1、現(xiàn)代PCB測(cè)試的策略隨著自動(dòng)測(cè)試設(shè)備成為電子裝配過程整體的一部分，DFT必須不僅僅包括傳統(tǒng)的硬件使用問題，而且也包括測(cè)試設(shè)備診斷能力的知識(shí)。為測(cè)試著想的設(shè)計(jì)(DFT, design for test)不是單個(gè)人的事情，而是由設(shè)計(jì)工程部、測(cè)試工程部、 制造部和采購部的代表所組成的一個(gè)小組的工作。設(shè)計(jì)工程必須規(guī)定功能產(chǎn)品及其誤差要求。測(cè) 試工程必須提供一個(gè)以最低的成本、最少的返工達(dá)到僅盡可能高的第一次通過合格率(FPY, first-pass yield)的策略。制造部和品質(zhì)部必須提供生產(chǎn)成本輸入、在過去類似的產(chǎn)品中什么已經(jīng) 做過、什么沒有做過、以及有關(guān)為產(chǎn)量著想的設(shè)計(jì) (DFV, design

2、for volume)提高產(chǎn)量的幫助。采 購部必須提供可獲得元件，特別是可靠性的信息。測(cè)試部和采購部在購買在板(on-board)測(cè)試硬件的元件時(shí)，必須一起工作以保證這些元件是可獲得的和易于實(shí)施的。通常把測(cè)試系統(tǒng)當(dāng)作收集 有關(guān)歷史數(shù)據(jù)的傳感器使用，達(dá)到過程的改善，這應(yīng)該是品質(zhì)小組的目標(biāo)。所以這些功能應(yīng)該在 放置/拿掉任何節(jié)點(diǎn)選取之前完成。參數(shù)在制訂測(cè)試環(huán)境的政策之前，準(zhǔn)備和了解是關(guān)鍵的。影響測(cè)試策略的參數(shù)包括：可訪問性。完全訪問和大的測(cè)試焊盤總是為制造設(shè)計(jì)電路板的目標(biāo)。通常不能提供完全訪問有四 個(gè)原因：板的尺寸。設(shè)計(jì)更??；問題是測(cè)試焊盤的“額外的”占板空間。不幸的是，多數(shù)設(shè)計(jì)工程 師認(rèn)為測(cè)試焊

3、的可訪問性是印刷電路板上 (PCB)較不重要的事情。當(dāng)由于不能使用在線測(cè) 試儀(ICT, in-circuit tester)的簡(jiǎn)單診斷，產(chǎn)品必須由設(shè)計(jì)工程師來調(diào)試的時(shí)候，情況就會(huì) 是另一回事。如果不能提供完全訪問，測(cè)試選擇是有限的。功能。在高速設(shè)計(jì)中損失的性能影響板的部分，但可以逐步縮小在產(chǎn)品可測(cè)試性上的影 響。板的尺寸/節(jié)點(diǎn)數(shù)。這是當(dāng)物理板得尺寸在任何現(xiàn)有的設(shè)備上都不能測(cè)試的時(shí)候。慶幸的 是，這個(gè)問題可以在新的測(cè)試設(shè)備上或者使用外部的測(cè)試設(shè)施上增加預(yù)算來得到解決。當(dāng)節(jié)點(diǎn)數(shù)大于現(xiàn)有的ICT，問題更難解決。DFT小組必須了解測(cè)試方法，這些方法將允 許制造部門使用最少的時(shí)間與金錢來輸出好的產(chǎn)品。

4、嵌入式自測(cè)、邊界掃描(BS, boundaryscan)和功能塊測(cè)試可做到這點(diǎn)。診斷必須支持測(cè)試下的單元(UUT, unit under test)；這個(gè)只能通過對(duì)使用的測(cè)試方法、現(xiàn)有測(cè)試設(shè)備與能力、和制造環(huán)境的故障頻譜的深入了解 才做得到。DFT規(guī)則沒有使用、遵守或理解。歷史上，DFT規(guī)則由理解制造環(huán)境、過程與功能測(cè)試要求和元件技術(shù)的一個(gè)丁程師或丁程師小組強(qiáng)制執(zhí)行。在實(shí)際環(huán)境中，過程是漫長(zhǎng)的，要求設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)與測(cè)試之間的相互溝通。這個(gè)泛味的重復(fù)性工作容易 產(chǎn)生人為錯(cuò)誤，經(jīng)常由于到達(dá)市場(chǎng)的時(shí)間(time-to-market)壓力而匆匆而過。現(xiàn)在工業(yè)上已經(jīng)有開始使用自動(dòng)“可生產(chǎn)

5、性分析儀”，利用DFT規(guī)則來評(píng)估CAD文件。當(dāng)合約制造 商(CM, contract manufacturer)使用時(shí)，可分類出多套規(guī)則。規(guī)則的連續(xù)性和無差錯(cuò)產(chǎn)品 評(píng)估是這個(gè)方法的優(yōu)點(diǎn)。測(cè)試設(shè)備的可獲得性DFT小組應(yīng)該清楚現(xiàn)有的測(cè)試策略。隨著OEM轉(zhuǎn)向依靠CM越來越多，使用的設(shè)備廠與廠之間都不同。沒有清楚地理解制造商工藝，可能會(huì)采用太多或太少的測(cè) 試?，F(xiàn)存的測(cè)試方法包括：手工或自動(dòng)視覺測(cè)試，使用視覺與比較來確認(rèn)PCB上的元件貼裝。這個(gè)技術(shù)有幾種實(shí)施方法：o手動(dòng)視覺是最廣泛使用的在線測(cè)試，但由于制造產(chǎn)量增加和板與元件的縮小，這個(gè)方法變得不可行。它的主要優(yōu)點(diǎn)是低的預(yù)先成本和沒有測(cè)試夾具，而它的 主

6、要缺點(diǎn)是高長(zhǎng)期成本、不連續(xù)的缺陷發(fā)覺、數(shù)據(jù)收集困難、無電氣測(cè)試和視 覺上的局限。o自動(dòng)光學(xué)檢查(AOI, automated optical inspection)，通常在回流前后使用，是較新的確認(rèn)制造缺陷的方法。它是非電氣的、無夾具的、在線技術(shù)，使用了“學(xué)習(xí)與比較(learn and compare)”編程來使裝料(ramp-up)時(shí)間最小。自動(dòng)視覺對(duì)極性、元 件存在與不存在的檢查較好，只要后面的元件與原來所“學(xué)”的元件類似即可。它的主要優(yōu)點(diǎn)是易于跟隨診斷、快速容易程序開發(fā)、和無夾具。其主要缺點(diǎn)是 對(duì)短路識(shí)別較差、高失效率和不是電氣測(cè)試。o 自動(dòng)X光檢查(AXI, automated X-r

7、ay inspection)是現(xiàn)時(shí)測(cè)試球柵陣列(BGA, ball grid array)焊接質(zhì)量和被遮擋的錫球的唯一方法。它是早期查找過程缺陷的、非 電氣、非接觸的技術(shù)，減少了過程工作(WIP, work-in-process)。這個(gè)領(lǐng)域的進(jìn)步 包括通過/失效數(shù)據(jù)和元件級(jí)的診斷?，F(xiàn)在有兩種主要的AXI方法：兩維(2-D)，看完整的板，三維(3-D)，在不同角度拍攝多個(gè)圖象。其主要優(yōu)點(diǎn)是唯一的BGA焊接質(zhì)量和嵌入式元件檢查工具、無夾具成本。其主要缺點(diǎn)是速度慢、高失效率、檢測(cè)返工焊點(diǎn)困難、高的每塊板成本、和長(zhǎng)的程序開發(fā)時(shí)間。制造缺陷分析儀(MDA, manufacturing defect an

8、alyzer) 是一個(gè)用于高產(chǎn)量/低混合環(huán)境的好工具，這里測(cè)試只用于診斷制造缺陷。當(dāng)沒有使用殘留降低技術(shù)時(shí)，測(cè)試機(jī)之間的可重 復(fù)性是一個(gè)問題。還有，MDA沒有數(shù)字驅(qū)動(dòng)器，因此不能功能上測(cè)試元件或者編程板上 的固件(firmware)。測(cè)試時(shí)間比視覺測(cè)試少，因此 MDA能夠趕上生產(chǎn)線的節(jié)拍速度。這 個(gè)方法使用一個(gè)針床，因此可以接著診斷輸出。其主要優(yōu)點(diǎn)較低的前期成本、較低WIP、低的編程與程序維護(hù)成本、高輸出、容易跟隨診斷、和快速完全的短路與開路測(cè)試。其主要缺點(diǎn)是不能確認(rèn)材料清單(BOM, bill of material)是否符合在測(cè)單元(UUT, unit under test)、沒有數(shù)字式確

9、認(rèn)、沒有功能測(cè)試能力、不能調(diào)用固件 (firmware)、通常沒有測(cè)試覆 蓋指示、板與板線與線之間的可重復(fù)性、夾具成本、以及使用問題。ICT將找出制誥缺陷以及測(cè)試模擬、數(shù)字合混合信號(hào)的元件，以保證它們符合規(guī)格。許多設(shè)備具有編程在板(on-board)內(nèi)存的能力，包括系列號(hào)、通過/失效和系統(tǒng)數(shù)據(jù) (genealogy data)。有些設(shè)備使得程序產(chǎn)生較容易，它是通過把工具嵌入到易于使用的圖 形用戶接口(GUI, graphical user interfaces)，和存儲(chǔ)代碼到一個(gè)專門文件來使得可以實(shí)現(xiàn) 多版本測(cè)試和固件(firmware)變換容易的。有些設(shè)備具有復(fù)雜的儀器裝備，它將確認(rèn)UUT

10、的功能方面，以及與商業(yè)可購買的儀器的接口。現(xiàn)在的測(cè)試設(shè)備具有嵌入的計(jì)算機(jī)輔助 設(shè)計(jì)(CAD)接口和一個(gè)非多元環(huán)境來縮短開發(fā)時(shí)間。最后，有些測(cè)試機(jī)提供深入的UUT覆蓋分析，它祥述正在測(cè)試或沒有測(cè)試的元件。ICT的主要優(yōu)點(diǎn)是每個(gè)板的測(cè)試成本低、數(shù)字與功能測(cè)試能力、高輸出、良好的診斷、快速和徹底的短路與開路測(cè)試、編程 固件、缺陷覆蓋報(bào)考和易于編程。其主要缺點(diǎn)是，夾具、編程與調(diào)試時(shí)間、夾具成本、 預(yù)期開支和使用問題。飛針測(cè)試機(jī)(flying-probe tester)在過去幾年已經(jīng)受到歡迎，由于在機(jī)械精度、速度和可靠 性方面的進(jìn)步。另外，現(xiàn)在對(duì)于原型(prototype)制造、低產(chǎn)量制造所要求的快速轉(zhuǎn)

11、換、無 夾具測(cè)試系統(tǒng)的市場(chǎng)要求，已經(jīng)使得飛針測(cè)試成為所希望的測(cè)試選擇。最好的探針方案提供學(xué)習(xí)的能力(learn capability)以及BOM測(cè)試，它在測(cè)試過程中自動(dòng)增加監(jiān)測(cè)。探針 的軟件應(yīng)該提供裝載CAD數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)便方法，因?yàn)?X-Y和BOM數(shù)據(jù)在編程時(shí)必須用到。 因?yàn)楣?jié)點(diǎn)可訪問性可能在板的一面不完整，所以測(cè)試生成軟件應(yīng)該自動(dòng)生成不重復(fù)的分 割程序。探針使用無向量(vectorless)技術(shù)測(cè)試數(shù)字、模擬和混合信號(hào)元件的連接；這個(gè) 應(yīng)該通過使用者可用于 UUT兩面的電容板(capacitive plate)來完成。飛針測(cè)試機(jī)的主要優(yōu) 點(diǎn)是，它是最快速的到達(dá)市場(chǎng)時(shí)間(time-to-marke

12、t)的工具、自動(dòng)測(cè)試生成、無夾具成本、 良好的診斷和易于編程。主要缺點(diǎn)是低產(chǎn)量、局限的數(shù)字覆蓋、固定資產(chǎn)開支和使用問 題。功能測(cè)試(functional test)，可以說是最早的自動(dòng)測(cè)試原理，在重要性上已經(jīng)看到恢復(fù)活力。它是特定板或特定單元的，可用各種設(shè)備來完成。幾個(gè)例子：最終產(chǎn)品測(cè)試(final product test)是最常見的功能測(cè)試方法。測(cè)試裝配后的最后單元是開支不大的，減少操作 的錯(cuò)誤?？墒牵\斷是不存在的或者困難，這樣增加成本。只測(cè)試最終產(chǎn)品，有機(jī)會(huì)損 壞產(chǎn)品，如果沒有自動(dòng)測(cè)試所提供的軟件或硬件的保護(hù)。最終產(chǎn)品的測(cè)試也是慢的，通 常占用較大的空間。當(dāng)必須滿足標(biāo)準(zhǔn)時(shí)通常不使用該方

13、法，因?yàn)樗ǔ２恢С謪?shù)測(cè)量。 最終產(chǎn)品測(cè)試的主要優(yōu)點(diǎn)是最低的初始成本、一次裝配、和產(chǎn)品與品質(zhì)的保證。其主要 缺點(diǎn)包括低診斷分辨、缺乏速度、高長(zhǎng)期成本、FPY、由于不發(fā)覺的短路引起的板或機(jī)器的損壞、返修成本高、以及無參數(shù)測(cè)試能力。最新實(shí)體模型(hot mock-up)通常放在不同的裝配階段，而不是只在最終測(cè)試。在診斷上，它好過最終產(chǎn)品測(cè)試，但由于必須建立專門測(cè)試單元而成本較高。實(shí)體模型可能比最終 產(chǎn)品測(cè)試更快，如果程序調(diào)試只測(cè)試一個(gè)特定的板。不幸的是，由于缺少保護(hù)，如果短 路在前面的過程中沒有診斷處理則可能損壞測(cè)試床。其主要優(yōu)點(diǎn)是低初始成本。主要缺 點(diǎn)是空間使用效率低、維護(hù)測(cè)試設(shè)備的成本、由于

14、短路而損壞UUT和無參數(shù)測(cè)試能力。軟件控制、可商業(yè)購買的儀器(software-controlled, commercial available instrument)通常叫做“堆砌式”測(cè)試(rack and stack test)，因?yàn)閮x器是分別購買，然后連接起來的。同步 設(shè)備的軟件通常完全用戶化。商業(yè)可購買的儀器比較集成方案是不貴的，如果正確完成，允許獨(dú)立的UUT有效性。但這個(gè)“自制的”系統(tǒng)通常較慢，工程更改與生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)支持困難，因?yàn)檫@些應(yīng)用是內(nèi)部存檔的(under-documented)因?yàn)檫@些應(yīng)用是內(nèi)部存檔的(under-documented)。其主要優(yōu)點(diǎn)是保護(hù) UUT的損壞、較快的輸出

15、、要求占地空間小、和獨(dú)立的/工業(yè)可接受的校驗(yàn)。主要缺點(diǎn)是費(fèi)時(shí)、支持困難、 在遠(yuǎn)距離設(shè)施上更新與使用。冏業(yè)、用戶集成系統(tǒng)(commercial, custom integrated syst在一個(gè)測(cè)試平臺(tái)上耦合軟件與 硬件，例如，IEEE、VXI、Compact PCI或PXI。文件存檔、軟件支持和標(biāo)準(zhǔn)制造概念 使得這些系統(tǒng)易于使用和支持。前期成本比內(nèi)部建立方案較高，但這個(gè)成本是可調(diào)節(jié)的， 因?yàn)檩^高的性能、輸出和可重復(fù)性。它也易于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)和新產(chǎn)品開發(fā)期間的支持。主要優(yōu)點(diǎn)是快速輸出、要求較少地面空間、最容易支持和重新設(shè)定、最好的可重復(fù)性、和提 供獨(dú)立的工業(yè)可接受較驗(yàn)。主要缺點(diǎn)是高初始成本。諸如激光

16、系統(tǒng)這樣的非接觸測(cè)試方法是PCB測(cè)試技術(shù)的最新發(fā)展。該技術(shù)已經(jīng)在空板(bare-board)區(qū)域得到證實(shí)，正考慮用于裝配板(populated board)的測(cè)試。該技術(shù)只用視線 (line-of-sight)、非遮蓋訪問(non-masked access)來發(fā)現(xiàn)缺陷。每個(gè)測(cè)試至少10毫秒，速度足夠用于批量生產(chǎn)線?？焖佥敵?、不要求夾具、和視線/非遮蓋訪問是其主要優(yōu)點(diǎn)；未經(jīng)生產(chǎn)試用、高初始成本、高維護(hù)和使用問題是其主要缺點(diǎn)。表一總結(jié)了所描述的測(cè)試方法。表一、PCB測(cè)試設(shè)備測(cè)試設(shè)備要求板的可訪問性夾具NRE成本維護(hù)成本輸出能力程序成本夾具成本MDA全部1針床低高中高ICT全部2針床中高中高手工視

17、覺視線無低無低低AOI無無低無低中飛針系統(tǒng)全部1無中無中低X光無無高高低最終產(chǎn)品測(cè)試只有產(chǎn)品使用無低無低低實(shí)體模型只有產(chǎn)品使用無低/中中中/高低集成方案只有產(chǎn)品使用最小或針床高高高中/高堆砌式只有產(chǎn)品使用最小或用戶高高極高低激光系統(tǒng)視線，非覆蓋無低低高高需要用于100%測(cè)試覆蓋需要用于100%測(cè)試覆蓋，除非使用在機(jī)(on-device)硬件。測(cè)試方法與缺陷覆蓋重要的是在制訂測(cè)試策略之前要理解現(xiàn)有的測(cè)試方法和缺陷覆 蓋。有許多缺陷覆蓋范圍不同的電氣測(cè)試方法。測(cè)試方法與缺陷覆蓋短路與開路。MDA和ICT善長(zhǎng)找出短路-它們有針床達(dá)到每個(gè)電氣節(jié)點(diǎn)，可測(cè)量網(wǎng)點(diǎn)之間 的電阻以確認(rèn)短路?？瞻鍦y(cè)試機(jī)使用對(duì)地電

18、容(capacitance-to-ground)技術(shù)，如果只限于空板的話， 其效率和速度是高的。飛針測(cè)試使用了電容技術(shù)(capacitor technique)和近似短路技術(shù)(proximityshorts technique)；前者對(duì)多數(shù)制造設(shè)施的可重復(fù)性不夠，缺乏良好的診斷。最好的近似測(cè)試使用 原始的CAD數(shù)據(jù)來確認(rèn)跡線位置，允許編程者選擇測(cè)試點(diǎn)之間最大的距離。這提供對(duì)測(cè)試速度 的一定程度的控制；可是，應(yīng)該推薦的是，功能測(cè)試設(shè)備具有鉗流(current-clamping)或雙折電纜(fold-back)電源來防止板或測(cè)試機(jī)的損壞，因?yàn)橥ㄟ^元件的低阻抗短路只在短路測(cè)試期間可能不 能發(fā)覺。無源

19、模擬(passive analog)通過確認(rèn)UUT已焊接于板上和安裝正確參數(shù)的元件來保證可接受 的過程品質(zhì)。這個(gè)測(cè)試經(jīng)常在只有很少數(shù)量的WIP時(shí)進(jìn)行的，因此在大量問題產(chǎn)品出現(xiàn)之前可以更正問題。不給板供電，用選擇性的無源或有源保護(hù)(guard)來使并聯(lián)電流通路的電流為零。對(duì)UUT與周圍的保護(hù)(guard)位置，需要有針床的入口。視覺系統(tǒng)提供設(shè)備級(jí)的(device-level)診斷。它們使用一個(gè)樣板(golden board)，將其與沒有電 氣測(cè)試的UUT進(jìn)行比較。MDA提供電氣測(cè)試和元件級(jí)(component-level)診斷，再一次與已知好 的板比較。ICT進(jìn)行電氣測(cè)試，提供設(shè)備級(jí)診斷，與BO

20、M比較值和誤差。功能測(cè)試機(jī)按照設(shè)計(jì)者的規(guī)格(通常叫做樣板golden board)進(jìn)行測(cè)試。如果功能測(cè)試徹底的話，它保證產(chǎn)品可以發(fā)運(yùn)出 去。可是，如果FPY不是特別高，制造者的代價(jià)將是不良產(chǎn)品、浪費(fèi)和昂貴的手工診斷與返修 費(fèi)用。有源模擬(active analog)。給板供電的ICT、功能測(cè)試機(jī)和非針測(cè)試擅長(zhǎng)查找壞的有源模擬元 件ICT和飛針測(cè)試，雖然提供引腳級(jí)的(pin-level)診斷，但是不能測(cè)量一些關(guān)鍵的制造商規(guī)格(如， 帶寬、輸入偏置電流等)。功能測(cè)試機(jī)測(cè)量輸出特性，而不提供引腳級(jí)診斷。MDA借助無向量技術(shù)的幫助，視覺系統(tǒng)只確認(rèn)元件的存在。X光提供焊接質(zhì)量的診斷。數(shù)字與混合信號(hào)元件的

21、測(cè)試。視覺、X光和MDA只診斷開路和短路。ICT使用各種方法， 決定于元件、電路和可訪問性。它只能對(duì)連續(xù)性使用無向量技術(shù)，當(dāng)有全部的入口時(shí)，對(duì)連續(xù)性 和元件確認(rèn)使用BS。通過手工向量生成來為一個(gè)特定元件建立模型可能是費(fèi)時(shí)的，并且可能不 夠覆蓋缺陷來判斷效果。對(duì)連續(xù)性的無向量技術(shù)和保證元件運(yùn)行的有限向量測(cè)試相結(jié)合的策略可 用來使覆蓋范圍最大，而限制開發(fā)時(shí)間。功能系統(tǒng)按照設(shè)計(jì)規(guī)格測(cè)試電路/模塊，但缺乏將降低引返修費(fèi)用的腳級(jí)/元件級(jí)診斷。在大 多數(shù)情況下，功能測(cè)試不提供需要用于過程改進(jìn)的深層數(shù)據(jù)。功能與ICT兩者都編程在板 (on-board)閃存(flash)、在系統(tǒng)(in-system)可編程和在板內(nèi)存元件(表