PCB電測流程簡介及問題分析

1、目錄1引言2 PCB測試的重要性3 PCB電性測試技術(shù)的分析3. 1電性測試的一般要求3. 2影響PCB的測試因素3. 3電性能測試技術(shù)分類及原理3. 3. 1四端測試的原理3.3.2電容法測試原理3. 3. 3接觸式測試3. 3. 4非接觸式測試4現(xiàn)代兒種常見的測試設(shè)備及方法4. 1電測的方法與設(shè)備4. 2兒種常見的測試方法的比較3泛用型(Universal Grid)測試的基本流程6測試結(jié)果6. 1兩種最主要的報廢缺陷6. 1. 1開路6. 1.2短路6. 2出現(xiàn)開短路的原因7對提拓測試效率的設(shè)想7. 1拼版形式對測試效率的影響7. 2歪針現(xiàn)象的排除方法8結(jié)論致謝參考文獻(xiàn)1引言隨著電子技術(shù)

2、快速發(fā)展，通訊技術(shù)逐漸走到前臺，走進(jìn)人們的生活，改變 人們的生活習(xí)慣， 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(yùn)用到PCB上，使PCB賦予了更強(qiáng)大的功能，如何保證這些新的技術(shù)及新工藝的運(yùn)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(zé)任！2 PCB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(xì)間距及多層次的演進(jìn)，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(fèi)

3、，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(bǔ)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(bǔ)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(fèi) 用、重工費(fèi)、檢驗費(fèi)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(jìn)入整體系統(tǒng)成品，如計算機(jī)、手機(jī)、汽車零件等，

4、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23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)山統(tǒng)訃結(jié)果，可以獲得斷 路、短路及其它絕緣問題的口分比，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。3 PCB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(dǎo)通性(continuity)及絕緣

5、性(isolation)。導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)致測試難度增加的主要因素有：1)基板表面的焊盤PAD大小2) PAD跨距(Pitch)3)導(dǎo)線間距縮小使導(dǎo)通孔徑縮小4) PAD表面壓痕限制5)測量阻止精度要求提高6)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

6、分為兩類：電阻測試法和電容測試法；電阻測試 法乂可分成二端式測試，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完全接觸劃分乂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。山于電壓測 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RL

7、1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（MQ級）遠(yuǎn)大于饋線電阻（Q級），所以，四線測量法測量小電阻的準(zhǔn)確度很高。這是對導(dǎo)通性能測試的最精確 的方法此方法測量精度可分辨到10mQ,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(dāng)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(dāng)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

8、的斷路也能被檢測出來。用電容法進(jìn)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(jìn)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U詢，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兒個主要問題。 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(yán)重?fù)p壞或污染。要與高密度電路板的每個PAD進(jìn)行精密的電 接觸，要求要有很高的壓力，有時難免會產(chǎn)生

9、壓痕，對于一些要求高的線路板這是 不充許的。當(dāng)有壓痕存在的PAD經(jīng)焊接后的連接性能很容易受到機(jī)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(dǎo)電的粉塵介于探針與PAD之間，則有可能導(dǎo)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)備往往乂能檢測出 該短路的存在，會造成疑惑與爭議，但乂因沒有證據(jù)而無法追究設(shè)備生產(chǎn)廠家的責(zé) 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(jìn)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(dāng)?shù)姆墙佑|電測試技術(shù)

10、來解決接觸測試中的技術(shù)屏P早。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，山交流信號所產(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)代兒種常見的測試設(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(

11、Universal Grid) 飛針型(Flying Probe)非接觸電子束(E-Beam) 導(dǎo)電布(膠)、電容式(Capacity)及刷測(ATG-SCAN MAN),其中最常使用的設(shè)備有三種，分別是專用測試機(jī)、泛用測試機(jī)及 飛針測試機(jī)。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(jìn)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&192點以內(nèi)均可作 測試。4. 1

12、. 2泛用型(Universal Grid)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(jìn)行電測，因此治具的制作簡易而快 速，而且探針可重復(fù)使用。泛用型測試具有極多測點的標(biāo)準(zhǔn)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

13、泛用型電測母機(jī)上，采用特定接點的針盤對板子進(jìn)行Open/Short電性測試，此種泛用型的測試機(jī)稱之為自動化測試機(jī)(ATE, Automatic Testing Equipment) 4. 1. 3飛針(Flying Probe)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1040 points/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兒種常見的測試方法的比較典型的飛針測試產(chǎn)出大約在r20m 2/h之間，若知道孔密度便可轉(zhuǎn)換成每小 時測試

14、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 15m 2/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(jī)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(dá)200400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1外50平方米/天(兩者的比較基礎(chǔ)在于專用型通常運(yùn)用于大量產(chǎn)，而泛 用型多運(yùn)用于中小量產(chǎn))，理論與實際的差異除了因

15、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)汁劃而有顯著的差異；例如，若以最先進(jìn)的ATE檢測手機(jī) 板，每年每部測試設(shè)備約可產(chǎn)出600, 000平方米，但是若用十0.50. 8mm-pitch的PCB時，測試速率則大約僅達(dá)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H的方面，飛針測試是LI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(yùn)用于中大量產(chǎn)時，則 山于測速慢以

16、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(dá)到一定的數(shù)量，測試成本均可達(dá)到規(guī)模經(jīng)濟(jì) 的標(biāo)準(zhǔn)，而且約只占售價的24%,這也是為何泛用型及專用型為訂前量產(chǎn)型的測 試機(jī)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(jī)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(dāng)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(dān)的成本，因此電子產(chǎn)品的發(fā)展趨勢將 是PCB廠商在

17、選購測試設(shè)備時，不容忽視的一個課題。H前尚在積極改良的E-Beam、CEM或電漿放電(Plasma Discharge)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(Universal Grid)測試的展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(jī)為例闡述分析現(xiàn)代一線測試的基本流程表5.1泛用型測試流程圖放上去后用手輕輕將測試針按F去，按時注意力度。2tt2tt平針面再調(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；將下模水平放到測試機(jī)上，注意測

18、試架的標(biāo)簽要向外，定位孔要與測 試機(jī)上的定位孔對好位.單元的手臂調(diào)試到測試位，把吸盤 調(diào)到板面上，將板吸??；1JJ1JJ下模沁試送料單元調(diào)試收料單元1111個定上模5 5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。調(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。送料單元詢歳0K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??；機(jī)上，同樣的，測試架的定位孔要月測試機(jī)上的定位孔對好位。自動調(diào)號后，將上模放到測

19、試6868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。檢查完上模，將其翻回，在電 腦E盤上調(diào)出測試文件。*) )nvrj ntqxinwimijmmwxMbJOMMWVuratX4*4和資料進(jìn)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)，測試的電壓絕緣值小相符，貼在成品板上，再將板子放在測試架四個定位針上；調(diào)試0K,就可進(jìn)行測試， 兩只 尸按住左右兩邊的按鈕，機(jī)床自動 上升，并進(jìn)行測試。OKo戴上干凈手套先測2-3Set進(jìn)行 忤板的檢查（注意：檢查板面、焊 盤、按鍵位、元件孔、BGA有無壓傷

20、現(xiàn)象）。1212做首板檢查分好單元便可在機(jī)臺左邊的放 板區(qū)域放上待測板，進(jìn)行跑自動8設(shè)置參數(shù)文件調(diào)出來后，要對測試數(shù)據(jù)nok.先取一塊藍(lán)膠與板大（250V/20M）,測試的導(dǎo)通值(300-500 ) o膠上的針印往哪方向偏移（如往右偏，在右邊墊藍(lán)膠）,直到針印剛 好在測試點上，就為測試架已調(diào)試1010藍(lán)膠對位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(dǎo)體，發(fā)生不應(yīng)該的通電悄形。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(dǎo)電 區(qū)沒有金屬覆蓋或不導(dǎo)通，或者非導(dǎo)電區(qū)有金屬覆

21、蓋或?qū)ā睦碚撋戏治?，上?問題一般曲以下原因引起；1,蝕刻前，導(dǎo)電圖形上無抗蝕層覆蓋或抗蝕層不能充分保護(hù)導(dǎo)電圖形，以及非導(dǎo)電圖形上有抗蝕層覆蓋。2,蝕刻后，導(dǎo)電金屬從 基板脫落，獨立的導(dǎo)電圖形之間有導(dǎo)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(yán)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 開路假短標(biāo)FAIL,表示問題板；好板直接放 入綠色膠框中，問題板進(jìn)行重測。1414拿已測試的板1515打印缺陷FAIL板要進(jìn)行重測，然后把問 題缺陷（“+”為短路，“-”開 路）打印出來，貼于板面，進(jìn)行修 理。6測試

22、結(jié)果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(dāng)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To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，這樣只需兒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。圖一圖二7. 2歪針現(xiàn)象的排除方法隨著PCB高密度互連(HDI)的迅速發(fā)展，測試針床上針與針之間的距離越來越 近，針的直徑越來越小，在測