PCB电测方法及技术解析

PCB电测方法及技术解析

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PCB电测技术分析

一、电性测试

PCB板在生产过程中，难免因外在因素而造成短路、断路及漏电等电性上的瑕疵，再加上PCB不断朝高密度、细间距及多层次的演进，若未能及时将不良板筛检出来，而任其流入制程中，势必会造成更多的成本浪费，因此除了制程控制的改善外，提高测试的技术也是可以为PCB制造者提供降低报废率及提升产品良率的解决方案。

在电子产品的生产过程中，因瑕疵而造成成本的损失，在各个阶段都有不同的程度，越早发现则补救的成本越低。" The Rule of 10's "就是一个常被用来评估PCB在不同制程阶段被发现有瑕疵时的补救成本。举例而言，空板制作完成后，若板中的断路能实时检测出来，通常只需补线即可改善瑕疵，或者至多损失一片空板；但是若未能被检测出断路，待板子出货至下游组装业者完成零件安装，也过炉锡及IR重熔，然而却在此时被检测发现线路有断路的情形，一般的下游组装业者会向让空板制造公司要求赔偿零件费用、重工费、检验费等。若更不幸的，瑕疵的板子在组装业者的测试仍未被发现，而进入整体系统成品，如计算机、手机、汽车零件等，这时再作测试才发现的损失，将是空板及时检出的百倍、千倍，甚至更高。因此，电性测试对于PCB业者而言，为的就是及早发现线路功能缺陷的板子。

下游业者通常会要求PCB制造厂商作百分之百的电性测试，因此会与PCB制造厂商就测试条件及测试方法达成一致的规格，因此双方会先就以下事项清楚的定义出来：

1、测试资料来源与格式

2、测试条件，如电压、电流、绝缘及连通性

3、设备制作方式与选点

4、测试章

5、修补规格

在PCB的制造过程中，有三个阶段必须作测试：

1、内层蚀刻后

2、外层线路蚀刻后

3、成品

每个阶段通常会有2~3次的100%测试，筛选出不良板再作重工处理。因此，测试站也是一个分析制程问题点的最佳资料收集来源，经由统计结果，可以获得断路、短路及其它绝缘问题的百分比，重工后再行检测，将数据资料整理之后，利用品管方法找出问题的根

源，加以解决。

二、电测的方法与设备

电性测试的方法有：专用型(Dedicated)、泛用型(Universal Grid)、飞针型(Flying Probe)、非接触电子束(E-Beam)、导电布(胶)、电容式(Capacity)及刷测(ATG-SCAN MAN)，其中最常使用的设备有三种，分别是专用测试机、泛用测试机及飞针测试机。为了更了解各种设备的功能，以下将分别比较三种主要设备的特性。

1、专用型(Dedicated)测试

专用型的测试之所以为专用型，主要是因为其所使用的治具(Fixture, 如电路板进行电性测试的针盘)仅适用于一种料号，不同料号的板子就无法测试，而且无法回收使用。测试点数方面，单面板在10,240点、双面各8,192点以内均可作测试，在测试密度方面，由于探针头粗细的关系，较适合运用于 pitch以上的板子。2、泛用型(Universal Grid)测试

泛用型测试的基本原理是PCB线路的版面是依据格子(Grid)来设计，一般所谓线路密度就是指grid的距离，也就是以间距(Pitch)来表示(部份时候也可用孔密度来表示)，而泛用测试就是依据此一原理，依据孔位置以一G10的基材作Mask，只有在孔的位置探针才能穿过Mask进行电测，因此治具的制作简易而快速，而且探针可重复使用。泛用型测试具有极多测点的标准Grid固定大型针盘，可分别按不同料号而制作活动式探针的针盘，量产时只要改换活动针盘，就可以对不同料号量产测试。另外，为保证完工的PCB板线路系统通畅，需在使用高压电(如250V)多测点的泛用型电测母机上，采用特定接点的针盘对板子进行Open/Short电性测试，此种泛用型的测试机称之为「自动化测试机」 (ATE, Automatic Testing Equipment)。

泛用型测试点数通常在1万点以上，测试密度在或是的测试称为on-grid测试，若是运用于高密度板，由于间距太密，已脱离on-grid设计，因此属于off-grid测试，其治具就必须要特殊设计，通常泛用型测试的测试密度可达 QFP。

3、飞针(Flying Probe)测试

飞针测试的原理很简单，仅仅需要两根探针作x、y、z的移动来逐一测试各线路的两个端点，因此不需要另外制作昂贵的治具。但是由于是端点测试，因此测速极慢，约为10~40 points/sec，所以较适合样品及小量产；在测试密度方面，飞针测试可适用于极高密度板( )，如MCM。

三、技术比较

典型的飞针测试产出大约在1~20 之间，若知道孔密度便可转换成每小时测试的总面积( )，则其测试面积的范围大约是15 (探针20 及32 板)至0.04 (探针1 及600 板)，差距375倍的原因在于板子的密度及间距。一般性能较好的飞针测试设备的产出大约维持在10 ~15 之间，可适用于密度为30 的商用板到600 的高密度板，对于多层板而言，在最佳状态下每一部飞针测试机每年测试总面积大约是3,000 ~5,000平方呎。

而针盘式(Bed-of-Nails)的测试设备如专用型及泛用型，在于高密度板的测试能力比不上飞针测试，因此比较少用于高密度板的测试。然而理论上，针盘式的产出面积可达200~400 ，但以目前的生产状况而言，实际生产线上专用型则为30~100 ，而泛用型为15~50 （两者的比较基础在于专用型通常运用于大量产，而泛用型多运用于中小量产），理论与实际的差异除了因设备本身的因素外，还可能包含生产管理上的问题，在此不加以详述。在一般最佳状态下，专用型测试设备平均每年约有300,000 ，泛用型则为150,000 。但是每部设备产量的多寡可能因PCB厂商的生产计划而有显著的差异；例如，若以最先进的ATE检测手机板，每年每部测试设备约可产出600,000 ，但是若用于0.5~0.8mm-pitch的CSP时，测试速率则大约仅达1/4，每年每部测试设备产出为150,000 。

综合以上的介绍可归纳出如表(一)的分析表。首先，在测试技术的适用目的方面，飞针测试是目前最适合使用于小量产及样品的电性测试设备，但是若要运用于中大量产时，则由于测速慢以及设备价格昂贵，将会使得测试成本大幅提高，而泛用型及专用型无论是用于何种层级的板子，只要产量达到一定的数量，测试成本均可达到规模经济的标准，而且约只占售价的2~4%，这也是为何泛用型及专用型为目前量产型的测试机种的主要原因。但是随着电子产品的变化速度加快，使得单一电路设计版本的产品生命周期变短(如，目前手机板的生命周期大约为6个月)，这个现象对于PCB厂商无论在更新泛用测试治具或专用测试设备来说，均会带来极高的成本威胁，根据数据显示，若用于高密度板，当平均产量小于150平方公尺以下时，测试成本将会高于$200(18%)以上，这已经不是一般生产所能承担的成本，因此电子产品的发展趋势将是PCB厂商在选购测试设备时，不容忽视的一个课题。目前尚在积极改良的E-Beam、CEM或电浆放电(Plasma Discharge)技术，若能在测试效率上提升，将是电性测试上良好及可行的解决方案。

表(一) 主要测试设备的功能与特性