飛針測試
【來源:SMT之家】【作者:Randall A. Hassig】【時間: 2004-11-29 15:15:08】【點擊: 6115】
飛針測試
本文介紹，以更低的成本增加產(chǎn)品裝配效率 - 而且不犧牲品質(zhì)。
“飛針”測試是測試的一些主要問題的最新解決辦法。名稱的出處是基于設(shè)備的功能性，表示其靈活性。飛針測試的出現(xiàn)已經(jīng)改變了低產(chǎn)量與快速轉(zhuǎn)換(quick-turn)裝配產(chǎn)品的測試方法。以前需要幾周時間開發(fā)的測試現(xiàn)在幾個小時就可以了。對于處在嚴(yán)重的時間到市場(time-to-market)壓力之下的電子制造服務(wù)(EMS, Electronic Manufacturing Services)提供商，這種后端能力大大地補償了時間節(jié)省的前端技術(shù)與工藝，諸如連續(xù)流動制造和剛好準(zhǔn)時的(just-in-time)物流。
快速轉(zhuǎn)換生產(chǎn)的不利之事是，PCB可以在各種環(huán)境下快速裝配，取決于互連技術(shù)與板的密度。顧客經(jīng)常愿意對這種表現(xiàn)額外多付出一點?？墒牵?dāng)PCB已經(jīng)裝配但不能在可接受的時間框架內(nèi)測試，他們不愿意付出拖延的價格。不可接受的測試時間框架延誤最終發(fā)貨有兩個理由。一個理由是缺乏靈活的硬件；第二個是在給定產(chǎn)品上所花的測試開發(fā)時間。
許多原設(shè)備制造商(OEM)在做傳統(tǒng)上一樣快并沒有價格懲罰的電路板時，不愿意承擔(dān)快速轉(zhuǎn)換(fast-turn)裝配的費用。具有快速轉(zhuǎn)換服務(wù)的EMS，但是不能在OEM的時間框架內(nèi)出貨的，一定要尋找一個解決方案。
什么是飛針測試？ 飛針測試機是一個在制造環(huán)境測試PCB的系統(tǒng)。不是使用在傳統(tǒng)的在線測試機上所有的傳統(tǒng)針床(bed-of-nails)界面，飛針測試使用四到八個獨立控制的探針，移動到測試中的元件。在測單元(UUT, unit under test)通過皮帶或者其它UUT傳送系統(tǒng)輸送到測試機內(nèi)。然后固定，測試機的探針接觸測試焊盤(test pad)和通路孔(via)從而測試在測單元(UUT)的單個元件。測試探針通過多路傳輸(multiplexing)系統(tǒng)連接到驅(qū)動器(信號發(fā)生器、電源供應(yīng)等)和傳感器(數(shù)字萬用表、頻率計數(shù)器等)來測試UUT上的元件。當(dāng)一個元件正在測試的時候，UUT上的其它元件通過探針器在電氣上屏蔽以防止讀數(shù)干擾(圖一)。
飛針測試機可檢查短路、開路和元件值。在飛針測試上也使用了一個相機來幫助查找丟失元件。用相機來檢查方向明確的元件形狀，如極性電容。隨著探針定位精度和可重復(fù)性達(dá)到5-15微米的范圍，飛針測試機可精密地探測UUT。
飛針測試解決了在PCB裝配中見到的大量現(xiàn)有問題，如在開發(fā)時缺少金樣板(golden standard board)。問題還包括可能長達(dá)4-6周的測試開發(fā)周期；大約$10,000-$50,000的夾具開發(fā)成本；不能經(jīng)濟地測試少批量生產(chǎn)；以及不能快速地測試原型樣機(prototype)裝配。這些情況說明，傳統(tǒng)的針床測試機缺少測試低產(chǎn)量的低成本系統(tǒng)；缺乏對原型樣機裝配的快速測試覆蓋；以及不能測試到屏蔽了的裝配。
因為具有緊密接觸屏蔽的UUT的能力和幫助更快到達(dá)市場(time-to-market)的能力，飛針測試是一個無價的生產(chǎn)資源。還有，由于不需要有經(jīng)驗的測試開發(fā)工程師，該系統(tǒng)可認(rèn)為是節(jié)省人力的具有附加價值和時間節(jié)省等好處的設(shè)備。
測試開發(fā)與調(diào)試 編程飛針測試機比傳統(tǒng)的ICT系統(tǒng)更容易、更快捷。例如，對GenRad的GRPILOT系統(tǒng)，測試開發(fā)員將設(shè)計工程師的CAD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成可使用的文件，這個過程需要1-4個小時。然后該新的文件通過測試程序運行，產(chǎn)生一個 .IGE 和 .SPC 文件，再放入一個目錄。然后軟件運行在目錄內(nèi)產(chǎn)生需要測試UUT的所有文件。短路的測試類型是從選項頁面內(nèi)選擇。測試機在UUT上使用的參考點從CAD信息中選擇。UUT放在平臺上，固定。在軟件開發(fā)完成后，該程序被“擰進去”，以保證選擇到盡可能最佳的測試位置。這時加入各種元件“保護”(元件測試隔離)。一個典型的1000個節(jié)點的UUT的測試開發(fā)所花的時間是 4-6 個小時。
在軟件開發(fā)和裝載完成以后，開始典型的飛針測試過程的測試調(diào)試。調(diào)試是測試開發(fā)員接下來的工作，需要用來獲得盡可能最佳的UUT測試覆蓋。在調(diào)試過程中，檢查每個元件的上下測試極限，確認(rèn)探針的接觸位置和零件值。典型的1000個節(jié)點的UUT調(diào)試可能花 6-8小時。
飛針測試機的開發(fā)容易和調(diào)試周期短，使得UUT的測試程序開發(fā)對測試工程師的要求相當(dāng)少。在接到CAD數(shù)據(jù)和UUT準(zhǔn)備好測試之間這段短時間，允許制造過程的最大數(shù)量的靈活性。相反，傳統(tǒng)ICT的編程與夾具開發(fā)可能需要160小時和調(diào)試 16-40 小時。
缺點 由于具有編程容易，能夠在數(shù)小時內(nèi)測試原型樣機裝配，以及測試低產(chǎn)量的UUT而沒有典型的夾具開發(fā)費用，飛針測試可解決生產(chǎn)環(huán)境中的許多問題。但是還不是所有的生產(chǎn)測試問題都可通過使用探針自動解決。
和任何事情一樣，飛針測試有其缺點。因為測試機物理接觸通路孔和測試焊盤上的焊錫，可能在焊錫上留下小凹坑。對某些OEM客戶，這些小凹坑可能認(rèn)為外觀缺陷，造成拒絕接收裝配。因為有時在沒有測試焊盤的地方探針會接觸到元件引腳，所以可能會錯過松脫或焊接不良的元件引腳。探針測試機還限制電路板的尺寸：16"x24"。
飛針測試時間是另一個主要因素。一臺典型的針床測試機可能花30秒測試UUT的地方，飛針測試機可能花 8-10 分鐘。實物搬運是另一個缺點。針床測試機可使用頂面夾具同時測試雙面PCB的頂面與底面元件，而飛針測試機要求操作員測試一面，然后翻轉(zhuǎn)再測試另一面。
優(yōu)點 盡管有些缺點，飛針測試還是一個有價值的工具。優(yōu)點包括：快速測試開發(fā)；較低成本測試方法；快速轉(zhuǎn)換的靈活性；以及在原型階段為設(shè)計人員提供快速的反饋。因此，和傳統(tǒng)的ICT比較，飛針測試所要求的時間通過減少總的測試時間足以彌補。
使用飛針測試系統(tǒng)的好處大于缺點。例如，裝配過程中這樣一個系統(tǒng)提供在接收到CAD文件只有幾小時就可以開始生產(chǎn)。因此，原型電路板在裝配后數(shù)小時即可測試，不象ICT，高成本的測試開發(fā)與夾具可能將過程延誤幾天，甚至幾月。飛針測試系統(tǒng)也減少了新產(chǎn)品的“第一篇文章”的視覺檢查時間，這一點是很重要的，因為第一塊板經(jīng)常決定剩下的UUT的測試特性。
除此之外，由于設(shè)定、編程和測試的簡單與快速，實際上非技術(shù)裝配人員，而不是工程師，可用來操作測試。也存在靈活性，做到快速測試轉(zhuǎn)換和過程錯誤的快速反饋。還有，因為夾具開發(fā)成本與飛針測試沒有關(guān)系，所以它是一個可以放在典型測試過程前面的低成本系統(tǒng)。并且因為飛針測試機改變了低產(chǎn)量和快速轉(zhuǎn)換裝配的測試方法，通常需要幾周開發(fā)的測試現(xiàn)在數(shù)小時就可以得到。
結(jié)論 對EMS提供商，飛針測試可以通過消除傳統(tǒng)測試夾具方法的需要，減少生產(chǎn)裝配到達(dá)市場的時間。通過取消夾具，飛針測試機消除了夾具硬件與軟件開發(fā)的高成本。飛針測試不可能為EMS制造商消除所有的測試問題，但是，對于原型裝配的測試和減少從小批量到大批量(ramp-to-volume)時間，它是一個非常好的方法。
Randall A. Hassig, is corporate director of test and reliability at K*Tec Electronics, Sugar Land, TX; (281) 243-5000.
