容される場合もあります。しかし、すべての重要な測定に回避策が必要な場合、プロトタイプはクリーンなフィードバックを提供していません。

ここでは簡単なルールが役に立ちます。

信号がデバッグ、プログラミング、検証、または受け入れテストに使用するのに十分なほど重要である場合、チームはプロトタイプの構築を開始する前に、その信号にどのようにアクセスするかを尋ねる必要があります。

これは、すべてのネットに専用のテスト パッドが必要であるという意味ではありません。実際のボードにはスペース制限があります。ただし、主要な電源レール、プログラミング ライン、通信バス、リセット ライン、制御信号、製品固有の測定ポイントは慎重に検討する必要があります。-

プロトタイプの検証まで待ってアクセス不良を発見すると、通常 3 つの問題が発生します。

まず、テストプロセスが遅くなり、再現性が低くなります。
第二に、障害を切り分けることが難しくなります。
第三に、チームはテスト アクセスの問題を設計、アセンブリ、コンポーネント、ファームウェアの問題と間違える可能性があります。{0}

ここでプロトタイプの構築に時間がかかります。

テストアクセスの低下が通常現れる場所

テスト アクセスの問題がガーバー レビューで公表されることはほとんどありません。通常、最初に組み立てられたボードがベンチに置かれ、誰かがすぐに信号を見つける必要があるときに、後で表示されます。

パワーレールは測定が難しい

プロトタイプの検証は多くの場合、電源から始まります。

メイン入力、安定化レール、グランド基準、イネーブル ピン、または電流検出ノードにアクセスするのが難しい場合、基本的な立ち上げですら扱いにくくなる可能性があります。{0}{1}エンジニアは何をチェックすべきかを知っているかもしれませんが、ボードはそれをチェックするための安全な場所を提供しません。

起動中に小さな IC ピンを繰り返しプローブする必要があるボードは、テストに適していません。{0}{1}まだ動作する可能性がありますが、滑ったり、ピンがショートしたり、部品が損傷したりするリスクが高まります。

プログラミングとデバッグインターフェイスは実用的ではない

プロトタイプには、ファームウェアのロード、ブートローダーへのアクセス、キャリブレーション、またはデバッグ通信が必要な場合があります。

プログラミング パッドが小さすぎる場合、近くの部品で覆われている場合、シールドの下に配置されている場合、または将来のエンクロージャ機能によってブロックされている場合は、ボードが構築されるまで問題が発生しない可能性があります。

これは、レイアウトの決定と実際のプロトタイプの処理の間によくある不一致です。このレイアウトによりスペースは節約されますが、ファームウェア チームはアクセスできなくなります。

重要な信号が埋もれている

一部の信号は、何か問題が発生した場合にのみ重要になります。

クロック、リセット、通信、センサー、モーター制御、LED 駆動、バッテリー管理、RF イネーブル、リレー制御、安全関連の信号は、継続的な測定が必要ない場合があります。{0}}しかし、プロトタイプが失敗した場合、エンジニアが最初にチェックするのはこれらのネットであることがよくあります。

これらの信号にアクセスできない場合、障害の切り分けが遅くなります。チームは、問題がファームウェア、PCB アセンブリ、コンポーネントの調達、はんだ付け、または設計ロジックのいずれであるかを議論するのに何時間も費やす場合があります。

テストパッドは存在するが使用できない

パッドは、ただ存在するだけでは役に立ちません。

背の高いコンポーネントに近すぎる可能性があります。コネクタの下にある可能性があります。意図した器具に対して間違った側に設置される可能性があります。信頼性の高いプローブを行うには小さすぎる可能性があります。周囲のクリアランスが不足する可能性があります。別のネットに触れないとプローブが着陸できない場所に設置される場合があります。

このため、テストアクセスのレビューでは、回路図だけでなく、組み立てられた基板の状態も確認する必要があります。{0}

テスト アクセスはすべてのテスト メソッドで同じではありません

購入者がテスト アクセスを見落とす理由の 1 つは、「テスト」という言葉が 1 つのアクティビティのように聞こえるためです。

そうではない。

検証方法が異なれば、必要なアクセスの種類も異なります。

ベンチデバッグアクセス

初期のプロトタイプではベンチ デバッグが一般的です。エンジニアは、マルチメータ、オシロスコープ、ロジック アナライザ、電流プローブ、またはプログラミング ツールを使用できます。

この段階では、テスト ポイントは安全で再現可能な測定をサポートする必要があります。良好なアクセスは完璧である必要はありませんが、可能な限り、ピッチの細かいピンでの危険なプロービングを軽減する必要があります。-

初期のプロトタイプ PCB アセンブリの場合、これは多くの場合、最も差し迫ったテスト アクセスの必要性になります。{0}

フライングプローブへのアクセス

フライング プローブ テストは、専用の釘固定具を必要としないため、プロトタイプや少量の PCB アセンブリに役立ちます。{0}{1}{2}しかし、アクセス可能なプローブの位置、十分な間隔、使用可能な CAD データ、明確なネット情報、および合意されたテスト対象が依然として必要です。

レイアウトでアクセス可能なノードが少なすぎる場合、フライング プローブのカバレッジが制限される可能性があります。

ICTアクセス

ICT は、計画されたテスト アクセスに大きく依存します。 -- 釘固定具のベッドには、プローブの接触点、ツールの位置合わせ、基板のサポート、および信頼性の高い接触のための十分なクリアランスが必要です。

ICT へのアクセスを考慮せずにボードが設計されている場合、後で ICT を追加すると費用がかかるか、非現実的になる可能性があります。これは、すべてのプロトタイプに ICT が必要であるという意味ではありません。ただし、製品がより大量のビルドやより管理された運用に移行すると予想される場合は、最初のレイアウトがロックされる前に ICT アクセスについて話し合う必要があります。-

FCTアクセス

FCT は通常、電源投入、通信、ファームウェアの応答、ボタン、ディスプレイ、センサー、モーター、リレー、LED、またはその他の製品固有の機能など、システム{0}}レベルの動作をチェックします。{{1}

FCT はすべてのネットへのアクセスを必要とするわけではありませんが、多くの場合、安定した接続ポイント、プログラミング アクセス、負荷シミュレーション、コネクタ アクセス、およびフィクスチャの計画が必要になります。

1 人の設計エンジニアだけがベンチ側のトリックを使用してテストできるプロトタイプは、反復可能な FCT に対応できません。{0}

AOI および X 線検査へのアクセス-

AOI には電気的アクセスは必要ありませんが、可視性は必要です。

可能であれば、はんだ接合部、極性マーク、ファインピッチのリード線、コンポーネントの向きが十分に見えるようにして検査できるようにしてください。{0}}重要な領域が機械部品、背の高いコンポーネント、またはレイアウトの視認性の低さによって隠されている場合、AOI は購入者が期待する信頼を提供できない可能性があります。

-X 線検査はまた異なります。 BGA、QFN、その他の隠れたはんだ接合によく使用されます。このレイアウトには X- 線のプローブ ポイントはありませんが、パッケージの選択、コンポーネントの密度、シールド、および検査の期待によって、X- 線検査の有用性が影響を受ける可能性があります。

このため、テストと検査へのアクセスは、切り離されたトピックとして扱うのではなく、一緒にレビューする必要があります。

テストアクセスにはボードの制御性を含める必要があります

物理的なアクセスは話の一部にすぎません。

ボードはテスト中に制御可能である必要もあります。簡単に言うと、テスト チームはボードを既知の状態にする方法が必要です。

それは次のことを意味する可能性があります:

特定のレールに安全に電力を供給する

リセットの制御

ブートモード ピンへのアクセス-

ウォッチドッグ動作の無効化または制御

クロックの利用可能性を確認する

回路のセクションを分離する

通信回線を安定した状態にする

テスト中の制御不能な出力の回避

電源レール上のテスト ポイントは役に立ちますが、ボードに電力を供給できない、または予測可能な方法で制御できない場合は、すべてを解決できるわけではありません。

これは、プロトタイプに複数の電源ドメイン、プログラマブル デバイス、センサー、モーター、リレー、無線モジュール、または安全関連の制御が含まれている場合に最も重要になります。{0}}制御性がなければ、チームは信号にアクセスできても、安定したテストを実行するのに苦労する可能性があります。

テスト アクセスは DFM および DFT レビューの一部である必要があります

DFM レビューでは、基板が確実に製造できるかどうかが問われます。

DFT (Design for Testability) では、ボードが効率的にテストおよび検証できるかどうかが問われます。

実際の EMS 作業では、この 2 つは関連しています。組み立ては簡単でもテストが難しいボードでは、プロジェクトが遅れる可能性があります。 AOI 検査に合格しても機能検証をサポートできないボードでも、購入者の技術的な質問に答えられない可能性があります。

プロトタイプの PCB アセンブリの場合は、テスト アクセスを以下と併せてレビューする必要があります。

• コンポーネントの間隔
• 基準と工具穴
• ステンシルとはんだペーストに関する考慮事項
• パッケージの選択
• コネクタの配置
• 取締役会の概要とパネル構成
• 極性マーキング
• プログラミング方法
• テストポイントの場所
• 検査方法
• フィクスチャまたはプローブへのアクセス
• テストポイントのラベルとドキュメント

ここで、購入者が独自に遅延を作成する場合があります。コンパクトなレイアウトは見た目がすっきりしているので承認されますが、テスト エンジニアが重要な信号に到達できるかどうかを確認する人は誰もいません。

いくつかのテスト パッドを適切に配置すると、組み立てスケジュールを早めるよりも多くの時間を節約できます。{0}

プロトタイプ PCB 組み立て前に購入者が確認すべきこと

プロトタイプ PCB アセンブリのファイルをリリースする前に、バイヤーはエンジニアリングと製造の両方を念頭に置いてテスト アクセスを検討する必要があります。

1. 測定する必要がある信号を特定する

すべてのネットにテスト パッドが必要なわけではありません。

起動時と障害分離時に最も重要な信号から始めます。{0}

• 入力電力
• 接地基準
• 主要な電圧レール
• ピンを有効にする
• ラインをリセットする
• クロック信号
• プログラミングライン
• 通信インターフェース
• センサー出力
• モーターまたはファンの制御信号
• LEDまたはディスプレイ制御線
• バッテリーの充電と保護信号
• 製品-固有のクリティカル ノード

問題は、「すべての信号をテストできるか?」ということではありません。

より良い質問は、「この機能が機能しない場合、その理由を理解するために必要な信号に到達できるか?」ということです。

2. プログラミングとファームウェアへのアクセスを確認する

多くの場合、ファームウェアへのアクセスは、最初のボードが到着するまでは明らかなものとして扱われます。

組み立てる前に、ファームウェアがどのようにロードされ、検証されるかを確認してください。ボードはヘッダー、ポゴピン パッド、エッジ コネクタ、USB インターフェース、UART、SWD、JTAG、または別の方法を使用しますか?アクセスは組み立て後も使用できますか?背の高いコンポーネント、シールド、ケーブル、または将来のエンクロージャの機能によってブロックされていますか?

すべてのプロトタイプにファームウェアのロードが必要な場合、プログラミングは脆弱な回避策に依存すべきではありません。

3. テストポイント周囲のプローブクリアランスを確認する

テスト ポイントの周囲には十分なスペースが必要です。

近くのコンポーネントの高さ、コネクタの位置、シールド、機械的制約、はんだマスク、隣接するネットまでの間隔を確認してください。プローブが危険な角度でしかパッドに接触できない場合、アクセスは弱くなります。

これは、スペースが限られているコンパクトな家庭用電化製品 PCBA、産業用制御ボード、高密度混合テクノロジー PCB アセンブリの場合に特に重要です。{0}}

4. プロトタイプがどのテスト方法をサポートするかを決定する

プロトタイプには必ずしも ICT が必要なわけではありません。

ただし、チームは組み立て前に意図する検証方法を決定する必要があります。基板は手動ベンチテスト、フライングプローブ、AOI、X線検査、プログラミングとFCT、または単純なカスタム治具によってチェックされますか?

答えが異なれば、レイアウトの決定も異なります。

購入者が将来の ICT または設備ベースの FCT を期待している場合は、後で再設計するよりも早めにアクセスを予約することをお勧めします。{0}

5. テストポイントマップと予想される測定値を文書化する

テスト ポイントが存在する場合でも、テスト チームは各ポイントが何を意味するかを知る必要があります。

有用なテスト アクセス パッケージには、テスト ポイント名、ネット名、場所、ボードの側面、予想される電圧または信号状態、プログラミング方法、およびシーケンスや取り扱いに関する注意事項が含まれる場合があります。

これは、プロトタイプごとに分厚いドキュメントになる必要はありません。しかし、テスト チームが立ち上げ中に-レイアウトからテスト ポイントをリバース エンジニアリングする必要がある場合、-すでに時間が失われています。

6. テストアクセスを次の段階に合わせる

プロトタイプ テストへのアクセスは、最初のサンプルを提供するだけではありません。

また、パイロット構築または少量生産の前に購入者が学習することを期待していることもサポートする必要があります。{0}}プロトタイプがパイロット実行に移行する可能性がある場合、テスト アクセス計画では再現性、治具計画、データ収集を考慮する必要があります。-

エンジニアがプロトタイプをデバッグするのに役立つテスト ポイントは便利です。

EMS パートナーが反復可能なテスト プロセスを構築できるようにするテスト アクセス プランのほうが優れています。{0}

実技試験アクセスレビューチェックリスト

これは書類作成の練習ではありません。最初のデバッグ セッションが推測ゲームになるのを防ぐのは、短いレビューです。

プロトタイプ PCB アセンブリのファイルを送信する前に、購入者は次の質問をすることができます。

• 主要な電源レールと接地ポイントに簡単にアクセスできますか?
• 手動のはんだ付けや危険なプロービングを行わずにファームウェアをロードできますか?
• デバッグが必要な場合、リセット、クロック、ブート、および通信回線にアクセスできますか?
• テスト ポイントは、意図したテスト方法に対して十分な大きさと十分な間隔が確保されていますか?
• テストパッドが背の高いコンポーネント、コネクタ、シールド、ヒートシンク、または機械的機能によってブロックされていませんか?
• 重要な信号は、目的の器具のボードの正しい側で利用できますか?
• チームは手動テスト、フライング プローブ、ICT、FCT、AOI、または X 線が必要かどうかを決定しましたか?{0}}
• 基準およびツールの特徴は、組み立ておよび可能なテスト治具に適していますか?
• 重要なはんだ接合部や方向マークについて、AOI の可視性は考慮されていますか?
• BGA、QFN、またはその他の隠れた接合部は、X 線検査の対象として特定されていますか?{0}}
• プログラミング方法は明確で再現可能ですか?
• テスト ポイント マップは文書化されていますか?
• レイアウトを若干変更したり、筐体の制約を変更した後でも、ボードは引き続きテスト可能ですか?
• テスト要件は電子メールで話し合うだけでなく、ビルド パッケージに含まれていますか?

このチェックリストは、すべてのプロトタイプを本番環境に対応したテスト フィクスチャに変えるわけではありません。{0}回避可能なアクセスの問題が検証の遅延につながるのを防ぐだけです。

境界例: 追加のテストポイントが価値がない場合

テストアクセスは重要ですが、やみくもに追加すべきではありません。

一部の非常に小型、RF に敏感、高速、高密度、または機械的に制約のあるボードでは、トレードオフなしに追加のテスト パッドを多数受け入れることができません。-余分なパッドは、配線、インピーダンス、漏れ、シールド、信号の完全性、または製品サイズに影響を与える可能性があります。

そのような場合、答えはどこにでもテスト ポイントを強制しないことです。

より良いアプローチは、重要なアクセスを優先し、必要に応じてプログラミングまたは診断ファームウェアを使用し、コネクタ ベースのアクセスを検討し、必要に応じてバウンダリ スキャンに依存するか、設計上の制約を考慮して X 線および機能テストの範囲を計画することです。{0}{1}

優れたテスト アクセス レビューは、あらゆる場所にパッドを追加することではありません。適切な場所に適切なアクセスを追加することが重要です。

OEM購入者にとってこれが何を意味するか

テストアクセスは、PCB を組み立てられるかどうかに常に影響するわけではないため、無視されがちです。

ただし、プロトタイプを検証できるかどうかは大きく影響します。

OEM バイヤーにとってのリスクは、基板の故障だけではありません。さらに大きなリスクは、取締役会が不明確なフィードバックを与えることです。テストへのアクセスが不十分な場合、プロトタイプでは明確な答えが得られずにエンジニアリング時間が浪費される可能性があります。

これは現在のエレクトロニクス開発において重要です。多くのチームが、高密度のレイアウト、制約されたコンポーネント、より複雑な機能検証に取り組みながら、プロトタイプからパイロットまでのサイクルを短縮しようとしています。{0}{1}{1}

検証パスがブロックされている場合、プロトタイプの構築を高速化してもあまり役に立ちません。

プロトタイプの PCB アセンブリの前に、購入者はテストのアクセスをレビューする必要があります。PCB の設計とレイアウト、DFM、DFT、およびテストと検査の計画。これを早い段階で行うと、プロトタイプがその目的で構築された次の質問に答えるのに役立ちます。

設計は機能しますか?そしてチームは十分な自信を持って検証を進めることができますか?

結論

テストへのアクセスは、検証速度、デバッグ品質、治具の準備状況、基板到着後の購入者の意思決定能力に直接影響するため、プロトタイプ PCB アセンブリの前に確認する必要があります。

プロトタイプは単に作成するボードではありません。これは、テスト、測定、プログラム、検査、そして学習の対象となるボードです。

テストアクセスが弱い場合、検証は遅くなり、信頼性も低くなります。テストアクセスが早期に計画されると、プロトタイプはより有用になり、EMS パートナーは適切な検査とテストのアプローチを準備でき、プロジェクトは予期せぬ事態が少なくパイロット構築に進むことができます。

プロトタイプの構築を準備している OEM バイヤーの場合、STHL は PCB の設計とレイアウトからプロジェクトをレビューできます。PCB アセンブリ、 そして試験と検査見積りや生産計画の前に視点を決定します。ファイルを送信してください見積もりを依頼するまたは下記までお問い合わせくださいinfo@pcba-china.com.