PCB通用測試技術(shù)分析

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，所以歐美測試機廠商就設(shè)計了一款標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格的測試機，只要PCB上的元件和布線是按照標(biāo)準(zhǔn)距離排布的，則每個測試點均會落在標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格點上，因為當(dāng)時所有PCB都能通用，故稱為通用測試機。
　　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，并結(jié)合用一定的鋼針斜率制造夾具以轉(zhuǎn)換PCB測試點與機器網(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，歐洲測試機廠商又推出了四倍密度網(wǎng)格通用測試機。
　　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數(shù)分別是49512、81920、184320，電子元件的數(shù)量高達數(shù)十萬，開關(guān)元件是保證測試穩(wěn)定的一個核心元件，要求其具有耐高壓(>300V)、低漏電等性能，同時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：
　　優(yōu)點：成本低，抗靜電擊穿能力強，穩(wěn)定性高；
　　缺點：電流驅(qū)動，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：
　　優(yōu)點：電壓驅(qū)動，電路簡單，不受基流(Ib)影響，功耗小
缺點：成本高，極易發(fā)生靜電擊穿，需加靜電保護措施，穩(wěn)定性不高，所以會增加維修成本。
　　2．網(wǎng)格點的獨立性
　　滿網(wǎng)格(FullGrid)
　　每個網(wǎng)格有獨立的開關(guān)回路，即每個點都占用一組開關(guān)元件及線路，整個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)域的幾個點共用一組開關(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)格有一個很大的缺陷，假如一個區(qū)域的點己經(jīng)被完全占用了，那么與之共享的區(qū)域的點就不能再用，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，故障時維護較困難。
　　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)點為撒針斜率較大，單位面積內(nèi)可撒針點數(shù)較短針結(jié)構(gòu)多20%~30%。但結(jié)構(gòu)強度較差，夾具制作時需注意加強。
　　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)點為結(jié)構(gòu)強度較好，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，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，因為針床上的彈簧針點陣密度與線路板上的測試點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算得出的。
　　另外，在測試效果上可明顯改善測試的假點率和壓痕情況，四密度的點陣密度為每平方英寸400點，雙密度為200點，相同點數(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接觸的一端會在PAD表面有相對滑動，如果夾具的強度不好而變形，鋼針卡在夾具中，此時，鋼針在PAD上的壓力就遠遠不止是針床彈簧針的彈力，嚴(yán)重時就會產(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計算時，用雙密度測試可排列的點數(shù)為441個，約0.17inch2，而用四密度測試時可排列的點數(shù)為896個，約0.35inch2。基本是雙密度的一倍，由可知一斑。