PCB飞针测试技术概述

我国的PCB研制工作始于1956年，1963-1978年，逐步扩大形成PCB产业。改革开放后20多年，由于引进国外先进技术和设备，单面板、双面板和多层板均获得快速发展，国内PCB产业由小到大逐步发展起来。中国由于下游产业的集中及劳动力土地成本相对较低，成为发展势头最为强劲的区域。2002年，成为第三大PCB产出国。2003年，PCB产值和进出口额均超过60亿美元，首度超越美国，成为世界第二大PCB产出国，产值的比例也由2000年的8.54%提升到15.30%，提升了近1倍。2006年中国已经取代日本，成为全球产值最大的PCB生产基地和技术发展最活跃的国家。我国PCB产业近年来保持着20%左右的高速增长，远远高于全球PCB行业的增长速度。

飞针测试是目前PCB测试一些主要问题的最新解决办法。它用探针来取代针床，使用多个由马达驱动的、能够快速移动的电气探针同器件的引脚进行接触并进行电气测量。这种仪器最初是为裸板而设计的，也需要复杂的软件和程序来支持；现在已经能够有效地进行模拟在线测试了。飞针测试的出现已经改变了低产量与快速转换(quick-turn)装配产品的测试方法。以前需要几周时间开发的测试现在几个小时就可以了，大大缩短产品设计周期和投入市场的时间。

1、飞针测试系统的结构特点

飞针式测试仪是对传统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。飞针测试解决了在PCB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；大约10,000 美元-50,000 美元的夹具开发成本；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(prototype)装配。因为具有紧密接触屏蔽的UUT 的能力和使新产品更快投入市场(time-to-market)的能力，飞针测试是一个无价的生产资源。还有，由于不需要有经验的测试开发工程师，该系统还具有节省人力、节省时间等好处。

2、测试开发与调试

飞针测试机的编程比传统的ICT 系统更容易、更快捷。以 GenRad 公司的GRPILOT系统为例，测试开发员将设计工程师的CAD数据转换成可使用的文件，这个过程需要1-4 个小时。然后该新文件通过测试程序运行，产生一个 .IGE和 .SPC 文件，再放入一个目录。然后软件运行在目录内产生需要测试UUT的所有文件。短路的测试类型是从选项页面内选择。测试机在UUT上使用的参考点从CAD信息中选择。UUT放在平台上固定。在软件开发完成后，该程序被“拧进去”，以保证选择到尽可能最佳的测试位置。这时加入各种元件“保护”(元件测试隔离)。一个典型的1000个节点的UUT的测试开发所花的时间是 4-6 个小时。在软件开发和装载完成以后，开始典型的飞针测试过程的测试调试。调试是测试开发员接下来的工作，需要用来获得尽可能最佳的UUT测试覆盖。在调试过程中，检查每个元件的上下测试极限，确认探针的接触位置和零件值。典型的1000个节点的UUT调试可能花 6-8小时。飞针测试机的开发容易和调试周期短，使得UUT的测试程序开发对测试工程师的要求相当少。在接到CAD数据和UUT准备好测试之间这段短时间，允许制造过程的最大数量的灵活性。相反，传统ICT的编程与夹具开发可能需要160小时和调试 16-40 小时。

3、飞针测试优点

尽管有上述这些缺点，飞针测试仍不失为一个有价值的工具。其优点包括：快速测试开发；较低成本测试方法；快速转换的灵活性；以及在原型阶段为设计人员提供快速的反馈。因此，和传统的ICT比较，飞针测试所要求的时间通过减少总的测试时间足以弥补。 使用飞针测试系统的好处大于缺点。例如，装配过程中，这样一个系统提供在接收到CAD文件几小时后就可以开始生产。因此，原型电路板在装配后数小时即可测试，不象ICT，高成本的测试开发与夹具可能将过程延误几天，甚至几月。除此之外，由于设定、编程和测试的简单与快速，实际上一般技术装配人员，而不是工程师，就可以操作测试。飞针测试也存在灵活性，做到快速测试转换和过程错误的快速反馈。还有，因为飞针测试不需要夹具开发成本，所以它是一个可以放在典型测试过程前面的低成本系统。并且因为飞针测试机改变了低产量和快速转换装配的测试方法，通常需要几周开发的测试现在数小时就可以得到。