用于現代印制線(xiàn)路板組裝的高效測試策略

當今電子制造商正面臨著(zhù)越來(lái)越大要求降低成本、提高質(zhì)量及縮短面市時(shí)間的壓力，正確的測試策略可以幫助公司提高效率，制造出合格的產(chǎn)品，同時(shí)，在產(chǎn)品設計、設備投資、制造及質(zhì)量保證過(guò)程中引入測試還能有效地降低成本。本文介紹一種互補型分布式測試策略，討論在現代印制線(xiàn)路板組裝測試中采用互補型分布式測試策略的好處。

電子產(chǎn)品制造商在設計線(xiàn)路板組裝測試方案時(shí)要考慮很多方面，而且有多種工具可供選擇，每種技術(shù)都有其自身的故障覆蓋率和性能特征，用戶(hù)在決定測試方案前必須根據產(chǎn)品的故障分布和希望達到的目標進(jìn)行評估。工程師們在考慮最佳測試方案時(shí)，需要在運行成本、投資成本、故障覆蓋范圍、產(chǎn)量、診斷分辨率、工藝反饋及時(shí)性和產(chǎn)品長(cháng)期可靠性之間進(jìn)行折衷平衡。此外，無(wú)法進(jìn)行更多物理探測為現代線(xiàn)路組裝板檢測又增加了一層困難，這對于需要進(jìn)行實(shí)際物理探測以確定故障覆蓋范圍和網(wǎng)表分區(如邊界掃描和數字測試環(huán)境)而言，是一個(gè)嚴峻的挑戰。但如果按照互補型分布方式采用多種測試技術(shù)，制造商將能夠很好地達到他們的預定目標。

電子技術(shù)總的發(fā)展方向是產(chǎn)品越來(lái)越復雜，體積越來(lái)越小，這些都將增加I/O數量和線(xiàn)路板密度?，F在一塊線(xiàn)路板上焊點(diǎn)數超過(guò)兩萬(wàn)個(gè)并不罕見(jiàn)，同時(shí)裝配工藝的復雜性也在增加，線(xiàn)路板常常要經(jīng)過(guò)雙面SMT裝配、手工裝配、波峰焊、壓配和機械組裝等多道工序。雖然制造商正在努力提高產(chǎn)能減少缺陷，但他們發(fā)現要想使線(xiàn)路板上的缺陷數下降是很困難的。焊點(diǎn)數量及工藝復雜程度增加都會(huì )在線(xiàn)路板上造成大量工藝性缺陷，一項對全球范圍多個(gè)CEM和OEM工廠(chǎng)有關(guān)這方面的大規模研究表明，工藝性缺陷率平均為650ppm到1,100ppm。

圖一表明即使制造商達到100ppm工藝缺陷率這樣的“世界級”質(zhì)量水平，在有兩萬(wàn)個(gè)焊點(diǎn)的情況下仍只能保證不超過(guò)百分之十的一次成品率。

當一次通過(guò)率只有一位數時(shí)，工程師必須特別注意工藝缺陷的分布，這類(lèi)缺陷一般占所有PCB組裝缺陷的80～90%，因此要考慮采用能在制造過(guò)程早期檢測出工藝失效的自動(dòng)檢查設備，作為整體測試方案的一部分，同時(shí)也應認識到，目前電子組裝的密度和復雜性已使過(guò)去長(cháng)期使用的人工目檢(HVI)方法不再有效。

此外面市時(shí)間也是業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)，從設計到出樣品到正式生產(chǎn)的速度越快，市場(chǎng)占有率、銷(xiāo)售收入和利潤也就越高。能夠在線(xiàn)路板設計時(shí)進(jìn)行可測試性分析的軟件工具可使測試工程師與設計人員共同工作，從而縮短面市時(shí)間。如果工程師們能夠在PCB設計的布局走線(xiàn)之前預知故障分布，并規劃測試方案，了解故障覆蓋率和測試訪(fǎng)問(wèn)之間的折衷情況，則將擁有很大競爭優(yōu)勢，從根本上講，將使設計反復次數更少、困難更少、生產(chǎn)測試費用更低、制造效率更高以及面市時(shí)間更短。

除了使用能在線(xiàn)路板設計時(shí)進(jìn)行可測試性分析的軟件工具外，制造商們也在尋找其它測試方案，以減少測試開(kāi)發(fā)時(shí)間加快新設備引進(jìn)速度，在制造早期提供高水平故障覆蓋率和判斷分辨率。像FPT這種無(wú)夾具測試方法由于具有高水平故障覆蓋率和快速測試開(kāi)發(fā)性能，同時(shí)不需要使用昂貴且交付時(shí)間很長(cháng)的夾具，所以成為新設備引進(jìn)時(shí)迫切需要的一種測試方式。

另外制造商能夠越早滿(mǎn)足消費者對新產(chǎn)品的需求，就越能贏(yíng)得市場(chǎng)份額和利潤。在成本競爭環(huán)境下提高產(chǎn)量需要在源頭處有效地檢測和抑制缺陷，并找出造成缺陷的根本原因，另外也要有更大的產(chǎn)能。AXI之類(lèi)的設備能為工藝測量、連續改善和控制提供參數，有助于持續得到較高成品率。

制造商需要的測試方案應能在接近源頭處發(fā)現缺陷，并具有極佳的診斷分辨率，以便在生產(chǎn)過(guò)程中立即進(jìn)行調整和修復。高水平診斷分辨率能減少在制品和待修品的數量，保證快速調整與修復，縮短生產(chǎn)周期并提高產(chǎn)量。新型測試方案利用自動(dòng)檢查技術(shù)補充傳統在線(xiàn)測試和功能性測試，可以大大減少生產(chǎn)時(shí)間，這種組合方案的優(yōu)點(diǎn)如下：

1．樣品測試加快使成品面市時(shí)間更快。整個(gè)測試覆蓋范圍約95%的工藝缺陷在開(kāi)發(fā)過(guò)程中只需數小時(shí)就可測出來(lái)，相比而言，在線(xiàn)測試方法需要用幾天時(shí)間。

2．由于自動(dòng)檢查能發(fā)現電性測試方法不能檢測出的工藝缺陷，因此交付的線(xiàn)路板具有更高的質(zhì)量。假如自動(dòng)檢查沒(méi)有發(fā)現這些工藝缺陷，則將導致潛在缺陷，使產(chǎn)品可靠性降低，增加退貨和保修費用。

3．減少調整和修復可降低在線(xiàn)測試、功能測試和環(huán)境應力篩選(ESS)的成本。通過(guò)將測試任務(wù)分配到最合適的地方，使故障覆蓋率在早期階段達到最大，此時(shí)診斷和修復工作的費用都非常低。

4．減少在線(xiàn)測試/功能測試和ESS中重新測試/調整/修復時(shí)間，縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，提高資源利用率。

對于非常復雜的板(節點(diǎn)數超過(guò)3,000或焊點(diǎn)數超過(guò)15,000的線(xiàn)路板，主要用于高可靠性應用如工作站或通信交換器等)，分布式測試方法通過(guò)減少在線(xiàn)測試/功能測試和ESS的調整和修復時(shí)間可將整個(gè)工藝周期縮短3倍，大大改進(jìn)了設備利用率和庫存周轉率。

沒(méi)有哪一種測試技術(shù)能“包治百病”，滿(mǎn)足所有測試要求，每種技術(shù)都各有優(yōu)缺點(diǎn)，因此在做整體測試計劃時(shí)每種都應進(jìn)行考慮。雖然自動(dòng)檢查方法能夠在接近源頭處發(fā)現缺陷，進(jìn)行快速調整與修復，但它卻不能像在線(xiàn)測試和功能測試方法一樣保證產(chǎn)品功能正常。

具有互補性和故障覆蓋范圍重疊的分布式測試方法能滿(mǎn)足最終用戶(hù)所要求的質(zhì)量水平和生產(chǎn)效率，可作為成功的測試方案加以應用。

對于具體的線(xiàn)路板來(lái)講，如果分布式測試方案能夠很好地均衡各因素，包括診斷分辨率、故障覆蓋率、可測性、測試開(kāi)發(fā)時(shí)間、要求的技術(shù)水平和培訓費用、工作時(shí)間和利用狀況以及成本和產(chǎn)量等等，這種方案就能使測試得到最佳結果。如何開(kāi)發(fā)最優(yōu)的分布式測試方案呢？由于每種測試方法在不同的測量特性方面其性能水平都不相同，因此要對所有組合進(jìn)行評估其工作是無(wú)法想象的。要解決如此復雜的問(wèn)題需要現代軟件分析方法，如果沒(méi)有一個(gè)有效的定量分析，而不同測試方法又有很多選擇方案并具有復雜、重疊的特性，想得到優(yōu)化的測試方法將非常困難且很費時(shí)間，并極有可能導致有問(wèn)題的結果。

過(guò)去，工程師們常常根據以往的經(jīng)驗或者主觀(guān)偏愛(ài)來(lái)選擇測試方案，在線(xiàn)測試(ICT)和人工目檢相結合的方法多年來(lái)一直是一個(gè)有效的測試方案，于是很多PCB裝配都想當然地應用這種方式，而不是通過(guò)分析改為采用新方法的更優(yōu)測試方案。在當今對成本和時(shí)間的要求下，現代線(xiàn)路板需要按照具體情況針對每一塊板采取一種最優(yōu)測試策略，這就需要有一個(gè)針對具體元件參考引腳的測試覆蓋軟件模型，用以解決有關(guān)ICT無(wú)法探測、器件模型庫故障覆蓋范圍以及個(gè)別板特殊性能要求等方面的問(wèn)題。這類(lèi)復雜分析只能用軟件工具進(jìn)行，充分考慮用GENCAM之類(lèi)格式描述的完整幾何、電氣和機械方面線(xiàn)路板設計信息。隨著(zhù)個(gè)人計算機在數據集標準化和計算能力方面的加強，軟件工具可以將產(chǎn)品和工藝技術(shù)及測試能力聯(lián)系在一起解決測試分析問(wèn)題。每一塊板都有獨特的故障分布，如果在用軟件設計測試方案之前頭腦中已有了一個(gè)大致的故障分布情況，則將能得到一個(gè)更加優(yōu)化更加完整的結果。

電子工業(yè)在2000～2001年的滑坡導致人們對成本和效率更加關(guān)注，收入下降、失業(yè)和產(chǎn)能過(guò)剩使得制造商們對購買(mǎi)新技術(shù)和固定設備更加猶豫不決。測試優(yōu)化軟件可通過(guò)各種假設很好利用已有固定資產(chǎn)，并采用分布式測試方法獲得更優(yōu)制造水平，幫助業(yè)界度過(guò)這一困難時(shí)期。