PCB飛針測試技術概述

我國的PCB研制工作始于1956年，1963-1978年，逐步擴大形成PCB產業。改革開放后20多年，由于引進國外先進技術和設備，單面板、雙面板和多層板均獲得快速發展，國內PCB產業由小到大逐步發展起來。中國由于下游產業的集中及勞動力土地成本相對較低，成為發展勢頭最為強勁的區域。2002年，成為第三大PCB產出國。2003年，PCB產值和進出口額均超過60億美元，首度超越美國，成為世界第二大PCB產出國，產值的比例也由2000年的8.54%提升到15.30%，提升了近1倍。2006年中國已經取代日本，成為全球產值最大的PCB生產基地和技術發展最活躍的國家。我國PCB產業近年來保持著20%左右的高速增長，遠遠高于全球PCB行業的增長速度。

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。這種儀器最初是為裸板而設計的，也需要復雜的軟件和程序來支持；現在已經能夠有效地進行模擬在線測試了。飛針測試的出現已經改變了低產量與快速轉換(quick-turn)裝配產品的測試方法。以前需要幾周時間開發的測試現在幾個小時就可以了，大大縮短產品設計周期和投入市場的時間。

1、飛針測試系統的結構特點

飛針式測試儀是對傳統針床在線測試儀的一種改進，它用探針來代替針床，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。

2、測試開發與調試

飛針測試機的編程比傳統的ICT 系統更容易、更快捷。以 GenRad 公司的GRPILOT系統為例，測試開發員將設計工程師的CAD數據轉換成可使用的文件，這個過程需要1-4 個小時。然后該新文件通過測試程序運行，產生一個 .IGE和 .SPC 文件，再放入一個目錄。然后軟件運行在目錄內產生需要測試UUT的所有文件。短路的測試類型是從選項頁面內選擇。測試機在UUT上使用的參考點從CAD信息中選擇。UUT放在平臺上固定。在軟件開發完成后，該程序被“擰進去”，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”(元件測試隔離)。一個典型的1000個節點的UUT的測試開發所花的時間是 4-6 個小時。在軟件開發和裝載完成以后，開始典型的飛針測試過程的測試調試。調試是測試開發員接下來的工作，需要用來獲得盡可能最佳的UUT測試覆蓋。在調試過程中，檢查每個元件的上下測試極限，確認探針的接觸位置和零件值。典型的1000個節點的UUT調試可能花 6-8小時。飛針測試機的開發容易和調試周期短，使得UUT的測試程序開發對測試工程師的要求相當少。在接到CAD數據和UUT準備好測試之間這段短時間，允許制造過程的最大數量的靈活性。相反，傳統ICT的編程與夾具開發可能需要160小時和調試 16-40 小時。

3、飛針測試優點

盡管有上述這些缺點，飛針測試仍不失為一個有價值的工具。其優點包括：快速測試開發；較低成本測試方法；快速轉換的靈活性；以及在原型階段為設計人員提供快速的反饋。因此，和傳統的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。 使用飛針測試系統的好處大于缺點。例如，裝配過程中，這樣一個系統提供在接收到CAD文件幾小時后就可以開始生產。因此，原型電路板在裝配后數小時即可測試，不象ICT，高成本的測試開發與夾具可能將過程延誤幾天，甚至幾月。除此之外，由于設定、編程和測試的簡單與快速，實際上一般技術裝配人員，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。并且因為飛針測試機改變了低產量和快速轉換裝配的測試方法，通常需要幾周開發的測試現在數小時就可以得到。