PCB通用測試技術(shù)介紹

一、引言
　　前隨著使用大規(guī)模集成電路的產(chǎn)品不斷出現(xiàn)，相應(yīng)的PCB的安裝和測試工作已越來越重要。印制電路板的通用測試是PCB行業(yè)傳統(tǒng)的測試技術(shù)、
　　最早的通用電性測試技術(shù)可追溯至七十年代末八十年代初，由于當(dāng)時(shí)的元器件均采用標(biāo)準(zhǔn)封裝(Pitch為100mil)，PCB亦只有THT(通孔技術(shù))密度層次，所以歐美測試機(jī)廠商就設(shè)計(jì)了一款標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格的測試機(jī)，只要PCB上的元件和布線是按照標(biāo)準(zhǔn)距離排布的，則每個(gè)測試點(diǎn)均會(huì)落在標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格點(diǎn)上，因?yàn)楫?dāng)時(shí)所有PCB都能通用，故稱為通用測試機(jī)。
　　由于半導(dǎo)體封裝技術(shù)的發(fā)展，元器件開始有了更小的封裝及貼片(SMT)封裝，標(biāo)準(zhǔn)密度通用測試開始不再適用，于是九十年代中期，歐美的測試廠商又推出了雙倍密度測試機(jī)，并結(jié)合用一定的鋼針斜率制造夾具以轉(zhuǎn)換PCB測試點(diǎn)與機(jī)器網(wǎng)格連接，隨著HDI制程工藝的逐漸成熟，雙倍密度通用測試又不能完全滿足測試的需求，于是在2000年左右，歐洲測試機(jī)廠商又推出了四倍密度網(wǎng)格通用測試機(jī)。
　　二、通用測試的關(guān)鍵技術(shù)
　　1．開關(guān)元件
　　要滿足大部份HDIPCB的測試要求，測試面積必須要足夠大，通常有以下標(biāo)準(zhǔn)尺寸：9.6×12.8(inch)、16X12.8(inch)、24×19.2(inch)，在雙密度滿網(wǎng)格(FullGrid)情況下，上述三種尺寸測試點(diǎn)數(shù)分別是49512、81920、184320，電子元件的數(shù)量高達(dá)數(shù)十萬，開關(guān)元件是保證測試穩(wěn)定的一個(gè)核心元件，要求其具有耐高壓(>300V)、低漏電等性能，同時(shí)電阻值等電氣性能要均衡一致，所以這類元件一定要經(jīng)過嚴(yán)格的篩選與檢測，通常以晶體管或場效應(yīng)管作為開關(guān)元件
　　晶體三極管的優(yōu)缺點(diǎn)：
　　優(yōu)點(diǎn)：成本低，抗靜電擊穿能力強(qiáng)，穩(wěn)定性高；
　　缺點(diǎn)：電流驅(qū)動(dòng)，電路比較復(fù)雜，需隔離基流(Ib)影響，功耗大
　　場效應(yīng)管的優(yōu)缺點(diǎn)：
　　優(yōu)點(diǎn)：電壓驅(qū)動(dòng)，電路簡單，不受基流(Ib)影響，功耗小
缺點(diǎn)：成本高，極易發(fā)生靜電擊穿，需加靜電保護(hù)措施，穩(wěn)定性不高，所以會(huì)增加維修成本。
　　2．網(wǎng)格點(diǎn)的獨(dú)立性
　　滿網(wǎng)格(FullGrid)
　　每個(gè)網(wǎng)格有獨(dú)立的開關(guān)回路，即每個(gè)點(diǎn)都占用一組開關(guān)元件及線路，整個(gè)測試面積都能按四倍密度撒針。
　　共享網(wǎng)格(ShareGrid)
　　由于滿網(wǎng)格的開關(guān)元件數(shù)量多且線路比較復(fù)雜，難于實(shí)現(xiàn)，所以某些測試廠商使用網(wǎng)格共用技術(shù)，使不同區(qū)域的幾個(gè)點(diǎn)共用一組開關(guān)元件和線路，從而減小了布線的難度和開關(guān)元件的數(shù)量，我們稱之為共享網(wǎng)格(ShareGrid)。共享網(wǎng)格有一個(gè)很大的缺陷，假如一個(gè)區(qū)域的點(diǎn)己經(jīng)被完全占用了，那么與之共享的區(qū)域的點(diǎn)就不能再用，以至降低了該區(qū)域的密度為單密度。所以在較大面積HDI測試仍存在密度的瓶頸。

　　3．結(jié)構(gòu)的組成
　　模塊化結(jié)構(gòu)
　　所有的開關(guān)陣列、驅(qū)動(dòng)部分以及控制元件被高度集成為一組開關(guān)卡模塊，測試面積可由該模塊自由組合，并且可以互換，故障率低，維護(hù)及升級簡單，但成本偏高。
　　繞線式結(jié)構(gòu)
　　網(wǎng)格由繞線彈簧針與分離開關(guān)卡組成，體積龐大，無升級空間，故障時(shí)維護(hù)較困難。
　　4．夾具的構(gòu)成
長針結(jié)構(gòu)夾具
　　泛指鋼針為3.75(95.25mm)的夾具結(jié)構(gòu)，優(yōu)點(diǎn)為撒針斜率較大，單位面積內(nèi)可撒針點(diǎn)數(shù)較短針結(jié)構(gòu)多20%~30%。但結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較差，夾具制作時(shí)需注意加強(qiáng)。
　　短針結(jié)構(gòu)夾具
　　泛指鋼針為2.0(50.8mm)的夾具結(jié)構(gòu)，優(yōu)點(diǎn)為結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較好，但撒針斜率較小。
　　5．輔助軟件(CAM)
　　在高密度通用測試中，適當(dāng)?shù)腃AM支持是十分重要的，主要由兩部分組成：
　　網(wǎng)路分析及測試點(diǎn)生成；
　　夾具輔助制作。
　　由于夾具制作過程的很多參數(shù)(如夾具層間結(jié)構(gòu)、鉆孔孔徑、安全孔距、支柱結(jié)構(gòu)等)都很大程度影響夾具測試效果，這一部份必需要由廠商指派熟練工程師訓(xùn)練，并不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，才能把夾具做得更好。
　　三、雙密度與四密度比較
　　首先，四密度可以完成雙密度無法測試的板，因?yàn)獒槾采系膹椈舍橖c(diǎn)陣密度與線路板上的測試點(diǎn)的密度不同而使得測試夾具的鋼針必須有一定的斜率，才能將ongrid轉(zhuǎn)變成為offgrid，然而鋼針的斜度是受到結(jié)構(gòu)限制的，不可能無限地加大，一般情況下，雙密度的鋼針
　　斜率（測試鋼針在夾具中水平偏移的距離）最大為700mil，四密度為400mil，那么，就有可能產(chǎn)生無法種針的現(xiàn)象，究竟有多少這樣的針是可以通過計(jì)算得出的。
　　另外，在測試效果上可明顯改善測試的假點(diǎn)率和壓痕情況，四密度的點(diǎn)陣密度為每平方英寸400點(diǎn)，雙密度為200點(diǎn)，相同點(diǎn)數(shù)在夾具底層上的撒針面積可以減小一半，所以，采用四密度可以減小鋼針的斜度，在夾具高度相同的情況下，同一款測試板的撒針斜率四密度基本上是雙密度的一半，而鋼針的斜度會(huì)對測試效果有很大的影響，斜率大則垂直方向上的距離減小，彈簧針壓力會(huì)因此而減小，而夾具各層對鋼針在垂直方向的阻力增大，導(dǎo)致鋼針與PAD接觸不良。另外，傾斜的鋼針在上下模壓合的過程中與PCB接觸的一端會(huì)在PAD表面有相對滑動(dòng)，如果夾具的強(qiáng)度不好而變形，鋼針卡在夾具中，此時(shí)，鋼針在PAD上的壓力就遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止是針床彈簧針的彈力，嚴(yán)重時(shí)就會(huì)產(chǎn)生壓痕。四密度的鋼針斜率比雙密度的小，則有更多空間在夾具上安裝支撐柱，使夾具結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。斜率小的另外一個(gè)好處是，可以使鉆孔孔徑減小，從而減小孔破的可能。
　　對于PAD的間距為20mil平均分布的BGA，撒針最大斜率雙密按600mil，四密按400mil計(jì)算時(shí)，用雙密度測試可排列的點(diǎn)數(shù)為441個(gè)，約0.17inch2，而用四密度測試時(shí)可排列的點(diǎn)數(shù)為896個(gè)，約0.35inch2?；臼请p密度的一倍，由可知一斑。