用于現(xiàn)代印制線路板組裝的高效測試策略

當今電子制造商正面臨著越來越大要求降低成本、提高質(zhì)量及縮短面市時間的壓力，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，在產(chǎn)品設計、設備投資、制造及質(zhì)量保證過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(xiàn)代印制線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)品制造商在設計線路板組裝測試方案時要考慮很多方面，而且有多種工具可供選擇，每種技術都有其自身的故障覆蓋率和性能特征，用戶在決定測試方案前必須根據(jù)產(chǎn)品的故障分布和希望達到的目標進行評估。工程師們在考慮最佳測試方案時，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、工藝反饋及時性和產(chǎn)品長期可靠性之間進行折衷平衡。此外，無法進行更多物理探測為現(xiàn)代線路組裝板檢測又增加了一層困難，這對于需要進行實際物理探測以確定故障覆蓋范圍和網(wǎng)表分區(qū)(如邊界掃描和數(shù)字測試環(huán)境)而言，是一個嚴峻的挑戰(zhàn)。但如果按照互補型分布方式采用多種測試技術，制造商將能夠很好地達到他們的預定目標。

電子技術總的發(fā)展方向是產(chǎn)品越來越復雜，體積越來越小，這些都將增加I/O數(shù)量和線路板密度?，F(xiàn)在一塊線路板上焊點數(shù)超過兩萬個并不罕見，同時裝配工藝的復雜性也在增加，線路板常常要經(jīng)過雙面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(xiàn)要想使線路板上的缺陷數(shù)下降是很困難的。焊點數(shù)量及工藝復雜程度增加都會在線路板上造成大量工藝性缺陷，一項對全球范圍多個CEM和OEM工廠有關這方面的大規(guī)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，在有兩萬個焊點的情況下仍只能保證不超過百分之十的一次成品率。

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

此外面市時間也是業(yè)界關注的焦點，從設計到出樣品到正式生產(chǎn)的速度越快，市場占有率、銷售收入和利潤也就越高。能夠在線路板設計時進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，從而縮短面市時間。如果工程師們能夠在PCB設計的布局走線之前預知故障分布，并規(guī)劃測試方案，了解故障覆蓋率和測試訪問之間的折衷情況，則將擁有很大競爭優(yōu)勢，從根本上講，將使設計反復次數(shù)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間更短。

除了使用能在線路板設計時進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，以減少測試開發(fā)時間加快新設備引進速度，在制造早期提供高水平故障覆蓋率和判斷分辨率。像FPT這種無夾具測試方法由于具有高水平故障覆蓋率和快速測試開發(fā)性能，同時不需要使用昂貴且交付時間很長的夾具，所以成為新設備引進時迫切需要的一種測試方式。

另外制造商能夠越早滿足消費者對新產(chǎn)品的需求，就越能贏得市場份額和利潤。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之類的設備能為工藝測量、連續(xù)改善和控制提供參數(shù)，有助于持續(xù)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(xiàn)缺陷，并具有極佳的診斷分辨率，以便在生產(chǎn)過程中立即進行調(diào)整和修復。高水平診斷分辨率能減少在制品和待修品的數(shù)量，保證快速調(diào)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檢查技術補充傳統(tǒng)在線測試和功能性測試，可以大大減少生產(chǎn)時間，這種組合方案的優(yōu)點如下：

1．樣品測試加快使成品面市時間更快。整個測試覆蓋范圍約95%的工藝缺陷在開發(fā)過程中只需數(shù)小時就可測出來，相比而言，在線測試方法需要用幾天時間。

2．由于自動檢查能發(fā)現(xiàn)電性測試方法不能檢測出的工藝缺陷，因此交付的線路板具有更高的質(zhì)量。假如自動檢查沒有發(fā)現(xiàn)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(diào)整和修復可降低在線測試、功能測試和環(huán)境應力篩選(ESS)的成本。通過將測試任務分配到最合適的地方，使故障覆蓋率在早期階段達到最大，此時診斷和修復工作的費用都非常低。

4．減少在線測試/功能測試和ESS中重新測試/調(diào)整/修復時間，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(jié)點數(shù)超過3,000或焊點數(shù)超過15,000的線路板，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減少在線測試/功能測試和ESS的調(diào)整和修復時間可將整個工藝周期縮短3倍，大大改進了設備利用率和庫存周轉(zhuǎn)率。

沒有哪一種測試技術能“包治百病”，滿足所有測試要求，每種技術都各有優(yōu)缺點，因此在做整體測試計劃時每種都應進行考慮。雖然自動檢查方法能夠在接近源頭處發(fā)現(xiàn)缺陷，進行快速調(diào)整與修復，但它卻不能像在線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足最終用戶所要求的質(zhì)量水平和生產(chǎn)效率，可作為成功的測試方案加以應用。

對于具體的線路板來講，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、測試開發(fā)時間、要求的技術水平和培訓費用、工作時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(jié)果。如何開發(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行評估其工作是無法想象的。要解決如此復雜的問題需要現(xiàn)代軟件分析方法，如果沒有一個有效的定量分析，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間，并極有可能導致有問題的結(jié)果。

過去，工程師們常常根據(jù)以往的經(jīng)驗或者主觀偏愛來選擇測試方案，在線測試(ICT)和人工目檢相結(jié)合的方法多年來一直是一個有效的測試方案，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。在當今對成本和時間的要求下，現(xiàn)代線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ICT無法探測、器件模型庫故障覆蓋范圍以及個別板特殊性能要求等方面的問題。這類復雜分析只能用軟件工具進行，充分考慮用GENCAM之類格式描述的完整幾何、電氣和機械方面線路板設計信息。隨著個人計算機在數(shù)據(jù)集標準化和計算能力方面的加強，軟件工具可以將產(chǎn)品和工藝技術及測試能力聯(lián)系在一起解決測試分析問題。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大致的故障分布情況，則將能得到一個更加優(yōu)化更加完整的結(jié)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注，收入下降、失業(yè)和產(chǎn)能過剩使得制造商們對購買新技術和固定設備更加猶豫不決。測試優(yōu)化軟件可通過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)界度過這一困難時期。