現(xiàn)代化制造策略推動(dòng)ICT在線測(cè)試持續(xù)精進(jìn)

印刷電路板組件（PCBA）制造商依靠在線測(cè)試（ICT）系統(tǒng)來(lái)檢測(cè)制造工藝和元器件中存在的缺陷。制造商傾向于使用 ICT 系統(tǒng)來(lái)測(cè)試電子組件，因?yàn)檫@種系統(tǒng)不僅易于編程、能夠輕松識(shí)別各種故障，還具有測(cè)試吞吐量高、誤報(bào)率低以及故障診斷準(zhǔn)確度高等諸多優(yōu)勢(shì)。

近年來(lái)，PCBA 技術(shù)持續(xù)進(jìn)步，測(cè)試?yán)砟畈粩嘌葸M(jìn)，制造業(yè)的業(yè)務(wù)模式也在不停轉(zhuǎn)變，由此帶來(lái)的一系列影響使得ICT 系統(tǒng)的行業(yè)格局發(fā)生了重大變化。這些變化為ICT制造商提出了諸多新的、多樣化的要求，促使其不斷探尋破局之道。尤為突出的是，在特定產(chǎn)品領(lǐng)域，測(cè)試接入點(diǎn)的數(shù)量不斷減少，同時(shí)，用于高速信號(hào)傳輸設(shè)備和球柵陣列封裝器件的低壓差分信號(hào)集成電路日益普及，隨之而來(lái)的測(cè)試挑戰(zhàn)也愈發(fā)嚴(yán)峻。這些復(fù)雜情況促使 ICT 制造商開(kāi)始積極創(chuàng)新、因時(shí)而變，以確保其測(cè)試解決方案的有效性且適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)景。

此篇是德科技署名文章旨在探討ICT 領(lǐng)域的最新進(jìn)展，以及這些技術(shù)進(jìn)步如何擴(kuò)大在線測(cè)試的覆蓋范圍，提高可靠性和吞吐量，從而徹底改變制造測(cè)試，并最終達(dá)到降低成本的目的。

“ICT 系統(tǒng)”之面面觀

20 世紀(jì) 70 年代末，在生產(chǎn)過(guò)程中引入在線測(cè)試（ICT）系統(tǒng)，成為了電子制造業(yè)發(fā)展歷程中的一個(gè)重要里程碑。彼時(shí)的行業(yè)格局與當(dāng)下截然不同：印刷電路板組件（PCBA）普遍采用插孔技術(shù)，所有元器件均被安置在電路板的一側(cè)；而這些電路板的供電電壓，通常也不超過(guò)15V。這一時(shí)期，在制造過(guò)程中進(jìn)行功能測(cè)試是一項(xiàng)既復(fù)雜又耗時(shí)的任務(wù)。

在電子制造業(yè)，精準(zhǔn)度與高效率是不可或缺的核心要素。隨著科技的不斷進(jìn)步與消費(fèi)者需求的日益變化，要求在生產(chǎn)制造過(guò)程中采用嚴(yán)格而精密的測(cè)試方法，其重要性愈發(fā)凸顯。在眾多測(cè)試手段中，在線測(cè)試（ICT）憑借其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，成為確保印刷電路板組件（PCBA）品質(zhì)與可靠性的有力保障。ICT系統(tǒng)的問(wèn)世，為PCBA制造帶來(lái)了顛覆性的變革：整個(gè)測(cè)試過(guò)程的評(píng)估重點(diǎn)已從對(duì)電路板整體功能的檢驗(yàn)，轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)單個(gè)零部件功能性的細(xì)致評(píng)估，同時(shí)，也確保了整個(gè)組裝流程的嚴(yán)謹(jǐn)與完整。

圖1所示，ICT系統(tǒng)利用針床測(cè)試夾具來(lái)對(duì)電路板的功能進(jìn)行評(píng)估。該夾具由多個(gè)彈簧測(cè)試探針構(gòu)成，這些探針的位置與印刷電路板組件（PCBA）上的測(cè)試點(diǎn)位精確對(duì)應(yīng)。在測(cè)試過(guò)程中，測(cè)試人員只需將待測(cè)的PCBA放置于針床上并輕輕向下按壓，測(cè)試探針便會(huì)與PCBA上的測(cè)試點(diǎn)位或元器件的引線緊密接觸，讓測(cè)試人員能夠在PCBA的特定位置注入信號(hào)和電源，同時(shí)準(zhǔn)確測(cè)量電氣特性及響應(yīng)參數(shù)，包括電阻、電容、電感以及電壓水平等。

憑借強(qiáng)大的電氣測(cè)試接入能力以及創(chuàng)新的電路保護(hù)和電壓輸出技術(shù)，ICT測(cè)試系統(tǒng)可以對(duì)每個(gè)元器件實(shí)施精準(zhǔn)測(cè)試。得到的測(cè)試結(jié)果有助于驗(yàn)證元器件的連接狀況，檢查是否存在開(kāi)路、短路或元器件值不正確等制造缺陷。其中隱含的基本原理在于：只要ICT系統(tǒng)能夠驗(yàn)證和確認(rèn)所有元器件均正常運(yùn)行，且組裝過(guò)程無(wú)誤，那么制造商便可以全然放心地相信電路板的功能表現(xiàn)。

圖1 針床ICT測(cè)試夾具

應(yīng)對(duì)測(cè)試的復(fù)雜性和多樣性

隨著科技的飛速發(fā)展，印刷電路板（PCB）正朝著更小巧、更復(fù)雜的方向演進(jìn)，這無(wú)疑增加了確保全面電氣性能測(cè)試的難度。一方面，低電壓差分信號(hào)集成電路被廣泛應(yīng)用于高速差分信號(hào)傳輸；另一方面，球柵陣列（BGA）封裝器件的使用也日益增多，同時(shí)輸入/輸出速度也在不斷提升，這些變化共同構(gòu)成了新的挑戰(zhàn)。為了順應(yīng)這一發(fā)展趨勢(shì)，制造商們開(kāi)始精心打造復(fù)雜的高密度互連電路板，這些電路板不僅采用了隱蔽和埋入式通孔設(shè)計(jì)，還縮小了軌道間距，并減少了整個(gè)板面用于電氣測(cè)試接入的銅材面積。

在滿足技術(shù)需求的同時(shí)，ICT系統(tǒng)的制造商還積極調(diào)整自身以適應(yīng)日新月異的測(cè)試?yán)砟畈⒆プ⌒碌臉I(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)因素。然而，ICT供應(yīng)商在努力滿足各制造商多樣化需求的過(guò)程中也面臨著諸多挑戰(zhàn)。畢竟，每位制造商對(duì)于ICT系統(tǒng)的要求都各具特色，對(duì)于系統(tǒng)功能的期望也各不相同。舉例來(lái)說(shuō)，利潤(rùn)比較低的制造商往往更注重尋求具有成本效益高的ICT解決方案；而那些生產(chǎn)可靠且復(fù)雜產(chǎn)品的制造商，則要求ICT解決方案具備全面的故障診斷覆蓋范圍以及更多的引腳數(shù)量；對(duì)于大批量生產(chǎn)的制造商而言，他們期望的是測(cè)試吞吐量的顯著提升；至于采用外包模式的制造商，他們則更加看重設(shè)備的兼容性。

隨著時(shí)間推移，ICT供應(yīng)商已經(jīng)能夠成功滿足各種不同甚至是相互沖突的客戶需求，他們通過(guò)提供多層次的ICT系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。如圖2所示，這一策略使得制造商能夠精準(zhǔn)地獲取所需的測(cè)試功能，并可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行靈活調(diào)整和擴(kuò)展升級(jí)，而無(wú)需對(duì)測(cè)試設(shè)備本身進(jìn)行任何改動(dòng)。

但是，如果制造商只使用制造缺陷分析儀（MDA+）之類的測(cè)試設(shè)備的話，那么在面對(duì)復(fù)雜的PCBA時(shí)，可能會(huì)因其測(cè)試能力有限而面臨挑戰(zhàn)。反之，對(duì)于簡(jiǎn)單的PCB組件而言，選擇高性能的ICT在線測(cè)試平臺(tái)又可能顯得大材小用，因?yàn)樵谶@種情況下不僅高級(jí)功能派不上用場(chǎng)，而且程序開(kāi)發(fā)也需要高度專業(yè)的操作人員來(lái)完成。

圖2 ICT 平臺(tái)適應(yīng)性強(qiáng)，能無(wú)縫滿足生產(chǎn)制造過(guò)程中的各種測(cè)試需求

擴(kuò)大測(cè)試覆蓋范圍

20世紀(jì)90年代，TestJet技術(shù)的誕生可謂是在線測(cè)試覆蓋率提升的一大突破。然而，在面對(duì)當(dāng)今的 PCBA 測(cè)試時(shí)，TestJet 這類電容式探頭測(cè)量技術(shù)逐漸落伍，非矢量測(cè)試增強(qiáng)型探頭（VTEP）技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

非矢量技術(shù)

VTEP 的使用擴(kuò)大了 ICT 的測(cè)試覆蓋范圍，尤其是對(duì)于封裝類型難以測(cè)試的電路板，如 BGA、微型 BGA 和 SMT 邊緣連接器而言，更是一種福音。而現(xiàn)今的nanoVTEP技術(shù)，不僅大幅提高了測(cè)試吞吐量，滿足了大批量生產(chǎn)的迫切需求，還有效降低了測(cè)試夾具的成本。更重要的是，nanoVTEP憑借其卓越的故障診斷覆蓋率，為PCBA測(cè)試提供了既可靠又高效的解決方案。

邊界掃描測(cè)試

隨著技術(shù)日益升級(jí)，復(fù)雜的互連、有限的接入點(diǎn)位和不斷增加的元器件密度，使得芯片組測(cè)試工作愈發(fā)艱難。舉例來(lái)說(shuō)，在設(shè)計(jì)時(shí)鐘頻率和元器件密度都比較高的服務(wù)器電路板時(shí)，設(shè)計(jì)人員需要額外考慮如何保持信號(hào)完整性并盡可能減少失真。緊密相鄰的并行走線可能會(huì)產(chǎn)生電磁干擾，而高速信號(hào)傳輸路徑上的測(cè)試焊盤(pán)則可能導(dǎo)致反射和信號(hào)衰減。

由于電氣接入受到限制，ICT 能覆蓋的 PCBA 測(cè)試范圍比較小。制造商可以通過(guò)邊界掃描測(cè)試來(lái)檢查 PCBA 的功能，無(wú)需接入內(nèi)部電路的所有點(diǎn)位即可確保測(cè)試的準(zhǔn)確性和可靠性。但前提是，制造商需按照IEEE 1149.1標(biāo)準(zhǔn)來(lái)設(shè)計(jì)PCBA，該標(biāo)準(zhǔn)要求每個(gè)引腳都需與邊界測(cè)試單元相連。借助IEEE 1149.1標(biāo)準(zhǔn)提供的信息，制造商便能輕松驗(yàn)證PCBA的整體功能，而無(wú)需對(duì)各個(gè)組件逐一進(jìn)行檢查。

提高大批量制造環(huán)境中的測(cè)試效率

在大批量制造環(huán)境中，高效、可靠地生產(chǎn) PCBA 是滿足市場(chǎng)需求和保持競(jìng)爭(zhēng)力的一大關(guān)鍵。隨著貼裝設(shè)備的速度飆升，產(chǎn)線開(kāi)始以秒為單位衡量生產(chǎn)節(jié)拍，在線測(cè)試設(shè)備的存在有可能成為生產(chǎn)瓶頸。

這一現(xiàn)狀讓制造商陷入兩難境地：要么通過(guò)增加更多設(shè)備來(lái)提高測(cè)試能力，要么通過(guò)縮短測(cè)試時(shí)間來(lái)維持預(yù)期的生產(chǎn)節(jié)拍。但這兩種方式都存在挑戰(zhàn)。增加設(shè)備不僅耗資巨大，還需要配備更多的測(cè)試夾具，并且可能因?yàn)樯a(chǎn)場(chǎng)地的空間限制而難以實(shí)現(xiàn)。而縮減測(cè)試時(shí)間，則意味著需要開(kāi)展更多的程序維護(hù)工作，同時(shí)還會(huì)削弱ICT系統(tǒng)有效檢測(cè)故障的能力。

而針對(duì)上述問(wèn)題，更為理想的解決方案是，持續(xù)提升測(cè)試設(shè)備的執(zhí)行速度，直至其不再成為生產(chǎn)線上的制約因素。目前，部分ICT系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)升級(jí)，能夠支持對(duì)多個(gè)組件進(jìn)行同步測(cè)試。這一升級(jí)需要在測(cè)試系統(tǒng)中增設(shè)儀器，使得測(cè)試執(zhí)行人員能夠同時(shí)對(duì)多個(gè)組件（通常是在作為面板一部分而生產(chǎn)的電路板上）進(jìn)行測(cè)試。

在常規(guī)設(shè)置中，在線測(cè)試儀通常每次只能測(cè)試最多四塊電路板。大批量制造環(huán)境對(duì)于效率和吞吐量有著非常高的要求，需要具備同時(shí)測(cè)試更多電路板的能力。大規(guī)模并行電路板測(cè)試可以使用多個(gè)并行測(cè)試內(nèi)核同時(shí)對(duì)多個(gè)電路板執(zhí)行測(cè)試。通過(guò)并行測(cè)試，用戶得以同時(shí)評(píng)測(cè)多個(gè)單元，因此縮短了每個(gè)單元的平均測(cè)試時(shí)間。這一技術(shù)的突破，顯著提升了整個(gè)電路板的測(cè)試吞吐量和整體效率，極大地優(yōu)化了測(cè)試流程。

結(jié)語(yǔ)

為了應(yīng)對(duì)當(dāng)代 PCB 生產(chǎn)制造過(guò)程中存在的技術(shù)和業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)層面的障礙，ICT 系統(tǒng)經(jīng)歷了顯著變革。時(shí)至今日，它們的功能相較于剛問(wèn)世時(shí)有了長(zhǎng)足發(fā)展。通過(guò)采用一系列增強(qiáng)方法，例如減少接入測(cè)試、集成邊界掃描功能、采用 nanoVTEP 技術(shù)和嵌入式測(cè)試工具、構(gòu)建并行測(cè)試能力和功能性測(cè)試能力以及采用自適應(yīng)系統(tǒng)配置等，使得ICT系統(tǒng)的適用能力和實(shí)用性得到了長(zhǎng)久的保持與提升。

正因如此，ICT 仍然是大批量 PCBA 制造商在排查制造工藝和元器件中存在缺陷時(shí)所采用的主要工具之一。