PCB電測流程簡介及問題分析

PAGEPAGE13目錄1引言 12PCB測試的重要性 13PCB電性測試技術(shù)的分析 23.1電性測試的一般要求 23.2影響PCB的測試因素 23.3電性能測試技術(shù)分類及原理 23.3.1四端測試的原理 33.3.2電容法測試原理 33.3.3接觸式測試 33.3.4非接觸式測試 44現(xiàn)代幾種常見的測試設(shè)備及方法 44.1電測的方法與設(shè)備 44.2幾種常見的測試方法的比較 55泛用型(UniversalGrid)測試的基本流程 66測試結(jié)果 106.1兩種最主要的報廢缺陷 106.1.1開路 106.1.2短路 106.2出現(xiàn)開短路的原因 107對提高測試效率的設(shè)想 107.1拼版形式對測試效率的影響 107.2歪針現(xiàn)象的排除方法 118結(jié)論 11致謝 12參考文獻 131引言隨著電子技術(shù)快速發(fā)展，通訊技術(shù)逐漸走到前臺，走進人們的生活，改變?nèi)藗兊纳盍晳T，致使要求信號必須告訴傳遞，而PCB作為傳遞信號的主要渠道，為滿足需求，PCB向高密度（HDI）發(fā)展成為了必然，一系列新的制程工藝運用到PCB上，使PCB賦予了更強大的功能，如何保證這些新的技術(shù)及新工藝的運用不降低PCB的品質(zhì)，對PCB制造者來講將成為新的難題！PCB測試技術(shù)的發(fā)展成為了時代賦予的責任！2PCB測試的重要性PCB板在生產(chǎn)過程中，難免因外在因素而造成短路、斷路及漏電等電性上的瑕疵，再加上PCB不斷朝高密度、細間距及多層次的演進，若未能及時將不良板篩檢出來，而任其流入制程中，勢必會造成更多的成本浪費，因此除了制程控制的改善外，提高測試的技術(shù)也是可以為PCB制造者提供降低報廢率及提升產(chǎn)品良率的解決方案。在電子產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，因瑕疵而造成成本的損失，在各個階段都有不同的程度，越早發(fā)現(xiàn)則補救的成本越低。舉例而言，空板制作完成后，若板中的斷路能實時檢測出來，通常只需補線即可改善瑕疵，或者至多損失一片空板；但是若未能被檢測出斷路，待板子出貨至下游組裝業(yè)者完成零件安裝，然而卻在此時被檢測發(fā)現(xiàn)線路有斷路的情形，一般的下游組裝業(yè)者會向讓空板制造公司要求賠償零件費用、重工費、檢驗費等。若更不幸的，瑕疵的板子在組裝業(yè)者的測試仍未被發(fā)現(xiàn)，而進入整體系統(tǒng)成品，如計算機、手機、汽車零件等，這時再作測試才發(fā)現(xiàn)的損失，將是空板及時檢出的百倍、千倍，甚至更高。因此，電性測試對于PCB業(yè)者而言，為的就是及早發(fā)現(xiàn)線路功能缺陷的板子。在PCB的制造過程中，有三個階段必須作測試：1、內(nèi)層蝕刻后2、外層線路蝕刻后3、成品每個階段通常會有2~3次的100%測試，篩選出不良板再作重工處理。因此，測試站也是一個分析制程問題點的最佳資料收集來源，經(jīng)由統(tǒng)計結(jié)果，可以獲得斷路、短路及其它絕緣問題的百分比，重工后再行檢測，將數(shù)據(jù)資料整理之后，利用品管方法找出問題的根源，加以解決。3PCB電性測試技術(shù)的分析3.1電性測試的一般要求電性測試主要是測試基板線路的導通性（continuity）及絕緣性（isolation）。導通性測試是指通過測量同一網(wǎng)絡(luò)內(nèi)結(jié)點的電阻值是否小于導通閾值從而判斷該線路是否有斷開現(xiàn)象，即通常所說的開路；絕緣測試是指通過測量不同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)點間的電阻值是否大于絕緣閾值從而判斷絕緣網(wǎng)絡(luò)是否有短路現(xiàn)象。3.2影響PCB的測試因素隨著線路密度的增加，電性測試的難度也隨之增加，相繼產(chǎn)生了新的測試技術(shù)以應(yīng)對PCB行業(yè)的發(fā)展。導致測試難度增加的主要因素有：基板表面的焊盤PAD大小PAD跨距（Pitch）導線間距縮小使導通孔徑縮小PAD表面壓痕限制測量阻止精度要求提高測試速度要求提高等因素3.3電性能測試技術(shù)分類及原理PCB電性能測試從原理上可分為兩類：電阻測試法和電容測試法；電阻測試法又可分成二端式測試，四端式測試，其中四端測試法是最常見的一種;按照測試探頭是否與PCB完全接觸劃分又可劃分為接觸式測試法和非接觸式測試法3.3.1四端測試的原理四線測量是將恒流源電流流入被測電阻R的兩根電流線和電壓測量端的兩根電壓線分離開，使得電壓測量端的電壓不再是恒流源兩端的直接電壓，四線測量法比通常的測量法多了兩根饋線，分開了電壓測量端與恒流源兩端連線。由于電壓測量端與恒流源端斷開，恒流源與被測電阻R、饋線RL1、RL2構(gòu)成一個回路。送至電壓測量端的電壓只有R兩端的電壓，饋線RL1、RL2電壓沒有送至電壓測量端。因此，饋線電阻RL1和RL2對測量結(jié)果沒有影響。饋線電阻RL3和RL4對測量有影響，但影響很小，由于測試回路的輸入阻抗（MΩ級）遠大于饋線電阻（Ω級），所以，四線測量法測量小電阻的準確度很高。這是對導通性能測試的最精確的方法此方法測量精度可分辨到10mΩ，最適合高頻線路測試。3.3.2電容法測試原理測試板下面有一個參考電極板，每個長度不同覆蓋面積不同的線路與參考電極之間會產(chǎn)生一個固定的電容量，當有斷路或短路發(fā)生時，該電容量將會有所變化，將測得的電容值與參考值對照來判斷是否合格。當斷路發(fā)生在距離網(wǎng)絡(luò)端點很近的位置時，那么線路多的一側(cè)電容變化將非常小，而線路短的一側(cè)產(chǎn)生的電容變化將非常大，所以即使很小的斷路也能被檢測出來。用電容法進行測試時，每個端點只需要與測試探頭接觸一次，不象電阻法測試中那樣需多次與同一點進行信號注入，省去了很多的測試步數(shù)，提高了測試速度。3.3.3接觸式測試目前，應(yīng)用觸腳探針的測試方法在測試高密度電路板時會遇到幾個主要問題。第一個問題是探針間距的物理極限。0.2mm的針間距應(yīng)該是探針列陣的極限距離，如此高的密度需用特制的專用夾具來實現(xiàn)，這類技術(shù)一般都為專利技術(shù)，這些夾具的成本是非常昂貴的，往往令PCB廠家難以接受。第二個問題是，觸腳探針在測試期間可能會遭到嚴重損壞或污染。要與高密度電路板的每個PAD進行精密的電接觸，要求要有很高的壓力,有時難免會產(chǎn)生壓痕，對于一些要求高的線路板這是不充許的。當有壓痕存在的PAD經(jīng)焊接后的連接性能很容易受到機械力的影響，尤其是活動的端點。第三個問題是，在測試時線路板表面如果不夠清潔，比如經(jīng)常會不導電的粉塵介于探針與PAD之間，則有可能導致該線路的短路漏測。而該種現(xiàn)象發(fā)生后往往很難找到漏測的根本原因，因粉塵脫落后，測試設(shè)備往往又能檢測出該短路的存在，會造成疑惑與爭議，但又因沒有證據(jù)而無法追究設(shè)備生產(chǎn)廠家的責任，因此而產(chǎn)生的爭議往往是以不了了之而告終?？傊越佑|的方式進行電性能測試要通過各種方法來保證每一個接觸點的良好接觸，必然會有測試品質(zhì)和成本的矛盾存在。因此，需要有一個適當?shù)姆墙佑|電測試技術(shù)來解決接觸測試中的技術(shù)屏障。3.3.4非接觸式測試非接觸測試除測試夾具外，系統(tǒng)的基本構(gòu)成同傳統(tǒng)的接觸式電性測試系統(tǒng)相似。在非接觸測試線路設(shè)計中，夾具中裝有非接觸式傳感器及信號輸出器，代替了原來的探針，信號輸出器從被測線路較稀疏的一端注入交流信號，由交流信號所產(chǎn)生的電磁波在線路較密集的另一端發(fā)射出來，非接觸傳感器可偵測到并解讀電磁信號，從而判斷線路是否斷開，可探測到50微米線距及間距的高密度回路區(qū)域的電壓變化。為日益講求快速及低測試成本的IC基板測試提供了有效的解決方案。4現(xiàn)代幾種常見的測試設(shè)備及方法4.1電測的方法與設(shè)備電性測試的方法有：專用型(Dedicated)、泛用型(UniversalGrid)、飛針型(FlyingProbe)、非接觸電子束(E-Beam)、導電布(膠)、電容式(Capacity)及刷測(ATG-SCANMAN)，其中最常使用的設(shè)備有三種，分別是專用測試機、泛用測試機及飛針測試機。為了更了解各種設(shè)備的功能，以下將分別比較三種主要設(shè)備的特性。4.1.1專用型(Dedicated)測試專用型的測試之所以為專用型，主要是因為其所使用的治具(Fixture,如電路板進行電性測試的針盤)僅適用于一種料號，不同料號的板子就無法測試，而且無法回收使用。測試點數(shù)方面，單面板在10,240點、雙面各8,192點以內(nèi)均可作測試。4.1.2泛用型(UniversalGrid)測試泛用型測試的基本原理是PCB線路的版面是依據(jù)格子(Grid)來設(shè)計，一般所謂線路密度就是指grid的距離，也就是以間距(Pitch)來表示(部份時候也可用孔密度來表示)，而泛用測試就是依據(jù)此一原理，依據(jù)孔位置以一G10的基材作Mask，只有在孔的位置探針才能穿過Mask進行電測，因此治具的制作簡易而快速，而且探針可重復使用。泛用型測試具有極多測點的標準Grid固定大型針盤，可分別按不同料號而制作活動式探針的針盤，量產(chǎn)時只要改換活動針盤，就可以對不同料號量產(chǎn)測試。另外，為保證完工的PCB板線路系統(tǒng)通暢，需在使用高壓電(如250V)多測點的泛用型電測母機上，采用特定接點的針盤對板子進行Open/Short電性測試，此種泛用型的測試機稱之為「自動化測試機」(ATE,AutomaticTestingEquipment)。4.1.3飛針(FlyingProbe)測試飛針測試的原理很簡單，僅僅需要兩根探針作x、y、z的移動來逐一測試各線路的兩個端點，因此不需要另外制作昂貴的治具。但是由于是端點測試，因此測速極慢，約為10~40points/sec，所以較適合樣品及小量產(chǎn)；在測試密度方面，飛針測試可適用于極高密度板。4.2幾種常見的測試方法的比較典型的飛針測試產(chǎn)出大約在1~20m2/h之間，若知道孔密度便可轉(zhuǎn)換成每小時測試的總面積，一般性能較好的飛針測試設(shè)備的產(chǎn)出大約維持在10~15m2/h之間，可適用于的商用板和的高密度板，對于多層板而言，在最佳狀態(tài)下每一部飛針測試機每年測試總面積大約是3,000~5,000平方米。而針盤式(Bed-of-Nails)的測試設(shè)備如專用型及泛用型，在于高密度板的測試能力比不上飛針測試，因此比較少用于高密度板的測試。然而理論上，針盤式的產(chǎn)出面積可達200~400平方米/天，但以目前的生產(chǎn)狀況而言，實際生產(chǎn)線上專用型則為30~100平方米/天，而泛用型為15~50平方米/天（兩者的比較基礎(chǔ)在于專用型通常運用于大量產(chǎn)，而泛用型多運用于中小量產(chǎn)），理論與實際的差異除了因設(shè)備本身的因素外，還可能包含生產(chǎn)管理上的問題，在此不加以詳述。在一般最佳狀態(tài)下，專用型測試設(shè)備平均每年約有300,000平方米，泛用型則為150,000平方米。但是每部設(shè)備產(chǎn)量的多寡可能因PCB廠商的生產(chǎn)計劃而有顯著的差異；例如，若以最先進的ATE檢測手機板，每年每部測試設(shè)備約可產(chǎn)出600,000平方米，但是若用于0.5~0.8mm-pitch的PCB時，測試速率則大約僅達1/4，每年每部測試設(shè)備產(chǎn)出為150,000平方米。綜合以上的介紹可歸納出。首先，在測試技術(shù)的適用目的方面，飛針測試是目前最適合使用于小量產(chǎn)及樣品的電性測試設(shè)備，但是若要運用于中大量產(chǎn)時，則由于測速慢以及設(shè)備價格昂貴，將會使得測試成本大幅提高，而泛用型及專用型無論是用于何種層級的板子，只要產(chǎn)量達到一定的數(shù)量，測試成本均可達到規(guī)模經(jīng)濟的標準，而且約只占售價的2~4%，這也是為何泛用型及專用型為目前量產(chǎn)型的測試機種的主要原因。但是隨著電子產(chǎn)品的變化速度加快，使得單一電路設(shè)計版本的產(chǎn)品生命周期變短(如，目前手機板的生命周期大約為6個月)，這個現(xiàn)象對于PCB廠商無論在更新泛用測試治具或?qū)Ｓ脺y試設(shè)備來說，均會帶來極高的成本威脅，根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，若用于高密度板，當平均產(chǎn)量小于150平方米以下時，測試成本將會高于18%以上，這已經(jīng)不是一般生產(chǎn)所能承擔的成本，因此電子產(chǎn)品的發(fā)展趨勢將是PCB廠商在選購測試設(shè)備時，不容忽視的一個課題。目前尚在積極改良的E-Beam、CEM或電漿放電(PlasmaDischarge)技術(shù)，若能在測試效率上提升，將是電性測試上良好及可行的解決方案的電性測試。5泛用型(UniversalGrid)測試的基本流程本文以專用型測試的基本流程，以明信電子生產(chǎn)的測試設(shè)備MV300系列測試機為例闡述分析現(xiàn)代一線測試的基本流程表5.1泛用型測試流程圖1放下模將下模水平放到測試機上，注意測試架的標簽要向外，定位孔要與測試機上的定位孔對好位.2撫平針面放上去后用手輕輕將測試針按下去，按時注意力度。3調(diào)試送料單元檢查完后，在調(diào)試畫面將送料單元的手臂調(diào)試到測試位，把吸盤調(diào)到板面上，將板吸??；再調(diào)回到吸板位，把送料單元處的定位擋板的螺絲扭松，注意送料單元的氣缸要推出來；把各個定位擋板調(diào)到與板水平，將板定位好；4調(diào)試收料單元送料單元調(diào)試OK后，在調(diào)試畫面將收料單元的手臂調(diào)試到測試位，按同樣的方法把吸盤調(diào)到板面上，將板吸?。徽{(diào)回到PASS位以及FAIL位，把收料料單元處的定位擋板的螺絲扭松，調(diào)到與板一定的位置。PASS位以及FAIL位的放板臺的吸鐵要根據(jù)板大小的情況來調(diào)整位置。5固定上模自動調(diào)號后，將上模放到測試機上，同樣的，測試架的定位孔要月測試機上的定位孔對好位。對好位后，用一只手按住上模，另一只手把鎖定按鈕鎖住，這樣，上模便裝上去了。6翻轉(zhuǎn)上模裝好后，在調(diào)試畫面中，選擇翻轉(zhuǎn)，將上模翻轉(zhuǎn)回來，檢查有無壞針現(xiàn)象，如有應(yīng)及時更換測試針，并將測試針用手輕輕按回去。7調(diào)文件檢查完上模，將其翻回，在電腦E盤上調(diào)出測試文件。8設(shè)置參數(shù)文件調(diào)出來后，要對測試數(shù)據(jù)和資料進行調(diào)試與檢查，首先在測試界面點擊F3輸入產(chǎn)品的型號，測試的總點數(shù)，測試的電壓絕緣值（250V/20M），測試的導通值（30Ω-50Ω）。9藍膠對位資料ok，先取一塊藍膠與板大小相符，貼在成品板上，再將板子放在測試架四個定位針上；10藍膠對位升上機床，將成品板取出看藍膠上的針印往哪方向偏移（如往右偏，在右邊墊藍膠），直到針印剛好在測試點上，就為測試架已調(diào)試OK。11進行測試調(diào)試OK，就可進行測試，兩只手按住左右兩邊的按鈕，機床自動上升，并進行測試。12做首板檢查戴上干凈手套先測2-3Set進行首板的檢查（注意：檢查板面、焊盤、按鍵位、元件孔、BGA有無壓傷現(xiàn)象）。13放待測板分好單元便可在機臺左邊的放板區(qū)域放上待測板，進行跑自動14拿已測試的板放板臺上圖標PASS，表示好板，圖標FAIL，表示問題板；好板直接放入綠色膠框中，問題板進行重測。15打印缺陷FAIL板要進行重測，然后把問題缺陷(“++”為短路，“--”開路）打印出來，貼于板面，進行修理。6測試結(jié)果6.1兩種最主要的報廢缺陷6.1.1開路：同一回路的任何二點應(yīng)該通電的，卻發(fā)生了斷電的情形。6.1.2短路：兩條不通的導體，發(fā)生不應(yīng)該的通電情形。6.2出現(xiàn)開短路的原因造成開短路的原因很多，不同的原因表現(xiàn)為不同的特征，但有一點是共同的，導電區(qū)沒有金屬覆蓋或不導通，或者非導電區(qū)有金屬覆蓋或?qū)?。從理論上分析，上述問題一般由以下原因引起；1,蝕刻前，導電圖形上無抗蝕層覆蓋或抗蝕層不能充分保護導電圖形，以及非導電圖形上有抗蝕層覆蓋。2，蝕刻后，導電金屬從基板脫落，獨立的導電圖形之間有導電物質(zhì)連接。7對提高測試效率的設(shè)想隨著PCB產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，客戶對企業(yè)交貨期的要求越來越嚴格，如何在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下提高測試的效率成為了測試這一環(huán)節(jié)的重要問題。而在測試中假開路假短路是最常見的一種干擾測試的現(xiàn)象，如何快速排出假開路和假短路是每個測試員需要掌握的。7.1拼版形式對測試效率的影響經(jīng)過在一線的實際操作和觀察，發(fā)現(xiàn)拼版形式會對測試的效率產(chǎn)出重大影響，選擇最佳的拼版形式，是提高測試效率的一種重要方法，以現(xiàn)在最常見的四拼為例，當拼版形式如圖一時測試的方向是固定的只能朝一個方式放置，如果第一單元出現(xiàn)了開路就只能流到下工序的修板才能判斷出是真開路還是假開路，這種拼版方式誤測率很高，影響測試效率。若把拼版形式變?yōu)閳D二的形式，對同一塊板有兩個方向可以測試，假如正測時第一單元出現(xiàn)了開路，只需把板換個方向再測一次，若開路點變到了第四單元，說明這個開路是真開路，打印出壞點位置編號就可以了。如果換方向后開路點還在第一單元，則說明是這個點是假點，即假開路。有可能是是針盤出現(xiàn)了問題，這樣只需幾秒就能迅速判斷出真假開短路。隨著現(xiàn)在PCB制造技術(shù)的迅速發(fā)展，出現(xiàn)開路的情況越來越少，而測試技術(shù)的局限性越來越大，所以測出的開路很多都是假點，換個方向測試能大大減小誤測的次數(shù)。同時還能判斷出哪個針點出現(xiàn)了問題，節(jié)省了很多時間，提高了測試的效率。圖一