利用飞针测试技术对PCB进行测试

2024-02-17 15:43:01 995

飞针测试是电气测试中解决主要问题的最佳选择，它通过使用探针取代针床，利用多个由马达驱动的快速移动的电气探针与器件引脚接触并进行电气测量。

PCB板在生产过程中，难免因外在因素而造成短路、断路及漏电等电性上的瑕疵，再加上PCB线路板不断朝高密度、细间距及多层次的演进，若未能及时将不良板筛检出来，而任其流入制程中，势必会造成更多的成本浪费，因此除了制程控制的改善外，提高测试的技术也是可以为PCB板制造者提供降低报废率及提升产品良率的解决方案。

电性测试的方法有：专用型(Dedicated)、泛用型(UniversalGrid)、飞针型(FlyingProbe)、非接触电子束(E-Beam)、导电布(胶)、电容式(Capacity)及刷测(ATG-SCANMAN)，其中常使用的设备有三种，分别是专用测试机(PCB自动通用测试机)、高品质泛用测试机及飞针测试机。

飞针测试和测试架有什么区别？各自的优势是什么？

飞针测试：飞针测试是利用4到8个探针对线路板进行高压绝缘和低阻值导通测试，测试线路的开路和短路，不需要专门做测试治具。飞针测试是直接将PCB板装到飞针测试机上，然后运行测试程序即可测试。飞针测试的优点在于其测试方法和操作流程极为方便，节约了测试成本，减去了制作测试架的时间，提高了出货的效率，适合PCB小批量的生产。

而测试架，是针对量产的PCB板进行通断测试而做的专门的测试夹具，制作成本较高，但测试效率较好，返单不收费。

在测试技术的适用目的方面，飞针测试是目前适合使用于小量产及样品的电性测试设备，但是若要运用于中大量产时，则由于测速慢以及设备价格昂贵，将会使得测试成本大幅提高，而泛用型及专用型无论是用于何种层级的PCB板子，只要产量达到一定的数量，测试成本均可达到规模经济的标淮，而且约只占售价的2~4%，这也是为何泛用型及专用型为目前量产型的测试机种的主要原因。

飞针测试的工作原理

飞针式测试仪是对传统针床在线自动高压专用PCB板测试机的一种改进，它用探针来代替针床。

工作时在测单元(UUT)通过皮带或者其它UUT传送系统输送到测试机内，然后固定测试机的探针接触测试焊盘(TESTpad)和通路孔(via)，从而测试在测单元(UUT)的单个元件。测试探针通过多路传输系统连接到驱动器和传感器来测试UUT上的元件。当一个元件正在测试的时候，UUT上的其它元件通过探针器在电气上屏蔽以防止读数干扰。

飞针测试机可检查短路、开路和元件值。在飞针测试上也使用了一个相机来帮助查找丢失元件。用相机来检查方向明确的元件形状，如极性电容。

随着探针定位精度和可重复性达到5-15微米的范围，飞针测试机可精密地探测UUT。飞针测试解决了在PCB线路板装配中见到的大量现有问题：如可能长达4-6周的测试开发周期；不能经济地测试小批量生产；以及不能快速地测试原型样机装配。

飞针测试是一个检查PCB板电性功能的方法(开短路测试)。飞测试机是一个在制造环境测试PCB线路板的系统。不是使用在传统的在线测试机上所有的传统针床(bed-of-nails)界面，飞针测试使用四到八个独立控制的探针，移动到测试中的元件。在测单元(UUT,unitundertest)通过皮带或者其它UUT传送系统输送到测试机内。然后固定，测试机的探针接触测试焊盘(testpad)和通路孔(via)从而测试在测单元(UUT)的单个元件。测试探针通过多路传输(multiplexing)系统连接到驱动器(信号发生器、电源供应等)和传感器(数字万用表、频率计数器等)来测试UUT上的元件。当一个元件正在测试的时候，UUT上的其它元件通过探针器在电气上屏蔽以防止读数干扰。

1、充/放电时间法

每个网络的充/放电时间（也称网络值，net value）是一定的。如果有网络值相等，它们之间有可能短路，仅需在网络值相等的网络测量短路即可。它的测试步骤是，首件板：全开路测试→全短路测试→网络值学习；第二块以后板：全开路测试→网络值测试，在怀疑有短路的地方再用电阻法测试。这种测试方法的优点是测试结果准确，可靠性高；缺点是首件板测试时间长，返测次数多，测试效率不高。最有代表性的是MANIA公司的SPEEDY机。

2、电感测量法

电感测量法的原理是以一个或几个大的网络（一般为地网）作为天线，在其上施加信号，其他的网络会感应到一定的电感。测试机对每个网络进行电感测量，比较各网络电感值，若网络电感值相同，有可能短路，再进行短路测试。这种测试方法只适用于有地电层的板的测试，若对双面板（无地网）测试可靠性不高；在有多个大规模网络时，由于有一个以上的探针用于施加信号，而提供测试的探针减少，测试效率低，优点是测试可靠性较高，返测次数低。最有代表性的是ATG公司的A2、A3型机，为弥补探针数量，该机配有8针和16针，提高测试效率。

3、电容测量法

这种方法类似于充/放电时间法。根据导电图形与电容的定律关系，若设置一参考平面，导电图形到它的距离为L，导电图形面积为A，则C=εA/L。如果出现开路，导电图形面积减少，相应的电容减少，则说明有开路；如果有两部分导电图形连在一起，电容响应增加，说明有短路。在开路测试中，同一网络的各端点电容值应当相等，如不相等则有开路存在，并记录下每个网络的电容值，作为短路测试的比较。这种方法的优点是测试效率高，不足之处是完全依赖电容，而电容受影响因数较多，测试可靠性低于电阻法，特别是关联的电容和二级电容造成的测量误差，端点较少的网络（如单点网络）的测试可靠性较低。目前采用这种测试方法的有HIOKI和NIDEC READ公司的飞针测试机。

4、相位差方法

此方法是将一个弦波的信号加入地层或电层，由线路层来取得相位落后的角度，从而取得电容值或电感值。测试步骤是首件板先测开路，然后测其他网络的相位差值，最后测短路；第二块以上板先测开路，再测网络相位差值，对有可能的短路再用电阻法测试验证。这种方法的优点是测试效率较高，可靠性高；不足之处是只适合测4层以上的板，如测双面板只能用电阻法。目前采用这种测试方法的公司有MicroCraft。

5、自适应测试法

自适应测试法是每个测试应用过程都是一次测试完成后，根据扳子具体情况和测试规范，设备自己选择适当的测试过程，如一个网络的网络值（充电时间或电容等）小于设备测试误差，设备会自动采用电阻测试和电场测试。这种测试方法速度最快，测试效果最好。不过，到目前还没有接触过采用此种测试方法的测试机。

飞针式测试仪是对传统针床在线测试仪的一种改进，它可以用探针来代替针床，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。工作时在测单元（UUT， unit under test）通过皮带或者其它UUT传送系统输送到测试机内，然后固定测试机的探针接触测试焊盘（test pad）和通路孔（via），从而测试在测单元（UUT）的单个元件。测试探针通过多路传输（multiplexing）系统连接到驱动器（信号发生器、电源供应等）和传感器（数字万用表、频率计数器等）来测试UUT上的元件。当一个元件正在测试的时候，UUT上的其它元件通过探针器在电气上屏蔽以防止读数干扰。

飞针测试机可检查短路、开路和元件值。在飞针测试上也使用了一个相机来帮助查找丢失元件。用相机来检查方向明确的元件形状，如极性电容。随着探针定位精度和可重复性达到5-15微米的范围，飞针测试机可精密地探测UUT。

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