用于現(xiàn)代印制線路板組裝的高效測(cè)試策略

當(dāng)今電子制造商正面臨著越來(lái)越大要求降低成本、提高質(zhì)量及縮短面市時(shí)間的壓力，正確的測(cè)試策略可以幫助公司提高效率，制造出合格的產(chǎn)品，同時(shí)，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、設(shè)備投資、制造及質(zhì)量保證過(guò)程中引入測(cè)試還能有效地降低成本。本文介紹一種互補(bǔ)型分布式測(cè)試策略，討論在現(xiàn)代印制線路板組裝測(cè)試中采用互補(bǔ)型分布式測(cè)試策略的好處。

電子產(chǎn)品制造商在設(shè)計(jì)線路板組裝測(cè)試方案時(shí)要考慮很多方面，而且有多種工具可供選擇，每種技術(shù)都有其自身的故障覆蓋率和性能特征，用戶在決定測(cè)試方案前必須根據(jù)產(chǎn)品的故障分布和希望達(dá)到的目標(biāo)進(jìn)行評(píng)估。工程師們?cè)诳紤]最佳測(cè)試方案時(shí)，需要在運(yùn)行成本、投資成本、故障覆蓋范圍、產(chǎn)量、診斷分辨率、工藝反饋及時(shí)性和產(chǎn)品長(zhǎng)期可靠性之間進(jìn)行折衷平衡。此外，無(wú)法進(jìn)行更多物理探測(cè)為現(xiàn)代線路組裝板檢測(cè)又增加了一層困難，這對(duì)于需要進(jìn)行實(shí)際物理探測(cè)以確定故障覆蓋范圍和網(wǎng)表分區(qū)(如邊界掃描和數(shù)字測(cè)試環(huán)境)而言，是一個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。但如果按照互補(bǔ)型分布方式采用多種測(cè)試技術(shù)，制造商將能夠很好地達(dá)到他們的預(yù)定目標(biāo)。

電子技術(shù)總的發(fā)展方向是產(chǎn)品越來(lái)越復(fù)雜，體積越來(lái)越小，這些都將增加I/O數(shù)量和線路板密度?，F(xiàn)在一塊線路板上焊點(diǎn)數(shù)超過(guò)兩萬(wàn)個(gè)并不罕見，同時(shí)裝配工藝的復(fù)雜性也在增加，線路板常常要經(jīng)過(guò)雙面SMT裝配、手工裝配、波峰焊、壓配和機(jī)械組裝等多道工序。雖然制造商正在努力提高產(chǎn)能減少缺陷，但他們發(fā)現(xiàn)要想使線路板上的缺陷數(shù)下降是很困難的。焊點(diǎn)數(shù)量及工藝復(fù)雜程度增加都會(huì)在線路板上造成大量工藝性缺陷，一項(xiàng)對(duì)全球范圍多個(gè)CEM和OEM工廠有關(guān)這方面的大規(guī)模研究表明，工藝性缺陷率平均為650ppm到1,100ppm。

圖一表明即使制造商達(dá)到100ppm工藝缺陷率這樣的“世界級(jí)”質(zhì)量水平，在有兩萬(wàn)個(gè)焊點(diǎn)的情況下仍只能保證不超過(guò)百分之十的一次成品率。

當(dāng)一次通過(guò)率只有一位數(shù)時(shí)，工程師必須特別注意工藝缺陷的分布，這類缺陷一般占所有PCB組裝缺陷的80～90%，因此要考慮采用能在制造過(guò)程早期檢測(cè)出工藝失效的自動(dòng)檢查設(shè)備，作為整體測(cè)試方案的一部分，同時(shí)也應(yīng)認(rèn)識(shí)到，目前電子組裝的密度和復(fù)雜性已使過(guò)去長(zhǎng)期使用的人工目檢(HVI)方法不再有效。

此外面市時(shí)間也是業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)，從設(shè)計(jì)到出樣品到正式生產(chǎn)的速度越快，市場(chǎng)占有率、銷售收入和利潤(rùn)也就越高。能夠在線路板設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行可測(cè)試性分析的軟件工具可使測(cè)試工程師與設(shè)計(jì)人員共同工作，從而縮短面市時(shí)間。如果工程師們能夠在PCB設(shè)計(jì)的布局走線之前預(yù)知故障分布，并規(guī)劃測(cè)試方案，了解故障覆蓋率和測(cè)試訪問(wèn)之間的折衷情況，則將擁有很大競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，從根本上講，將使設(shè)計(jì)反復(fù)次數(shù)更少、困難更少、生產(chǎn)測(cè)試費(fèi)用更低、制造效率更高以及面市時(shí)間更短。

除了使用能在線路板設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行可測(cè)試性分析的軟件工具外，制造商們也在尋找其它測(cè)試方案，以減少測(cè)試開發(fā)時(shí)間加快新設(shè)備引進(jìn)速度，在制造早期提供高水平故障覆蓋率和判斷分辨率。像FPT這種無(wú)夾具測(cè)試方法由于具有高水平故障覆蓋率和快速測(cè)試開發(fā)性能，同時(shí)不需要使用昂貴且交付時(shí)間很長(zhǎng)的夾具，所以成為新設(shè)備引進(jìn)時(shí)迫切需要的一種測(cè)試方式。

另外制造商能夠越早滿足消費(fèi)者對(duì)新產(chǎn)品的需求，就越能贏得市場(chǎng)份額和利潤(rùn)。在成本競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境下提高產(chǎn)量需要在源頭處有效地檢測(cè)和抑制缺陷，并找出造成缺陷的根本原因，另外也要有更大的產(chǎn)能。AXI之類的設(shè)備能為工藝測(cè)量、連續(xù)改善和控制提供參數(shù)，有助于持續(xù)得到較高成品率。

制造商需要的測(cè)試方案應(yīng)能在接近源頭處發(fā)現(xiàn)缺陷，并具有極佳的診斷分辨率，以便在生產(chǎn)過(guò)程中立即進(jìn)行調(diào)整和修復(fù)。高水平診斷分辨率能減少在制品和待修品的數(shù)量，保證快速調(diào)整與修復(fù)，縮短生產(chǎn)周期并提高產(chǎn)量。新型測(cè)試方案利用自動(dòng)檢查技術(shù)補(bǔ)充傳統(tǒng)在線測(cè)試和功能性測(cè)試，可以大大減少生產(chǎn)時(shí)間，這種組合方案的優(yōu)點(diǎn)如下：

1．樣品測(cè)試加快使成品面市時(shí)間更快。整個(gè)測(cè)試覆蓋范圍約95%的工藝缺陷在開發(fā)過(guò)程中只需數(shù)小時(shí)就可測(cè)出來(lái)，相比而言，在線測(cè)試方法需要用幾天時(shí)間。

2．由于自動(dòng)檢查能發(fā)現(xiàn)電性測(cè)試方法不能檢測(cè)出的工藝缺陷，因此交付的線路板具有更高的質(zhì)量。假如自動(dòng)檢查沒有發(fā)現(xiàn)這些工藝缺陷，則將導(dǎo)致潛在缺陷，使產(chǎn)品可靠性降低，增加退貨和保修費(fèi)用。

3．減少調(diào)整和修復(fù)可降低在線測(cè)試、功能測(cè)試和環(huán)境應(yīng)力篩選(ESS)的成本。通過(guò)將測(cè)試任務(wù)分配到最合適的地方，使故障覆蓋率在早期階段達(dá)到最大，此時(shí)診斷和修復(fù)工作的費(fèi)用都非常低。

4．減少在線測(cè)試/功能測(cè)試和ESS中重新測(cè)試/調(diào)整/修復(fù)時(shí)間，縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，提高資源利用率。

對(duì)于非常復(fù)雜的板(節(jié)點(diǎn)數(shù)超過(guò)3,000或焊點(diǎn)數(shù)超過(guò)15,000的線路板，主要用于高可靠性應(yīng)用如工作站或通信交換器等)，分布式測(cè)試方法通過(guò)減少在線測(cè)試/功能測(cè)試和ESS的調(diào)整和修復(fù)時(shí)間可將整個(gè)工藝周期縮短3倍，大大改進(jìn)了設(shè)備利用率和庫(kù)存周轉(zhuǎn)率。

沒有哪一種測(cè)試技術(shù)能“包治百病”，滿足所有測(cè)試要求，每種技術(shù)都各有優(yōu)缺點(diǎn)，因此在做整體測(cè)試計(jì)劃時(shí)每種都應(yīng)進(jìn)行考慮。雖然自動(dòng)檢查方法能夠在接近源頭處發(fā)現(xiàn)缺陷，進(jìn)行快速調(diào)整與修復(fù)，但它卻不能像在線測(cè)試和功能測(cè)試方法一樣保證產(chǎn)品功能正常。

具有互補(bǔ)性和故障覆蓋范圍重疊的分布式測(cè)試方法能滿足最終用戶所要求的質(zhì)量水平和生產(chǎn)效率，可作為成功的測(cè)試方案加以應(yīng)用。

對(duì)于具體的線路板來(lái)講，如果分布式測(cè)試方案能夠很好地均衡各因素，包括診斷分辨率、故障覆蓋率、可測(cè)性、測(cè)試開發(fā)時(shí)間、要求的技術(shù)水平和培訓(xùn)費(fèi)用、工作時(shí)間和利用狀況以及成本和產(chǎn)量等等，這種方案就能使測(cè)試得到最佳結(jié)果。如何開發(fā)最優(yōu)的分布式測(cè)試方案呢？由于每種測(cè)試方法在不同的測(cè)量特性方面其性能水平都不相同，因此要對(duì)所有組合進(jìn)行評(píng)估其工作是無(wú)法想象的。要解決如此復(fù)雜的問(wèn)題需要現(xiàn)代軟件分析方法，如果沒有一個(gè)有效的定量分析，而不同測(cè)試方法又有很多選擇方案并具有復(fù)雜、重疊的特性，想得到優(yōu)化的測(cè)試方法將非常困難且很費(fèi)時(shí)間，并極有可能導(dǎo)致有問(wèn)題的結(jié)果。

過(guò)去，工程師們常常根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)或者主觀偏愛來(lái)選擇測(cè)試方案，在線測(cè)試(ICT)和人工目檢相結(jié)合的方法多年來(lái)一直是一個(gè)有效的測(cè)試方案，于是很多PCB裝配都想當(dāng)然地應(yīng)用這種方式，而不是通過(guò)分析改為采用新方法的更優(yōu)測(cè)試方案。在當(dāng)今對(duì)成本和時(shí)間的要求下，現(xiàn)代線路板需要按照具體情況針對(duì)每一塊板采取一種最優(yōu)測(cè)試策略，這就需要有一個(gè)針對(duì)具體元件參考引腳的測(cè)試覆蓋軟件模型，用以解決有關(guān)ICT無(wú)法探測(cè)、器件模型庫(kù)故障覆蓋范圍以及個(gè)別板特殊性能要求等方面的問(wèn)題。這類復(fù)雜分析只能用軟件工具進(jìn)行，充分考慮用GENCAM之類格式描述的完整幾何、電氣和機(jī)械方面線路板設(shè)計(jì)信息。隨著個(gè)人計(jì)算機(jī)在數(shù)據(jù)集標(biāo)準(zhǔn)化和計(jì)算能力方面的加強(qiáng)，軟件工具可以將產(chǎn)品和工藝技術(shù)及測(cè)試能力聯(lián)系在一起解決測(cè)試分析問(wèn)題。每一塊板都有獨(dú)特的故障分布，如果在用軟件設(shè)計(jì)測(cè)試方案之前頭腦中已有了一個(gè)大致的故障分布情況，則將能得到一個(gè)更加優(yōu)化更加完整的結(jié)果。

電子工業(yè)在2000～2001年的滑坡導(dǎo)致人們對(duì)成本和效率更加關(guān)注，收入下降、失業(yè)和產(chǎn)能過(guò)剩使得制造商們對(duì)購(gòu)買新技術(shù)和固定設(shè)備更加猶豫不決。測(cè)試優(yōu)化軟件可通過(guò)各種假設(shè)很好利用已有固定資產(chǎn)，并采用分布式測(cè)試方法獲得更優(yōu)制造水平，幫助業(yè)界度過(guò)這一困難時(shí)期。