數(shù)字器件的測量 - 在線測試技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展

　　首先，我們要回顧一下數(shù)字器件的特點(diǎn)，數(shù)字器件只有2種電平：高電平和低電平，所以測試程序要能定義邏輯電位，數(shù)字器件比模擬器件多很多管腳，因而測試儀不可能在管腳間不停地切換模擬源和測量儀表。因此，測試儀要有一套能驅(qū)動數(shù)字芯片輸入端到理想電位的數(shù)字驅(qū)動器，也要有一組能檢測其輸出邏輯電位的數(shù)字感應(yīng)器。

　　驅(qū)動器和感應(yīng)器(Driver/Sensor)是成對存在的，驅(qū)動器的輸出端總是與感應(yīng)器的輸入端相連，在程序控制下，同個(gè)測量節(jié)點(diǎn)在某個(gè)時(shí)候可能被驅(qū)動到某個(gè)電位，而另個(gè)時(shí)候，又有可能被感應(yīng)器測量它的輸出。

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　　(1)驅(qū)動器/感應(yīng)器的編程

　　為了說明程序是怎樣控制驅(qū)動器/感應(yīng)器，讓我們看一個(gè)簡單的二輸入與非門例子，如圖7。

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　　只有與非門輸入端全為高電平時(shí)，輸出端才為低電平，而其他狀態(tài)的組合，輸出端都為高，要對這個(gè)二輸入與非門進(jìn)行測量，測試程序應(yīng)按以下工作：

　　1)給被測板上電、接地

　　2)定義高、低電平

　　3)指定測試針

　　4)定義驅(qū)動和感應(yīng)測量時(shí)序

　　對上述單個(gè)與非門，測試程序?qū)z查所有4種輸入的工作情況。

　　每一行程序語句代表一個(gè)測試矢量。IC、IH和IL連接驅(qū)動器到指定的輸入端A和B，并給予賦制值;OS、OH和OL連感應(yīng)測量端到輸出端C，并告之期望值。所有驅(qū)動器和感應(yīng)端值在程序命令改變之前保持不變。

　　(2)數(shù)字芯片的隔絕和測量

　　因?yàn)楸粶y數(shù)字器件必須要上電才能測量，在板上器件間又存在連結(jié)，因此電源也會加到其他器件上，這樣一來，當(dāng)測試儀要給被測芯片的某輸入端加驅(qū)動信號時(shí)(如高電平)，此輸入端可能被另一芯片的輸出保持在相反電位(低電平)。

　　數(shù)字驅(qū)動器在瞬間強(qiáng)制被測芯片的輸出端到指定電平，而不管其他芯片影響，來解決這個(gè)問題，這種技術(shù)稱背驅(qū)動技術(shù)。

　　考慮一個(gè)典型的TTL芯片輸出狀態(tài)，如圖8、9所示。圖8中Q1導(dǎo)通，Q2截止時(shí)，輸出為低電平，為瞬間使輸出為高，測試儀強(qiáng)加一瞬間電流脈沖，從Q1發(fā)射極反流過集電極，使輸出端產(chǎn)生高電位，類似圖9，Q2導(dǎo)通，Q1截止時(shí)，輸出為高，為使輸出為低，測試儀在輸出處加一低電平，吸收由此產(chǎn)生從Q2流經(jīng)的電流。因數(shù)字測試速度很快，電流脈沖時(shí)間遠(yuǎn)小于10ms(通常為5-10μs)，這么短的脈沖不會造成芯片的損壞。

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　　2.4 針床測試的局限

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　　針床測試的局限主要體現(xiàn)在機(jī)械精度方面，我們不妨計(jì)算一下從PCB制作，夾具制造直至測試個(gè)環(huán)節(jié)帶來的誤差總和，就不難得出結(jié)論：

　　(1)夾具鉆孔精度，狀態(tài)很好的針床在鉆厚度較厚的夾具板，精度很難控制在25μm以下，況且，對于某些高精度PCB測試用夾具，層數(shù)可高達(dá)8層之多。

　　(2)PCB測試時(shí)，PCB與夾具之間和夾具與設(shè)備之間對位精度，為了讓夾具便于在針床上放置取下，若采用銷釘定位，銷釘與銷釘孔的直徑應(yīng)相差10-20μm。

　　(3)PCB孔位與外層圖形偏差。在多層PCB制造中，為避免內(nèi)層破盤，提高合格率，常常采用層壓后，根據(jù)各層圖形相對位置，鉆定位孔。層數(shù)越高，孔與外層圖形對位置相差越大，PZB的上表面和下表面位置也可能相差±0.15mm。

　　(4)測試探針的移動。在多層夾具中，若有細(xì)小的偏差，造成探針摩擦或卡住，就會造成開路誤報(bào)。密度過高造成夾具的各層強(qiáng)度下降，發(fā)生彎曲等現(xiàn)象，又會造成探針位置偏差。

　　(5)PCB尺寸穩(wěn)定性和夾具與PCB尺寸一致性誤差，對一類PCB，由于制造條件的差異(分批制造)環(huán)境溫度、濕度會造成底片、基材的尺寸變化，導(dǎo)致同類PCB圖形尺寸細(xì)小的差別。若板面較大，密度較高時(shí)，會直接影響測試精度，同樣，夾具的尺寸也可能根據(jù)環(huán)境的變化出現(xiàn)微觀差異，這些對測試準(zhǔn)確性帶來很大影響。

　　(6)PCB翹曲造成與測試針對位置變化，嚴(yán)重時(shí)，探針無法接觸被測表面，產(chǎn)生誤報(bào)。

　　綜上所述，測試精度的局限是針床測試面臨的最大問題，據(jù)統(tǒng)計(jì)，在保證重復(fù)測試正確性的 前提下，排除PCB上下兩面位置的偏差，對100mm×100mm的PCB可測試的最小節(jié)距為0.25mm，對200mm×200mm的PCB可測試的最小節(jié)距為0.31mm，對300mm×300mm的PCB可測試的最小節(jié)距為0.44mm;對400mm×400mm的PCB可測試的最小節(jié)距為0.49mm。

　　需要指出的是，隨著密度的變化，測試產(chǎn)品和測試成本都相應(yīng)變化，產(chǎn)量與中心距的平方函數(shù)成正比，測試成本與中心距函數(shù)成反比。

　　另外，測試點(diǎn)數(shù)也是另一個(gè)局限因素，尤其是BGA廣泛應(yīng)用的今天，要求測試點(diǎn)密集，若PCB上分布的BGA較多，其間距有限，可能造成測試針分配不足的問題，對專用測試來講，總的測試電樞也非常有限，對高密度封裝板、局部測試點(diǎn)密集，可以被測試的面積也受到限制，例如，對常規(guī)的可測試面積為500mm×500mm，對高密度PCB可測面積僅為200mm×200mm，這就是總測試點(diǎn)數(shù)限制造成的結(jié)果。

　　對專用測試夾具而言，進(jìn)行高密度PCB測試時(shí)，彈簧測試針對精細(xì)節(jié)距測試造成不足，按目前PCB密度要求，測試針應(yīng)當(dāng)非常細(xì)，最好的0.3mm以下，其制造相當(dāng)困難，夾具的鉆孔定位，也是專用夾具必須面臨的問題。