SMT測(cè)試技術(shù)

要在當(dāng)今競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)中立足，電子元器件產(chǎn)品的生產(chǎn)廠家就必需確保產(chǎn)品質(zhì)量。為了保證電子元器件的質(zhì)量，在生產(chǎn)過(guò)程中就需要采用各類測(cè)試技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷和故障并進(jìn)行修復(fù)。根據(jù)測(cè)試方式的不同，SMT測(cè)試技術(shù)分為非接觸式測(cè)試和接觸式測(cè)試。非接觸式測(cè)試已從人工目測(cè)發(fā)展到自動(dòng)光學(xué)檢查（AOI）和自動(dòng)射線檢測(cè)（AXI），而接觸式測(cè)試則可分為在線測(cè)試和功能測(cè)試兩大類。本文將對(duì)各類測(cè)試技術(shù)及其未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)作一初步探討。

1 幾種測(cè)試技術(shù)介紹

1.1 在線測(cè)試儀ICT（In-circuit tester）

電氣測(cè)試使用的最基本儀器是在線測(cè)試儀（ICT），傳統(tǒng)的在線測(cè)試儀測(cè)量時(shí)使用的是專門的針床與已焊接好的線路板上的元器件接觸，并用數(shù)百毫伏電壓和10毫安以內(nèi)電流對(duì)其進(jìn)行分立隔離管、三極管、可控硅、場(chǎng)效應(yīng)管、集成塊等通用和特殊元器件的漏裝、錯(cuò)裝、參數(shù)值偏差、焊點(diǎn)連焊、線路板開(kāi)、短路等故障。并將故障出現(xiàn)在哪個(gè)元件或開(kāi)、短路位于哪個(gè)點(diǎn)準(zhǔn)確地告訴用戶。針床式在線測(cè)試儀的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)試速度快，適合于單一品種的民用型家電產(chǎn)品線路板的大規(guī)模生產(chǎn)測(cè)試，而且主機(jī)價(jià)格較便宜。但是隨著線路板組裝密度的提高，特別是細(xì)間距SMT組裝以及新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)生產(chǎn)周期越來(lái)越短，線路板品種越來(lái)越多，從而針床式在線測(cè)試儀存在一些難以克服的問(wèn)題。由于測(cè)試用針床夾具有制作、調(diào)試周期長(zhǎng)，價(jià)格貴；因此對(duì)于一些高密度SMT線路板來(lái)說(shuō)，由于測(cè)試精度的問(wèn)題而往往無(wú)法進(jìn)行測(cè)試。

飛針式測(cè)試儀是對(duì)針床在線測(cè)試儀的一種改進(jìn)，它用探針來(lái)代替針床，在X-Y機(jī)構(gòu)上裝有可分別高速移動(dòng)的4個(gè)頭共8根測(cè)試探針，最小測(cè)試間隙為0.2mm。工作時(shí)根據(jù)預(yù)先編排的坐標(biāo)位置程序移動(dòng)測(cè)試探針對(duì)測(cè)試點(diǎn)，各測(cè)試探針根據(jù)測(cè)試程序?qū)ρb配的元器件進(jìn)行開(kāi)路/短路或元件測(cè)試。與針床式在線測(cè)試儀相比，在測(cè)試精度、最小測(cè)試試間隙等方面均有較大幅度的提高，并且無(wú)需制作專門的針床夾具，測(cè)試程序可直接由線路板的CAD軟件得到，但測(cè)試速度相對(duì)較慢是其不足之處。

1.2 功能測(cè)試（Functional Tester）

ICT能夠有效地查找在SMT組裝過(guò)程中發(fā)生的各種缺陷和故障，但它不能評(píng)估整個(gè)線路板所組成的系統(tǒng)在時(shí)鐘速度時(shí)的性能。而功能測(cè)試就可以測(cè)試整個(gè)系統(tǒng)是否能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)，它將線路板上的補(bǔ)測(cè)單元作為一個(gè)功能體，并對(duì)其提供輸入信號(hào)并按照功能體的設(shè)計(jì)要求檢測(cè)輸出信號(hào)。這種測(cè)試是為了確保線路板能夠按照設(shè)計(jì)要求正常工作。所以功能測(cè)試最簡(jiǎn)單的方法是將組裝好的某電上，然后加電壓。如果設(shè)備工作正常，就表明線路板合格。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)試簡(jiǎn)單、投資少，缺點(diǎn)是不能自動(dòng)診斷故障。

1.3 自動(dòng)未免學(xué)檢查AOI

線路板上元器件組裝密度的提高給電氣接觸測(cè)試增加了困難，將AOI（Automatic Optical Inspection）技術(shù)引入到SMT生產(chǎn)線的測(cè)試領(lǐng)域也是大勢(shì)所趨。AOI不但可對(duì)焊接質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)，還可對(duì)光板、焊膏印制質(zhì)量、貼片質(zhì)量等進(jìn)行檢查。各工序AOI的出現(xiàn)幾乎完全替代了人工操作，這對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率都是大有作為的?，F(xiàn)在AOI系統(tǒng)采用高級(jí)的視覺(jué)系統(tǒng)和新型的給光方式。并采用了增加的放大倍數(shù)和復(fù)雜的算法，從而能夠使其以高的測(cè)試速度獲得高缺陷捕捉率。AOI系統(tǒng)能夠檢測(cè)元器件漏貼、電解電容的極性錯(cuò)誤、焊腳定位錯(cuò)誤或者偏斜、引腳彎曲或者折起、焊料過(guò)量或者不足、焊點(diǎn)橋接或者虛焊等焊接錯(cuò)誤。但AOI系統(tǒng)不能檢測(cè)電路的錯(cuò)誤，對(duì)不可見(jiàn)焊的檢測(cè)也無(wú)能為力。

1.4 自動(dòng)X射線檢查AXI

AXI（Automatic X-ray Inspection）是近幾年才興起的一種新型測(cè)試技術(shù)。當(dāng)組裝好的線路板沿導(dǎo)軌進(jìn)入機(jī)器內(nèi)部后，位于線路板上方的X-Ray發(fā)射管將其發(fā)射的X射線穿過(guò)線路板后并被置于下方的探測(cè)器（一般為攝象機(jī)）接收到，由于焊點(diǎn)中含有可以大量吸收X射線的鉛，因此與穿過(guò)玻璃纖維、鉛、硅等其它材料的X射線相比，照射在焊點(diǎn)上的X射線被大量吸收而呈黑點(diǎn)，從而產(chǎn)生良好圖像，使得對(duì)焊點(diǎn)的分析變得相當(dāng)直觀，因此，采用簡(jiǎn)單的圖像分析算法就可以自動(dòng)且可靠地檢驗(yàn)到焊點(diǎn)缺陷。AXI技術(shù)已從以往的2D檢驗(yàn)法發(fā)展到目前的3D檢驗(yàn)法。前者為透射X射線檢驗(yàn)法。對(duì)于單面板上的元件焊點(diǎn)可產(chǎn)生清晰的現(xiàn)像，但對(duì)于目前廣泛使用的雙面貼裝線路板效果較差，因?yàn)樗鼤?huì)使兩面焊點(diǎn)的視像貼裝線路板效果較差，因?yàn)樗鼤?huì)使兩面焊點(diǎn)的視像重疊而造成分辨困難。而3D檢驗(yàn)法采用分層技術(shù)，即將光束聚焦到任何一層并將相應(yīng)圖像投射到一高速旋轉(zhuǎn)的接受面上，接受面的高速旋轉(zhuǎn)可使位于焦點(diǎn)處的圖像非常清晰，而其它層上的圖像則被消除，故3D檢驗(yàn)法可對(duì)線路板兩面的焊點(diǎn)獨(dú)立成像。

3D X-Ray技術(shù)除了可以檢驗(yàn)雙面貼裝線路板外，還可對(duì)那些不可見(jiàn)焊點(diǎn)如BGA等進(jìn)行多層圖象“切片”檢測(cè)，即對(duì)BGA焊接連接處的頂部、中部和底部進(jìn)行徹底檢驗(yàn)。同時(shí)利用此方法可以測(cè)通孔（PTH）焊點(diǎn)，檢查通孔中焊料是否充實(shí)，從而極大地提高焊點(diǎn)的焊接質(zhì)量。

2 未來(lái)SMT測(cè)試技術(shù)展望

預(yù)測(cè)今后那一種測(cè)試技術(shù)會(huì)成為主流或者被淘汰不是一件簡(jiǎn)單的工作，因?yàn)檫@不僅需要總吉過(guò)去，還需要清楚地了解未來(lái)的應(yīng)用情況。從近幾年的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，使用多種測(cè)試技術(shù)，特別是AXI與ICT的組合測(cè)試技術(shù)會(huì)很快成為這一領(lǐng)域的測(cè)試首先，圖1所示是從60年代到90年代的30年間，電子元器件測(cè)試技術(shù)的發(fā)展歷程。

由于目前線路板越來(lái)越復(fù)雜，傳統(tǒng)的電路接觸式測(cè)試技術(shù)顯得越來(lái)越不適應(yīng)，通過(guò)ICT測(cè)試和功能測(cè)試很難診斷出線路板的某些缺陷。隨著大多數(shù)復(fù)雜線路板的密度不斷增大，傳統(tǒng)的測(cè)試手段只能不斷增加在線測(cè)試儀的測(cè)試接點(diǎn)數(shù)。然而隨著接點(diǎn)數(shù)的增多，測(cè)試編程和針床夾具的成本也呈指數(shù)上升。開(kāi)發(fā)測(cè)試程序和夾具通常需要幾個(gè)星期的時(shí)間，更復(fù)雜的線路板可能還要一個(gè)多月。另外，增加ICT的接點(diǎn)數(shù)量會(huì)導(dǎo)致ICT測(cè)試出錯(cuò)和重測(cè)次數(shù)的增多。而AXI技術(shù)則不存在上述問(wèn)題，它對(duì)工藝缺陷的覆蓋率很高，通?？蛇_(dá)97%.而工藝缺陷一般要點(diǎn)總?cè)毕莸?0%～90%，并可對(duì)不可見(jiàn)焊點(diǎn)進(jìn)行檢查，但AXI技術(shù)不能測(cè)試電路電氣性能方面的缺陷和故障。將AXI檢測(cè)技術(shù)和傳統(tǒng)的ICT在線測(cè)試方法相結(jié)合，可以取長(zhǎng)補(bǔ)短，從而使SMT檢測(cè)技術(shù)達(dá)到完美的結(jié)合。圖2為AXI和ICT測(cè)試方法檢查范圍互補(bǔ)圖。需要特別指出的是：隨著AXI技術(shù)的發(fā)展，目前AXI系統(tǒng)和ICT系統(tǒng)可以“互相對(duì)話”，這種被稱為“AwareTest”的技術(shù)能消除兩者之間的重復(fù)測(cè)試部分。通過(guò)減小ICT/AXI多余的測(cè)試覆蓋面可大大減小ICT的接點(diǎn)數(shù)量。這種簡(jiǎn)化的ICT測(cè)試只需原來(lái)測(cè)試接點(diǎn)數(shù)的30%就可以保持目前的高測(cè)試覆蓋范圍，而減少ICT測(cè)試接點(diǎn)數(shù)可縮短ICT測(cè)試時(shí)間、加快ICT編程并降低ICT夾具和編程的費(fèi)用。

3 結(jié)束語(yǔ)

在高度復(fù)雜的線路板測(cè)試中采用組合式AXI/ICT測(cè)試方法具有很多優(yōu)點(diǎn)，而這項(xiàng)技術(shù)本身的不斷改進(jìn)又使它愈加引入注目，比如AwareTest。在過(guò)去的兩三年里，應(yīng)用AXI/ICT組合測(cè)試復(fù)雜線路板的情況出現(xiàn)了驚人的增長(zhǎng)，而且增長(zhǎng)速度還有加快，因?yàn)橐延懈嗟脑陔娮釉骷y(cè)試行業(yè)領(lǐng)先的生產(chǎn)廠家意識(shí)到了這項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)并將其投入使用。