飛針測試是目前電氣測試一些主要問題的最新解決辦法。它用探針來取代針床,使用多個由馬達驅動的、能夠快速移動的電氣探針同器件的引腳進行接觸并進行電氣測量。
飛針測試的開路測試原理和針床的測試原理是相同的,通過兩根探針同時接觸網絡的端點進行通電,所獲得的電阻與設定的開路電阻比較,從而判斷開路與否。但短路測試原理與針床的測試原理是不同的。由于測試探針有限(通常為4∽32根探針),同時接觸板面的點數非常小(相應4∽32點),若采用電阻測量法,測量所有網絡間的電阻值,那么對具有N個網絡的PCB而言,就要進行N2/2次測試,加上探針移動速度有限,一般為10點/秒到50點/秒,不同的測試方法有:充/放電時間法、電感測量法、電容測量法、相位差和相鄰網法、自適應測試法等等。
1.1充/放電時間法
每個網絡的充/放電時間(也稱網絡值,net value)是一定的。如果有網絡值相等,它們之間有可能短路,僅需在網絡值相等的網絡測量短路即可。它的測試步驟是,首件板:全開路測試→全短路測試→網絡值學習;第二塊以后板:全開路測試→網絡值測試,在懷疑有短路的地方再用電阻法測試。這種測試方法的優點是測試結果準確,可靠性高;缺點是首件板測試時間長,返測次數多,測試效率不高。最有代表性的是MANIA公司的SPEEDY機。
1.2電感測量法
電感測量法的原理是以一個或幾個大的網絡(一般為地網)作為天線,在其上施加信號,其他的網絡會感應到一定的電感。測試機對每個網絡進行電感測量,比較各網絡電感值,若網絡電感值相同,有可能短路,再進行短路測試。這種測試方法只適用于有地電層的板的測試,若對雙面板(無地網)測試可靠性不高;在有多個大規模網絡時,由于有一個以上的探針用于施加信號,而提供測試的探針減少,測試效率底,優點是測試可靠性較高,返測次數低。最有代表性的是ATG公司的A2、A3型機,為彌補探針數量,該機配有8針和16針,提高測試效率。
1.3電容測量法
這種方法類似于充/放電時間法。根據導電圖形與電容的定律關系,若設置一參考平面,導電圖形到它的距離為L,導電圖形面積為A,則C=εA/L。如果出現開路,導電圖形面積減少,相應的電容減少,則說明有開路;如果有兩部分導電圖形連在一起,電容響應增加,說明有短路。在開路測試中,同一網絡的各端點電容值應當相等,如不相等則有開路存在,并記錄下每個網絡的電容值,作為短路測試的比較。這種方法的優點是測試效率高,不足之處是完全依賴電容,而電容受影響因數較多,測試可靠性低于電阻法,特別是關聯的電容和二級電容造成的測量誤差,端點較少的網絡(如單點網絡)的測試可靠性較低。目前采用這種測試方法的有HIOKI和NIDEC READ公司的飛針測試機。
1.4相位差方法
此方法是將一個弦波的信號加入地層或電層,由線路層來取得相位落后的角度,從而取得電容值或電感值。測試步驟是首件板先測開路,然后測其他網絡的相位差值,最后測短路;第二塊以上板先測開路,再測網絡相位差值,對有可能的短路再用電阻法測試驗證。這種方法的優點是測試效率較高,可靠性高;不足之處是只適合測4層以上的板,如測雙面板只能用電阻法。目前采用這種測試方法的公司有MicroCraft。
1.5自適應測試法
自適應測試法是每個測試應用過程都是一次測試完成后,根據扳子具體情況和測試規范,設備自己選擇適當的測試過程,如一個網絡的網絡值(充電時間或電容等)小于設備測試誤差,設備會自動采用電阻測試和電場測試。這種測試方法速度最快,測試效果最好。不過,到目前還沒有接觸過采用此種測試方法的測試機。
飛針式測試儀是對傳統針床在線測試儀的一種改進,它可以用探針來代替針床,在X-Y機構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傳送系統輸送到測試機內,然后固定測試機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)系統連接到驅動器(信號發生器、電源供應等)和傳感器(數字萬用表、頻率計數器等)來測試UUT上的元件。當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干擾。
飛針測試機可檢查短路、開路和元件值。在飛針測試上也使用了一個相機來幫助查找丟失元件。用相機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性達到5-15微米的范圍,飛針測試機可精密地探測UUT。
飛針測試解決了在PCB裝配中見到的大量現有問題:如可能長達4-6周的測試開發周期;大約10,000美元-50,000美元的夾具開發成本;不能經濟地測試小批量生產;以及不能快速地測試原型樣機(prototype)裝配。
因為具有緊密接觸屏蔽的UUT的能力和使新產品更快投入市場(time-to-market)的能力,飛針測試是一個無價的生產資源。還有,由于不需要有經驗的測試開發工程師,該系統還具有節省人力、節省時間等好處。
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