PCB電測方法及技術(shù)

1、PCB電測技術(shù)分析一、電性測試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(shí)將不良板篩檢出來，而任其流入制程中，勢必會(huì)造成更 多的成本浪費(fèi)，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(bào)廢率及提升產(chǎn)品良率的解決技術(shù)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(gè)階段 都有不同的程度，越早發(fā)現(xiàn)則補(bǔ)救的成本越低。"The Rule of 10's " 就是一個(gè)常被用來評估PCB在不同制程階段被發(fā)現(xiàn)有瑕疵時(shí)的補(bǔ) 救成本。舉例而言，空板制作完成

2、后，若板中的斷路能實(shí)時(shí)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，也 過爐錫及IR重熔，然而卻在此時(shí)被檢測發(fā)現(xiàn)線路有斷路的情形， - 般的下游組裝業(yè)者會(huì)向讓空板制造公司要求賠償零件費(fèi)用、重工費(fèi)、 檢驗(yàn)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(jì)算機(jī)、手機(jī)、汽車零件等，這時(shí)再作測 試才發(fā)現(xiàn)的損失，將是空板及時(shí)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。下游業(yè)者通常會(huì)要求PCB制造廠商作百分之百的電性測試，因此會(huì)與PCB制造

3、廠商就測試條件及測試方法達(dá)成一致的規(guī)格，因此雙方會(huì)先就以下事項(xiàng)清楚的定義出來：1、測試資料來源與格式2、測試條件，如電壓、電流、絕緣及連通性3、設(shè)備制作方式與選點(diǎn)4、測試章5、修補(bǔ)規(guī)格在PCB的制造過程中，有三個(gè)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(gè)階段通常會(huì)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(gè)分析制程問題點(diǎn)的最佳資料收集來源， 經(jīng)由統(tǒng)計(jì)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。二、電測的方法與設(shè)備電性測試的方法有：專用型(Dedicated)、泛用型(

4、Universal Grid)、 飛針型(Flying Probe)、非接觸電子束(E-Beam)、導(dǎo)電布(膠卜 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。1、專用型（Dedicated）測試專用型的測試之所以為專用型，主要是因?yàn)槠渌褂玫闹尉撸‵ixture,如電路板進(jìn)行電性測試的針盤）僅適用于一種料號(hào)，不同料 號(hào)的板子就無法測試，而且無法回收使用。測試點(diǎn)數(shù)方面，單面板 在10,240點(diǎn)、雙面各8,192點(diǎn)以內(nèi)均可作測試，在測試密度方面，

5、由于探針頭粗細(xì)的關(guān)系，較適合運(yùn)用于pitch以上的板子。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(jì)，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(shí)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(diǎn)的規(guī)范 Grid固定大型針盤，可 分別按不同料號(hào)而制作活動(dòng)式探針的針盤，量產(chǎn)時(shí)只要改換活動(dòng)針盤，就可以對不同料號(hào)量產(chǎn)測試。另外，為保

6、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(diǎn)的泛用型電測母機(jī)上， 采用特定接點(diǎn)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(dòng)化測試機(jī)（ATE, Automatic TestingEquipment）。泛用型測試點(diǎn)數(shù)通常在1萬點(diǎn)以上，測試密度在 或是 的測試稱為 on-grid測試，若是運(yùn)用于高密度板，由于間距太密，已脫離on-grid 設(shè)計(jì)，因此屬于of-grid測試，其治具就必須要特殊設(shè)計(jì)，通常泛 用型測試的測試密度可達(dá) QFP。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(dòng)來逐一測試各線

7、路的兩個(gè)端點(diǎn)，因此不需要另外制作昂貴的治具。但是 由于是端點(diǎn)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（），如 MCM。三、技術(shù)比較典型的飛針測試產(chǎn)出大約在120之間，若知道孔密度便可轉(zhuǎn)換成 每小時(shí)測試的總面積（）,則其測試面積的范圍大約是15 （探針20及 32板）至0.04 （探針1及600板），差距375倍的原因在于板子的 密度及間距。一般性能較好的飛針測試設(shè)備的產(chǎn)出大約維持在1015之間，可適用于密度為30的商用板到600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

8、是3,000 5,000平方吠。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，但以目前的生產(chǎn) 狀況而言，實(shí)際生產(chǎn)線上專用型則為 30100 ,而泛用型為1550（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(shí)際的差異除了因設(shè)備本身的因素外，還可能包含生產(chǎn)經(jīng)管上的問題，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 ,泛用型則為150,000 。 但是每部設(shè)備產(chǎn)量的多寡可能因 PCB廠商的生產(chǎn)計(jì)劃

9、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 ，但是若用于0.50.8mm-pitch的CSP時(shí)，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。綜合以上的介紹可歸納出如表(一)的分析表。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(yùn)用于中大量產(chǎn)時(shí)，則由于測速慢以及設(shè)備價(jià) 格昂貴，將會(huì)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)的規(guī)范，而且約只占售價(jià)的 24%,這也是為何泛用型及 專用型為目前量產(chǎn)型的測

10、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(jì)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(gè)月)，這個(gè)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(huì)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平方公尺以下時(shí)，測試成本將會(huì)高于$200(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廠商在選購 測試設(shè)備時(shí)，不容忽視的一個(gè)課題。目前尚在積極改良的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技術(shù)方案。表（一）主要測試設(shè)備的功能與特性專用型測試 泛用型測試 飛針測試治具 專用型無法回收 可更換 兩根探針PCB料號(hào)單一料號(hào)各種料號(hào)各種料號(hào)測試點(diǎn)數(shù) 單面10,240點(diǎn)雙面