PCB电性测试的方法与技术比较

  
  一、电性测试
  在电子产品的生产过程中,因瑕疵而造成成本的损失,在各个阶段都有不同的程度,越早发现则补救的成本越低。" The Rule of 10's "就是一个常被用来评估PCB在不同制程阶段被发现有瑕疵时的补救成本。举例而言,空板制作完成后,若板中的断路能实时检测出来,通常只需补线即可改善瑕疵,或者至多损失一片空板;但是若未能被检测出断路,待板子出货至下游组装业者完成零件安装,也过炉锡及IR重熔,然而却在此时被检测发现线路有断路的情形,一般的下游组装业者会向让空板制造公司要求赔偿零件费用、重工费、检验费等。若更不幸的,瑕疵的板子在组装业者的测试仍未被发现,而进入整体系统成品,如计算机、手机、汽车零件等,这时再作测试才发现的损失,将是空板及时检出的百倍、千倍,甚至更高。因此,电性测试对于PCB业者而言,为的就是及早发现线路功能缺陷的板子。
  二、电测的方法与设备
  电性测试的方法有:专用型(Dedicated)、泛用型(Universal Grid)、飞针型(Flying Probe)、非接触电子束(E-Beam)、导电布(胶)、电容式(Capacity)及刷测(ATG-SCAN MAN),其中最常使用的设备有三种,分别是专用测试机、泛用测试机及飞针测试机。为了更了解各种设备的功能,以下将分别比较三种主要设备的特性。
  1、专用型(Dedicated)测试
  专用型的测试之所以为专用型,主要是因为其所使用的治具(Fixture, 如电路板进行电性测试的针盘)仅适用于一种料号,不同料号的板子就无法测试,而且无法回收使用。测试点数方面,单面板在10,240点、双面各8,192点以内均可作测试,在测试密度方面,由于探针头粗细的关系,较适合运用于 pitch以上的板子。
  2、泛用型(Universal Grid)测试
  泛用型测试的基本原理是PCB线路的版面是依据格子(Grid)来设计,一般所谓线路密度就是指grid的距离,也就是以间距(Pitch)来表示(部份时候也可用孔密度 来表示),而泛用测试就是依据此一原理,依据孔位置以一G10的基材作Mask,只有在孔的位置探针才能穿过Mask进行电测,因此治具的制作简易而快速,而且探针可重复使用。泛用型测试具有极多测点的标准Grid固定大型针盘,可分别按不同料号而制作活动式探针的针盘,量产时只要改换活动针盘,就可以对不同料号量产测试。另外,为保证完工的PCB板线路系统通畅,需在使用高压电(如250V)多测点的泛用型电测母机上,采用特定接点的针盘对板子进行Open/Short电性测试,此种泛用型的测试机称之为「自动化测试机」 (ATE, Automatic Testing Equipment)。
  泛用型测试点数通常在1万点以上,测试密度在 或是 的测试称为on-grid测试,若是运用于高密度板,由于间距太密,已脱离on-grid设计,因此属于off-grid测试,其治具就必须要特殊设计,通常泛用型测试的测试密度可达 QFP。
  3、飞针(Flying Probe)测试
  飞针测试的原理很简单,仅仅需要两根探针作x、y、z的移动来逐一测试各线路的两个端点,因此不需要另外制作昂贵的治具。但是由于是端点测试,因此测速极慢,约为10~40 points/sec,所以较适合样品及小量产;在测试密度方面,飞针测试可适用于极高密度板( ),如MCM。
  三、技术比较
  典型的飞针测试产出大约在1~20 之间,若知道孔密度便可转换成每小时测试的总面积( ),则其测试面积的范围大约是15 (探针20 及32 板)至0.04 (探针1 及600 板),差距375倍的原因在于板子的密度及间距。一般性能较好的飞针测试设备的产出大约维持在10 ~15 之间,可适用于密度为30 的商用板到600 的高密度板,对于多层板而言,在最佳状态下每一部飞针测试机每年测试总面积大约是3,000 ~5,000平方?。
  而针盘式(Bed-of-Nails)的测试设备如专用型及泛用型,在于高密度板的测试能力比不上飞针测试,因此比较少用于高密度板的测试。然而理论上,针盘式的产出面积可达200~400 ,但以目前的生产状况而言,实际生产线上专用型则为30~100 ,而泛用型为15~50 (两者的比较基础在于专用型通常运用于大量产,而泛用型多运用于中小量产),理论与实际的差异除了因设备本身的因素外,还可能包含生产管理上的问题,在此不加以详述。在一般最佳状态下,专用型测试设备平均每年约有300,000 ,泛用型则为150,000 。但是每部设备产量的多寡可能因PCB厂商的生产计划而有显著的差异;例如,若以最先进的ATE检测手机板,每年每部测试设备约可产出600,000 ,但是若用于0.5~0.8mm-pitch的CSP时,测试速率则大约仅达1/4,每年每部测试设备产出为150,000 。
 
 

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