摘 要：飞行探针测试系统已成为印制板制造通用的检测设备，本文介绍一种新的集总测试系统，将在线测试，X线检查及功能测试组合成为一体，实现缺陷检测复盖最大优化。

关键词：飞针式测试系统，集总测试方案。

1.      引 言

一种新型飞行探针测试系统集总在线测试,X射线检查及功能测试为一体,缺陷检测复盖面实现最优化。

硬件与软件获得新的改进情况下，飞针式测试系统已成为印制板制造行业质量通用的检验设备（图 1 ）。飞行探测头具有多种优点，被公认是印制板组装整个测试对策的一部分。

图 1 飞行探针测试系统

 

飞行探测头的一问世，首先用于印制板制造过程的缺陷分析（示教/比较）。这种测试方法提供操作者快速建立测试程序，不必为了编程需要使用数据库（BOM）存贮的数值及公差数据。可完成快速建立测试程序及调整，但测试缺陷的复盖面及测试重复性经常会受到损失。

在线测试系统利用针床（BON）测试探针与印制板上的测试点接触实现电相连。使用针床测试系统，系统的测试误差可以予测，而且在整个测试针床台面是一致的，这些误差的计算容易实现自动化计算。

相对之下，本文提出的飞行探针测试系统的测试误差则取决于探针的X/Y的对准位置，以及与测试对象相匹配的探针规格。这样测试结果与测试对象相称的数据之间往往存在差别。测试设备精度较低，测试方法又不太成熟也导致了测试结果的不一致性。

近年来，飞行探针测试技术已有了新的发展，整个测试系统的重复性及精确度获得很大的提高。

l        有源探针设计，对测量冲击的影响降到最低。

l        自动隔离算法， 产生自动测试的组成。

l        按照器件尺寸与电路设计选择测试算法。

l        探针另接触技术用于‘低值’或高难度测试。

l        测试设备整体设计改进。

第二代飞行探针测试系统在缺陷复盖面有惊人的扩大，包括通电测试单元（UUT）。使用UUT单元可以满足各种印制板设计规格的检验，保证最终电路组装时，电路电流在容差范围内，防止对印制板造成损伤，这对于小批量复杂组件的制造者是十分重要的。由于在电子产品出售之前，电路器件经加电所产生的一些问题，在生产组装线上很可能不会被检查发现。产品一到用户手里，导致使用寿命缩短，导致了返修成本增加。

非矢量测试技术使得的印制板缺陷的测试复盖面扩大，非矢量测试与被测器件的功能无关，只是器件封装或内部电路保证处在UUT通电状态下，检查器件的安装或焊接是否正确，当测试发现某一个器件没有共享相同功率分配时，无疑此器件是存在缺陷。新设计完全克服了老式飞针测试设备无法解决的问题。

新一代‘飞行探针测试’的优越性，系统的测试编程必须实现自动化。电路组装厂的生产计划不允许额外增加编程及调整时间，有时感到进行这些测试项目存在难度，一般就不进行测试。

新测试系统的软件只要求测试编程员提供印制板安装器件的规格，其余部分均可由系统软件自行完成。

新系统采用的小电容检测技术，必须把测试探头放置在器件封装体上，由计算机自动设计系统（CAD）提供印制板设计文件的内容应包括器件封装外形，引脚布置等数据。

飞行探针测试板的性能得到提高，能对检测电路的一些要求苛刻的信号，改进了数字测试质量。在飞行探针测试系统的数字矢量测试是受到一定的制约，只要对这个制约有充分认识，测试操作程序正确，这种方法的使用是高效的。

2.      数字测试技术

使用‘飞行探针’进行数字测试有两个重要因素;第一,驱动器/传感器的数量及相匹配的测试架。飞行探针系统仅有限数量的移动探针，若数字测试要求重复可靠的，则需要使用测试夹具。

组装厂在选用‘飞行探针测试’设备时，通常有两个理由；一是降低非重复工程成本（NRE），加快测试编程时间。在小批量/样机试制环境下，测试夹具成本及安装调整时间往往要超过其本身原有的价值。飞行探针系统的驱动器/传感器数量必须等于或大于在测试条件下的器件数。随着器件的规模在增大，购买具有足够资源的系统来测量大器件，这样组装线上的生产速率很难保持提高，这样做也不切合实际。

第二个理由是涉及在小批量环境下数字电路器件模型有关；尤其对数字电路器件建立测试模型是相当费时的。使用传统在线测试仪测试器件，上游器件及板上所有振荡器都必须隔开才能达到测试的重复性要求，此项操作必定需要增加测试资源及开发时间。

数字测试一个好的对策是对印制板加电，然后逐级测试电路功能块，对印制板的输出采样，在最终测试或系统集成前，保证组件是通电的。

第二种对策是对整个器件进行非矢量测试，对多级器件的单级进行矢量测试。检查器件功率引脚，由非矢量测试分开非测试点，保证器件的焊装完全正确可靠。

3.      集总测试方案

一些集总测试方案包括飞行探针系统,IEEE仪器,串行通讯接口及周边器件控制(PCI)等组成。这种方案的市场推动来自电子产品制造厂商，需要对产品制造过程进行性能测试。

飞行探针使用的仪器从网络界面到通用界面（GPIB）。这些集成方案的缺点是增加测试编程时间，由于组装线附加的测试，造成印制板组装产量减少。

用户使用周边器件互连控制（PCI）技术可包含边界扫描测试及串接板上器件编程。也可由设计师建立的矢量测试，减少测试编程时间。这些改进对小批量试制特别显得重要，因为此时在没有增加测试夹具成本情况下，需要大的缺陷复盖面，进行过程测试及规定的性能测试。

另一个优点是当使用一连串扫描进行短路或开路测试，这些测试的物理探测步序可省略，集成边界扫描测试显示潜在增加印制板组装产能的优点。

4.   测试方法

在组装生产线上判定选用测试对策时,始终要考虑采用的测试方法，可测试性设计（DFT）规则与测试方法有关。使用接触测试方法，需要在印制板为所有供电与接地节点多个位置布置大尺寸测试盘（40mil）。但受到印制板的组装密度及性能要求的限制，实现是不可能的。，飞行探针通常接触较小尺寸的测试盘，这样就增加了印制板测试板面的复盖。

在飞行探针测试中，印制板组装产能也是经常需要考虑的因素，不像在线测试设备，探针测试位置可尽可能相互靠近。印制板测试点相互接近的接触位置，减少了测试探针X/Y轴向运动的距离，对提高测试速度有着正面的影响。这已被包括在系统测试点布置算法内。

在印制板上被测器件高度应尽可能小，减少器件高度使得测试程序编制探针的Z轴向运动减少，于是减少了每个器件的测试时间。如连接器，板卡，子组件，屏蔽或印制板弯曲大于飞行探针Z轴向运动的最大高度，在UUT完成测试后进行安装。

供电与接地布置在测试探针运动印制板的反面，为电路测试与保护，在印制板的高数据采集点采用布置固定探针的方法（图2）。这样测试速度可大幅度增加，在相同测试点，多次探针运动冲击造成印制板测试盘损坏的可能性也会减少。这种方法仅用于底面具有转换功能探测的探针系统。

图 2 底面测试固定探针

 

 

有些飞行探针测试系统配置组合视觉检查系统。如没有物理检查或矢量测试方法，可使用视觉检查系统检查器件的贴装及排列方向。需要在一块已知合格的印制板上仔细获取测试标准图像。印制板的技术指标如转换设置或工程项目变化（ECO）检验也适用。

5.   系统测试的其他因素

印制板的空间,性能因素或DFT规则不完全使得采集数据不全,可使用飞行探针测试。但使用飞针测试必须得到一致，重复的测试结果。在可能的条件下，测试盘直径至少20mil。如有通孔，印制板钻孔的累积公差应严格控制，全部通孔用焊锡填满，保证探测接触的一致性。探测位置中心间隔最小值必须16mil，以防止短路。

如果只能在安装盘上布置测试点，探针系统必须偏离器件贴装位置，避免冲撞器件引脚，冲撞器件引脚应该避免，否则损坏器件或造成更多的问题。系统测试程序会反复去除不可靠或非重复性的测试数据。同一块印制板经多次反复测试，也会因测试点表面状态的恶化产生非重复测试。

根据器件类型或产品要求选择采用某一个测试对策时，使用一些工具是正确的。这些工具有利于用户根据在组装线上的使用效率来选择测试设备的类型。

6.                飞行探针测试系统的特性

飞行探针测试从产品整个测试过程来讲具有更高的效率。飞行探针测试方法由于无测试夹具及技术的先进受到用户的欢迎。予计将来这种测试新方法会有那些发展是不容易的。但是飞行探针测试技术必定会不断地扩大能力。在测试程序中使用的工具会更好更多地开发础来。

系统进一步的改进将集中在测试过程的测试速度更快，操作更容易及功能更完美。只要测试工程师的响应能力提高及快速编程，就必需具备自动编程系统包括CAD联接，较少的工程间隔条件下更大的缺陷测试复盖。测试速度的提高会减少测试成本，在高速制造环境更好地证明设备投资的合理性，更好地成为印制板测试对策的一种手段。

使用软件将X射线检查与飞行探针测试系统组合起来，优化测试缺陷复盖面，这在样机试制过程，减少多余的工作量是很有价值的。软件也可将飞行探针与在线测试与功能测试系统组合成为其一部分，这种组合使得用户省略了一些多余测试及与测试标准样板的对比测试工作量（       WIP）。

飞行探针测试不可能解决印制板全部测试问题，只能是其中的一部分。但随着不断地改进及被人们所接受，不久可看到飞行测试系统应用领域的扩大，采用这项新技术在减少产品制造成本的同时，提高产品的质量。