PCB電測(cè)技術(shù)分析

　　一、電性測(cè)試

　　PCB板在生產(chǎn)過程中，難免因外在因素而造成短路、斷路及漏電等電性上的瑕疵，再加上PCB不斷朝高密度、細(xì)間距及多層次的演進(jìn)，若未能及時(shí)將不良板篩檢出來(lái)，而任其流入制程中，勢(shì)必會(huì)造成更多的成本浪費(fèi)，因此除了制程控制的改善外，提高測(cè)試的技術(shù)也是可以為PCB制造者提供降低報(bào)廢率及提升產(chǎn)品良率的解決方案。

　　在電子產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，因瑕疵而造成成本的損失，在各個(gè)階段都有不同的程度，越早發(fā)現(xiàn)則補(bǔ)救的成本越低?！?The Rule of 10‘s ”就是一個(gè)常被用來(lái)評(píng)估PCB在不同制程階段被發(fā)現(xiàn)有瑕疵時(shí)的補(bǔ)救成本。舉例而言，空板制作完成后，若板中的斷路能實(shí)時(shí)檢測(cè)出來(lái)，通常只需補(bǔ)線即可改善瑕疵，或者至多損失一片空板；但是若未能被檢測(cè)出斷路，待板子出貨至下游組裝業(yè)者完成零件安裝，也過爐錫及IR重熔，然而卻在此時(shí)被檢測(cè)發(fā)現(xiàn)線路有斷路的情形，一般的下游組裝業(yè)者會(huì)向讓空板制造公司要求賠償零件費(fèi)用、重工費(fèi)、檢驗(yàn)費(fèi)等。若更不幸的，瑕疵的板子在組裝業(yè)者的測(cè)試仍未被發(fā)現(xiàn)，而進(jìn)入整體系統(tǒng)成品，如計(jì)算機(jī)、手機(jī)、汽車零件等，這時(shí)再作測(cè)試才發(fā)現(xiàn)的損失，將是空板及時(shí)檢出的百倍、千倍，甚至更高。因此，電性測(cè)試對(duì)于PCB業(yè)者而言，為的就是及早發(fā)現(xiàn)線路功能缺陷的板子。

　　下游業(yè)者通常會(huì)要求PCB制造廠商作百分之百的電性測(cè)試，因此會(huì)與PCB制造廠商就測(cè)試條件及測(cè)試方法達(dá)成一致的規(guī)格，因此雙方會(huì)先就以下事項(xiàng)清楚的定義出來(lái)：

　　1、 測(cè)試資料來(lái)源與格式

　　2、 測(cè)試條件，如電壓、電流、絕緣及連通性

　　3、 設(shè)備制作方式與選點(diǎn)

　　4、 測(cè)試章

　　5、 修補(bǔ)規(guī)格

　　在PCB的制造過程中，有三個(gè)階段必須作測(cè)試：

　　1、 內(nèi)層蝕刻后

　　2、 外層線路蝕刻后

　　3、 成品

　　每個(gè)階段通常會(huì)有2~3次的100%測(cè)試，篩選出不良板再作重工處理。因此，測(cè)試站也是一個(gè)分析制程問題點(diǎn)的資料收集來(lái)源，經(jīng)由統(tǒng)計(jì)結(jié)果，可以獲得斷路、短路及其它絕緣問題的百分比，重工后再行檢測(cè)，將數(shù)據(jù)資料整理之后，利用品管方法找出問題的根源，加以解決。

　　二、電測(cè)的方法與設(shè)備

　　電性測(cè)試的方法有：專用型（Dedicated）、泛用型（Universal Grid）、飛針型（Flying Probe）、非接觸電子束（E-Beam）、導(dǎo)電布（膠）、電容式（Capacity）及刷測(cè)（ATG-SCAN MAN），其中常使用的設(shè)備有三種，分別是專用測(cè)試機(jī)、泛用測(cè)試機(jī)及飛針測(cè)試機(jī)。為了更了解各種設(shè)備的功能，以下將分別比較三種主要設(shè)備的特性。

　　1、專用型（Dedicated）測(cè)試

　　專用型的測(cè)試之所以為專用型，主要是因?yàn)槠渌褂玫闹尉撸‵ixture， 如電路板進(jìn)行電性測(cè)試的針盤）僅適用于一種料號(hào)，不同料號(hào)的板子就無(wú)法測(cè)試，而且無(wú)法回收使用。測(cè)試點(diǎn)數(shù)方面，單面板在10，240點(diǎn)、雙面各8，192點(diǎn)以內(nèi)均可作測(cè)試，在測(cè)試密度方面，由于探針頭粗細(xì)的關(guān)系，較適合運(yùn)用于 pitch以上的板子。

　　2、泛用型（Universal Grid）測(cè)試

　　泛用型測(cè)試的基本原理是PCB線路的版面是依據(jù)格子（Grid）來(lái)設(shè)計(jì)，一般所謂線路密度就是指grid的距離，也就是以間距（Pitch）來(lái)表示（部份時(shí)候也可用孔密度 來(lái)表示），而泛用測(cè)試就是依據(jù)此一原理，依據(jù)孔位置以一G10的基材作Mask，只有在孔的位置探針才能穿過Mask進(jìn)行電測(cè)，因此治具的制作簡(jiǎn)易而快速，而且探針可重復(fù)使用。泛用型測(cè)試具有極多測(cè)點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)Grid固定大型針盤，可分別按不同料號(hào)而制作活動(dòng)式探針的針盤，量產(chǎn)時(shí)只要改換活動(dòng)針盤，就可以對(duì)不同料號(hào)量產(chǎn)測(cè)試。另外，為保證完工的PCB板線路系統(tǒng)通暢，需在使用高壓電（如250V）多測(cè)點(diǎn)的泛用型電測(cè)母機(jī)上，采用特定接點(diǎn)的針盤對(duì)板子進(jìn)行Open/Short電性測(cè)試，此種泛用型的測(cè)試機(jī)稱之為「自動(dòng)化測(cè)試機(jī)」 （ATE， Automatic Testing Equipment）。

　　泛用型測(cè)試點(diǎn)數(shù)通常在1萬(wàn)點(diǎn)以上，測(cè)試密度在 或是 的測(cè)試稱為on-grid測(cè)試，若是運(yùn)用于高密度板，由于間距太密，已脫離on-grid設(shè)計(jì)，因此屬于off-grid測(cè)試，其治具就必須要特殊設(shè)計(jì)，通常泛用型測(cè)試的測(cè)試密度可達(dá) QFP。

　　3、飛針（Flying Probe）測(cè)試

　　飛針測(cè)試的原理很簡(jiǎn)單，僅僅需要兩根探針作x、y、z的移動(dòng)來(lái)逐一測(cè)試各線路的兩個(gè)端點(diǎn)，因此不需要另外制作昂貴的治具。但是由于是端點(diǎn)測(cè)試，因此測(cè)速極慢，約為10~40 points/sec，所以較適合樣品及小量產(chǎn)；在測(cè)試密度方面，飛針測(cè)試可適用于極高密度板（ ），如MCM。

　　三、技術(shù)比較

　　典型的飛針測(cè)試產(chǎn)出大約在1~20 之間，若知道孔密度便可轉(zhuǎn)換成每小時(shí)測(cè)試的總面積（ ），則其測(cè)試面積的范圍大約是15 （探針20 及32 板）至0.04 （探針1 及600 板），差距375倍的原因在于板子的密度及間距。一般性能較好的飛針測(cè)試設(shè)備的產(chǎn)出大約維持在10 ~15 之間，可適用于密度為30 的商用板到600 的高密度板，對(duì)于多層板而言，在狀態(tài)下每一部飛針測(cè)試機(jī)每年測(cè)試總面積大約是3，000 ~5，000平方？。

　　而針盤式（Bed-of-Nails）的測(cè)試設(shè)備如專用型及泛用型，在于高密度板的測(cè)試能力比不上飛針測(cè)試，因此比較少用于高密度板的測(cè)試。然而理論上，針盤式的產(chǎn)出面積可達(dá)200~400 ，但以目前的生產(chǎn)狀況而言，實(shí)際生產(chǎn)線上專用型則為30~100 ，而泛用型為15~50 （兩者的比較基礎(chǔ)在于專用型通常運(yùn)用于大量產(chǎn)，而泛用型多運(yùn)用于中小量產(chǎn)），理論與實(shí)際的差異除了因設(shè)備本身的因素外，還可能包含生產(chǎn)管理上的問題，在此不加以詳述。在一般狀態(tài)下，專用型測(cè)試設(shè)備平均每年約有300，000 ，泛用型則為150，000 。但是每部設(shè)備產(chǎn)量的多寡可能因PCB廠商的生產(chǎn)計(jì)劃而有顯著的差異；例如，若以的ATE檢測(cè)手機(jī)板，每年每部測(cè)試設(shè)備約可產(chǎn)出600，000 ，但是若用于0.5~0.8mm-pitch的CSP時(shí)，測(cè)試速率則大約僅達(dá)1/4，每年每部測(cè)試設(shè)備產(chǎn)出為150，000 。

　　綜合以上的介紹可歸納出：首先，在測(cè)試技術(shù)的適用目的方面，飛針測(cè)試是目前適合使用于小量產(chǎn)及樣品的電性測(cè)試設(shè)備，但是若要運(yùn)用于中大量產(chǎn)時(shí)，則由于測(cè)速慢以及設(shè)備價(jià)格昂貴，將會(huì)使得測(cè)試成本大幅提高，而泛用型及專用型無(wú)論是用于何種層級(jí)的板子，只要產(chǎn)量達(dá)到一定的數(shù)量，測(cè)試成本均可達(dá)到規(guī)模經(jīng)濟(jì)的標(biāo)準(zhǔn)，而且約只占售價(jià)的2~4%，這也是為何泛用型及專用型為目前量產(chǎn)型的測(cè)試機(jī)種的主要原因。但是隨著電子產(chǎn)品的變化速度加快，使得單一電路設(shè)計(jì)版本的產(chǎn)品生命周期變短（如，目前手機(jī)板的生命周期大約為6個(gè)月），這個(gè)現(xiàn)象對(duì)于PCB廠商無(wú)論在更新泛用測(cè)試治具或?qū)Ｓ脺y(cè)試設(shè)備來(lái)說，均會(huì)帶來(lái)極高的成本威脅，根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，若用于高密度板，當(dāng)平均產(chǎn)量小于150平方公尺以下時(shí)，測(cè)試成本將會(huì)高于$200（18%）以上，這已經(jīng)不是一般生產(chǎn)所能承擔(dān)的成本，因此電子產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)將是PCB廠商在選購(gòu)測(cè)試設(shè)備時(shí)，不容忽視的一個(gè)課題。目前尚在積極改良的E-Beam、CEM或電漿放電（Plasma Discharge）技術(shù)，若能在測(cè)試效率上提升，將是電性測(cè)試上良好及可行的解決方案。