如何確定有效線路測試所需的測試點數量？
許多PCB工程師都曾為了在設計的最後審核階段後，將測試點焊墊重新加入到原本完美排列的設計中而感到頭疼。
我在多年前剛踏入PCB設計領域時，公司內部的設計規範明確規定：「每個網路都必須有一個測試點。」執行這條規則是個挑戰，這也引發了一個問題：究竟需要多少測試點才夠？
測試點的問題在於，它們似乎與PCB設計中的間距限制處於不同的「平行宇宙」。直到幾年前，我們的測試點中心對中心間距規範（TP到TP）為2.54mm，這看起來相當過度，尤其是在我可以將表面貼裝元件（SMD）的電容相隔僅0.4mm擺放，而PCB組裝商幾乎不會抱怨的情況下。雖然具體距離取決於組裝商，但即便是0.5mm的元件間距通常也被認為是安全的。相比之下，大多數基本的PCB供應商對於導線寬度和線距的要求可能僅為0.15mm。考慮到焊接阻焊層墊的距離，焊墊與導線的間距可能需要額外的空間，但即使使用舊式阻焊層工藝，這個距離通常也不會超過0.2mm。那麼，為什麼測試點需要更大的間距呢？為什麼它們的間距比板上幾乎所有其他焊墊都要大？
機械測試的平行宇宙
這種「平行宇宙」指的是測試的機械層面。PCB上的每一個測試點都有一根機械式彈簧針，用於與板建立接觸。線路測試（ICT，In-Circuit Test）夾具，通常被稱為裝配過程的「釘床」，由擅長此領域的專業供應商製作。然而，這些ICT針的間距存在物理極限。每根針必須被精確固定在特定位置，以確保其接觸到板上你提供的測試點焊墊。
那麼，測試點焊墊的半徑是多少？這將直接影響ICT夾具供應商必須遵守的規範。
測試點間距的限制
除了焊墊位置的挑戰外，更大的問題在於機械偏差。由於需要重複測試PCB，測試設備必須能夠與PCB多次接觸而不影響結果。這需要一個穩固的結構來固定測試針。多層厚實材料被用來固定每根彈簧針筒，這些材料具備特殊的絕緣性能（e-safe）。材料的限制導致了測試點中心間距的最低要求。如果材料因重複應力而損壞，針會失去對準，不僅可能錯過測試焊墊，甚至可能引發短路。這就是為什麼標準探針圓柱的中心對中心間距被設定為2.54mm。然而，幾年前，在與供應商討論後，我們藉助現代化技術和材料，成功將這一間距縮小到約1.7mm。
我們需要多少測試點？
對於初學者，我建議從設計第一版開始就將測試點納入考量。這是確保測試點融入設計的最佳方法，避免因空間不足而在產品化前被取消。我分享一個真實故事：在我的第一個硬體項目中，一位非常有經驗的硬體組長給了我一個建議，他說：「如果有原理圖設計師告訴你，在rev00板上先不要加測試點，等到下個版本再加，直接對他拍桌子！」他是開玩笑的，但他的意思非常清楚。
那麼，要確定需要多少測試點，我們必須先理解為什麼要加測試點。ICT的主要目的是提供快速檢查，以驗證裝配是否正確完成。根據維基百科的定義，ICT的目標是檢查短路、開路、電阻、電容等基本參數，確認裝配是否正確製造。然而，ICT並非用作最終測試。
減少測試點數量的策略
在設計中有效減少ICT測試點的數量，可考慮以下情況：
1. 相同電阻值的多個電阻
如果PCB上有十個電阻值相同，是否需要每個電阻都配置兩個測試點？
2. 電容並聯的情況
假設某個電容與一個更大值的電容並聯，這種情況下增加額外的測試點是否有意義？尤其是小值電容可能會被大值電容遮蔽。
3. 串聯電阻
當兩個電阻串聯時，可以通過測量整體電阻來消除一個測試點。只要這些電阻值不會相互遮蔽，這種方法是有效的。
4. 二極體與LED的方向檢查
是否需要檢查所有二極體和LED的方向？如果程序正確放置一個元件，其它具有相同料號的元件也應該正確。
5. 串聯電阻的LED電路
通常會在LED電路中放置一個串聯電阻，可以僅用兩個探針測試此串聯電路，而無需在二極體底部加測試點。
6. 內部通信線路的測試需求
對於晶片間的通信線路（如SPI），若沒有串聯電阻，是否有必要在每個內部連接上加測試點？
其他考量與建議
- 如果使用自動光學檢查（AOI）設備，它可以檢查元件焊接質量並驗證元件存在性，因此ICT是否需要100%檢查所有元件的存在性值得商榷。
- 要求PCB製造商對每塊板進行100%的電氣測試，以檢查短路、電阻和開路。這應作為所有PCB的標 準質量檢查，並存檔為每批交付的認證。
- 高端設計項目可以考慮為特定晶片配置特殊測試針夾具，雖然會增加夾具成本，但可以節省空間， 減少測試點數量。
智慧設計的體會
不需要為每塊PCB的每個測試焊墊安排ICT探針。測試點密度的根本問題在於探針之間的大間距要求。解決方法之一是在同一PCB上設計兩組測試點，一組用於A類測試，一組用於B類測試，然後採用兩個不同的ICT夾具測試同一塊板。
最後，我邀請有經驗的設計師分享您的見解和經驗，幫助新一代工程師理解這些設計中的挑戰。讓我們將智慧傳承下去，歡迎大家留下評論！
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