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飛針測試就是利用4,6或8支探針對線路板進行高壓絕緣和低阻值導通測試(測試線路的開路和短路)而不需要做測試治具,非常適合測試小批量樣板。目前針床測試機測試架制作費用少則上千元,多則數萬元,且制作工藝復雜,須占用鉆孔機,調試工序較為復雜。而飛針測試利用探針的移動來量度PCB或PCBA的網絡,靈活性大大增加,測試不同電路板無須更換夾具,直接裝電路板運行測試程序即可。測試極為方便。節(jié)約了測試成本,減去了制作 測試架的時間,提高了出貨的效率。

"飛針"測試是測試的一些主要問題的最新解決辦法。名稱的出處是基于設備的功能性,表示其靈活性。飛針測試的出現已經改變了低產量與快速轉換(quick-turn)裝配產品的測試方法。以前需要幾周時間開發(fā)的測試現在幾個小時就可以了。對于處在嚴重的時間到市場(time-to-market)壓力之下的電子制造服務(EMS, Electronic Manufacturing Services)提供商,這種后端能力大大地補償了時間節(jié)省的前端技術與工藝,諸如連續(xù)流動制造和剛好準時的(just-in-time)物流。

快速轉換生產的不利之事是,電路板可以在各種環(huán)境下快速裝配,取決于互連技術與板的密度。顧客經常愿意對這種表現額外多付出一點�？墒�,當電路板上已經裝配但不能在可接受的時間框架內測試,他們不愿意付出拖延的價格。不可接受的測試時間框架延誤最終發(fā)貨有兩個理由。一個理由是缺乏靈活的硬件;第二個是在給定產品上所花的測試開發(fā)時間。

許多原設備制造商(OEM)在做傳統(tǒng)上一樣快并沒有價格懲罰的電路板時,不愿意承擔快速轉換(fast-turn)裝配的費用。具有快速轉換服務的EMS,但是不能在OEM的時間框架內出貨的,一定要尋找一個解決方案。

飛針測試機是一個在制造環(huán)境測試PCB的系統(tǒng)。不是使用在傳統(tǒng)的在線測試機上所有的傳統(tǒng)針床(bed-of-nails)界面,飛針測試使用四到八個獨立控制的探針,移動到測試中的元件。在測單元(UUT, unit under test)通過皮帶或者其它UUT傳送系統(tǒng)輸送到測試機內。然后固定,測試機的探針接觸測試焊盤(test pad)和通路孔(via)從而測試在測單元(UUT)的單個元件。測試探針通過多路傳輸(multiplexing)系統(tǒng)連接到驅動器(信號發(fā)生器、電源供應等)和傳感器(數字萬用表、頻率計數器等)來測試UUT上的元件。當一個元件正在測試的時候,UUT上的其它元件通過探針器在電氣上屏蔽以防止讀數干擾(圖一)。

飛針測試機可檢查短路、開路和元件值。在飛針測試上也使用了一個相機來幫助查找丟失元件。用相機來檢查方向明確的元件形狀,如極性電容。隨著探針定位精度和可重復性達到5-15微米的范圍,飛針測試機可精密地探測UUT。

飛針測試解決了在PCB裝配中見到的大量現有問題,如在開發(fā)時缺少金樣板(golden standard board)。問題還包括可能長達4-6周的測試開發(fā)周期;大約$10,000-$50,000的夾具開發(fā)成本;不能經濟地測試少批量生產;以及不能快速地測試原型樣機(prototype)裝配。這些情況說明,傳統(tǒng)的針床測試機缺少測試低產量的低成本系統(tǒng);缺乏對原型樣機裝配的快速測試覆蓋;以及不能測試到屏蔽了的裝配。

因為具有緊密接觸屏蔽的UUT的能力和幫助更快到達市場(time-to-market)的能力,飛針測試是一個無價的生產資源。還有,由于不需要有經驗的測試開發(fā)工程師,該系統(tǒng)可認為是節(jié)省人力的具有附加價值和時間節(jié)省等好處的設備。

編程飛針測試機比傳統(tǒng)的ICT系統(tǒng)更容易、更快捷。例如,對GenRad的GRPILOT系統(tǒng),測試開發(fā)員將設計工程師的CAD數據轉換成可使用的文件,這個過程需要1-4個小時。然后該新的文件通過測試程序運行,產生一個 .IGE 和 .SPC 文件,再放入一個目錄。然后軟件運行在目錄內產生需要測試UUT的所有文件。短路的測試類型是從選項頁面內選擇。測試機在UUT上使用的參考點從CAD信息中選擇。UUT放在平臺上,固定。在軟件開發(fā)完成后,該程序被"擰進去",以保證選擇到盡可能最佳的測試位置。這時加入各種元件"保護"(元件測試隔離)。一個典型的1000個節(jié)點的UUT的測試開發(fā)所花的時間是 4-6 個小時。

在軟件開發(fā)和裝載完成以后,開始典型的飛針測試過程的測試調試。調試是測試開發(fā)員接下來的工作,需要用來獲得盡可能最佳的UUT測試覆蓋。在調試過程中,檢查每個元件的上下測試極限,確認探針的接觸位置和零件值。典型的1000個節(jié)點的UUT調試可能花 2-小時。

飛針測試機的開發(fā)容易和調試周期短,使得UUT的測試程序開發(fā)對測試工程師的要求相當少。在接到CAD數據和UUT準備好測試之間這段短時間,允許制造過程的最大數量的靈活性。相反,傳統(tǒng)ICT的編程與夾具開發(fā)可能需要160小時和調試 16-40 小時。

由于具有編程容易,能夠在數小時內測試原型樣機裝配,以及測試低產量的UUT而沒有典型的夾具開發(fā)費用,飛針測試可解決生產環(huán)境中的許多問題。但是還不是所有的生產測試問題都可通過使用探針自動解決。

和任何事情一樣,飛針測試有其缺點。因為測試機物理接觸通路孔和測試焊盤上的焊錫,可能在焊錫上留下小凹坑。對某些OEM客戶,這些小凹坑可能認為外觀缺陷,造成拒絕接收裝配。因為有時在沒有測試焊盤的地方探針會接觸到元件引腳,所以可能會錯過松脫或焊接不良的元件引腳。探針測試機還限制電路板的尺寸:16"x24"。

飛針測試時間是另一個主要因素。一臺典型的針床測試機可能花30秒測試UUT的地方,飛針測試機可能花 8-10 分鐘。

盡管有些缺點,飛針測試還是一個有價值的工具。

優(yōu)點包括:

快速測試開發(fā);較低成本測試方法;快速轉換的靈活性;以及在原型階段為設計人員提供快速的反饋。

6針或8針床測試機飛針測試機可使用雙面測試,和針床測試一樣可雙面測試,節(jié)省翻板時間。

新的飛針測試機用于軟著陸功能,以及彈簧探針的彈力能降低到10g(0.1N)。雖然稍微增加了測試時間, 但是扎痕幾乎看不到。

因此,和傳統(tǒng)的ICT比較,飛針測試所要求的時間通過減少總的測試時間足以彌補。

使用飛針測試系統(tǒng)的好處大于缺點。例如,裝配過程中這樣一個系統(tǒng)提供在接收到CAD文件只有幾小時就可以開始生產。因此,原型電路板在裝配后數小時即可測試,不象ICT,高成本的測試開發(fā)與夾具可能將過程延誤幾天,甚至幾月。飛針測試系統(tǒng)也減少了新產品的"第一篇文章"的視覺檢查時間,這一點是很重要的,因為第一塊板經常決定剩下的UUT的測試特性。

另外,飛針軟件的自學功能允許在沒有電路板資料(CAD,BOM,原理圖等)的情況下,測試整個電路板。

除此之外,由于設定、編程和測試的簡單與快速,實際上非技術裝配人員,而不是工程師,可用來操作測試。也存在靈活性,做到快速測試轉換和過程錯誤的快速反饋。還有,因為夾具開發(fā)成本與飛針測試沒有關系,所以它是一個可以放在典型測試過程前面的低成本系統(tǒng)。并且因為飛針測試機改變了低產量和快速轉換裝配的測試方法,通常需要幾周開發(fā)的測試現在數小時就可以得到。

對EMS提供商,飛針測試可以通過消除傳統(tǒng)測試夾具方法的需要,減少生產裝配到達市場的時間。通過取消夾具,飛針測試機消除了夾具硬件與軟件開發(fā)的高成本。飛針測試不可能為EMS制造商消除所有的測試問題,但是,對于原型裝配的測試和減少從小批量到大批量(ramp-to-volume)時間,它是一個非常好的方法。

測試幅面

最大測試面積最好超過 [40×32] mm。特別是經常做超大板的工廠和飛針測試代工中心,則更應考慮這種擁有大的測試幅面的機種。

測試機的精度

機器精度方面要注意對不同標注法的理解。通用標注法為:精準度標稱(分辨率,重復精度)、最小測試PAD尺寸、最小焊盤間距。對于其它方式的標注一定要廠商解釋清楚,防止誤解。中高層次的飛針測試機的精準度一般為2mil,最小測試PAD尺寸為6~8 mil、最小焊盤間距為8~12 mil。而是小線寬線距是與飛針測試的精度是無關的,無需考慮。

部件及耗材

測試機的主要部件包括電機、導軌、絲杠、皮帶、軸承等。這些部件對機器精度及穩(wěn)定性起決定因素。對其質量品牌要留意,意大利、德國、日本這些基礎工業(yè)發(fā)達的國家產品質量比較好。飛針測試機的一大優(yōu)點是耗材少。主要耗材為測試針,需要考慮其壽命和價格。一般在3至6個月更換一次測試針,價格在￥1000元/支以下比較合適。

可靠性與穩(wěn)固性

若飛針測試機存在漏測或其它至命缺陷那就會變得毫無意義了。這與機器的軟件、機器自檢、實時故障偵測能力密切相關。在選購時不能盲目追求其速度及操作簡單。另機器的穩(wěn)固性對精度和測試速度都有很大影響,一般靠牢固的機架和重的平臺來保證。

測試機軟件

測試機的軟件一定要成熟,否則將會經常性報錯、間歇性中止、死機、甚至造成漏測。還要從兼容性、網絡分析能力、操作的簡便性等方面綜合評估。

測試機的環(huán)境要求

供電要求一般為AC220V50HZ市電,功率在0.5~2KW之間。對溫度要求不高0~30℃均可正常工作。而濕度對機器的影響要大一些,一般在75%以下。所以要注意機器放置環(huán)境不能太潮濕,否則需要增加抽濕機。還有極少數的飛針測試機需要供氣,須配備空氣壓縮機。飛針測試機的重量一般為100~1800kg,對放置地點就沒有特殊要求了。

排名靠前的測試PCBA飛針測試機

SPEA(意大利)

Takaya (日本)

Seica (意大利)