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责任编辑:刘昆山

  摘要:主要介绍了当前用于检测组装后PCB的缺陷和故障的一些常风测试技术,并对未来的发展趋势进行了初步探讨。
  关键词:缺陷和故障;检测;表面贴装技术;线路板;线路板组件
  要在当今竞争激烈的市场中立足,电子产品的生产厂家就必需确保产品质量。为了保证产品质量,在生产过程中就需要采用各类测试技术进行检测,及时发现缺陷和故障并修复。根据测试方式的不同,测试技术可分为非接触式测试和接触式测试。非接触式测试已从人工目测发展到自动光学检查(Automatic Optics Inspector,简称AOI)、自动射线检测(AutomaticX-rayInspector,简称AXI),而接触式测试则可分为在线测试和功能测试两大类。本文将对各类测试技术及未来发展趋势作一初步探讨。
  一、几种测试技术介绍
  1、在线测试仪 ICT(ln-CircuitTester) 电气测试使用的最基本仪器是在线测试仪(ICT),传统的在线测试仪测量时使用专门的针床与已焊接好的线路板上的元器件接触,并用数百毫伏电压和10毫安以内电流进行分立隔离测试,从而精确地测出所装电阻、电感、电容、二极管、三极管、可控硅、场效应管、集成块等通用和特殊元器件的漏装、错装、参数值偏差、焊点连焊、线路板开短路等故障,并将故障是哪个元件或开短路位于哪个点准确告诉用户。针床式在线测试仪优点是测试速度快,适合于单一品种民用型家电线路板及大规模生产的测试,而且主机价格较便宜。但是随着线路板组装密度的提高,特别是细间距SMT组装以及新产品开发生产周期越来越短,线路板品种越来越多,针床式在线测试仪存在一些难以克服的问题:测试用针床夹具的制作、调试周期长、价格贵;对于一些高密度SMT线路板由于测试精度问题无法进行测试。 基本的ICT近年来随着克服先进技术技术局限的技术而改善。例如,当集成电路变得太大以至于不可能为相当的电路覆盖率提供探测目标时,ASIC工程师开发了边界扫描技术。边界扫描(boundary scan)提供一个工业标准方法来确认在不允许探针的地方的元件连接。额外的电路设计到IC内面,允许元件以简单的方式与周围的元件通信,以一个容易检查的格式显示测试结果。
  另一个无矢量技术(Vectorless technique)将交流(AC)信号通过针床施加到测试中的元件。一个传感器板靠住测试中的元件表面压住,与元件引脚框形成一个电容,将信号偶合到传感器板。没有偶合信号表示焊点开路。 用于大型复杂板的测试程序人工生成很费时费力,但自动测试程序产生(ATPG,automated testprogramgeneration)软件的出现解决了这一问题,该软件基于PCBA和CAD数据和装配于板上的元件规格库,自动地设计所要求的夹具和测试程序。虽然这些技术有助于缩短简单程序的生成时间,但高节点数测试程序的论证还是费时和具有技术挑战性。 飞针式测试仪是对针床在线测试仪的一种改进,它用探针来代替针床,在X-Y机构上装有可分别高速移动的4个头共8根测试探针,最小测试间隙为0.2mm。工作时根据预先编排的坐标位置程序移动测试探针到测试点处,与之接触,各测试探针根据测试程序对装配的元器件进行开路/短路或元件测试。与针床式在线测试仪相比,在测试精度、最小测试间隙等方面均有较大幅度提高,并且无需制作专门的针床夹具,测试程序可直接由线路板的CAD软件得到,但测试速度相对较慢是其最大不足。
  2、功能测试(Functional Tester) ICT能够有效地查找在SMT组装过程中发生的各种缺陷和故障,但是它不能够评估整个线路板所组成的系统在时钟速度时的性能。而功能测试就可以测试整个系统是否能够实现设计目标,它将线路板上的被测单元作为一个功能体,对其提供输人信号,按照功能体的设计要求检测输出信号。这种测试是为了确保线路板能否按照设计要求正常工作。所以功能测试最简单的方法,是将组装好的某电子设备上的专用线路板连接到该设备的适当电路上,然后加电压,如果设备正常工作,就表明线路板合格。这种方法简单、投资少,但不能自动诊断故障。
  3、自动光学检查AOI (Automatic Optical Inspection) 随着线路板上元器件组装密度的提高,给电气接触测试增加了困难,将AOI技术引入到SMT生产线的测试领域也是大势所趋。AOl不但可对焊接质量进行检验,还可对光板、焊膏印刷质量、贴片质量等进行检查。各工序AOI的出现几乎完全替代人工操作,对提高产品质量、生产效率都是大有作为的。当自动检测(A01)时,AOI通过摄像头自动扫描PCB,采集图像,测试的焊点与数据库中的合格的参数进行比较,经过图像处理,检查出PCB上缺陷,并通过显示器或自动标志把缺陷显示/标示出来,供维修人员修整。 现在的AOI系统采用了高级的视觉系统、新型的给光方式、增加的放大倍数和复杂的算法,从而能够以高测试速度获得高缺陷捕捉率。AOI系统能够检测下面错误;元器件漏贴、钽电容的极性错误、焊脚定位错误或者偏斜、引脚弯曲或者折起、焊料过量或者不足、焊点桥接或者虚焊等。AOI除了能检查出目检无法查出的缺陷外,AOI还能把生产过程中各工序的工作质量以及出现缺陷的类型等情况收集、反馈回来,供工艺控制人员分析和管理。但AOI系统也存在不足,如不能检测电路错误,同时对不可见焊点的检测也无能为力。
  4、自动X射线检查AXI(AutomaticX-raylnspection) AXI是近几年才兴起的一种新型测试技术。当组装好的线路板(PCBA)沿导轨进入机器内部后,位于线路板上方有一X-Ray发射管,其发射的X射线穿过线路板后被置于下方的探测器(一般为摄像机)接受,由于焊点中含有可以大量吸收X射线的铅,因此与穿过玻璃纤维、铜、硅等其它材料的X射线相比,照射在焊点上的X射线被大量吸收,而呈黑点产生良好图像,使得对焊点的分析变得相当直观,故简单的图像分析算法便可自动且可靠地检验焊点缺陷。AXI技术已从以往的2D检验法发展到目前的3D检验法。前者为透射X射线检验法,对于单面板上的元件焊点可产生清晰的视像,但对于目前广泛使用的双面贴装线路板,效果就会很差,会使两面焊点的视像重叠而极难分辨。而3D检验法采用分层技术,即将光束聚焦到任何一层并将相应图像投射到一高速旋转使位于焦点处的图像非常清晰,而其它层上的图像则被消除,故3D检验法上的图像则被消除,故3D检验法可对线路板两面的焊点独立成像。 3DX-Ray技术除了可以检验双面贴装线路板外,还可对那些不可见焊点如BGA(BallGridArry,焊球陈列)等进行多层图像"切片"检测,即对BGA焊接连接处的顶部、中部和底部进行彻底检验。同进利用此方法还可测通孔(PTH)焊点,检查通孔中焊料是否充实,从而极大地提高焊点连接质量。

  二、未来SMT测试技术展望


  预测今后二十年里那一种测试技术会取得成功或者被淘汰不是一件简单的工作,因为这不仅需要总结过去,还需要清楚地了解未来的应用情况。从近几年的发展趋势来看,使用多种测试技术,特别是AXI与ICT组合测试会很快成为这一领域的测试首选。 由于目前线路板越来越复杂,传统的电路接触式测试受到了极大限制,通过ICT测试和功能测试很难诊断出缺陷。随着大多数复杂线路板的密度不断增大,传统的测试手段只能不断增加在线测试仪的测试接点数。然而随着接点数的增多,测试编程和针床夹具的成本也呈指数倍上升。开发测试程序和夹具通常需要几个星期的时间,更复杂的线路板可能还要一个多月。
  另外,增加ICT接点数量会导致ICT测试出错和重测次数的增多。AXI技术则不受上述因素的影响,其对工艺缺陷的覆盖率很高,通常达97%。而工艺缺陷一般要占总缺陷的80%-90%,并可对不可见焊点进行检查,但AXI技术不能测试电路电气性能方面的缺陷和故障。 将AXI检测技术和传统的ICT在线测试方法相结合,则可以取长补短,使SMT检测技术达到完美的结合,因为每一个技术都补偿另一技术的缺点。X射线主要集中在焊点的质量。它也可确认元件是否存在,但不能确认元件是否正确,方向和数值是否正确。
  另一方面,ICT可决定元件的方向和数值但不能决定焊接点是否可接受,特别是焊点在封装体底部的元件,如BGA、CSP等。图2为AXI和ICT测试方法检查范围互补图。需要特别指出的是随着AXI技术的发展,目前AXI系统和ICT系统可以"互相对话",这种被称为"AwareTest",的技术能消除两者之间的重复测试部分。通过减小ICT/AXI多余的测试覆盖面可大大减小ICT的接点数量。这种简化的ICT测试只需原来测试接点数的30%就可以保持目前的高测试覆盖范围,而减少ICT测试接点数可缩短ICT测试时间、加快ICT编程并降低ICT夹具和编程费用。

  三、结束语

  以上详细说明了在高度复杂线路板测试中采用组合式AXI/ICT测试方法的优点,而这项技术本身也在不断改进使它愈加引人注目,比如AwareTest。在过去的两三年里,应用AXI/ICT组合测试复杂线路板的情况出现了惊人的增长,而且增长速度还在加快,因为有更多的待业领先生产厂家意识到了这项技术的优点并将其投入使用。

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