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編輯導(dǎo)語(yǔ)：在產(chǎn)品生產(chǎn)落地之前，產(chǎn)品測(cè)試可以幫助團(tuán)隊(duì)完善設(shè)計(jì)，進(jìn)而交付客戶更高質(zhì)量的產(chǎn)品。硬件產(chǎn)品同樣如此。那么，硬件產(chǎn)品若想做好產(chǎn)品測(cè)試，可以從哪些方面進(jìn)行考慮？本篇文章里，作者介紹了硬件產(chǎn)品測(cè)試的流程與注意事項(xiàng)，一起來(lái)看一下。

衛(wèi) Sir 在六月份組織了兩場(chǎng)不同品類整機(jī)產(chǎn)品的生產(chǎn)，雖然從 PCBA 功能到整機(jī)裝配都做了完整測(cè)試，但產(chǎn)品交付到客戶手中后，仍然遇到了一些產(chǎn)品質(zhì)量導(dǎo)致的售后問題。

最近做了一下生產(chǎn)總結(jié)，主要原因如下：

• PCBA 制造廠為了節(jié)省成本將設(shè)計(jì)文件二次外發(fā)到江西小廠，出廠未做 AOI 及人工檢測(cè)；
• 整機(jī)裝配后未作老化測(cè)試，導(dǎo)致隱藏問題未及時(shí)檢出；
• 測(cè)試工裝設(shè)計(jì)不完善，組裝測(cè)試過分依賴人工，存在漏檢問題的情況。

如果你想交付客戶高質(zhì)量的產(chǎn)品，你需要提前了解：

• 需要測(cè)試哪些內(nèi)容？
• 如何測(cè)試？
• 可測(cè)試性設(shè)計(jì)：如何設(shè)計(jì)產(chǎn)品以使其更易于測(cè)試？

一、什么是可測(cè)試性設(shè)計(jì)？

電子設(shè)計(jì)包含兩個(gè)部分，設(shè)計(jì)本身以及設(shè)計(jì)的可測(cè)試性。

設(shè)計(jì)本身是指你前期專注于功能，保證制作的原型產(chǎn)品可以完美地工作。

你對(duì)原型感到滿意，并希望將其帶入一個(gè)新的高度 – 小批量生產(chǎn)，在該階段你可以從朋友或家人得到幫助。

假設(shè)你要制作 50 個(gè)單位的產(chǎn)品，你決定由自己制造：

1）制造 PCB 裸板

一般建議外發(fā)工廠，當(dāng)然你也可以自己制板，但制板操作復(fù)雜，且只適合簡(jiǎn)單的單面線路，衛(wèi) Sir 在學(xué)校期間曾手工批量制板 100 套，良品率較低，耗時(shí)長(zhǎng)。

2）購(gòu)買所需元器件

3）準(zhǔn)備好焊接工位

你需要一長(zhǎng)塊時(shí)間將諸如 0402 電阻電容、QFN 封裝和天線等焊接在裸板 PCB 上。

焊完之后，你需要進(jìn)行測(cè)試，以確保在發(fā)送給朋友和家人之前它們能夠正常工作。

如果你從一開始就考慮到為可測(cè)試性而設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)的所有關(guān)鍵功率和信號(hào)部分上添加了測(cè)試點(diǎn)或測(cè)試夾具接口，你將很容易對(duì)問題進(jìn)行探查。

二、盡早測(cè)試，經(jīng)常測(cè)試

許多制造商都有固定的流程來(lái)確保要制造的設(shè)計(jì)是正確的，在 PCB 制造過程中，有幾個(gè)步驟可減少缺陷。

最重要的兩個(gè)步驟是自動(dòng)光學(xué)檢查 AOI 和電氣測(cè)試

AOI 將根據(jù)所提供的圖稿目視檢查設(shè)計(jì)，電氣測(cè)試將通過對(duì) PCB 進(jìn)行物理探測(cè)來(lái)測(cè)試是否有任何錯(cuò)誤的開路或短路。

如果你的制造商做完 SMT，則通常會(huì)執(zhí)行另一個(gè) AOI 來(lái)檢查焊點(diǎn)、零件方向和任何其他缺陷。

如果存在具有復(fù)雜覆蓋區(qū)的組件，例如，BGA 封裝芯片，則將執(zhí)行自動(dòng) X 射線來(lái)確認(rèn)零件下方的焊點(diǎn)是否良好。

接著開頭 衛(wèi) Sir 介紹的例子，兩個(gè)批次整機(jī)產(chǎn)品的不良率都高達(dá) 20% 以上，排查問題后發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)問題都是 PCB 焊接不良導(dǎo)致（工廠沒有做上述相應(yīng)測(cè)試）。

三、測(cè)試什么？

1. 供電

雖然每種設(shè)計(jì)都有其獨(dú)特的功能，但是通常有一個(gè)共同點(diǎn)，那就是電路板的供電方式。

你需要確認(rèn)你的設(shè)計(jì)獲得了正確的供電電壓，如果你的電壓錯(cuò)誤，將導(dǎo)致其他的設(shè)計(jì)工作異常甚至是損壞。

你可以通過一個(gè)簡(jiǎn)單的萬(wàn)用表進(jìn)行一些初步探查，以確認(rèn)設(shè)計(jì)中的所有電壓都可以達(dá)到你期望的數(shù)值，這是確保設(shè)計(jì)其余部分正常運(yùn)行的第一步。

一般情況下還需要測(cè)試一下電流，尤其對(duì)于消費(fèi)類電子對(duì)低功耗要求較高。

2. 微控制器及處理器

在萬(wàn)物互聯(lián)時(shí)代，絕大多數(shù)電子設(shè)備都需要一個(gè)大腦，控制器價(jià)格便宜，并且可以控制系統(tǒng)按照預(yù)期的功能運(yùn)行，你需要優(yōu)先確保其能正常工作。

3. 信號(hào)與傳感器

大多數(shù)設(shè)計(jì)都將包含某種信號(hào)，無(wú)論是將其作為微控制器的輸出，還是接收來(lái)自某些傳感器的信號(hào)。

4. 交互功能

用戶不會(huì)在乎設(shè)計(jì)“幕后”所發(fā)生的事情，他們更多地會(huì)關(guān)心按鈕是否可以正常工作、LED 是否如用戶手冊(cè)所描述的那樣工作。

你必須徹底測(cè)試所有面向用戶的組件，這包括按鈕、LED、斷碼屏、電容式觸摸屏，或者用戶將要與之交互以使你的產(chǎn)品適用于他們的任何東西。

四、測(cè)試方法

在設(shè)計(jì)階段，你就應(yīng)盡可能早地去參觀一家生產(chǎn)與你要推向市場(chǎng)的產(chǎn)品相似的制造工廠，你會(huì)學(xué)到一些東西，以便未來(lái)可以為你節(jié)省時(shí)間和金錢。

要同時(shí)實(shí)現(xiàn)將產(chǎn)品廉價(jià)、快速地送到客戶手中，并確保它的高質(zhì)量，幾乎是不可能的，但仍然有很多方法讓你可以接近該目標(biāo)。

1. 測(cè)試計(jì)劃

就像創(chuàng)建要設(shè)計(jì)的原理框圖一樣，最好記下設(shè)計(jì)中需要測(cè)試的所有內(nèi)容。

這使你可以查看全局，甚至可以集思廣益如何測(cè)試某些東西。

測(cè)試計(jì)劃也應(yīng)在設(shè)計(jì)階段的早期完成，這將迫使你考慮在物理上布局 PCB 所需的內(nèi)容，以促進(jìn)高效而穩(wěn)健的測(cè)試。

2. 測(cè)試點(diǎn)

你的測(cè)試計(jì)劃應(yīng)告訴你需要在設(shè)計(jì)中添加哪些測(cè)試點(diǎn)，測(cè)試點(diǎn)是 PCB 上的一個(gè)物理位置，測(cè)試夾具可以在其中輕松探查以進(jìn)行測(cè)量。

最好不要依賴于探測(cè)組件的引腳或焊盤，空間允許的話，你可以將測(cè)試點(diǎn)的直徑設(shè)置為 1mm，并將它們彼此隔開至少 2.54mm。

這樣可以為手動(dòng)或自動(dòng)探測(cè)留出足夠的表面積和空間，最好將它們放在 PCB 的底部，以便于操作。

3. 系統(tǒng)編程

最終產(chǎn)品一般不會(huì)焊接用于燒錄固件的連接器，因?yàn)檫@樣會(huì)增加多余成本。

你需要一種高效的方法來(lái)對(duì)每塊 PCBA 板進(jìn)行編程，而不必每次都焊接或拆焊連接器。

衛(wèi) Sir 最近生產(chǎn)就用到了下圖所示的接口方式，板上沒有額外的組件，占用空間小，可重復(fù)性高。

還有一種方式是在電路板上預(yù)留金手指接口，如下圖所示，會(huì)有一定的空間要求，生產(chǎn)時(shí)需要做燒錄工裝。

五、測(cè)試治具

對(duì)于較為簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)，可能需要手動(dòng)測(cè)試每塊 PCB 板。

請(qǐng)確保你有一個(gè)可靠的測(cè)試計(jì)劃，并且每個(gè)電路板都遵循該計(jì)劃。

人類通常在重復(fù)性方面很差，而人為錯(cuò)誤則是真實(shí)的事情，請(qǐng)記住這一點(diǎn)。

正如衛(wèi) Sir 開頭介紹的，雖然做了充分測(cè)試，但最終交付客戶手中的產(chǎn)品難免會(huì)出現(xiàn)漏測(cè)試的情況。

通常用于大批量生產(chǎn)的另一種方法是設(shè)計(jì)和生產(chǎn)自動(dòng)測(cè)試夾具。

測(cè)試治具本身就是產(chǎn)品，它可能不像你所生產(chǎn)的產(chǎn)品那樣令人賞心悅目，但它很可能也是一項(xiàng)復(fù)雜的設(shè)計(jì)。

1. 制造治具

我看過用 3D 打印部件制成的測(cè)試夾具，甚至看過用膠合板制成的測(cè)試夾具。

衛(wèi) Sir 也曾用硬紙板做過包裝盒壓印 LOGO 的貼裝治具，雖然很簡(jiǎn)單但很有效，會(huì)大大提高生產(chǎn)效率。

無(wú)論測(cè)試夾具是由什么制成的，最重要的方面是它的堅(jiān)固性和可重復(fù)性。

最常見的是，測(cè)試夾具將包括彈簧加載的插針，以及一種將被測(cè)單元（電路板）壓在插針上的方法。

良好的夾具將使你的電路板引腳與插針機(jī)械對(duì)齊，以實(shí)現(xiàn)最大的可重復(fù)性。

2. 自動(dòng)化

除了與板上測(cè)試點(diǎn)接口的插針引腳外，還需要考慮其他方面，以使自動(dòng)測(cè)試能力盡可能強(qiáng)大。

如果你的設(shè)計(jì)具有按鈕和 LED，則有兩種方法可以確認(rèn)它們是否正常工作。

1. 讓操作員手動(dòng)按下按鈕并在 LED 上看到提示，按照你的測(cè)試計(jì)劃，他們會(huì)知道何時(shí)按下它，以及評(píng)估測(cè)試是否通過。
2. 使該過程完全自動(dòng)化，在測(cè)試夾具中，可以使用兩個(gè)螺線管物理按下按鈕以確保這些按鈕正常工作，使用顏色傳感器來(lái)確保 LED 是正確的顏色。

這增加了設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，但是從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，由于測(cè)試是快速且可重復(fù)的，可以大大降低人工成本。

3. 測(cè)試界面

通常，測(cè)試夾具需要通過計(jì)算機(jī)操作運(yùn)行，計(jì)算機(jī)根據(jù)你編寫的程序，執(zhí)行必要的測(cè)試，以告訴操作員你的電路板是否通過。

對(duì)于操作員來(lái)說，測(cè)試治具應(yīng)該盡可能簡(jiǎn)單。

操作員應(yīng)該能夠按下按鈕，讓測(cè)試夾具執(zhí)行所有測(cè)試，然后在測(cè)試結(jié)束時(shí)獲得通過或失敗的指示。

你可以使用大圖標(biāo)識(shí)的綠色、紅色或藍(lán)色 LED 的組合來(lái)指示正在發(fā)生的事情。

4. 做好治具備份

想象一下，你在批量制造，單個(gè)測(cè)試夾具損壞了，這將停止整個(gè)生產(chǎn)過程，你將不得不生產(chǎn)另一個(gè)夾具并將其運(yùn)送到你的工廠。

制造商手中擁有多個(gè)測(cè)試夾具可以提高速度和效率，并且還可以降低生產(chǎn)突然停止的風(fēng)險(xiǎn)。

六、結(jié)論

對(duì)于批量生產(chǎn)，衛(wèi) Sir 建議你必須設(shè)計(jì)并使用測(cè)試夾具，測(cè)試夾具可以被認(rèn)為是一個(gè)小小的機(jī)器人員工，是將優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品推向市場(chǎng)的最后一道防線。

它是你的小伙伴，不會(huì)接受任何不完美的東西，也不會(huì)抱怨，睡覺或在社交媒體上花費(fèi)時(shí)間。

同時(shí)，它也可以大大降低你的人工成本。

多數(shù)情況下，電路板只是產(chǎn)品的一部分，當(dāng)最終產(chǎn)品組裝好后，進(jìn)行最終測(cè)試是明智的。

提前投資你的時(shí)間，你將獲得較少的退貨或客戶投訴。

#專欄作家#

衛(wèi)Sir，公眾號(hào)：簡(jiǎn)一商業(yè)，人人都是產(chǎn)品經(jīng)理專欄作家。關(guān)注智能硬件領(lǐng)域，擅長(zhǎng)市場(chǎng)分析、產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)、生產(chǎn)管理等，喜歡閱讀和爬山。

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