PCB飛針測(cè)試技術(shù)概述

我國(guó)的PCB研制工作始于1956年，1963-1978年，逐步擴(kuò)大形成PCB產(chǎn)業(yè)。改革開(kāi)放后20多年，由于引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備，單面板、雙面板和多層板均獲得快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)PCB產(chǎn)業(yè)由小到大逐步發(fā)展起來(lái)。中國(guó)由于下游產(chǎn)業(yè)的集中及勞動(dòng)力土地成本相對(duì)較低，成為發(fā)展勢(shì)頭最為強(qiáng)勁的區(qū)域。2002年，成為第三大PCB產(chǎn)出國(guó)。2003年，PCB產(chǎn)值和進(jìn)出口額均超過(guò)60億美元，首度超越美國(guó)，成為世界第二大PCB產(chǎn)出國(guó)，產(chǎn)值的比例也由2000年的8.54%提升到15.30%，提升了近1倍。2006年中國(guó)已經(jīng)取代日本，成為全球產(chǎn)值最大的PCB生產(chǎn)基地和技術(shù)發(fā)展最活躍的國(guó)家。我國(guó)PCB產(chǎn)業(yè)近年來(lái)保持著20%左右的高速增長(zhǎng)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于全球PCB行業(yè)的增長(zhǎng)速度。

飛針測(cè)試是目前PCB測(cè)試一些主要問(wèn)題的最新解決辦法。它用探針來(lái)取代針床，使用多個(gè)由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的、能夠快速移動(dòng)的電氣探針同器件的引腳進(jìn)行接觸并進(jìn)行電氣測(cè)量。這種儀器最初是為裸板而設(shè)計(jì)的，也需要復(fù)雜的軟件和程序來(lái)支持；現(xiàn)在已經(jīng)能夠有效地進(jìn)行模擬在線測(cè)試了。飛針測(cè)試的出現(xiàn)已經(jīng)改變了低產(chǎn)量與快速轉(zhuǎn)換(quick-turn)裝配產(chǎn)品的測(cè)試方法。以前需要幾周時(shí)間開(kāi)發(fā)的測(cè)試現(xiàn)在幾個(gè)小時(shí)就可以了，大大縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期和投入市場(chǎng)的時(shí)間。

1、飛針測(cè)試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

飛針式測(cè)試儀是對(duì)傳統(tǒng)針床在線測(cè)試儀的一種改進(jìn)，它用探針來(lái)代替針床，在 X-Y 機(jī)構(gòu)上裝有可分別高速移動(dòng)的4 個(gè)頭共8 根測(cè)試探針，最小測(cè)試間隙為0.2mm。工作時(shí)在測(cè)單元(UUT, unit under test)通過(guò)皮帶或者其它UUT傳送系統(tǒng)輸送到測(cè)試機(jī)內(nèi)，然后固定測(cè)試機(jī)的探針接觸測(cè)試焊盤(TEST pad)和通路孔(via)，從而測(cè)試在測(cè)單元(UUT)的單個(gè)元件。測(cè)試探針通過(guò)多路傳輸(multiplexing)系統(tǒng)連接到驅(qū)動(dòng)器(信號(hào)發(fā)生器、電源供應(yīng)等)和傳感器(數(shù)字萬(wàn)用表、頻率計(jì)數(shù)器等)來(lái)測(cè)試UUT 上的元件。當(dāng)一個(gè)元件正在測(cè)試的時(shí)候，UUT上的其它元件通過(guò)探針器在電氣上屏蔽以防止讀數(shù)干擾。飛針測(cè)試機(jī)可檢查短路、開(kāi)路和元件值。在飛針測(cè)試上也使用了一個(gè)相機(jī)來(lái)幫助查找丟失元件。用相機(jī)來(lái)檢查方向明確的元件形狀，如極性電容。隨著探針定位精度和可重復(fù)性達(dá)到5-15微米的范圍，飛針測(cè)試機(jī)可精密地探測(cè)UUT。飛針測(cè)試解決了在PCB裝配中見(jiàn)到的大量現(xiàn)有問(wèn)題：如可能長(zhǎng)達(dá)4-6周的測(cè)試開(kāi)發(fā)周期；大約10,000 美元-50,000 美元的夾具開(kāi)發(fā)成本；不能經(jīng)濟(jì)地測(cè)試小批量生產(chǎn)；以及不能快速地測(cè)試原型樣機(jī)(prototype)裝配。因?yàn)榫哂芯o密接觸屏蔽的UUT 的能力和使新產(chǎn)品更快投入市場(chǎng)(time-to-market)的能力，飛針測(cè)試是一個(gè)無(wú)價(jià)的生產(chǎn)資源。還有，由于不需要有經(jīng)驗(yàn)的測(cè)試開(kāi)發(fā)工程師，該系統(tǒng)還具有節(jié)省人力、節(jié)省時(shí)間等好處。

2、測(cè)試開(kāi)發(fā)與調(diào)試

飛針測(cè)試機(jī)的編程比傳統(tǒng)的ICT 系統(tǒng)更容易、更快捷。以 GenRad 公司的GRPILOT系統(tǒng)為例，測(cè)試開(kāi)發(fā)員將設(shè)計(jì)工程師的CAD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成可使用的文件，這個(gè)過(guò)程需要1-4 個(gè)小時(shí)。然后該新文件通過(guò)測(cè)試程序運(yùn)行，產(chǎn)生一個(gè) .IGE和 .SPC 文件，再放入一個(gè)目錄。然后軟件運(yùn)行在目錄內(nèi)產(chǎn)生需要測(cè)試UUT的所有文件。短路的測(cè)試類型是從選項(xiàng)頁(yè)面內(nèi)選擇。測(cè)試機(jī)在UUT上使用的參考點(diǎn)從CAD信息中選擇。UUT放在平臺(tái)上固定。在軟件開(kāi)發(fā)完成后，該程序被“擰進(jìn)去”，以保證選擇到盡可能最佳的測(cè)試位置。這時(shí)加入各種元件“保護(hù)”(元件測(cè)試隔離)。一個(gè)典型的1000個(gè)節(jié)點(diǎn)的UUT的測(cè)試開(kāi)發(fā)所花的時(shí)間是 4-6 個(gè)小時(shí)。在軟件開(kāi)發(fā)和裝載完成以后，開(kāi)始典型的飛針測(cè)試過(guò)程的測(cè)試調(diào)試。調(diào)試是測(cè)試開(kāi)發(fā)員接下來(lái)的工作，需要用來(lái)獲得盡可能最佳的UUT測(cè)試覆蓋。在調(diào)試過(guò)程中，檢查每個(gè)元件的上下測(cè)試極限，確認(rèn)探針的接觸位置和零件值。典型的1000個(gè)節(jié)點(diǎn)的UUT調(diào)試可能花 6-8小時(shí)。飛針測(cè)試機(jī)的開(kāi)發(fā)容易和調(diào)試周期短，使得UUT的測(cè)試程序開(kāi)發(fā)對(duì)測(cè)試工程師的要求相當(dāng)少。在接到CAD數(shù)據(jù)和UUT準(zhǔn)備好測(cè)試之間這段短時(shí)間，允許制造過(guò)程的最大數(shù)量的靈活性。相反，傳統(tǒng)ICT的編程與夾具開(kāi)發(fā)可能需要160小時(shí)和調(diào)試 16-40 小時(shí)。

3、飛針測(cè)試優(yōu)點(diǎn)

盡管有上述這些缺點(diǎn)，飛針測(cè)試仍不失為一個(gè)有價(jià)值的工具。其優(yōu)點(diǎn)包括：快速測(cè)試開(kāi)發(fā)；較低成本測(cè)試方法；快速轉(zhuǎn)換的靈活性；以及在原型階段為設(shè)計(jì)人員提供快速的反饋。因此，和傳統(tǒng)的ICT比較，飛針測(cè)試所要求的時(shí)間通過(guò)減少總的測(cè)試時(shí)間足以彌補(bǔ)。 使用飛針測(cè)試系統(tǒng)的好處大于缺點(diǎn)。例如，裝配過(guò)程中，這樣一個(gè)系統(tǒng)提供在接收到CAD文件幾小時(shí)后就可以開(kāi)始生產(chǎn)。因此，原型電路板在裝配后數(shù)小時(shí)即可測(cè)試，不象ICT，高成本的測(cè)試開(kāi)發(fā)與夾具可能將過(guò)程延誤幾天，甚至幾月。除此之外，由于設(shè)定、編程和測(cè)試的簡(jiǎn)單與快速，實(shí)際上一般技術(shù)裝配人員，而不是工程師，就可以操作測(cè)試。飛針測(cè)試也存在靈活性，做到快速測(cè)試轉(zhuǎn)換和過(guò)程錯(cuò)誤的快速反饋。還有，因?yàn)轱w針測(cè)試不需要夾具開(kāi)發(fā)成本，所以它是一個(gè)可以放在典型測(cè)試過(guò)程前面的低成本系統(tǒng)。并且因?yàn)轱w針測(cè)試機(jī)改變了低產(chǎn)量和快速轉(zhuǎn)換裝配的測(cè)試方法，通常需要幾周開(kāi)發(fā)的測(cè)試現(xiàn)在數(shù)小時(shí)就可以得到。

4、飛針測(cè)試的特性和軟件支持

測(cè)試范圍和軟件特性 本公司的飛針測(cè)試儀是德國(guó)AGT公司的A3型號(hào)測(cè)試儀，它的最大測(cè)試面積550×430mm，最大板厚為6mm。操作系統(tǒng)是WINNT4.0，所需軟件主要有A3 TEST PLAYER，A3 DEBUGGER，DPSwinzard，VIEW2000，IGI（Launch EXT6.58）,Browser等等。 IGI是處理A3 TEST PLAYER所需數(shù)據(jù)的軟件，它對(duì)GERBER數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。定義層名，排層序，檢查焊盤的屬性、圖形的坐標(biāo)，優(yōu)化孔。最重要的一項(xiàng)就是提取網(wǎng)表，輸出A3測(cè)試文件。在做孔的優(yōu)化的時(shí)候還要注意，環(huán)寬過(guò)小，很大的孔（如定位孔），應(yīng)手工優(yōu)化掉，防止斷針。 DPS是用于輸出印制板的位置坐標(biāo)、拼板、測(cè)試孔數(shù)以及加掃描點(diǎn)的軟件。從OUTPUT文件夾中調(diào)入*.les文件，軟件會(huì)有提示，根據(jù)提示Select pads to be used for scanning進(jìn)入加掃描點(diǎn)，頂、底層每層最多加4個(gè)。若測(cè)試時(shí)印制板板過(guò)大、過(guò)密，應(yīng)在軟件中多分幾個(gè)區(qū)域，多加幾個(gè)掃描點(diǎn)，但應(yīng)注意隔離線不應(yīng)壓在圖形元件上，以防止機(jī)器出現(xiàn)錯(cuò)誤指令，不能正常工作。 若DPS軟件最后生成不了測(cè)試程序，可能有以下幾點(diǎn)原因：

a）IGI軟件中圖形不在第一象限，這樣就引以測(cè)試范圍超大，應(yīng)將其移入正常使用區(qū)域

b）天線點(diǎn)選擇不正確，反復(fù)試驗(yàn)，將天線點(diǎn)上、下交換，即可達(dá)到目的

c）選擇天線時(shí)不應(yīng)選擇太小的網(wǎng)絡(luò)，這樣不能作為測(cè)試全板的標(biāo)準(zhǔn)

A3 DEBUGGER是校正飛針測(cè)試儀的軟件。測(cè)試儀在經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的測(cè)試后8支測(cè)試頭會(huì)產(chǎn)生誤差，因此機(jī)器要定期校正，以保證測(cè)試的準(zhǔn)確性。 BROWSER是用來(lái)糾錯(cuò)的，當(dāng)印制板有開(kāi)路或短路的時(shí)候，用它來(lái)找到確切的位置，然后在該處標(biāo)記。A3 TEST PLAYER就是測(cè)試軟件，應(yīng)用這個(gè)軟件選擇測(cè)試模式（多采用Supervisor模式），測(cè)試類型，探針壓力（pressure）、移動(dòng)速度（strokes）、高度。還要確定如何選擇掃描點(diǎn)，有人工（MANUAL）和自動(dòng)（AUTOMATIC）兩種。第一次進(jìn)行測(cè)試的時(shí)候要先人工定義由在DPS給出的掃描點(diǎn)，以后再測(cè)試的時(shí)候用自動(dòng)的就可以了。在關(guān)閉A3系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)先托架歸于零點(diǎn)，以防8支測(cè)試頭彈下時(shí)撞折測(cè)試。

目前我國(guó)在PCB測(cè)試方面仍處在發(fā)展階段，作為全國(guó)最大的PCB打樣廠商——深圳市嘉立創(chuàng)科技發(fā)展有限公司擁有國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的自動(dòng)化生產(chǎn)線和檢測(cè)設(shè)備，公司擁有2條全自動(dòng)沉銅線，曝光機(jī)4臺(tái)，飛針測(cè)試機(jī)60臺(tái)，AOI光測(cè)機(jī)4臺(tái)。并于2012年2月，取消測(cè)試一半的服務(wù)，改為全部測(cè)試服務(wù)，全部免收測(cè)試費(fèi)。