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飞针测试机详细解读

2020-03-20 16:34:16

业内人士表示:在电子制造测试业中搭配了几十年的ICT+FCT功能测试模式最终将让位于飞针测试+FCT功能测试的搭配。在应对当前电子制造业界越来越普遍的“短平快”产品制造以及PCB密度越来越高这一趋势的挑战中,飞针测试的确可以发挥其独特的作用,但采用这一技术时也要注意其存在的不足,并同时关注其未来的技术演变方向。

飞针测试机

飞针测试机推出来的一个主要目的就是为电子制造厂商提供一种快速、简便、可靠的无治具(针床)测试解决方案。当时ICT技术还处于发展的黄金时期,但治具费用和测试程序开发费用以及所花费的时间过于高昂,这不得不促使PCB组装厂要求测试设备供应商提供一种更廉价的板测试技术,于是飞针测试便应运而生。

飞针测试机的一个主要优势是测试程序的开发时间短。以ICT为例,通常一个测试治具的研制周期是两个星期,另外开发和调试相应的测试程序还要耗费相当多的时间,但开发一个飞针测试程序可能只是几个小时到半天的功夫。除了这些时间上的考虑,还有开发费用上的优势。通常一个测试治具的研制费用在数千美金,这还不算程序开发的费用,而飞针测试系统就省去了这笔开销。

飞针测试机的主要供应商们对其市场前景相当乐观。我们逐渐发现电子制造业对短周期产品的需求变得越来越普遍,同时当今移动通讯应用中的电路板也变得越来越小,要用针床进行测试也变得越发困难甚至不可能。在这样的境况下,采用飞针测试已经成为一种必然的选择。
今天制造商采用飞针的一个重要原因是一些电路板上的测试点无法通过针床接触,飞针可能是目前较合理的解决方案。此外,目前市场上很多小批量产品的生命周期可能只有3到6各月,要在ICT上投资很多测试治具和测试程序势必造成浪费,在这种情况下,飞针测试就是一个理想的选择。
事实上,PCB组装的进一步小型化和高密度趋势已经对传统的板测试技术发出了挑战。据美国Electronics Trend Publications 公司的数据显示,由于芯片封装的小型化趋势和高密度组装的发展,目前PCB上约有50%的芯片引脚无法用ICT或视觉方法来检查,而且这一数字还在以大约每年10%的速度在增加。从每平方厘米PCB上的I/O引脚数来看,对手持式电子产品,2003年PCB上的I/O引脚密度将接近70/cm2,这将导致ICT的覆盖率下降90%。

当然,很少会有专业人士同意目前的飞针测试系统可以替代ICT来完美地解决上述困难。因为尽管飞针的定位精度高达2-3微米,有能力接触非常细微的测试点,但一台飞针测试系统的飞针数量通常只有4到8个,即使再加上背面的固定探针,也不足以测试大多数大规模集成电路。因此一般飞针测试系统供应商干脆让用户打消完整测试电路板上集成电路的念头。
不过,尽管飞针测试系统有如此缺陷,供应商们还是希望能在数字测试和测试覆盖率等方面不断改进并有所创新。他们甚至希望通过在测试算法上的创新使飞针测试系统在一定条件下可以用于大批量生产测试。Spea 的资深经理Silvia Vassallo 说:“尽管飞针测试系统的典型应用是新品试制和小批量产品测试,但是在某些情况下,例如当ICT的针床探针无法接触电路板上的测试点时,即使针对大批量产品,飞针测试也可以是一种独特的替代方案。关键是根据电路板的结构精心优化测试方法,在一般情况下,飞针测试系统的测试速度也能够应付某些大批量产品的测试。以Spea的飞针测试机为例,我们可以对电路板进行加电测试,对于以模拟元器件为主的板子,测试的覆盖率可以和针床测试相媲美。”

飞针测试系统无法完成大规模集成电路测试,并不表示它在数字集成电路测试方面一无是处。事实上供应商们已经开发出了各种所谓的“无矢量测试方法”,尽管名称五花八门,诸如OpenFix、TestJet、IC-Opens 测试单元等等,但其基本原理都大同小异,主要是利用集成电路的管脚和其封装外壳之间寄生电容的特征数值来判断相应的管脚有没有开路和短路。这些技术也被广泛用于传统的在线ICT设备上,而把ICT设备上的一些测试技术移植到飞针测试系统上也是必然的。Spea 4060飞针测试系统同GOEPEL边界扫描工具完全集成的测试服务公司。并将电气测试,光学检查和边界扫描的集成在一个平台上提供了完整的单平台测试,该平台具有极高的测试覆盖率,更高的精度和可重复性,同时降低了测试的总体成本

飞针测试机

我们也制造ICT和功能测试设备,我们的优势之一是可以把ICT和功能测试方面的技术和经验移植到飞针测试系统上。例如我们在利用飞针测试无源器件时,根据被测器件的线路结构,最先采用了和ICT上类似的电隔离技术。飞针测试+FCT功能测试是未来生产测试的一种模式。

另一方面,被广泛应用在ICT上的边界扫描测试技术(又称IEEE1149.x 规范或JTAG测试技术)也已经在飞针测试系统上得到了应用。这一技术利用一些大规模集成电路上少数的几个管脚(通常是4个管脚:TDI、TDO、TMS和TCK)就可以激发电路中内建的测试功能,也可以检测出串行数据流经管脚时的状态。在电路板上多个符合IEEE1149.x规范的集成电路按照可测试性设计原则已经在板上事先连接好的情况下,用两个飞针再加上电路板背面的固定探针就可以对数个集成电路同时进行测试。尽管目前大多数飞针测试系统的用户并没有采用这一技术,但随着符合IEEE1149.x规范的集成电路的广泛应用,以及飞针系统在生产测试中重要性的加强,客户在采购飞针系统时,因该考虑这种扩展性。

我们可以在飞针系统上添加第三方JTAG规范的测试功能,例如边界扫描等。做法是在板子的背面加边界扫描的激励输入、而在板子的正面通过飞针读取输出信号,我们的一些通讯产品制造客户也已经在这样使用飞针系统了。
此外,飞针测试系统还提供了目前ICT设备所没有的附加检测功能,即自动光学检测。目前所有主流的飞针测试系统都至少提供一个跟随飞针一起运动的高精度数字摄像机,有一些系统可能提供两个数字摄像机(一个黑白、一个彩色)。

这些摄像机的基本功能是在调试程序时或批量测试前,在对电路板的测试基准点进行调校的同时也可以监控飞针下针的情况。除此之外,供应商们发现这些可编程的摄像机还可以提供更多的价值,比如在进行电测试的同时对电路板进行一定的程度的光学检测。虽然这并不能完全替代专门的、功能齐全的AOI设备,但是也能够发现很多电路板组装时常见的问题。

飞针测试设备上的光学检测系统可以发现诸如元件漏装、倾斜、型号错误等问题,虽然这些检测还未必能像AOI设备那样对焊点的质量进行精细的分析和判断,但一个以电测试为主的系统能够提供这些附加的检测功能已经相当不错了。
飞针测试系统在数字测试和其它功能上的加强,很可能使它在未来整个电子制造生产测试中扮演更重要的角色。虽然目前飞针一般不适合跑大批量的产品,同时对一些较复杂的数字电路测试也没有优势。但我个人认为在线ICT再过几年就将走下坡路,而飞针测试系统则随着电路板和板上元器件的缩小而成为生产测试的主角。

飞针测试和功能测试在常规的大批量生产测试中可以形成一种相互补充的组合。电路板首先进行100%的功能测试,然后对其中的失效板子进行飞针测试,以定位失效的元器件。对于无法进行针床测试的大批量产品,这种测试策略的优点是明显的。它既不影响生产线的吞吐量,同时也保证对失效板子可以进行有效的维修,我相信这种组合会成为来电子制造厂生产线上电测试方案的主流

目前中国市场上飞针测试系统的用户主要是大型国际EMS厂商、以通讯产品为主的本地电子制造商、医疗和一些军工单位。



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