Gán các điểm kiểm tra trên bo mạch
Kiểm thử là một phần quan trọng của quy trình sản xuất bo mạch. Sau khi chế tạo, bo mạch thường được kiểm tra để bảo đảm không có hiện tượng ngắn mạch hoặc hở mạch. Khi đã được lắp đầy đủ tất cả linh kiện, bo mạch thường sẽ được kiểm tra lại để bảo đảm tính toàn vẹn tín hiệu và hoạt động của thiết bị. Để hỗ trợ quá trình này, về cơ bản sẽ rất có lợi nếu có một sơ đồ các điểm trên bo mạch - Testpoints - nơi thiết bị kiểm tra có thể tiếp xúc bằng đầu dò và thực hiện các phép kiểm tra cần thiết.
Vị trí của các testpoint trên bo mạch sẽ phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm kiểu kiểm tra (gồm kiểm tra chế tạo bare-board, kiểm tra lắp ráp in-circuit, v.v.) và phương pháp kiểm tra (gồm kiểm tra tự động bằng flying probe và đồ gá bed-of-nails, kiểm tra thủ công, v.v.). Ví dụ, khi thực hiện kiểm tra chế tạo bare-board, bo mạch chưa được lắp linh kiện nên tất cả pad và via đều có thể được dùng để gán testpoint. Tuy nhiên, các vị trí dùng làm testpoint khi thực hiện kiểm tra lắp ráp in-circuit gần như luôn sẽ khác. Khi bo mạch đã được lắp linh kiện, bạn có thể không còn khả năng tiếp cận bằng đầu dò tới các pad của linh kiện, và chắc chắn không thể tiếp cận các pad và via nằm dưới linh kiện!
Altium Designer cung cấp một hệ thống mạnh mẽ để đáp ứng nhu cầu testpoint của bạn và nâng cao khả năng kiểm thử cho các bo mạch, cho phép bạn gán riêng testpoint cho kiểm tra chế tạo bare-board và/hoặc kiểm tra lắp ráp in-circuit khi cần. Testpoint có thể được gán thủ công hoặc theo cách tinh gọn và tự động hơn bằng cách sử dụng hộp thoại Testpoint Manager.
Xem xét chiến lược testpoint của bạn
Trước khi bắt tay vào việc gán pad và via để dùng làm vị trí testpoint, bạn nên lùi lại một bước và suy nghĩ về những gì thực sự cần thiết. Dưới đây là một số điểm cần cân nhắc khi xác định chiến lược tích hợp testpoint vào thiết kế:
- Khi chọn mặt của bo mạch mà testpoint sẽ được phép đặt trên đó, cần cân nhắc đến các quy trình kiểm tra và đồ gá liên quan sẽ được sử dụng. Ví dụ, bo mạch sẽ chỉ được chạm dò từ mặt dưới, chỉ từ mặt trên hay từ cả hai mặt.
- Một testpoint nằm dưới linh kiện (ở cùng phía bo mạch với linh kiện) thường được dùng ở giai đoạn kiểm tra bare-board. Điều này cần được tính đến khi lên kế hoạch vị trí testpoint cho việc kiểm tra bo mạch đã lắp ráp.
- Nên bố trí tất cả testpoint chỉ trên một mặt của bo mạch, sử dụng via để đạt được điều này nếu cần. Lý do là đồ gá kiểm tra hai đầu sẽ tốn kém hơn đồ gá kiểm tra một đầu.
- Mẫu bố trí testpoint của bạn càng phi tiêu chuẩn và phức tạp thì chi phí cấu hình đồ gá để kiểm tra bo mạch càng cao. Triết lý tốt nhất là xây dựng một phương pháp luận mang lại khả năng kiểm thử mang tính tổng quát. Một chính sách testpoint được xây dựng tốt và linh hoạt sẽ cho phép các thiết kế khác nhau được kiểm tra hiệu quả và tiết kiệm chi phí.
- Cần cân nhắc cẩn thận mọi yêu cầu về via tenting trong thiết kế. Việc tenting một via đã được chỉ định làm testpoint sẽ chặn khả năng tiếp xúc của đầu dò kiểm tra. Ngay cả tenting một phần bằng solder mask dạng Liquid Photo Imageable (LPI) cũng sẽ gây ra vấn đề tiếp xúc, vì chất lỏng mặt nạ có xu hướng chảy xuyên qua lỗ via. Solder mask bóc được có thể được dùng để tạo tenting tạm thời cho các via được chỉ định như vậy, nhưng điều này thường khá tốn kém.
- Hãy trao đổi chặt chẽ với nhà chế tạo và nhà lắp ráp để bảo đảm mọi tham số thiết kế cụ thể đều được tính đến khi xác định testpoint. Những tham số này có thể bao gồm khoảng cách testpoint-to-testpoint và testpoint-to-component nghiêm ngặt hơn so với khoảng cách bố trí và đi dây thông thường.
Các phần sau sẽ xem xét kỹ hơn việc kiểm tra chế tạo và kiểm tra lắp ráp, bao gồm các ràng buộc và lưu ý cụ thể về testpoint liên quan đến từng loại.
Kiểm tra chế tạo
Kiểm tra chế tạo liên quan đến việc kiểm tra một bo mạch in ở giai đoạn trước lắp ráp của quá trình sản xuất, trước khi bất kỳ linh kiện nào được đặt lên bo mạch. Vì vậy, phương pháp này thường được gọi là kiểm tra bare-board. Phương pháp kiểm tra này điển hình có thể bao gồm việc sử dụng thiết bị flying probe để kiểm tra từng net một. Về cơ bản, hai đầu dò được lập trình để hoạt động phối hợp: một đầu phát xung tín hiệu qua một net và đầu còn lại phát hiện sự hiện diện (hoặc không hiện diện) của tín hiệu đó.
Hai kịch bản kiểm tra phổ biến đối với kiểm tra chế tạo bare-board là:
- Kiểm tra để bảo đảm rằng đường đồng liên tục có chủ đích từ đầu đến cuối truyền tín hiệu sạch (dưới ngưỡng trở kháng tối đa cho phép) mà không có hở mạch.
- Kiểm tra để bảo đảm các net không bị ngắn mạch với nhau.
Testpoint Location Constraints
- Pad/via testpoint chuyên dụng thường không cần thiết cho kiểm tra chế tạo. Vì bo mạch chưa được lắp linh kiện, các đầu dò có thể tự do tiếp cận các pad của linh kiện. Do các pad ở giai đoạn này thường chưa bị phủ solder mask, testpoint thường được đặt trực tiếp trên chính các pad đó.
- Các phép kiểm tra flying probe không bị ràng buộc bởi lưới, vì thiết bị flying probe có khả năng định vị rất chính xác.
- Mỗi cặp vị trí bị ràng buộc bởi khoảng cách tối thiểu - do kích thước thân vật lý của các đầu dò.
Exceptions and other Considerations
- Đối với các linh kiện fine-pitch, có thể không thể (hoặc thậm chí không thực tế) dùng đầu dò chạm vào một pad linh kiện đơn lẻ. Các đặc trưng đồng như vậy có thể cực nhỏ và mỏng manh, nên đôi khi người ta khuyến nghị tránh để chúng tiếp xúc với đầu dò kiểm tra. Trong những trường hợp này, việc nhà thiết kế thêm các pad/via test chuyên dụng vào bo mạch có thể là một ý tưởng tốt.
- Đồ gá bed-of-nails cũng có thể được dùng trong quá trình kiểm tra chế tạo bare-board. Trường hợp này thường gặp trong các đợt sản xuất số lượng lớn, nơi việc sử dụng đồ gá như vậy giúp giảm thời gian kiểm tra so với flying probe. Tuy nhiên, kiểm tra bed-of-nails có thể đi kèm các ràng buộc cứng hơn về vị trí testpoint và, nếu đồ gá kiểm tra không phải loại tùy biến, thường sẽ yêu cầu các testpoint phải tuân theo một lưới cụ thể.
- Có những trường hợp mà flying probe không kiểm tra đồng thời các cặp vị trí testpoint cụ thể. Điều này thường xảy ra khi không có nguy cơ ngắn mạch (hoặc nhiễu xuyên âm) giữa các net, vì các net không nằm kề nhau (mọi đối tượng của cả hai net đều được tách biệt nhau nhờ khoảng cách vật lý).
Kiểm tra lắp ráp
Kiểm tra lắp ráp liên quan đến việc kiểm tra một bo mạch in ở giai đoạn sau lắp ráp của quá trình sản xuất, sau khi bo mạch đã được gắn đầy đủ tất cả linh kiện được chỉ định trong Bill of Materials (BOM) tương ứng. Vì vậy, phương pháp này thường được gọi là kiểm tra in-circuit hoặc kiểm tra điện. Phương pháp kiểm tra này thường bao gồm (nhưng hoàn toàn không chỉ giới hạn ở đó!) việc sử dụng đồ gá bed-of-nails được cấu hình thủ công. Tùy thuộc vào loại kiểm tra được thực hiện bằng đồ gá, bo mạch có thể được cấp nguồn hoặc không.
Hai kịch bản kiểm tra phổ biến đối với kiểm tra lắp ráp in-circuit là:
- Đồng thời dùng đầu dò chạm vào một testpoint chuyên dụng cho mỗi net (hoặc net cần quan tâm). Việc này được thực hiện bằng cách phát xung tín hiệu qua từng đầu dò riêng lẻ và phát hiện kết quả nhận tín hiệu bởi tất cả các đầu dò còn lại.
- Kiểm tra các linh kiện/bus cụ thể để bảo đảm bản thân thiết bị hoạt động đúng. Đây là những phép kiểm tra chuyên biệt có thể được thực hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau. Trong trường hợp đơn giản nhất, đồ gá bed-of-nails có thể được dùng để kiểm tra trên các pad của linh kiện.
Testpoint Location Constraints
- Vị trí testpoint thường cần đáp ứng yêu cầu khoảng cách tối thiểu. Thiết bị kiểm tra, chẳng hạn như các đầu dò của đồ gá bed-of-nails, có kích thước thân khiến chúng bị giới hạn về mức độ có thể đặt gần nhau. Trừ khi sử dụng đồ gá tùy biến, các vị trí testpoint thường được yêu cầu nằm trên một lưới cụ thể. Việc chế tạo đồ gá tùy biến tốn kém và mất thời gian hơn so với cấu hình một đồ gá bed-of-nails có thể tái sử dụng.
- Testpoint có thể được yêu cầu phải đặt với khoảng hở tối thiểu so với thân linh kiện. Các đầu dò của hầu hết đồ gá kiểm tra thường có kích thước lớn hơn ở phía gần đồ gá, rồi thuôn dần xuống kích thước nhỏ hơn khi tiến về phía thân que dò. Linh kiện càng cao thì càng cần nhiều khoảng hở. Vì vậy, tốt nhất nên xem xét chiều cao linh kiện lớn nhất trên bo mạch và xác định một khoảng hở tổng thể đến thân linh kiện có tính đến kịch bản xấu nhất này.
- Vị trí testpoint cũng có thể được yêu cầu phải đặt với khoảng hở tối thiểu so với mép bo mạch. Quá trình tiếp xúc bo mạch bằng một cặp flying probe hoặc một mảng đầu dò bed-of-nails có thể tác động khá mạnh lên chính bo mạch, và bo mạch có thể bị uốn cong ở một mức độ nào đó dưới áp lực kiểm tra tự động. Vì lý do này, nguy cơ hư hỏng đối với các bo mạch mỏng, dễ vỡ sẽ được giảm thiểu khi các testpoint được đặt cách xa mép bo mạch.
- Một pad/via testpoint chuyên dụng có thể tiếp cận bằng đầu dò thường cần được thêm vào mỗi net trong quá trình thiết kế vì một số lý do:
- Các pad linh kiện bằng đồng trần thường trở nên không thể tiếp cận được do sự hiện diện của các linh kiện đã được đặt.
- Trừ khi bo mạch được thiết kế riêng có tính đến yêu cầu kiểm tra, các pad và via của linh kiện khó có khả năng nằm trên lưới testpoint yêu cầu.
- Ngay cả khi một pad linh kiện có vẻ phù hợp để dùng làm vị trí testpoint, các ràng buộc về khoảng hở tới thân linh kiện thường cũng ngăn cản việc sử dụng nó.
Exceptions and other Considerations
- Mặc dù đồ gá bed-of-nails là một phương pháp phổ biến cho kiểm tra lắp ráp, nhưng đó hoàn toàn không phải là phương pháp duy nhất. Trong số nhiều lựa chọn thay thế có những trường hợp sử dụng thiết bị flying probe - với sự cẩn trọng để không va chạm vào các linh kiện đã được đặt.
- Khi thực hiện kiểm tra điện cho một linh kiện cụ thể, các pad của linh kiện đó có thể ở một mức độ nào đó vẫn tiếp cận được bằng đầu dò kiểm tra. Tuy nhiên, điều quan trọng cần lưu ý là thân linh kiện thường che khuất phần trung tâm của các pad như vậy. Nói cách khác, sau khi bo mạch đã được lắp ráp, phần pad còn có thể tiếp cận được hiếm khi bao gồm vị trí tâm của pad.
Hỗ trợ Testpoint cho Pad và Via
Altium Designer cung cấp hỗ trợ đầy đủ cho testpoint, cho phép bạn chỉ định pad (xuyên lỗ hoặc SMD) và/hoặc via sẽ được dùng làm vị trí testpoint trong kiểm tra chế tạo và/hoặc kiểm tra lắp ráp. Một Pad or Via được chỉ định để dùng làm testpoint bằng cách thiết lập các thuộc tính testpoint liên quan của nó, đồng thời trả lời hai câu hỏi chính:
- Pad/via đó có nên được dùng làm testpoint cho chế tạo và/hoặc lắp ráp không?
- Pad/via đó nên được dùng làm testpoint ở mặt nào của bo mạch - Top, Bottom, hay cả hai?
Các thuộc tính này có thể được tìm thấy trong bảng Properties, khi một đối tượng pad (xem Pad Properties) hoặc via (xem Via Properties) tương ứng được chọn trong vùng thiết kế.
Một pad hoặc via được chọn sẽ được chỉ định để dùng làm testpoint thông qua các tùy chọn liên quan dành cho nó trong bảng Properties.
Luật Thiết kế Testpoint
- Fabrication Testpoint Style
- Fabrication Testpoint Usage
- Assembly Testpoint Style
- Assembly Testpoint Usage
Truy cập và định nghĩa các luật thuộc những loại này từ hộp thoại PCB Rules and Constraints Editor dialog (Design » Rules).
Hãy định nghĩa các luật thiết kế riêng biệt để ràng buộc pad và/hoặc via nào trong thiết kế có thể được dùng làm testpoint Fabrication và testpoint Assembly, cũng như những net nào cần có testpoint.
Các luật Testpoint Style và Usage là giống hệt nhau về mặt ràng buộc giữa hai chế độ kiểm tra (fabrication và assembly). Luật style về cơ bản quy định các ràng buộc mà một pad hoặc via phải đáp ứng để được xem xét chọn làm vị trí testpoint. Luật usage quy định những net nào bắt buộc phải có testpoint.
Các ràng buộc mặc định cho luật Testpoint Usage (trên) và Testpoint Style (dưới).
Các luật thiết kế testpoint được sử dụng bởi Testpoint Manager, Autorouter, các quy trình DRC Online và Batch, và cả trong quá trình tạo đầu ra.
Đã có sẵn các luật Fabrication và Assembly Testpoint Style cùng Testpoint Usage mặc định. Bạn nên kiểm tra xem các luật này có đáp ứng yêu cầu của bo mạch hay không và điều chỉnh khi cần. Nếu cần nhiều luật cùng loại, hãy dùng khía cạnh ưu tiên của design rules để đảm bảo các luật có phạm vi cụ thể hơn được áp dụng trước (ví dụ khi chạy DRC).
Quản lý Testpoint
Việc gán testpoint thủ công có thể là một công việc tốn công sức và mất nhiều thời gian, đặc biệt là trên một bo mạch phức tạp với hàng trăm linh kiện (và trên cả hai mặt của bo mạch). Để hỗ trợ quản lý testpoint trong các thiết kế bo mạch của bạn một cách tinh gọn, Altium Designer trang bị cho PCB Editor một Testpoint Manager. Testpoint Manager cho phép bạn gán testpoint - cho kiểm tra chế tạo bare-board và/hoặc kiểm tra lắp ráp in-circuit - theo cách tự động, dựa trên các luật thiết kế đã định nghĩa. Việc gán tự động này thiết lập các thuộc tính testpoint liên quan cho pad/via trong từng trường hợp.
Truy cập bằng cách chọn lệnh Tools » Testpoint Manager từ các menu chính.
Quản lý nhanh chóng và hiệu quả các yêu cầu testpoint cho fabrication và assembly của bạn bằng Testpoint Manager.
Sử dụng hộp thoại này để tự động gán và xóa testpoint từ một vị trí thuận tiện duy nhất. Danh sách tất cả các net trong thiết kế được cung cấp trong vùng Testpoint Net Status , với trạng thái cho biết mức độ bao phủ testpoint - hoặc Complete hoặc Incomplete - cho cả kiểm tra chế tạo bare-board và kiểm tra lắp ráp in-circuit. Nhấp vào các nút Fabrication Testpoints hoặc Assembly Testpoints hoặc nhấp chuột phải trong lưới để truy cập các lệnh gán hoặc xóa loại testpoint đó. Lưu ý rằng bạn có thể chọn thủ công các net ở vùng phía trên của hộp thoại để gán/xóa testpoint một cách chọn lọc.
Dù gán testpoint cho một số hay toàn bộ các net trong thiết kế, Testpoint Manager đều tuân theo các luật style và usage đã được định nghĩa cho testpoint fabrication và assembly. Để xem thứ tự tìm kiếm các đối tượng hợp lệ, hãy nhấp nút Search Order.
Vùng Status Summaries cung cấp bản tóm tắt đầy đủ về trạng thái testpoint của bo mạch cho cả hai chế độ kiểm tra. Vùng này được cập nhật sau mỗi thao tác gán hoặc xóa. Để xem chi tiết ở mức thấp hơn, hãy dùng vùng Assignment Results. Vùng này sẽ cung cấp chi tiết, ví dụ như số lượng pad/via top/bottom liên quan đến một thao tác gán/xóa, cùng với chỉ báo về các lỗi.
Kiểm tra Tính Hợp Lệ của Testpoint
Các luật testpoint fabrication và assembly đã định nghĩa sẽ được tuân theo như một phần của tính năng Design Rule Checking (DRC) trong PCB Editor. Có thể bật kiểm tra DRC Online và/hoặc Batch cho các loại luật khác nhau từ trong hộp thoại Design Rule Checker dialog (Tools » Design Rule Check).
Đưa các luật thiết kế testpoint vào quy trình DRC Online hoặc Batch.
Các Trường Query Liên Quan đến Testpoint
Để hỗ trợ cho các testpoint fabrication và assembly khác nhau có thể được gán trong một thiết kế, các từ khóa sau đây có sẵn để sử dụng khi nhắm đến testpoint bằng biểu thức query logic. Mỗi mục sau đây đều có thể được tìm thấy trong danh mục PCB Functions - Fields, khi sử dụng Query Helper:
IsAssyTestpoint- là một assembly testpoint.IsFabTestpoint- là một fabrication testpoint.IsTestpoint- là một testpoint ở mặt Top hoặc Bottom.Testpoint- có phải là một testpoint ở mặt Top hoặc Bottom không?TestpointAssy- có phải là một assembly testpoint không?TestpointAssyBottom- có phải là một assembly testpoint ở mặt Bottom không?TestpointAssyTop- có phải là một assembly testpoint ở mặt Top không?TestpointBottom- có phải là một testpoint ở mặt Bottom không?TestpointFab- có phải là một fabrication testpoint không?TestpointFabBottom- có phải là một fabrication testpoint ở mặt Bottom không?TestpointFabTop- có phải là một fabrication testpoint ở mặt Top không?TestpointTop- có phải là một testpoint ở mặt Top không?
Tạo các biểu thức logic cho query để nhắm đến và trả về các testpoint trong thiết kế của bạn theo nhu cầu. Một số ví dụ về biểu thức query logic nhắm đến testpoint fabrication và assembly là:
(ObjectKind = 'Pad') And (TestpointAssy = 'True')
Nhắm đến tất cả pad là assembly testpoint.IsPad And (TestpointAssyTop = 'True')
Nhắm đến tất cả pad là assembly testpoint ở mặt Top.(ObjectKind = 'Pad') And (TestpointFab = 'True')
Nhắm đến tất cả pad là fabrication testpoint.((IsPad Or IsVia)) And (TestpointAssy = 'True')
Nhắm đến tất cả pad và via là assembly testpoint.((IsPad Or IsVia)) And IsFabTestpoint
Nhắm đến tất cả pad và via là fabrication testpoint.
Tạo Báo cáo Testpoint
Altium Designer bao gồm các bộ tạo báo cáo chuyên dụng để tạo báo cáo testpoint fabrication và assembly tương ứng. Hai bộ tạo báo cáo này sử dụng các thuộc tính testpoint liên quan cho các primitive pad và via trong một thiết kế.
Có thể tạo báo cáo theo hai cách:
- Trực tiếp từ trong tài liệu PCB, bằng cách sử dụng các lệnh File » Fabrication Outputs » Test Point Report và File » Assembly Outputs » Test Point Report.
- Bằng cách sử dụng các đầu ra được cấu hình phù hợp đã được định nghĩa trong một tệp Output Job Configuration (
*.OutJob).
Đưa vào và cấu hình các đầu ra báo cáo testpoint fabrication và assembly trong một tệp Output Job Configuration độc lập và linh hoạt. Sau khi định nghĩa, bạn có thể lấy báo cáo chỉ bằng một nút bấm!
Bất kể dùng phương pháp nào để tạo báo cáo, chính các tùy chọn báo cáo đều được định nghĩa trong cùng một hộp thoại. Đối với báo cáo fabrication testpoint, hộp thoại được dùng là Fabrication Testpoint Setup dialog. Đối với báo cáo assembly testpoint, sử dụng hộp thoại Assembly Testpoint Setup dialog. Các tùy chọn báo cáo là giống nhau giữa hai hộp thoại này.
Định nghĩa các tùy chọn báo cáo, bao gồm định dạng tệp được tạo, bằng hộp thoại thiết lập báo cáo tương ứng.
Vai trò của tệp netlist IPC-D-356A
Một trong ba dạng định dạng đầu ra báo cáo testpoint là tệp netlist IPC-D-356A. Tệp này thường được dùng cho chế độ kiểm thử chế tạo bare-board. Tệp IPC được hậu xử lý thành các lệnh để điều khiển thiết bị kiểm thử flying probe.
Bất kể những đặc tính nào được xác định cụ thể là vị trí test point trong tệp IPC-D-356A, các nhà gia công chế tạo bo mạch nhìn chung vẫn có thể sử dụng dữ liệu trong tệp để thực hiện bất kỳ kiểu kiểm thử nào họ muốn; tuy nhiên, tùy vào từng trường hợp và nội dung của tệp, có thể cần một số can thiệp thủ công để làm được điều đó.
Bản địa hóa bằng AI