飞针测试就是利用4,6或8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。而飞针测试利用探针的移动来量度PCB或PCBA的网络,灵活性大大增加,测试不同电路板无须更换夹具,直接装电路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最新解决办法。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,电路板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,当电路板上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最终发货有两个理由。一个理由是缺乏灵活的硬件;第二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。

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(图一)。

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。

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最佳的测试位置。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最佳的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 2-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,允许制造过程的最大数量的灵活性。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。

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。

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。

6针或8针床测试机飞针测试机可使用双面测试,和针床测试一样可双面测试,节省翻板时间。

新的飞针测试机用于软着陆功能,以及弹簧探针的弹力能降低到10g(0.1N)。虽然稍微增加了测试时间, 但是扎痕几乎看不到。

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"第一篇文章"的视觉检查时间,这一点是很重要的,因为第一块板经常决定剩下的UUT的测试特性。

另外,飞针软件的自学功能允许在没有电路板资料(CAD,BOM,原理图等)的情况下,测试整个电路板。

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。

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。

测试幅面

最大测试面积最好超过 [40×32] mm。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。

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:精准度标称(分辨率,重复精度)、最小测试PAD尺寸、最小焊盘间距。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精准度一般为2mil,最小测试PAD尺寸为6~8 mil、最小焊盘间距为8~12 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。

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。对其质量品牌要留意,意大利、德国、日本这些基础工业发达的国家产品质量比较好。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。

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。

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。

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100~1800kg,对放置地点就没有特殊要求了。

排名靠前的测试PCBA飞针测试机

SPEA(意大利)

Takaya (日本)

Seica (意大利)