飛針測試技術(shù)概述

我國的PCB研制工作始于1956年，1963-1978年，逐步擴(kuò)大形成PCB產(chǎn)業(yè)。改革開放后20多年，由于引進(jìn)國外先進(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，國內(nèi)PCB產(chǎn)業(yè)由小到大逐步發(fā)展起來。中國由于下游產(chǎn)業(yè)的集中及勞動力土地成本相對較低，成為發(fā)展勢頭最為強(qiáng)勁的區(qū)域。2002年，成為第三大PCB產(chǎn)出國。2003年，PCB產(chǎn)值和進(jìn)出口額均超過60億美元，首度超越美國，成為世界第二大PCB產(chǎn)出國，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)展最活躍的國家。我國PCB產(chǎn)業(yè)近年來保持著20%左右的高速增長，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于全球PCB行業(yè)的增長速度。

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

1、飛針測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

飛針式測試儀是對傳統(tǒng)針床在線測試儀的一種改進(jìn)，它用探針來代替針床，在 X-Y 機(jī)構(gòu)上裝有可分別高速移動的4 個頭共8 根測試探針，最小測試間隙為0.2mm。工作時在測單元(UUT, unit under test)通過皮帶或者其它UUT傳送系統(tǒng)輸送到測試機(jī)內(nèi)，然后固定測試機(jī)的探針接觸測試焊盤(test pad)和通路孔(via)，從而測試在測單元(UUT)的單個元件。測試探針通過多路傳輸(multiplexing)系統(tǒng)連接到驅(qū)動器(信號發(fā)生器、電源供應(yīng)等)和傳感器(數(shù)字萬用表、頻率計數(shù)器等)來測試UUT 上的元件。當(dāng)一個元件正在測試的時候，UUT上的其它元件通過探針器在電氣上屏蔽以防止讀數(shù)干擾。飛針測試機(jī)可檢查短路、開路和元件值。在飛針測試上也使用了一個相機(jī)來幫助查找丟失元件。用相機(jī)來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，飛針測試機(jī)可精密地探測UUT。飛針測試解決了在PCB裝配中見到的大量現(xiàn)有問題：如可能長達(dá)4-6周的測試開發(fā)周期；大約10,000 美元-50,000 美元的夾具開發(fā)成本；不能經(jīng)濟(jì)地測試小批量生產(chǎn)；以及不能快速地測試原型樣機(jī)(prototype)裝配。因為具有緊密接觸屏蔽的UUT 的能力和使新產(chǎn)品更快投入市場(time-to-market)的能力，飛針測試是一個無價的生產(chǎn)資源。還有，由于不需要有經(jīng)驗的測試開發(fā)工程師，該系統(tǒng)還具有節(jié)省人力、節(jié)省時間等好處。

　　2、測試開發(fā)與調(diào)試

飛針測試機(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，測試開發(fā)員將設(shè)計工程師的CAD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成可使用的文件，這個過程需要1-4 個小時。然后該新文件通過測試程序運(yùn)行，產(chǎn)生一個 .IGE和 .SPC 文件，再放入一個目錄。然后軟件運(yùn)行在目錄內(nèi)產(chǎn)生需要測試UUT的所有文件。短路的測試類型是從選項頁面內(nèi)選擇。測試機(jī)在UUT上使用的參考點(diǎn)從CAD信息中選擇。UUT放在平臺上固定。在軟件開發(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試位置。這時加入各種元件“保護(hù)”(元件測試隔離)。一個典型的1000個節(jié)點(diǎn)的UUT的測試開發(fā)所花的時間是 4-6 個小時。在軟件開發(fā)和裝載完成以后，開始典型的飛針測試過程的測試調(diào)試。調(diào)試是測試開發(fā)員接下來的工作，需要用來獲得盡可能最佳的UUT測試覆蓋。在調(diào)試過程中，檢查每個元件的上下測試極限，確認(rèn)探針的接觸位置和零件值。典型的1000個節(jié)點(diǎn)的UUT調(diào)試可能花 6-8小時。飛針測試機(jī)的開發(fā)容易和調(diào)試周期短，使得UUT的測試程序開發(fā)對測試工程師的要求相當(dāng)少。在接到CAD數(shù)據(jù)和UUT準(zhǔn)備好測試之間這段短時間，允許制造過程的最大數(shù)量的靈活性。相反，傳統(tǒng)ICT的編程與夾具開發(fā)可能需要160小時和調(diào)試 16-40 小時。

3、飛針測試優(yōu)點(diǎn)

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

4、飛針測試的特性和軟件支持

測試范圍和軟件特性 本公司的飛針測試儀是德國AGT公司的A3型號測試儀，它的最大測試面積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。最重要的一項就是提取網(wǎng)表，輸出A3測試文件。在做孔的優(yōu)化的時候還要注意，環(huán)寬過小，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。若測試時印制板板過大、過密，應(yīng)在軟件中多分幾個區(qū)域，多加幾個掃描點(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)錯誤指令，不能正常工作。 若DPS軟件最后生成不了測試程序，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，將天線點(diǎn)上、下交換，即可達(dá)到目的

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

A3 DEBUGGER是校正飛針測試儀的軟件。測試儀在經(jīng)過一定時間的測試后8支測試頭會產(chǎn)生誤差，因此機(jī)器要定期校正，以保證測試的準(zhǔn)確性。 BROWSER是用來糾錯的，當(dāng)印制板有開路或短路的時候，用它來找到確切的位置，然后在該處標(biāo)記。A3 TEST PLAYER就是測試軟件，應(yīng)用這個軟件選擇測試模式（多采用Supervisor模式），測試類型，探針壓力（pressure）、移動速度（strokes）、高度。還要確定如何選擇掃描點(diǎn)，有人工（MANUAL）和自動（AUTOMATIC）兩種。第一次進(jìn)行測試的時候要先人工定義由在DPS給出的掃描點(diǎn)，以后再測試的時候用自動的就可以了。在關(guān)閉A3系統(tǒng)時，應(yīng)先托架歸于零點(diǎn)，以防8支測試頭彈下時撞折測試。

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