在线测试 (ICT) 是一种久经考验且行之有效的 PCB 测试方法。在 ICT 期间，钉床夹具可让测试仪器访问 PCB 节点。每个钉子的位置都应确保当电路板放置在夹具上并通过真空、气动或机械力向下拉(或向下推)时，钉子会接触其目标测试点，而不会与相邻电路短路。ICT 将每个组件与其他组件电气隔离，然后将其作为电路板上的唯一组件进行测试。

　　如今的大型电路板可以有 6000 多个电气节点。您可以通过以下两种方式之一对此类电路板执行 ICT：

　　您可以采用双夹具方法，即在逻辑上将电路板分成两部分，使用低节点数测试仪和两个测试程序在每个相应的夹具上依次测试同一电路板的两个部分。

　　您可以使用一个高引脚数夹具和一个在高节点数测试仪上运行的单个测试程序一次性测试一块电路板

　　使用两个低引脚数夹具似乎很有吸引力，因为单个高引脚数夹具可能会出现以下问题：

　　其增加的探针密度和由此产生的探针力会增加局部应力，从而导致元件损坏和由??于电路板弯曲而引起的接触问题。

　　具有 4000 到 5000 根电线的夹具很容易重达 200 到 250 磅，夹具高度会增加以适应电线的质量。

　　尽管使用了双绞线，高引脚数夹具中的长线技术也会降低信号完整性。

　　当测试仪无法处理高节点数电路板时，广泛使用双夹具策略。在一项研究中，5700 节点的电路板被分成两个具有 3300 和 3100 个节点的夹具。每个夹具中的探针密度小于一个大型夹具的情况，并且两个夹具一起需要更少的精密 50 mil 探针。

　　在线测试旨在单独测试组件，但要做到这一点，测试人员必须能够控制目标被测设备 (DUT) 周围的组件。如果将 U3 和 U8 的探针放在不同的夹具上，则无法可靠地测试 U8.在这种情况下，您可以反向驱动 U3 的输出，但您无法控制 N1 或 N2.因此无法强制 U3 进入可以容忍反向驱动的适当状态。

　　但是，多夹具方法有局限性。ICT 要求能够访问任何给定点的任何组件，并且还需要能够隔离组件并对其进行测试。

　　测试仪将一系列数字测试向量应用于其输入引脚，并测量组件的输出引脚，以确保获得适当的响应。为了确保测试仪可以将 U8 的输入引脚驱动到所需的逻辑状态，必须抑制 U3(2 态输出组件)的输出，以便它可以容忍来自节点 N8 的反向驱动信号，并且必须禁用 U1(3 态组件)的输出。此外，请注意节点 N11 是一个总线节点 - 它连接到两个组件输出引脚(U8 和 U5)。要测量 U8 的输出，节点 N11 需要与 U5 输出的影响进行电气隔离。因此，必须禁用 U5.

　　要采用双夹具方法，您必须在指定夹具之前成功识别出一起工作的电路簇，并且此过程完全是手动的(参考文献 4)。在高节点数电路板中，很难或不可能正确隔离组件。此外，ICT 无法检测探针位于不同夹具上的网络之间的短路。您可能需要夹具返工来解决由多个夹具测试产生的可测试性问题。经验表明，总体前期时间可能会增加一倍以上。

　　解决了双夹具测试的测试覆盖率问题后，您必须考虑吞吐量问题。如果您只使用一个测试仪，则使用此方法测试一块电路板所需的时间(节拍率的倒数)计算如下：

　　TBSF = {[2TH + 2(TT /2)(1 + R)(1 + O)]B + 2TFC }/ B

　　其中

　　TH = 一个夹具的处理时间，

　　TT = 每个夹具的测试时间，

　　R = 夹具引起的重新测试率(%)，

　　O = 多夹具方法涉及的测试重叠率(%)，

　　B = 批次大小，

　　TFC = 夹具更换时间。

　　为了保持当今大规模生产环境中所需的吞吐率，您可以将两个低节点数测试仪与两个低节点数夹具组合在一起，但这需要额外的资本投资和持续的人工费用。

　　多个夹具的维护成本很高。例如，对于 6500 个节点的电路板，由于重叠(即节点需要在两个夹具上都钉上钉子)，您可以预期部署 7500 到 8000 个钉子。由于探头需要每几千次循环更换一次，因此必须更换 1000 到 1500 个额外的探头。多个夹具的总成本可以按以下方式计算：

　　CF = 2CFK + 2CA + CW

　　其中

　　CF = 夹具总成本，

　　CFK = 夹具套件成本，

　　CA = 驱动机构成本，

　　CW = 每个点钻孔和布线成本。

　　通常，对于大节点数电路板，夹具套件的成本和驱动机构的成本保持相对固定。由于规模经济，每个点的布线成本随着点数的增加而降低(图 2)。对于两个夹具，由于需要两个夹具套件和两个驱动机构，因此成本是原来的两倍。甚至每个点的布线成本也更高，因为由于重叠，必须钻孔和布线额外的探针。

　　单夹具方法

　　单夹具方法采用单个测试仪，能够与一个高引脚数夹具结合使用，该测试仪能够测试超过 6000 个节点。这种方法有几个优点：

　　它提高了 PCB 生产节拍率。使用此方法获得的测试时间为

　　TBHPC = [(TH + TT + RTT )B + TFC ]/B

　　在这里，处理时间和夹具更换时间减少了一半，消除了测试重叠时间，并且更大的批次(批次)大小可带来更好的节拍率。

　　它只需要一个测试器。

　　它将测试开发时间缩短了一半，因为只需要为一个电路板开发一个程序。

　　它使重叠探针变得不必要。

　　它降低了夹具成本——您只需要一个夹具套件和一个驱动机制。

　　它有助于自动生成测试和自动放置探针。

　　它可以找到所有可能的短路，包括非相邻短路。

　　它简化了调试。例如，在上述情况下，如果在构建夹具后实现了 U2 和 U3 之间的关系，则控制 U2 或 U3 的输出并不困难，因为它们共存于同一个夹具上。

　　成本 = CFK + CA + CPCB，其中 CPCB = 替换电线的 PCB 成本。

　　高引脚数夹具问题

　　使用此方法时，您必须解决几个问题。高引脚数夹具不能独立于几个因素而使自身变得有用和可靠。

　　首先是布线方法。表 1 根据高引脚数场景将接线类型与不同性能参数联系起来。传统的长线技术不太适合处理高引脚数场景的严格要求，原因如下：

　　您无法确保重复的夹具始终具有相同的性能。

　　在夹具内移动电线可能会导致串扰和其他问题。

　　夹具中的探针并不总是能够靠近测试仪接口上相应的资源。这会导致电线拉动或推动插座，增加插座上的横向负载并降低接触可靠性。

　　探针插座的电线缠绕末端可能会导致电线被划伤并导致短路。

　　此外，如果进行了接线更改但没有记录，则很难追踪此类修改。

　　鉴于这些困难，无线夹具成为合乎逻辑的解决方案。以下是考虑无线夹具的一些令人信服的理由：

　　无线夹具可消除手动接线错误。

　　由于夹具没有移动的电线，因此电气参数保持不变，因此重复夹具的性能相同。

　　由于插座上没有横向负载，因此探测精度得到增强。

　　您可以轻松实现复杂的夹具电子设备并适应小规模 ECO。

　　最重要的是，夹具的尺寸和重量与探针数量无关。

　　表 2 将不同的驱动方法与几个性能标准联系起来。理论上，如果由大气压(在顶部)和底部的真空之间的差异引起的向下力大于探针施加的向上力，则真空可以成功地用于在电路板上的测试节点和夹具上的测试探针之间建立接触。从数学上讲，向下作用的净力必须大于探针产生的向上力：

　　(PA – PV )LB WB >NFP

　　其中

　　PA = 大气压，

　　PV = 施加在电路板上的真空，

　　LB = 电路板长度，

　　WB = 电路板宽度，

　　N = 探针数量，

　　FP = 每个探针施加的向上力。

　　在实践中，需要考虑垫圈密封或电路板孔的泄漏，并需要应用安全系数。随着探针数量的增加，需要施加更多的真空。此外，随着电路板面积的增加，必须产生额外的真空。应注意保持真空管线清洁，因为污染物可能会被吸入，从而导致接触问题。即使使用气缸或机械压力机作为驱动方法，同样的原理(向下的净力大于探针产生的向上力)也适用。

　　当使用真空或气缸进行驱动时，由于应力不均匀而导致的电路板弯曲可能是一个问题。解决这个问题的方法是分析电路板上的应力(参考文献 5)，在某些情况下，使用采用高效和先进探针放置算法的软件。

　　现代探针放置软件可以运行算法，使探针均匀分布，而不是将它们聚集在一起。这降低了局部应力的可能性。在翻盖夹具中使用适当数量的顶部探针来平衡向上作用的探针力也是公认的做法。翻盖夹具的另一个优势是它们有助于降低探针密度。真空驱动翻盖夹具中的顶部探针降低了建立被测 PCB 和探针之间可靠接触所需的真空度。如果有 N1 个顶部探针，则

　　(PA – PV )LB WB > (N – N1 )FP

　　这意味着所需的真空度将减少 N1 FP，即顶部探针施加的总向下作用力。

　　电路板及其上的组件都会受到应力。引线设备通过其引线具有显著的柔顺性，并且通常不受电路板弯曲的影响。但是，由于表面贴装元件粘附在电路板上，因此它们会承受更高、不成比例的应力。一些可用的工具可以帮助您可视化和分析可能影响电路板的潜在破坏力。可以准确确定给定电路板上的哪些区域和哪些元件承受不成比例的应力，从而确定需要将推杆或气缸放置在何处以最大限度地减少这些应力。

　　机械驱动也开始得到应用，它们似乎结合了真空和气动夹具的优点。通常，可重复使用的驱动机构(螺旋压机)可重复用于不同的夹具(和不同的电路板)。这消除了真空驱动夹具所涉及的复杂性，例如由于电路板弯曲而导致的电路板和组件损坏、由于弯曲而导致的接触问题、ESD 问题以及需要保持线路中足够的吸力。机械夹具更轻，因为单个夹具不包含驱动机构(如气动夹具的情况)。然而，机械压机需要大量的一次性投资。

　　探针可靠性

　　探针可靠性成为影响夹具整体可靠性的重要因素。逻辑很简单。高针数夹具自然会比低针数夹具有更多的探针。因此，探针有缺陷的概率更高。

　　如果对能够支持 7680 个测试点(因此有 7680 个探针)的测试仪遵循传统的三西格玛 (3ó) 质量控制 (QC) 标准，则平均会发现 21 个有缺陷的探针 (0.0027 x 7680)。测试夹具制造商正在寻找新的和改进的方法来测试探针质量(电镀、杂质、接触面等)。从统计上讲，如果实施 6ó 标准，则 7680 个探针中将只有不到 1 个有缺陷 (0.0000034 x 7680)。

　　虽然探针放置软件可以分散探针以减少局部应力，但有时电路板设计使这样做不可行。在电路板各部分高度密集且没有备用接入点的情况下，制造商必须使用 40、30、25 甚至 20 mil 的探针。

　　某些制造商已成功开发出创新技术，通过在探针板上提供凹槽来提高这些精密探针的机械稳定性。由于探针非常精密，因此无法采用传统的钻孔技术。需要高精度。因此，需要单独钻孔几块 60 mil 厚的板并将其夹在一起，以在高密度区域引导这些探针。这样做解决了电路板弯曲问题并防止探针损坏。无线或短线技术用于这种高密度情况，可预防传统长线技术引起的问题。在许多情况下，这被发现是最好的方法。

　　一些 ICT 软件能够测试并警告夹具探针可能出现故障。这可以防止误报故障并有助于快速识别故障探针。