กฎการออกแบบจุดทดสอบ PCB สำหรับการดีบักและ ICT

การออกแบบจุดทดสอบบนแผงวงจรพิมพ์ (PCB)คือการสงวนแผ่นรอง (pads), รูเชื่อมต่อ (vias) หรือขา (pins) ที่เปิดโล่ง เพื่อให้หัววัดสามารถเข้าถึงวงจรเฉพาะได้อย่างน่าเชื่อถือ โดยไม่กระทบต่อการเดินสายหรือการประกอบ การวางแผนจุดทดสอบที่ดีจะช่วยให้การแก้ไขข้อผิดพลาด การตรวจสอบด้วยหัววัดแบบเคลื่อนที่ และการครอบคลุม ICT ทำได้ง่ายขึ้นก่อนที่แผงวงจรจะเข้าสู่ขั้นตอนการผลิตจำนวนมาก

จุดทดสอบ PCB คืออะไร?

จุดทดสอบคือตำแหน่งบนแผงวงจรที่ใช้สำหรับตรวจสอบ แทนที่จะสัมผัสขาของชิ้นส่วนขนาดเล็กซึ่งเสี่ยงต่อการเสียหายและลื่นได้ง่าย ช่างเทคนิคหรืออุปกรณ์จะสัมผัสกับแผ่นรองที่มั่นคงซึ่งเชื่อมต่อกับวงจรที่ต้องการตรวจสอบ วิธีนี้ทำให้การวัดสามารถทำซ้ำได้และปกป้องชิ้นส่วนโดยรอบ

คุณลักษณะสำคัญของจุดทดสอบ

• ทองแดงเปลือย: แผ่นโลหะถูกปล่อยว่างไว้โดยไม่มีสารเคลือบป้องกันการบัดกรี ทำให้หัววัดสามารถสัมผัสได้อย่างสะอาด
• ผูกติดอยู่กับตาข่ายเดียว: จุดทดสอบแต่ละจุดเชื่อมต่อกับสัญญาณ แหล่งจ่ายไฟ หรือกราวด์เพียงจุดเดียว
• ติดป้ายกำกับ: ป้ายซิลค์สกรีน เช่น TP1 จะระบุชิ้นส่วนนั้นบนแผงวงจร
• สามารถเข้าถึงได้: มันอยู่ในตำแหน่งที่หัววัดหรือหมุดยึดสามารถเข้าถึงได้ง่าย
• ขนาดหัววัด: แผ่นรองมีขนาดใหญ่พอสำหรับสปริงพินหรือหัวปากกาแบบมือถือ

ไม่ว่าจะอยู่ในรูปแบบใด เป้าหมายก็เหมือนกัน คือ จุดสัมผัสที่เชื่อถือได้ ซึ่งทำให้การวัดและทดสอบแผงวงจรทำได้ง่าย ทั้งในระหว่างการประกอบแผงวงจรและหลังจากนั้น

เหตุใดจุดทดสอบจึงมีความสำคัญบนแผงวงจรพิมพ์ (PCB)

จุดทดสอบช่วยเปลี่ยนแผงวงจรสำเร็จรูปจากกล่องดำให้กลายเป็นสิ่งที่สามารถตรวจสอบได้จริง จุดทดสอบถูกใช้ในทุกขั้นตอนของวงจรชีวิตผลิตภัณฑ์ ตั้งแต่ต้นแบบแรกบนโต๊ะทำงานไปจนถึงหน่วยที่ส่งคืนจากภาคสนามหลังจากผ่านไปหลายปี

เหตุผลสำคัญที่สิ่งเหล่านี้มีความสำคัญ

• การนำเสนอต่อคณะกรรมการ: พวกเขาอนุญาตให้วิศวกรตรวจสอบรางจ่ายไฟและสัญญาณต่างๆ ในการออกแบบใหม่
• การทดสอบการใช้งานจริง: อุปกรณ์ทดสอบอัตโนมัติใช้อุปกรณ์เหล่านี้ในการทดสอบแผงวงจรทุกแผงในลักษณะเดียวกัน
• การแก้จุดบกพร่อง: พวกมันเป็นจุดที่มั่นคงในการสังเกตสัญญาณเมื่อมีสิ่งผิดปกติเกิดขึ้น
• การสอบเทียบ: อุปกรณ์เหล่านี้แสดงให้เห็นถึงจุดเชื่อมต่อที่ใช้ในการตัดแต่งและปรับแต่งวงจร
• การเขียนโปรแกรม: พวกมันสามารถส่งสัญญาณเฟิร์มแวร์และสัญญาณการกำหนดค่าไปยังชิปได้
• การบริการภาคสนาม: อุปกรณ์เหล่านี้ช่วยให้ช่างเทคนิคสามารถวินิจฉัยปัญหาของอุปกรณ์ได้โดยไม่ต้องถอดชิ้นส่วน

เนื่องจากการทดสอบเกี่ยวข้องกับวงจรชีวิตของผลิตภัณฑ์ทั้งหมด การวางแผนจุดทดสอบจึงเป็นส่วนหนึ่งของวิธีการที่เราใช้ในการผลิตชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ไม่ใช่สิ่งที่นึกถึงหลังจากผลิตแผงวงจรเสร็จแล้ว

จุดทดสอบมีความสำคัญเพราะทำให้สามารถมองเห็นแผงวงจรได้ ในระหว่างการเริ่มต้นใช้งาน จุดทดสอบจะช่วยให้หัววัดสามารถวางได้อย่างสะอาด ในสายการผลิต จุดทดสอบจะช่วยให้เครื่องมืออัตโนมัติยืนยันแรงดัน สัญญาณ และค่าของส่วนประกอบต่างๆ และในภาคสนามหรือบนแท่นซ่อม จุดทดสอบจะช่วยเร่งการค้นหาข้อผิดพลาด หากไม่มีจุดทดสอบ วิศวกรอาจต้องวัดขาของส่วนประกอบที่บอบบาง ซึ่งเสี่ยงต่อการลัดวงจรและความเสียหาย แผ่นรองวัดที่วางไว้อย่างเหมาะสมเพียงไม่กี่แผ่นจะเปลี่ยนแผงวงจรที่ไม่โปร่งใสให้สามารถวัดได้อย่างรวดเร็วและปลอดภัย

ประเภทของจุดทดสอบ รวมถึงคลิปต่อลงดิน

จุดทดสอบมีหลายรูปแบบ และรูปแบบที่เหมาะสมนั้นขึ้นอยู่กับวิธีการทดสอบแผงวงจร อุปกรณ์จับยึดแบบอัตโนมัติมักใช้แผ่นรองเรียบ ในขณะที่การทดสอบบนโต๊ะด้วยออสซิโลสโคปมักต้องการเสาหรือห่วงที่สามารถหนีบได้

ประเภทของจุดทดสอบที่สำคัญ

• แผ่นรอง SMD: แผ่นรองพื้นผิวเรียบ เหมาะสำหรับอุปกรณ์ยึดแบบสปริงพิน
• รูทะลุหรือรูผ่าน: รูที่เคลือบด้วยโลหะซึ่งสามารถเสียบปลายหัววัดได้
• ทดสอบลูปหรือโพสต์: ส่วนที่ยกสูงขึ้นสำหรับใช้ยึดหัววัดและคลิปหนีบของกล้องจุลทรรศน์
• ขอบหรือจุดเชื่อมต่อ: สัญญาณต่างๆ ถูกส่งออกไปยังขั้วต่อเพื่อทำการทดสอบ
• จุดเชื่อมต่อภาคพื้นดินเฉพาะ: จุดที่ชัดเจนและมีความต้านทานต่ำสำหรับเส้นทางส่งกลับ

การผสมผสานชิปหลายประเภทบนแผงวงจรเดียวกันเป็นเรื่องปกติ และเป็นส่วนหนึ่งของการออกแบบผลิตภัณฑ์ที่ผลิตโดยHighleap Electronics

จุดทดสอบกราวด์และคลิปกราวด์ของออสซิลโลสโคป

การวัดทุกครั้งจำเป็นต้องมีจุดอ้างอิง และจุดอ้างอิงนั้นก็คือพื้นดิน จุดทดสอบสัญญาณจะมีประโยชน์ก็ต่อเมื่อมีพื้นดินที่สะอาดและอยู่ใกล้เคียงให้ใช้เป็นจุดอ้างอิงในการวัด ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมจุดต่อลงดินโดยเฉพาะจึงมีความสำคัญพอๆ กับจุดทดสอบสัญญาณเอง

แนวปฏิบัติสำคัญในการเข้าถึงพื้นที่ภาคพื้นดิน

• พื้นที่ใกล้สัญญาณ: วางจุดต่อลงดินไว้ใกล้กับกลุ่มจุดสัญญาณแต่ละกลุ่ม
• วงจรสายดินของออสซิโลสโคป: เพิ่มห่วงหรือสปริงสั้นๆ สำหรับคลิปต่อสายดินของออสซิลโลสโคป
• ควรเกริ่นนำให้สั้นๆ: การต่อสายดินระยะสั้นช่วยลดเสียงรบกวนและเสียงก้อง
• เหตุผลหลายประการ: แผ่นไม้ขนาดใหญ่จะได้รับประโยชน์จากการยึดกับพื้นหลายจุด
• ติดป้ายให้ชัดเจน: ทำเครื่องหมายจุดบนพื้นดินให้ชัดเจน เพื่อไม่ให้เข้าใจผิดว่าเป็นสัญญาณ

การวางระบบสายดินให้ถูกต้องเป็นรายละเอียดที่วิศวกรผู้มีประสบการณ์ให้ความสำคัญ และทีมงานที่โรงงานของเราในประเทศจีนสามารถชี้ให้เห็นจุดบกพร่องของระบบสายดินได้ในระหว่างการตรวจสอบการออกแบบ

จุดทดสอบกราวด์สมควรได้รับการดูแลเป็นพิเศษ การวัดทุกครั้งต้องการจุดอ้างอิงกราวด์ที่สะอาด และแผ่นรองกราวด์ที่มีความต้านทานต่ำและเฉพาะเจาะจงใกล้กับสัญญาณที่กำลังตรวจสอบจะให้ค่าที่แม่นยำ สำหรับงานความเร็วสูง สปริงกราวด์หรือคลิปสั้นๆ ที่วางไว้ตรงปลายโพรบจะดีกว่าสายกราวด์ยาวที่มาพร้อมกับโพรบออสซิลโลสโคปส่วนใหญ่ เพราะสายยาวนั้นจะเพิ่มค่าเหนี่ยวนำที่ทำให้ขอบสัญญาณที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วผิดเพี้ยน การจัดให้มีการเข้าถึงกราวด์ที่เหมาะสมมีความสำคัญพอๆ กับจุดทดสอบสัญญาณเอง

หลักเกณฑ์การออกแบบและระยะห่างของจุดทดสอบ

จุดทดสอบจะใช้งานได้ก็ต่อเมื่ออุปกรณ์จับยึดหรือหัววัดสามารถเข้าถึงและวางลงบนจุดเหล่านั้นได้จริง กฎทางเรขาคณิตบางข้อช่วยให้สามารถทดสอบแผงวงจรได้ และกฎเหล่านี้มีความสำคัญอย่างยิ่งเมื่อจะสร้างอุปกรณ์จับยึดแบบอัตโนมัติสำหรับทดสอบบนแผงวงจรนั้น

กฎการออกแบบที่สำคัญ

• เส้นผ่านศูนย์กลางแผ่นรอง: ควรเว้นระยะห่างระหว่างแผ่นรองทดสอบอย่างน้อยประมาณ 0.9–1.0 มม. (35–40 มิล) เพื่อให้หมุดยึดติดได้อย่างมั่นคง
• ระยะห่าง: ตั้งเป้าให้ระยะห่างระหว่างจุดศูนย์กลางอยู่ที่ 2.54 มม. (100 มิล) และไม่ควรแคบกว่า 1.27 มม. (50 มิล)
• ระยะห่างขอบ: เว้นระยะห่างระหว่างปลายแหลมกับขอบกระดานเล็กน้อย เพื่อใช้สำหรับเครื่องมือและการรองรับ
• เข้าได้ทางเดียว: การวางจุดทดสอบไว้ด้านเดียวจะทำให้การออกแบบอุปกรณ์ง่ายขึ้น
• ห้ามสวมหน้ากากอนามัยทับแผ่นรอง: เว้นแผ่นทดสอบไว้โดยไม่ต้องทาสารเคลือบป้องกันการบัดกรี
• หลีกเลี่ยงส่วนที่สูงเกินไป: อย่าซ่อนจุดต่างๆ ไว้ใต้หรือข้างๆ ส่วนประกอบที่สูง

กฎเหล่านี้เป็นส่วนหนึ่งของการออกแบบเพื่อการทดสอบ และมีความสำคัญอย่างยิ่งโดยเฉพาะอย่างยิ่งในแผงวงจรที่มีความน่าเชื่อถือสูงซึ่งใช้ในฮาร์ดแวร์ควบคุมทางอุตสาหกรรมซึ่งมักต้องการการครอบคลุมการทดสอบอย่างเต็มรูปแบบ

จุดทดสอบสำหรับการทดสอบ ICT และการทดสอบ Bed-of-Nails

การทดสอบในวงจร หรือ ICT เป็นการทดสอบที่ใช้จุดทดสอบมากที่สุด โดยจะต้องกดแผงวงจรลงบนอุปกรณ์ยึดที่มีหมุดสปริงอยู่ และหมุดแต่ละตัวจะต้องลงบนจุดทดสอบที่ตรงกับส่วนของวงจรที่ต้องการตรวจสอบ

ข้อควรพิจารณาที่สำคัญเกี่ยวกับอุปกรณ์ติดตั้ง

• หนึ่งโหนดต่อหนึ่งเครือข่าย: การครอบคลุมอย่างเต็มรูปแบบหมายความว่าทุกเครือข่ายมีจุดทดสอบของตัวเอง
• แผ่นรองบนตาราง: การจัดวางจุดต่างๆ ให้ตรงกับตารางช่วยให้การสร้างอุปกรณ์ง่ายขึ้น
• รูเครื่องมือ: แผ่นวงจรต้องมีรูเพื่อให้ตรงกับตำแหน่งของอุปกรณ์ยึด
• การเข้าถึงจากด้านเดียว: การตรวจสอบเพียงด้านเดียวทำให้ตัวอุปกรณ์มีโครงสร้างที่เรียบง่ายและราคาถูกลง
• แรงและระยะห่างของหัววัด: ระยะห่างต้องคำนึงถึงขนาดและแรงของสปริงพินด้วย
• เป้าหมายการครอบคลุม: ตกลงกันว่าการทดสอบจะต้องครอบคลุมพื้นที่บนกระดานมากแค่ไหน

การวางแผนด้าน ICT ตั้งแต่เนิ่นๆ จะช่วยหลีกเลี่ยงการแก้ไขอุปกรณ์ที่สิ้นเปลืองค่าใช้จ่ายในภายหลัง ซึ่งเป็นเหตุผลที่เราพิจารณาเรื่องนี้ในระหว่างการสร้างต้นแบบและการผลิตนำร่องก่อนที่จะขยายขนาดการออกแบบ

วิธีออกแบบแผงวงจรพิมพ์ที่ทดสอบได้

ความสามารถในการทดสอบเป็นสิ่งที่คุณต้องออกแบบตั้งแต่แรก ไม่ใช่สิ่งที่ต้องเพิ่มเติมในภายหลัง แผงวงจรที่วางแผนไว้สำหรับการทดสอบตั้งแต่การออกแบบครั้งแรก จะทำให้เริ่มใช้งานได้เร็วขึ้น ทดสอบในปริมาณมากได้ง่ายกว่า และซ่อมแซมได้ง่ายกว่า ดังนั้นการลงทุนลงแรงเพียงเล็กน้อยในตอนต้นจึงคุ้มค่าในระยะยาว

หลักปฏิบัติสำคัญในการออกแบบเพื่อการทดสอบ

• เพิ่มจุดทดสอบตั้งแต่เนิ่นๆ: ควรวางแผ่นวงจรขณะกำลังเดินสาย ไม่ใช่หลังจากที่แผ่นวงจรเต็มแล้ว
• เปิดเผยเครือข่ายที่สำคัญ: ตรวจสอบให้แน่ใจว่าสามารถเข้าถึงแหล่งจ่ายไฟ นาฬิกา และสัญญาณสำคัญต่างๆ ได้
• วางแผนจุดอ้างอิงภาคพื้นดิน: เพิ่มจุดต่อสายดินข้างๆ สัญญาณที่คุณจะทำการวัด
• รักษาการเข้าถึงจากด้านเดียว: ลดความซับซ้อนของอุปกรณ์ยึดตรึงแบบเตียงตะปูในอนาคต
• ติดป้ายกำกับทุกอย่าง: การทำเครื่องหมาย TP ที่ชัดเจนช่วยให้การทำงานในห้องปฏิบัติการและภาคสนามรวดเร็วยิ่งขึ้น
• ตรวจสอบกับทางโรงงาน: ตรวจสอบความครอบคลุมของการทดสอบก่อนเผยแพร่

ผู้ผลิตสามารถบอกคุณได้อย่างรวดเร็วว่าแผงวงจรนั้นสามารถทดสอบได้ตามแบบที่ออกแบบไว้หรือไม่การตรวจสอบการออกแบบตั้งแต่เนิ่นๆ จะช่วย ตรวจพบจุดทดสอบที่ขาดหายไปและการต่อลงดินที่ไม่แข็งแรง และการจับคู่กับโครงสร้างที่แข็งแรงทนทานหลายชั้นจะช่วยให้แผงวงจรที่เสร็จสมบูรณ์สามารถทนต่อการทดสอบด้วยอุปกรณ์จับยึดซ้ำๆ ได้

การออกแบบเพื่อการทดสอบนั้นส่วนใหญ่เกี่ยวกับการวางแผนการเข้าถึงตั้งแต่เนิ่นๆ วางจุดทดสอบบนตารางที่สม่ำเสมอซึ่งอุปกรณ์สามารถเข้าถึงได้ วางจุดทดสอบไว้ด้านใดด้านหนึ่งของแผงวงจรหากเป็นไปได้ กำหนดขนาดและระยะห่างที่ชัดเจนให้กับแต่ละจุด และติดป้ายกำกับเพื่อให้ค้นหาได้ง่าย การสร้างกฎเหล่านี้ตั้งแต่เริ่มต้น แทนที่จะเพิ่มแผ่นทดสอบเข้าไปในตอนท้าย จะทำให้แผงวงจรตรวจสอบได้ง่ายอย่างแท้จริงในขั้นตอนการผลิต

คำถามที่พบบ่อย (FAQs)

จุดทดสอบบนแผงวงจรพิมพ์ (PCB) คืออะไร?

จุดทดสอบคือแผ่นสัมผัส รู หรือขาที่เชื่อมต่อกับวงจรเดียว ซึ่งช่วยให้เครื่องมือทดสอบมีจุดเชื่อมต่อที่มั่นคง จุดทดสอบช่วยให้คุณสามารถวัดสัญญาณและกำลังไฟฟ้าได้โดยไม่ต้องตรวจสอบขาของชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ที่บอบบาง

เหตุใดแผงวงจรพิมพ์ (PCB) จึงต้องมีจุดทดสอบกราวด์?

การวัดทุกครั้งจะทำโดยเทียบกับพื้นดิน ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีจุดต่อลงดินที่สะอาดและอยู่ใกล้เคียงเพื่อใช้เป็นจุดอ้างอิง หากไม่มีจุดต่อลงดินดังกล่าว ค่าที่ได้จะมีสัญญาณรบกวน และออสซิลโลสโคปจะไม่สามารถแสดงกราฟได้อย่างเสถียร

จุดทดสอบควรมีขนาดเท่าใด?

สำหรับการทดสอบด้วยเครื่องอัตโนมัติแบบใช้หัววัดแบบตะปู แผ่นรองที่มีความหนาประมาณ 0.9 ถึง 1.0 มิลลิเมตร (ประมาณ 35 ถึง 40 มิล) เป็นขนาดขั้นต่ำที่นิยมใช้ โดยระยะห่างระหว่างหัววัดที่ 2.54 มิลลิเมตร (100 มิล) เป็นที่นิยมมากกว่า ส่วนหัววัดแบบใช้มืออาจมีขนาดเล็กกว่าได้ แต่แผ่นรองที่มีขนาดใหญ่กว่าจะวัดได้ง่ายและแม่นยำกว่า

ฉันควรต่อคลิปกราวด์ของออสซิลโลสโคปตรงไหน?

เชื่อมต่อเข้ากับจุดต่อลงดินหรือวงจรลงดินที่กำหนดไว้ใกล้กับสัญญาณที่คุณกำลังวัด การเชื่อมต่อลงดินที่สั้นจะช่วยลดสัญญาณรบกวนและการสั่นสะเทือน ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับสัญญาณที่มีความเร็วสูง

จุดทดสอบกับไวอากร้าต่างกันอย่างไร?

เวีย (via) มีไว้สำหรับส่งสัญญาณระหว่างชั้นต่างๆ ในขณะที่จุดทดสอบ (test point) มีไว้สำหรับตรวจสอบ เวียสามารถใช้เป็นจุดทดสอบได้หากแผ่นสัมผัส (pad) ของมันเปิดโล่งและเข้าถึงได้ แต่จุดทดสอบที่สร้างขึ้นโดยเฉพาะจะมีขนาดและตำแหน่งที่เฉพาะเจาะจงสำหรับการสัมผัส

แผงวงจรต้องมีจุดทดสอบกี่จุด?

ขึ้นอยู่กับเป้าหมายของการทดสอบ การทดสอบแบบครอบคลุมวงจรทั้งหมดต้องการจุดทดสอบในทุกเน็ต ในขณะที่การทดสอบการใช้งานจริงหรือการเริ่มต้นระบบที่เรียบง่ายกว่า อาจต้องการเพียงจุดทดสอบบนรางจ่ายไฟและสัญญาณสำคัญเพียงไม่กี่สัญญาณเท่านั้น

คุณสามารถเพิ่มจุดทดสอบลงในแบบร่างของฉันได้หรือไม่?

ใช่แล้ว ในขั้นตอนการตรวจสอบการออกแบบ เราสามารถระบุเน็ตเวิร์กที่จำเป็นต้องเข้าถึง แนะนำตำแหน่งจุดทดสอบและจุดต่อลงดิน และยืนยันว่าเลย์เอาต์พร้อมสำหรับการทดสอบแบบ Bed-of-nails หรือการทดสอบการทำงานก่อนที่จะส่งแผงวงจรไปผลิต

ขนาดที่เหมาะสมที่สุดสำหรับจุดทดสอบบนแผงวงจรพิมพ์ (PCB) คือขนาดเท่าใด?

โดยทั่วไปแล้ว แผ่นเป้าหมายสำหรับหัววัดแบบแท่งกลมจะมีขนาดประมาณ 0.9–1.0 มม. (ประมาณ 35–40 มิล) และมีระยะห่างที่กว้างพอสำหรับระยะห่างของหัววัด ขนาดที่แน่นอนขึ้นอยู่กับอุปกรณ์ทดสอบ ดังนั้นควรตรวจสอบข้อกำหนดกับผู้ที่สร้างอุปกรณ์นั้น

จุดทดสอบกับไวอากร้าต่างกันอย่างไร?

จุดทดสอบคือแผ่นโลหะที่ใช้สำหรับให้หัววัดหรือขาของอุปกรณ์สัมผัส ในขณะที่เวียคือรูที่ชุบโลหะซึ่งเชื่อมต่อชั้นต่างๆ เวียสามารถใช้เป็นจุดทดสอบได้หากสามารถเข้าถึงได้ แต่แผ่นทดสอบโดยเฉพาะจะให้การสัมผัสที่เชื่อถือได้มากกว่า