测试技术

电子厂主要测试方法的介绍

2019-01-04 10:25:05

手工或自动视觉测试,使用视觉与比较来确认PCB上的元件贴装。这个技术有几种实施方法:

手动视觉即人工目检是最广泛使用的在线测试,但由于制造产量增加和板与元件的缩小,这个方法变得不可行。 它的主要优点是低的预先成本和没有测试夹具,而它的主要缺点是高长期成本、不连续的缺陷发觉、数据收集困难、无电气测试和视觉上的局限。

自动光学检查(AOI, automated optical inspection),通常在回流前后使用,是较新的确认制造缺陷的方法。它是非电气的、无夹具的、在线技术,使用了“学习与比较(learn and compare)”编程来使装料(ramp-up)时间最小。自动视觉对零件缺陷:缺件、多件、偏移、歪斜、立碑、侧立、翻件、错件、破损、反向、XYθ偏移量数据输出等;焊点缺陷:锡多、锡少、虚焊、连锡、锡球、溢胶、引脚未出、铜箔污染等都可以检测出来,关键还是AOI算法是否优秀,不是简单的对比图像就能解决问题。它的主要优点是易于跟随诊断、快速容易程序开发、和无夹具。其主要缺点是对假焊虚焊识别较差、高失效率和不是电气测试。

自动X-RAY光检查(AXI, automated X-ray inspection)是现时测试球栅阵列(BGA, ball grid array)焊接质量和被遮挡的锡球的唯一方法。它是早期查找过程缺陷的、非电气、非接触的技术,减少了过程工作(WIP, work-in-process)。这个领域的进步包括通过/失效数据和元件级的诊断。现在有两种主要的AXI方法:两维(2-D),看完整的板,三维(3-D),在不同角度拍摄多个图象。其主要优点是唯一的BGA焊接质量和嵌入式元件检查工具、无夹具成本。其主要缺点是速度慢、高失效率、检测返工焊点困难、高的每块板成本、和长的程序开发时间。

制造缺陷分析仪(MDA, manufacturing defect analyzer)是一个用于高产量/低混合环境的好工具,这里测试只用于诊断制造缺陷。当没有使用残留降低技术时,测试机之间的可重复性是一个问题。还有,MDA没有数字驱动器,因此不能功能上测试元件或者编程板上的固件(firmware)。测试时间比视觉测试少,因此MDA能够赶上生产线的节拍速度。这个方法使用一个针床,因此可以接着诊断输出。其主要优点较低的前期成本、较低WIP、低的编程与程序维护成本、高输出、容易跟随诊断、和快速完全的短路与开路测试。其主要缺点是不能确认材料清单(BOM, bill of material)是否符合在测单元(UUT, unit under test)、没有数字式确认、没有功能测试能力、不能调用固件(firmware)、通常没有测试覆盖指示、板与板线与线之间的可重复性、夹具成本、以及使用问题。

ICT将找出制造缺陷以及测试模拟、数字合混合信号的元件,以保证它们符合规格。许多设备具有编程在板(on-board)内存的能力,包括系列号、通过/失效和系统数据(genealogy data)。有些设备使得程序产生较容易,它是通过把工具嵌入到易于使用的图形用户接口(GUI, graphical user interfaces),和存储代码到一个专门文件来使得可以实现多版本测试和固件(firmware)变换容易的。有些设备具有复杂的仪器装备,它将确认UUT的功能方面,以及与商业可购买的仪器的接口。现在的测试设备具有嵌入的计算机辅助设计(CAD)接口和一个非多元环境来缩短开发时间。最后,有些测试机提供深入的UUT覆盖分析,它祥述正在测试或没有测试的元件。ICT的主要优点是每个板的测试成本低、数字与功能测试能力、高输出、良好的诊断、快速和彻底的短路与开路测试、编程固件、缺陷覆盖报考和易于编程。其主要缺点是,夹具、编程与调试时间、夹具成本、预期开支和使用问题。

飞针测试机(flying-probe tester)在过去几年已经受到欢迎,由于在机械精度、速度和可靠性方面的进步。另外,现在对于原型(prototype)制造、低产量制造所要求的快速转换、无夹具测试系统的市场要求,已经使得飞针测试成为所希望的测试选择。最好的探针方案提供学习的能力(learn capability)以及BOM测试,它在测试过程中自动增加监测。探针的软件应该提供装载CAD数据的简便方法,因为X-Y和BOM数据在编程时必须用到。因为节点可访问性可能在板的一面不完整,所以测试生成软件应该自动生成不重复的分割程序。探针使用无向量(vectorless)技术测试数字、模拟和混合信号元件的连接;这个应该通过使用者可用于UUT两面的电容板(capacitive plate)来完成。飞针测试机的主要优点是,它是最快速的到达市场时间(time-to-market)的工具、自动测试生成、无夹具成本、良好的诊断和易于编程。主要缺点是低产量、局限的数字覆盖、固定资产开支和使用问题。

功能测试(functional test),可以说是最早的自动测试原理,在重要性上已经看到恢复活力。它是特定板或特定单元的,可用各种设备来完成。

表一总结了所描述的测试方法。

表一、PCB测试设备
测试设备 要求板的可访问性 夹具 NRE成本 维护成本 输出能力
程序成本 夹具成本
MDA 全部1 针床
ICT 全部2 针床
手工视觉 视线
AOI
飞针系统 全部1
X光
最终产品测试 只有产品使用
实体模型 只有产品使用 低/中 中/高
集成方案 只有产品使用 最小或针床 中/高
堆砌式 只有产品使用 最小或用户 极高
激光系统 视线,非覆盖
需要用于100%测试覆盖

需要用于100%测试覆盖,除非使用在机(on-device)硬件。



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