PCB电测流程简介及问题分析解析.doc

1、目录1引言12 PCB测试的重要性13 PCB电性测试技术的分析23.1电性测试的一般要求23.2影响PCB的测试因素23.3电性能测试技术分类及原理23.3.1四端测试的原理33.3.2 电容法测试原理33.3.3接触式测试33.3.4非接触式测试44 现代几种常见的测试设备及方法44.1电测的方法与设备44.2几种常见的测试方法的比较55泛用型(UNIVERSAL GRID)测试的基本流程66测试结果106.1两种最主要的报废缺陷106.1.1开路106.1.2短路106.2出现开短路的原因107对提高测试效率的设想107.1拼版形式对测试效率的影响107.2 歪针现象的排除方法118结论

2、11致谢12参考文献131引言 随着电子技术快速发展，通讯技术逐渐走到前台，走进人们的生活，改变人们的生活习惯，致使要求信号必须告诉传递，而PCB作为传递信号的主要渠道，为满足需求，PCB向高密度（HDI）发展成为了必然，一系列新的制程工艺运用到PCB上，使PCB赋予了更强大的功能，如何保证这些新的技术及新工艺的运用不降低PCB的品质，对PCB制造者来讲将成为新的难题！PCB测试技术的发展成为了时代赋予的责任！2 PCB测试的重要性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

3、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制造者提供降低报废率及提升产品良率的解决方案。 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。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，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

4、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。在PCB的制造过程中，有三个阶段必须作测试： 1、 内层蚀刻后2、 外层线路蚀刻后 3、 成品 每个阶段通常会有23次的100%测试，筛选出不良板再作重工处理。因此，测试站也是一个分析制程问题点的最佳资料收集来源，经由统计结果，可以获得断路、短路及其它绝缘问题的百分比，重工后再行检测，将数据资料整理之后，利用品管方法找出问题的根源，加以解决。3 PCB电性测试技术的分析3.1电性测试的一般要求电性测试主要是测试基板线路的导通性（continuity）及

5、绝缘性（isolation）。导通性测试是指通过测量同一网络内结点的电阻值是否小于导通阈值从而判断该线路是否有断开现象，即通常所说的开路；绝缘测试是指通过测量不同的网络结点间的电阻值是否大于绝缘阈值从而判断绝缘网络是否有短路现象。3.2影响PCB的测试因素随着线路密度的增加，电性测试的难度也随之增加，相继产生了新的测试技术以应对PCB行业的发展。导致测试难度增加的主要因素有：1) 基板表面的焊盘PAD大小2) PAD跨距（Pitch）3) 导线间距缩小使导通孔径缩小4) PAD表面压痕限制5) 测量阻止精度要求提高6) 测试速度要求提高等因素3.3电性能测试技术分类及原理 PCB电性能测试从原

6、理上可分为两类：电阻测试法和电容测试法；电阻测试法又可分成二端式测试，四端式测试，其中四端测试法是最常见的一种;按照测试探头是否与PCB完全接触划分又可划分为接触式测试法和非接触式测试法3.3.1四端测试的原理四线测量是将恒流源电流流入被测电阻R 的两根电流线和电压测量端的两根电压线分离开，使得电压测量端的电压不再是恒流源两端的直接电压，四线测量法比通常的测量法多了两根馈线，分开了电压测量端与恒流源两端连线。由于电压测量端与恒流源端断开，恒流源与被测电阻R、馈线RL1、RL2 构成一个回路。送至电压测量端的电压只有R两端的电压，馈线RL1、RL2 电压没有送至电压测量端。因此，馈线电阻RL1

7、和RL2 对测量结果没有影响。馈线电阻RL3 和RL4 对测量有影响，但影响很小，由于测试回路的输入阻抗（M级）远大于馈线电阻（级），所以，四线测量法测量小电阻的准确度很高。这是对导通性能测试的最精确的方法此方法测量精度可分辨到10m，最适合高频线路测试。3.3.2 电容法测试原理测试板下面有一个参考电极板，每个长度不同覆盖面积不同的线路与参考电极之间会产生一个固定的电容量，当有断路或短路发生时，该电容量将会有所变化，将测得的电容值与参考值对照来判断是否合格。当断路发生在距离网络端点很近的位置时，那么线路多的一侧电容变化将非常小，而线路短的一侧产生的电容变化将非常大，所以即使很小的断路也能被检

8、测出来。用电容法进行测试时，每个端点只需要与测试探头接触一次，不象电阻法测试中那样需多次与同一点进行信号注入，省去了很多的测试步数，提高了测试速度。3.3.3接触式测试目前，应用触脚探针的测试方法在测试高密度电路板时会遇到几个主要问题。第一个问题是探针间距的物理极限。0.2mm 的针间距应该是探针列阵的极限距离，如此高的密度需用特制的专用夹具来实现，这类技术一般都为专利技术，这些夹具的成本是非常昂贵的，往往令PCB 厂家难以接受。第二个问题是，触脚探针在测试期间可能会遭到严重损坏或污染。要与高密度电路板的每个PAD 进行精密的电接触，要求要有很高的压力, 有时难免会产生压痕，对于一些要求高的线

9、路板这是不充许的。当有压痕存在的PAD 经焊接后的连接性能很容易受到机械力的影响，尤其是活动的端点。第三个问题是，在测试时线路板表面如果不够清洁，比如经常会不导电的粉尘介于探针与PAD之间，则有可能导致该线路的短路漏测。而该种现象发生后往往很难找到漏测的根本原因，因粉尘脱落后，测试设备往往又能检测出该短路的存在，会造成疑惑与争议，但又因没有证据而无法追究设备生产厂家的责任，因此而产生的争议往往是以不了了之而告终。总之以接触的方式进行电性能测试要通过各种方法来保证每一个接触点的良好接触，必然会有测试品质和成本的矛盾存在。因此，需要有一个适当的非接触电测试技术来解决接触测试中的技术屏障。3.3.4

10、非接触式测试非接触测试除测试夹具外，系统的基本构成同传统的接触式电性测试系统相似。在非接触测试线路设计中，夹具中装有非接触式传感器及信号输出器，代替了原来的探针，信号输出器从被测线路较稀疏的一端注入交流信号，由交流信号所产生的电磁波在线路较密集的另一端发射出来，非接触传感器可侦测到并解读电磁信号，从而判断线路是否断开，可探测到50 微米线距及间距的高密度回路区域的电压变化。为日益讲求快速及低测试成本的IC基板测试提供了有效的解决方案。4 现代几种常见的测试设备及方法4.1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(Flyin

11、g 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。 4.1.1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。 4.1.2泛用型(Universal Grid)测试 泛用型测试的

12、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

13、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)。 4.1.3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1040 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。4.2几种常见的测试方法的比较典型的飞针测试产出大约在120m /h之间，若知道孔密度便可转换成每小时测试的总面积，一般性能较好的飞针测试设备的产出大约维持在10 15m /h之间，

14、可适用于的商用板和的高密度板，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平方米。 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200400平方米/天 ，但以目前的生产状况而言，实际生产线上专用型则为30100 平方米/天，而泛用型为1550平方米/天（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

15、备平均每年约有300,000平方米 ，泛用型则为150,000 平方米。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平方米 ，但是若用于0.50.8mm-pitch的PCB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平方米 。 综合以上的介绍可归纳出。首先，在测试技术的适用目的方面，飞针测试是目前最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板子，只要产量达到一定的数量

16、，测试成本均可达到规模经济的标准，而且约只占售价的24%，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。但是随着电子产品的变化速度加快，使得单一电路设计版本的产品生命周期变短(如，目前手机板的生命周期大约为6个月)，这个现象对于PCB厂商无论在更新泛用测试治具或专用测试设备来说，均会带来极高的成本威胁，根据数据显示，若用于高密度板，当平均产量小于150平方米以下时，测试成本将会高于18%以上，这已经不是一般生产所能承担的成本，因此电子产品的发展趋势将是PCB厂商在选购测试设备时，不容忽视的一个课题。目前尚在积极改良的E-Beam、CEM或电浆放电(Plasma Discharge)

17、技术，若能在测试效率上提升，将是电性测试上良好及可行的解决方案的电性测试。5泛用型(Universal Grid)测试的基本流程本文以专用型测试的基本流程，以明信电子生产的测试设备MV300系列测试机为例阐述分析现代一线测试的基本流程表5.1泛用型测试流程图1放下模将下模水平放到测试机上，注意测试架的标签要向外，定位孔要与测试机上的定位孔对好位.2抚平针面放上去后用手轻轻将测试针按下去，按时注意力度。3调试送料单元检查完后，在调试画面将送料单元的手臂调试到测试位，把吸盘调到板面上，将板吸住；再调回到吸板位，把送料单元处的定位挡板的螺丝扭松，注意送料单元的气缸要推出来；把各个定位挡板调到与板水平

18、，将板定位好；4调试收料单元送料单元调试OK后，在调试画面将收料单元的手臂调试到测试位，按同样的方法把吸盘调到板面上，将板吸住；调回到PASS位以及FAIL位，把收料料单元处的定位挡板的螺丝扭松，调到与板一定的位置。PASS位以及FAIL位的放板台的吸铁要根据板大小的情况来调整位置。5固定上模自动调号后，将上模放到测试机上，同样的，测试架的定位孔要月测试机上的定位孔对好位。对好位后，用一只手按住上模，另一只手把锁定按钮锁住，这样，上模便装上去了。6翻转上模装好后，在调试画面中，选择翻转，将上模翻转回来，检查有无坏针现象，如有应及时更换测试针，并将测试针用手轻轻按回去。7调文件检查完上模，将其翻

19、回，在电脑E盘上调出测试文件。8设置参数文件调出来后，要对测试数据和资料进行调试与检查，首先在测试界面点击F3输入产品的型号，测试的总点数，测试的电压绝缘值（250V/20M），测试的导通值（30-50）。9蓝胶对位资料ok，先取一块蓝胶与板大小相符，贴在成品板上，再将板子放在测试架四个定位针上；10蓝胶对位升上机床，将成品板取出看蓝胶上的针印往哪方向偏移（如往右偏，在右边垫蓝胶），直到针印刚好在测试点上，就为测试架已调试OK。11进行测试调试OK，就可进行测试，两只手按住左右两边的按钮，机床自动上升，并进行测试。12做首板检查戴上干净手套先测2-3Set进行首板的检查（注意：检查板面、焊盘、

20、按键位、元件孔、BGA有无压伤现象）。13放待测板分好单元便可在机台左边的放板区域放上待测板，进行跑自动14拿已测试的板放板台上图标PASS，表示好板，图标FAIL，表示问题板；好板直接放入绿色胶框中，问题板进行重测。15打印缺陷FAIL板要进行重测，然后把问题缺陷( “+”为短路，“-”开路）打印出来，贴于板面，进行修理。 6测试结果6.1两种最主要的报废缺陷6.1.1开路：同一回路的任何二点应该通电的，却发生了断电的情形。6.1.2短路：两条不通的导体，发生不应该的通电情形。6.2出现开短路的原因造成开短路的原因很多，不同的原因表现为不同的特征，但有一点是共同的，导电区没有金属覆盖或不导通

21、，或者非导电区有金属覆盖或导通。从理论上分析，上述问题一般由以下原因引起；1,蚀刻前，导电图形上无抗蚀层覆盖或抗蚀层不能充分保护导电图形，以及非导电图形上有抗蚀层覆盖。2，蚀刻后，导电金属从基板脱落，独立的导电图形之间有导电物质连接。7对提高测试效率的设想随着PCB产业的飞速发展，客户对企业交货期的要求越来越严格，如何在保证产品质量的前提下提高测试的效率成为了测试这一环节的重要问题。而在测试中假开路假短路是最常见的一种干扰测试的现象，如何快速排出假开路和假短路是每个测试员需要掌握的。7.1拼版形式对测试效率的影响经过在一线的实际操作和观察，发现拼版形式会对测试的效率产出重大影响，选择最佳的拼版

22、形式，是提高测试效率的一种重要方法，以现在最常见的四拼为例，当拼版形式如图一时测试的方向是固定的只能朝一个方式放置，如果第一单元出现了开路就只能流到下工序的修板才能判断出是真开路还是假开路，这种拼版方式误测率很高，影响测试效率。若把拼版形式变为图二的形式，对同一块板有两个方向可以测试，假如正测时第一单元出现了开路，只需把板换个方向再测一次，若开路点变到了第四单元，说明这个开路是真开路，打印出坏点位置编号就可以了。如果换方向后开路点还在第一单元，则说明是这个点是假点，即假开路。有可能是是针盘出现了问题，这样只需几秒就能迅速判断出真假开短路。随着现在PCB制造技术的迅速发展，出现开路的情况越来越少

23、，而测试技术的局限性越来越大，所以测出的开路很多都是假点，换个方向测试能大大减小误测的次数。同时还能判断出哪个针点出现了问题，节省了很多时间，提高了测试的效率。 图一 图二7.2 歪针现象的排除方法随着PCB高密度互连(HDI)的迅速发展，测试针床上针与针之间的距离越来越近，针的直径越来越小，在测试的过程中小角度的偏差就有可能造成歪针，歪针后寻找歪掉的针是比较耗费时间的，同时歪针后还会造成PAD的压伤，这是客户所不能容忍的。如果能在针床上研发出一种自动检测歪针的系统，将大大提高测试的效率，减少压伤的报废。这样的检测系统可以安放在测试架的底层，针脚弹簧的下方，由一层可感应压力的薄膜组成，歪针后弹

24、簧不能正常弹起，压力就会有变化,在通过报警的方式提示，待问题解决后在测试，如果这种想法能够实现，测试的效率将大大提高，报废率必定会大大减少。由于时间的关系这种想法还没有付诸实践，在以后的工作中会进一步研究。8结论通过这几年的发展可以看出，为满足电子产品发展对PCB提出的高密度化，现有测试技术已经处于比较落后的地位，在解决现有问题的同时将各种测试方法组合在一起，互相补充不足之处，发展不同类型PCB测试设备，才能在测试技术方面有所突破，满足客户和PCB制造商的要求。致谢本论文是在王金来和王跃峰老师的悉心指导下完成的，从论文的选题和相关文献资料的查找，直到论文撰写的这一整个过程，王老师以其广博的知识、丰富的经验和清晰的思路，自始自终给我以耐心的指导，使我能够顺利的完成论文写作，他严谨的治学态度和精益求精的工作方式给我留下深刻的印象，令我受益匪浅。故借此论文完成之际，对吉老师表示深深的感谢。与此同时，在这里我还要感谢学校对我的栽培，以及所有老师对我的谆谆教诲，使我在大学期间能够掌握充足和扎实的专业知识去完成本论文的写作。并且还要深深感谢在此论文写作的整个过程中给予我及时帮助的车间主管各位师傅以及我的同学们。参考文献1 PCB电性测试技术趋势 印制电路信息2 电路板电气测试与AOI检验技术简介 台湾电路板协会3 PCB产业近期的十九项技术创新项目 印制电路信息