飞针测试机

简介

    飞针测试——就是利用4支探针对线路板进行高压绝缘和低阻值导通测试（测试线路的开路和短路）而不需要做飞针测试机测试治具，非常适合测试小批量样板。目前针床测试机测试架制作费用少则上千元，多则数万元，且制作工艺复杂，须占用钻孔机，调试工序较为复杂。而飞针测试利用四支针的移动来量度PCB的网络，灵活性大大增加，测试不同PCB板无须更换夹具，直接装PCB板运行测试程序即可。测试极为方便。节约了测试成本，减去了制作 测试架的时间，提高了出货的效率。

    “飞针”测试是测试的一些主要问题的新解决办法。名称的出处是基于设备的功能性，表示其灵活性。飞针测试的出现已经改变了低产量与快速转换(quick-turn)装配产品的测试方法。以前需要几周时间开发的测试现在几个小时就可以了。对于处在严重的时间到市场(time-to-market)压力之下的电子制造服务(EMS, Electronic Manufacturing Services)提供商，这种后端能力大大地补偿了时间节省的前端技术与工艺，诸如连续流动制造和刚好准时的(just-in-time)物流。

    快速转换生产的不利之事是，PCB可以在各种环境下快速装配，取决于互连技术与板的密度。顾客经常愿意对这种表现额外多付出一点。可是，当PCB已经装配但不能在可接受的时间框架内测试，他们不愿意付出拖延的价格。不可接受的测试时间框架延误终发货有两个理由。一个理由是缺乏灵活的硬件；个是在给定产品上所花的测试开发时间。

    许多原设备制造商(OEM)在做传统上一样快并没有价格惩罚的电路板时，不愿意承担快速转换(fast-turn)装配的费用。具有快速转换服务的EMS，但是不能在OEM的时间框架内出货的，一定要寻找一个解决方案。

什么是飞针测试

    飞针测试机是一个在制造环境测试PCB的系统。不是使用在传统的在线测试机上所有的传统针床(bed-of-nails)界面，飞针测试使用四到八个独立控制的探针，移动到测试中的元件。在测单元(UUT, unit under test)通过皮带或者其它UUT传送系统输送到测试机内。然后固定，测试机的探针接触测试焊盘(test pad)和通路孔(via)从而测试在测单元(UUT)的单个元件。测试探针通过多路传输(multiplexing)系统连接到驱动器(信号发生器、电源供应等)和传感器(数字万用表、频率计数器等)来测试UUT上的元件。当一个元件正在测试的时候，UUT上的其它元件通过探针器在电气上屏蔽以防止读数干扰。

    飞针测试机可检查短路、开路和元件值。在飞针测试上也使用了一个相机来帮助查找丢失元件。用相机来检查方向明确的元件形状，如极性电容。随着探针定位精度和可重复性达到5-15微米的范围，飞针测试机可精密地探测UUT。

    飞针测试解决了在PCB装配中见到的大量现有问题，如在开发时缺少金样板(golden standard board)。问题还包括可能长达4-6周的测试开发周期；大约$10,000-$50,000的夹具开发成本；不能经济地测试少批量生产；以及不能快速地测试原型样机(prototype)装配。这些情况说明，传统的针床测试机缺少测试低产量的低成本系统；缺乏对原型样机装配的快速测试覆盖；以及不能测试到屏蔽了的装配。

    因为具有紧密接触屏蔽的UUT的能力和帮助更快到达市场(time-to-market)的能力，飞针测试是一个无价的生产资源。还有，由于不需要有经验的测试开发工程师，该系统可认为是节省人力的具有附加价值和时间节省等好处的设备。

测试开发与调试

    编程飞针测试机比传统的ICT系统更容易、更快捷。例如，对GenRad的GRPILOT系统，测试开发员将设计工程师的CAD数据转换成可使用的文件，这个过程需要1-4个小时。然后该新的文件通过测试程序运行，产生一个 .IGE 和 .SPC 文件，再放入一个目录。然后软件运行在目录内产生需要测试UUT的所有文件。短路的测试类型是从选项页面内选择。测试机在UUT上使用的参考点从CAD信息中选择。UUT放在平台上，固定。在软件开发完成后，该程序被“拧进去”，以保证选择到尽可能佳的测试位置。这时加入各种元件“保护”(元件测试隔离)。一个典型的1000个节点的UUT的测试开发所花的时间是 4-6 个小时。

    在软件开发和装载完成以后，开始典型的飞针测试过程的测试调试。调试是测试开发员接下来的工作，需要用来获得尽可能佳的UUT测试覆盖。在调试过程中，检查每个元件的上下测试极限，确认探针的接触位置和零件值。典型的1000个节点的UUT调试可能花 6-8小时。

    飞针测试机的开发容易和调试周期短，使得UUT的测试程序开发对测试工程师的要求相当少。在接到CAD数据和UUT准备好测试之间这段短时间，允许制造过程的大数量的灵活性。相反，传统ICT的编程与夹具开发可能需要160小时和调试 16-40 小时。

缺点

    由于具有编程容易，能够在数小时内测试原型样机装配，以及测试低产量的UUT而没有典型的夹具开发费用，飞针测试可解决生产环境中的许多问题。但是还不是所有的生产测试问题都可通过使用探针自动解决。

    和任何事情一样，飞针测试有其缺点。因为测试机物理接触通路孔和测试焊盘上的焊锡，可能在焊锡上留下小凹坑。对某些OEM客户，这些小凹坑可能认为外观缺陷，造成拒绝接收装配。因为有时在没有测试焊盘的地方探针会接触到元件引脚，所以可能会错过松脱或焊接不良的元件引脚。探针测试机还限制电路板的尺寸：16'x24'。

    飞针测试时间是另一个主要因素。一台典型的针床测试机可能花30秒测试UUT的地方，飞针测试机可能花 8-10 分钟。实物搬运是另一个缺点。针床测试机可使用顶面夹具同时测试双面PCB的顶面与底面元件，而飞针测试机要求操作员测试一面，然后翻转再测试另一面。

优点

    尽管有些缺点，飞针测试还是一个有价值的工具。优点包括：快速测试开发；较低成本测试方法；快速转换的灵活性；以及在原型阶段为设计人员提供快速的反馈。因此，和传统的ICT比较，飞针测试所要求的时间通过减少总的测试时间足以弥补。

    使用飞针测试系统的好处大于缺点。例如，装配过程中这样一个系统提供在接收到CAD文件只有几小时就可以开始生产。因此，原型电路板在装配后数小时即可测试，不象ICT，高成本的测试开发与夹具可能将过程延误几天，甚至几月。飞针测试系统也减少了新产品的“篇文章”的视觉检查时间，这一点是很重要的，因为块板经常决定剩下的UUT的测试特性。

    除此之外，由于设定、编程和测试的简单与快速，实际上非技术装配人员，而不是工程师，可用来操作测试。也存在灵活性，做到快速测试转换和过程错误的快速反馈。还有，因为夹具开发成本与飞针测试没有关系，所以它是一个可以放在典型测试过程前面的低成本系统。并且因为飞针测试机改变了低产量和快速转换装配的测试方法，通常需要几周开发的测试现在数小时就可以得到。

结论

    对EMS提供商，飞针测试可以通过消除传统测试夹具方法的需要，减少生产装配到达市场的时间。通过取消夹具，飞针测试机消除了夹具硬件与软件开发的高成本。飞针测试不可能为EMS制造商消除所有的测试问题，但是，对于原型装配的测试和减少从小批量到大批量(ramp-to-volume)时间，它是一个非常好的方法。

选购指南

    一、测试幅面

    大测试面积好要18×20″。特别是经常做超大板的工厂和飞针测试代工中心，则更应考虑这种拥有大的测试幅面的机种。

    二、测试机的精度

    机器精度方面要注意对不同标注法的理解。通用标注法为：度标称（分辨率，重复精度）、小测试PAD尺寸、小焊盘间距。对于其它方式的标注一定要厂商解释清楚，防止误解。中高层次的飞针测试机的度一般为2mil，小测试PAD尺寸为6~8 mil、小焊盘间距为10~12 mil。而是小线宽线距是与飞针测试的精度是无关的，无需考虑。

    三、部件及耗材

    测试机的主要部件包括电机、导轨、丝杠、皮带、轴承等。这些部件对机器精度及稳定性起决定因素。对其质量要留意，德国、意大利、日本这些基础工业发达的国家产量比较好。飞针测试机的一大优点是耗材少。主要耗材为测试针，需要考虑其寿命和价格。一般在3至6个月更换一次测试针，价格在￥1000元/支以下比较合适。

    四、可靠性与稳固性

    若飞针测试机存在漏测或其它至命缺陷那就会变得毫无意义了。这与机器的软件、机器自检、实时故障侦测能力密切相关。在选购时不能盲目追求其速度及操作简单。另机器的稳固性对精度和测试速度都有很大影响，一般靠牢固的机架和重的平台来保证。

    五、测试机软件

    测试机的软件一定要成熟，否则将会经常性报错、间歇性中止、死机、甚至造成漏测。还要从兼容性、网络分析能力、操作的简便性等方面综合评估。

    六、测试机的环境要求

    供电要求一般为AC220V50HZ市电，功率在0.5~2KW之间。对温度要求不高0~30℃均可正常工作。而湿度对机器的影响要大一些，一般在75%以下。所以要注意机器放置环境不能太潮湿，否则需要增加抽湿机。还有极少数的飞针测试机需要供气，须配备空气压缩机。飞针测试机的重量一般为100~1000kg，对放置地点就没有特殊要求了。