SMT測試技術

要在當今競爭激烈的市場中立足，電子元器件產品的生產廠家就必需確保產品質量。為了保證電子元器件的質量，在生產過程中就需要采用各類測試技術進行檢測，以便及時發(fā)現缺陷和故障并進行修復。根據測試方式的不同，SMT測試技術分為非接觸式測試和接觸式測試。非接觸式測試已從人工目測發(fā)展到自動光學檢查（AOI）和自動射線檢測（AXI），而接觸式測試則可分為在線測試和功能測試兩大類。本文將對各類測試技術及其未來的發(fā)展趨勢作一初步探討。

1 幾種測試技術介紹

1.1 在線測試儀ICT（In-circuit tester）

電氣測試使用的最基本儀器是在線測試儀（ICT），傳統(tǒng)的在線測試儀測量時使用的是專門的針床與已焊接好的線路板上的元器件接觸，并用數百毫伏電壓和10毫安以內電流對其進行分立隔離管、三極管、可控硅、場效應管、集成塊等通用和特殊元器件的漏裝、錯裝、參數值偏差、焊點連焊、線路板開、短路等故障。并將故障出現在哪個元件或開、短路位于哪個點準確地告訴用戶。針床式在線測試儀的優(yōu)點是測試速度快，適合于單一品種的民用型家電產品線路板的大規(guī)模生產測試，而且主機價格較便宜。但是隨著線路板組裝密度的提高，特別是細間距SMT組裝以及新產品開發(fā)生產周期越來越短，線路板品種越來越多，從而針床式在線測試儀存在一些難以克服的問題。由于測試用針床夾具有制作、調試周期長，價格貴；因此對于一些高密度SMT線路板來說，由于測試精度的問題而往往無法進行測試。

飛針式測試儀是對針床在線測試儀的一種改進，它用探針來代替針床，在X-Y機構上裝有可分別高速移動的4個頭共8根測試探針，最小測試間隙為0.2mm。工作時根據預先編排的坐標位置程序移動測試探針對測試點，各測試探針根據測試程序對裝配的元器件進行開路/短路或元件測試。與針床式在線測試儀相比，在測試精度、最小測試試間隙等方面均有較大幅度的提高，并且無需制作專門的針床夾具，測試程序可直接由線路板的CAD軟件得到，但測試速度相對較慢是其不足之處。

1.2 功能測試（Functional Tester）

ICT能夠有效地查找在SMT組裝過程中發(fā)生的各種缺陷和故障，但它不能評估整個線路板所組成的系統(tǒng)在時鐘速度時的性能。而功能測試就可以測試整個系統(tǒng)是否能夠實現設計目標，它將線路板上的補測單元作為一個功能體，并對其提供輸入信號并按照功能體的設計要求檢測輸出信號。這種測試是為了確保線路板能夠按照設計要求正常工作。所以功能測試最簡單的方法是將組裝好的某電上，然后加電壓。如果設備工作正常，就表明線路板合格。這種方法的優(yōu)點是測試簡單、投資少，缺點是不能自動診斷故障。

1.3 自動未免學檢查AOI

線路板上元器件組裝密度的提高給電氣接觸測試增加了困難，將AOI（Automatic Optical Inspection）技術引入到SMT生產線的測試領域也是大勢所趨。AOI不但可對焊接質量進行檢驗，還可對光板、焊膏印制質量、貼片質量等進行檢查。各工序AOI的出現幾乎完全替代了人工操作，這對提高產品質量和生產效率都是大有作為的?，F在AOI系統(tǒng)采用高級的視覺系統(tǒng)和新型的給光方式。并采用了增加的放大倍數和復雜的算法，從而能夠使其以高的測試速度獲得高缺陷捕捉率。AOI系統(tǒng)能夠檢測元器件漏貼、電解電容的極性錯誤、焊腳定位錯誤或者偏斜、引腳彎曲或者折起、焊料過量或者不足、焊點橋接或者虛焊等焊接錯誤。但AOI系統(tǒng)不能檢測電路的錯誤，對不可見焊的檢測也無能為力。

1.4 自動X射線檢查AXI

AXI（Automatic X-ray Inspection）是近幾年才興起的一種新型測試技術。當組裝好的線路板沿導軌進入機器內部后，位于線路板上方的X-Ray發(fā)射管將其發(fā)射的X射線穿過線路板后并被置于下方的探測器（一般為攝象機）接收到，由于焊點中含有可以大量吸收X射線的鉛，因此與穿過玻璃纖維、鉛、硅等其它材料的X射線相比，照射在焊點上的X射線被大量吸收而呈黑點，從而產生良好圖像，使得對焊點的分析變得相當直觀，因此，采用簡單的圖像分析算法就可以自動且可靠地檢驗到焊點缺陷。AXI技術已從以往的2D檢驗法發(fā)展到目前的3D檢驗法。前者為透射X射線檢驗法。對于單面板上的元件焊點可產生清晰的現像，但對于目前廣泛使用的雙面貼裝線路板效果較差，因為它會使兩面焊點的視像貼裝線路板效果較差，因為它會使兩面焊點的視像重疊而造成分辨困難。而3D檢驗法采用分層技術，即將光束聚焦到任何一層并將相應圖像投射到一高速旋轉的接受面上，接受面的高速旋轉可使位于焦點處的圖像非常清晰，而其它層上的圖像則被消除，故3D檢驗法可對線路板兩面的焊點獨立成像。

3D X-Ray技術除了可以檢驗雙面貼裝線路板外，還可對那些不可見焊點如BGA等進行多層圖象“切片”檢測，即對BGA焊接連接處的頂部、中部和底部進行徹底檢驗。同時利用此方法可以測通孔（PTH）焊點，檢查通孔中焊料是否充實，從而極大地提高焊點的焊接質量。

2 未來SMT測試技術展望

預測今后那一種測試技術會成為主流或者被淘汰不是一件簡單的工作，因為這不僅需要總吉過去，還需要清楚地了解未來的應用情況。從近幾年的發(fā)展趨勢來看，使用多種測試技術，特別是AXI與ICT的組合測試技術會很快成為這一領域的測試首先，圖1所示是從60年代到90年代的30年間，電子元器件測試技術的發(fā)展歷程。

由于目前線路板越來越復雜，傳統(tǒng)的電路接觸式測試技術顯得越來越不適應，通過ICT測試和功能測試很難診斷出線路板的某些缺陷。隨著大多數復雜線路板的密度不斷增大，傳統(tǒng)的測試手段只能不斷增加在線測試儀的測試接點數。然而隨著接點數的增多，測試編程和針床夾具的成本也呈指數上升。開發(fā)測試程序和夾具通常需要幾個星期的時間，更復雜的線路板可能還要一個多月。另外，增加ICT的接點數量會導致ICT測試出錯和重測次數的增多。而AXI技術則不存在上述問題，它對工藝缺陷的覆蓋率很高，通?？蛇_97%.而工藝缺陷一般要點總缺陷的80%～90%，并可對不可見焊點進行檢查，但AXI技術不能測試電路電氣性能方面的缺陷和故障。將AXI檢測技術和傳統(tǒng)的ICT在線測試方法相結合，可以取長補短，從而使SMT檢測技術達到完美的結合。圖2為AXI和ICT測試方法檢查范圍互補圖。需要特別指出的是：隨著AXI技術的發(fā)展，目前AXI系統(tǒng)和ICT系統(tǒng)可以“互相對話”，這種被稱為“AwareTest”的技術能消除兩者之間的重復測試部分。通過減小ICT/AXI多余的測試覆蓋面可大大減小ICT的接點數量。這種簡化的ICT測試只需原來測試接點數的30%就可以保持目前的高測試覆蓋范圍，而減少ICT測試接點數可縮短ICT測試時間、加快ICT編程并降低ICT夾具和編程的費用。

3 結束語

在高度復雜的線路板測試中采用組合式AXI/ICT測試方法具有很多優(yōu)點，而這項技術本身的不斷改進又使它愈加引入注目，比如AwareTest。在過去的兩三年里，應用AXI/ICT組合測試復雜線路板的情況出現了驚人的增長，而且增長速度還有加快，因為已有更多的在電子元器件測試行業(yè)領先的生產廠家意識到了這項技術的優(yōu)點并將其投入使用。