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榮耀標識硬件創(chuàng)業(yè)：測試產(chǎn)品與產(chǎn)品本身一樣重要
編輯導語：在產(chǎn)品生產(chǎn)落地之前，產(chǎn)品測試可以幫助團隊完善設計，進而交付客戶更高質(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)品測試，可以從哪些方面進行考慮？本篇文章里，作者介紹了硬件產(chǎn)品測試的流程與注意事項，一起來看一下。
衛(wèi) Sir 在六月份組織了兩場不同品類整機產(chǎn)品的生產(chǎn)，雖然從 PCBA 功能到整機裝配都做了完整測試，但產(chǎn)品交付到客戶手中后，仍然遇到了一些產(chǎn)品質(zhì)量導致的售后問題。
最近做了一下生產(chǎn)總結，主要原因如下：
- PCBA 制造廠為了節(jié)省成本將設計文件二次外發(fā)到江西小廠，出廠未做 AOI 及人工檢測；
- 整機裝配后未作老化測試，導致隱藏問題未及時檢出；
- 測試工裝設計不完善，組裝測試過分依賴人工，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：
- 需要測試哪些內(nèi)容？
- 如何測試？
- 可測試性設計：如何設計產(chǎn)品以使其更易于測試？
一、什么是可測試性設計？
電子設計包含兩個部分，設計本身以及設計的可測試性。
設計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。
你對原型感到滿意，并希望將其帶入一個新的高度 – 小批量生產(chǎn)，在該階段你可以從朋友或家人得到幫助。
假設你要制作 50 個單位的產(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，當然你也可以自己制板，但制板操作復雜，且只適合簡單的單面線路，衛(wèi) Sir 在學校期間曾手工批量制板 100 套，良品率較低，耗時長。
2）購買所需元器件
3）準備好焊接工位
你需要一長塊時間將諸如 0402 電阻電容、QFN 封裝和天線等焊接在裸板 PCB 上。
焊完之后，你需要進行測試，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試性而設計，在設計的所有關鍵功率和信號部分上添加了測試點或測試夾具接口，你將很容易對問題進行探查。
二、盡早測試，經(jīng)常測試
許多制造商都有固定的流程來確保要制造的設計是正確的，在 PCB 制造過程中，有幾個步驟可減少缺陷。
最重要的兩個步驟是自動光學檢查 AOI 和電氣測試
AOI 將根據(jù)所提供的圖稿目視檢查設計，電氣測試將通過對 PCB 進行物理探測來測試是否有任何錯誤的開路或短路。
如果你的制造商做完 SMT，則通常會執(zhí)行另一個 AOI 來檢查焊點、零件方向和任何其他缺陷。
如果存在具有復雜覆蓋區(qū)的組件，例如，BGA 封裝芯片，則將執(zhí)行自動 X 射線來確認零件下方的焊點是否良好。
接著開頭 衛(wèi) Sir 介紹的例子，兩個批次整機產(chǎn)品的不良率都高達 20% 以上，排查問題后發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)問題都是 PCB 焊接不良導致（工廠沒有做上述相應測試）。
三、測試什么？
1. 供電
雖然每種設計都有其獨特的功能，但是通常有一個共同點，那就是電路板的供電方式。
你需要確認你的設計獲得了正確的供電電壓，如果你的電壓錯誤，將導致其他的設計工作異常甚至是損壞。
你可以通過一個簡單的萬用表進行一些初步探查，以確認設計中的所有電壓都可以達到你期望的數(shù)值，這是確保設計其余部分正常運行的第一步。
一般情況下還需要測試一下電流，尤其對于消費類電子對低功耗要求較高。
2. 微控制器及處理器
在萬物互聯(lián)時代，絕大多數(shù)電子設備都需要一個大腦，控制器價格便宜，并且可以控制系統(tǒng)按照預期的功能運行，你需要優(yōu)先確保其能正常工作。
3. 信號與傳感器
大多數(shù)設計都將包含某種信號，無論是將其作為微控制器的輸出，還是接收來自某些傳感器的信號。
4. 交互功能
用戶不會在乎設計“幕后”所發(fā)生的事情，他們更多地會關心按鈕是否可以正常工作、LED 是否如用戶手冊所描述的那樣工作。
你必須徹底測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、測試方法
在設計階段，你就應盡可能早地去參觀一家生產(chǎn)與你要推向市場的產(chǎn)品相似的制造工廠，你會學到一些東西，以便未來可以為你節(jié)省時間和金錢。
要同時實現(xiàn)將產(chǎn)品廉價、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。
1. 測試計劃
就像創(chuàng)建要設計的原理框圖一樣，最好記下設計中需要測試的所有內(nèi)容。
這使你可以查看全局，甚至可以集思廣益如何測試某些東西。
測試計劃也應在設計階段的早期完成，這將迫使你考慮在物理上布局 PCB 所需的內(nèi)容，以促進高效而穩(wěn)健的測試。
2. 測試點
你的測試計劃應告訴你需要在設計中添加哪些測試點，測試點是 PCB 上的一個物理位置，測試夾具可以在其中輕松探查以進行測量。
最好不要依賴于探測組件的引腳或焊盤，空間允許的話，你可以將測試點的直徑設置為 1mm，并將它們彼此隔開至少 2.54mm。
這樣可以為手動或自動探測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)品一般不會焊接用于燒錄固件的連接器，因為這樣會增加多余成本。
你需要一種高效的方法來對每塊 PCBA 板進行編程，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，可重復性高。
還有一種方式是在電路板上預留金手指接口，如下圖所示，會有一定的空間要求，生產(chǎn)時需要做燒錄工裝。
五、測試治具
對于較為簡單的設計，可能需要手動測試每塊 PCB 板。
請確保你有一個可靠的測試計劃，并且每個電路板都遵循該計劃。
人類通常在重復性方面很差，而人為錯誤則是真實的事情，請記住這一點。
正如衛(wèi) Sir 開頭介紹的，雖然做了充分測試，但最終交付客戶手中的產(chǎn)品難免會出現(xiàn)漏測試的情況。
通常用于大批量生產(chǎn)的另一種方法是設計和生產(chǎn)自動測試夾具。
測試治具本身就是產(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復雜的設計。
1. 制造治具
我看過用 3D 打印部件制成的測試夾具，甚至看過用膠合板制成的測試夾具。
衛(wèi) Sir 也曾用硬紙板做過包裝盒壓印 LOGO 的貼裝治具，雖然很簡單但很有效，會大大提高生產(chǎn)效率。
無論測試夾具是由什么制成的，最重要的方面是它的堅固性和可重復性。
最常見的是，測試夾具將包括彈簧加載的插針，以及一種將被測單元（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械對齊，以實現(xiàn)最大的可重復性。
2. 自動化
除了與板上測試點接口的插針引腳外，還需要考慮其他方面，以使自動測試能力盡可能強大。
如果你的設計具有按鈕和 LED，則有兩種方法可以確認它們是否正常工作。
- 讓操作員手動按下按鈕并在 LED 上看到提示，按照你的測試計劃，他們會知道何時按下它，以及評估測試是否通過。
- 使該過程完全自動化，在測試夾具中，可以使用兩個螺線管物理按下按鈕以確保這些按鈕正常工作，使用顏色傳感器來確保 LED 是正確的顏色。
這增加了設計的復雜性，但是從長遠來看，由于測試是快速且可重復的，可以大大降低人工成本。
3. 測試界面
通常，測試夾具需要通過計算機操作運行，計算機根據(jù)你編寫的程序，執(zhí)行必要的測試，以告訴操作員你的電路板是否通過。
對于操作員來說，測試治具應該盡可能簡單。
操作員應該能夠按下按鈕，讓測試夾具執(zhí)行所有測試，然后在測試結束時獲得通過或失敗的指示。
你可以使用大圖標識的綠色、紅色或藍色 LED 的組合來指示正在發(fā)生的事情。
4. 做好治具備份
想象一下，你在批量制造，單個測試夾具損壞了，這將停止整個生產(chǎn)過程，你將不得不生產(chǎn)另一個夾具并將其運送到你的工廠。
制造商手中擁有多個測試夾具可以提高速度和效率，并且還可以降低生產(chǎn)突然停止的風險。
六、結論
對于批量生產(chǎn)，衛(wèi) Sir 建議你必須設計并使用測試夾具，測試夾具可以被認為是一個小小的機器人員工，是將優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品推向市場的最后一道防線。
它是你的小伙伴，不會接受任何不完美的東西，也不會抱怨，睡覺或在社交媒體上花費時間。
同時，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，當最終產(chǎn)品組裝好后，進行最終測試是明智的。
提前投資你的時間，你將獲得較少的退貨或客戶投訴。
#專欄作家#
衛(wèi)Sir，公眾號：簡一商業(yè)，人人都是產(chǎn)品經(jīng)理專欄作家。關注智能硬件領域，擅長市場分析、產(chǎn)品設計開發(fā)、生產(chǎn)管理等，喜歡閱讀和爬山。
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