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談SMT貼片加工測試技術

發布時間:2019-08-13    點擊次數:次   
談SMT貼片加工測試技術
 
根據測試方式的不同,測試技術可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展到自動光學檢查,自動射線檢測,而接觸式測試則可分為在線測試和功能測試兩大類。
 
 一、幾種測試技術介紹
 
1 、在線測試儀ICT
 
電氣測試使用的基本儀器是在線測試儀(ICT),傳統的在線測試儀測量時使用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0毫安以內電流進行分立隔離測試,從而地測出所裝電阻、電感、電容、二極管、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,并將故障是哪個元件或開短路位于哪個點準確告訴用戶。針床式在線測試儀優點是測試速度快,適合于單一品種民用型家電線路板及大規模生產的測試,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生產周期越來越短,線路板品種越來越多,針床式在線測試儀存在一些難以克服的問題:測試用針床夾具的制作、調試周期長、價格貴;對于一些高密度SMT線路板由于測試精度問題無法進行測試。
 
基本的ICT近年來隨著克服先進技術技術局限的技術而改善。例如,當集成電路變得太大以至于不可能為相當的電路覆蓋率提供探測目標時,ASIC工程師開發了邊界掃描技術。邊界掃描提供一個工業標準方法來確認在不允許探針的地方的元件連接。額外的電路設計到IC內面,允許元件

以簡單的方式與周圍的元件通信,以一個容易檢查的格式顯示測試結果。
 
另一個無矢量技術將交流(AC)信號通過針床施加到測試中的元件。一個傳感器板靠住測試中的元件表面壓住,與元件引腳框形成一個電容,將信號偶合到傳感器板。沒有偶合信號表示焊點開路。
 
用于大型復雜板的測試程序人工生成很費時費力,但自動測試程序產生軟件的出現解決了這一問題,該軟件基于PCBA和CAD數據和裝配于板上的元件規格庫,自動地設計所要求的夾具和測試程序。雖然這些技術有助于縮短簡單程序的生成時間,但高節點數測試程序的論證還是費時和

具有技術挑戰性。
 
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,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到測試點處,與之接觸,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、小測試間隙等方面均有較大幅度提高,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軟件但測試速度相對較慢是其大不足。
 
2、功能測試
 
 ICT能夠有效地查找在SMT組裝過程中發生的各種缺陷和故障,但是它不能夠評估整個線路板所組成的系統在時鐘速度時的性能。而功能測試就可以測試整個系統是否能夠實現設計目標,它將線路板上的被測單元作為一個功能體,對其提供輸人信號,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否按照設計要求正常工作。所以功能測試簡單的方法,是將組裝好的某電子設備上的專用線路板連接到該設備的適當電路上,然后加電壓,如果設備正常工作,就表明線路板合格。這種方法簡單、投資少,但不能自動診斷故障。
 
3、自動光學檢查AOI
 
隨著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技術引入到SMT生產線的測試領域也是大勢所趨。AOl不但可對焊接質量進行檢驗,還可對光板、焊膏印刷質量、貼片質量等進行檢查。各工序AOI的出現幾乎完全替代人工操作,對提高產品質量、生產效率都是

大有作為的。當自動檢測(A0)時,AOI通過攝像頭自動掃描PCB,采集圖像,測試的焊點與數據庫中的合格的參數進行比較,經過圖像處理,檢查出PCB上缺陷,并通過顯示器或自動標志把缺陷顯示/標示出來,供維修人員修整。
 
現在的AOI系統采用了的視覺系統、新型的給光方式、增加的放大倍數和復雜的算法,從而能夠以高測試速度獲得高缺陷捕捉率。AOI系統能夠檢測下面錯誤;元器件漏貼、鉭電容的極性錯誤、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。AOI

除了能檢查出目檢無法查出的缺陷外,AOI還能把生產過程中各工序的工作質量以及出現缺陷的類型等情況收集、反饋回來,供工藝控制人員分析和管理。但AOI系統也存在不足,如不能檢測電路錯誤,同時對不可見焊點的檢測也無能為力。
 
4、自動X射線檢查AXI(AutomaticX-raylnspection)
 
AXI是近幾年才興起的一種新型測試技術。當組裝好的線路板(PCBA)沿導軌進入機器內部后,位于線路板上方有一X-Ray發射管,其發射的X射線穿過線路板后被置于下方的探測器(一般為攝像機)接受,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、銅、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,而呈黑點產生良好圖像,使得對焊點的分析變得相當直觀,故簡單的圖像分析算法便可自動且可靠地檢驗焊點缺陷。AXI技術已從以往的2D檢驗法發展到目前的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

清晰的視像,但對于目前廣泛使用的雙面貼裝線路板,效果就會很差,會使兩面焊點的視像重疊而極難分辨。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。
 
3DX-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(BallGridArry,焊球陳列)等進行多層圖像"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。同進利用此方法還可測通孔(PTH)焊點,檢查通孔中焊料是否充實,從而極大地提高焊點連接

質量。
 
二、未來SMT測試技術展望
 
預測今后二十年里那一種測試技術會取得成功或者被淘汰不是一件簡單的工作,因為這不僅需要總結過去,還需要清楚地了解未來的應用情況。從近幾年的發展趨勢來看,使用多種測試技術,特別是AXI與ICT組合測試會很快成為這一領域的測試。
 
由于目前線路板越來越復雜,傳統的電路接觸式測試受到了極大限制,通過ICT測試和功能測試很難診斷出缺陷。隨著大多數復雜線路板的密度不斷增大,傳統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倍上升。開

發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接點數量會導致ICT測試出錯和重測次數的增多。AXI技術則不受上述因素的影響,其對工藝缺陷的覆蓋率很高,通常達97%。而工藝缺陷一般要占總缺陷的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檢測技術和傳統的ICT在線測試方法相結合,則可以取長補短,使SMT檢測技術達到的結合,因為每一個技術都補償另一技術的缺點。X射線主要集中在焊點的質量。它也可確認元件是否存在,但不能確認元件是否正確,方向和數值是否正確。另一方面,ICT可決定元件的方向和數

值但不能決定焊接點是否可接受,特別是焊點在封裝體底部的元件,如BGA、CSP等。需要特別指出的是隨著AXI技術的發展,目前AXI系統和ICT系統可以"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夾具和編程費用。
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