微型封装元件和高密度PCB带来测试新挑战 - 深圳电子展|电子设备展|深圳自动化展|华南汽车电子展

微型封装元件和高密度PCB带来测试新挑战

17 8月 2016

NEPCON 华南电子展    展品范围, 参观预登记,电子制造自动化展区,电子组装

作为电子元器件的重要支撑和连接载体,印制电路板广泛地应用于几乎所有电子制造领域。新能源汽车、通信、生物、消费电子市场火爆,均带动了PCB厂商订单的上扬。伴随着工业4.0与“互联网+”贴合愈加紧密,当今的国内电子制造业正进入新一轮创新密集和新兴企业快速崛起的时期。8月30日至9月1日,2016深圳国际电路板采购展览会(CS Show 2016)将在深圳会展中心盛装起航,届时将为到场观众展示PCB行业创新、环保、智能化的电路板产品和解决方案,以及相关生产设备和原物料。随着智能手机和可穿戴智能设备的兴起,PCB小型化的趋势就越来越明显,那么随之而来又将会对PCB测试行业带来哪些影响呢?

功能测试技术的复兴是表面贴装器件和PCB小型化的必然结果。任何系统一旦小到难于探测基内部,所剩下原就只有一些和系统外界打交道的输入输出通道了,而这正是功能测试的用武之地。

 

自从表面贴装技术(SMT)开始逐渐取代插孔式安装技术以来,电路板上安装的器件变得越来越小,而板上单位面积所包含的功能则越来越强大。

表面贴装器件尺寸的不断缩小和随之而来的高密度电路安装,对测试带来了极大的挑战。传统的人工目检即使对于中等复杂程度的PCB(如300个器件、3500个节点的单面板)也显得无法适从。曾经有人进行过这样的试验,让四位经验丰富的检验员对同一块板子的焊点质量分别作四次检验。结果是,第一位检验员查出了其中百分之四十四的缺陷,第二位检验员和第一位的结果有百分之二十八的一致性,第三位检验员和前二位有百分之十二的一致性,而第四位检验员和前三位只有百分之六的一致性。这一试验暴露了人工目检的主观性,对于高度复杂的表面贴装电路板,人工目检既不可靠也不经济。而对采用微小球型阵无封装、芯片尺度封装和倒装芯片的表面贴装电路板,人工目检实际上是不可能的。

不仅如此,由于表面贴装器件引脚间距的减小和引脚密度的增大,针床式在线测试也面临着“无立锥之地”的困境。据北美电子制造规划组织预计,在2003年后利用在线测试对高密度封装的表面贴装PCB检测将无法达到满意的测试覆盖率。以1998年100%的测试覆盖率为基准,估计在2003年后这测试覆盖率将不足50%,而到2009年后,测试覆盖率将不足10%。至于在线测试技术还存在的背面电流驱动、测试夹具费用和可靠性等问题的困扰,已无需再更多考虑仅仅因为未来不足10%的测试覆盖率,就已经注定了这一技术在今后的命运。

那么,在人类目力无法胜任,机器探针也无处触及的情况下我们能否把PCB交给最后的功能测试?我们能否忍受好几分钟的测试却只知道电路板是发了是坏,却不知道这“黑箱”里究竟发生了什么?

光学检测技术带来测试新体验技术的发展绝不会因为上述困难就停滞不前,测试检验设备制造商推出了像自动光学检验设备和X-射线检验设备这样的产品来应对挑战。

事实上,这两种设备在被大量用于电路板制造工业以前,就已经在半导体芯片制造封装过程中得到了广泛的应用。不过,它们还需要进一步的创新才能真正应对由表面贴装器件小型化和高密度电路板带来的测试困难。

与此同时,业界主要的在线测试和功能测试设备厂商已经无法满足未来发展的趋势。他们采取的对策是通过并购相对较小的自动光学检验设备和X-射线检验设备厂商,来使自己迅速掌握相关的技术并很快地切入市场。

无论是自动光学检验技术还是自动X-射线检验技术,尽管它们可以帮助完成人工目检难以胜任的工作,其可靠性还不完全令人满意。这些技术都高度依赖计算机图像处理技术,如果原始的光学图像或X-射线图像提供的信息不足,又或者图像处理算法不够有效,就可能导致误判。所幸的是,工程师在光学和X-射线技术应用方面已经积累了相当丰富的经验,所以在未来几年里,预计高分辨率电路板光学图像和真三维X-射线图像生成方面的技术还将有所进展。
在线测试已是强弩之末

对在线测试技术来说,制造商和业界正在努力寻求这样一个目标:通过尽可能多的电路板电性能缺陷信息。

主要有三方面的工作正围绕这一目标展开:

第一是加强电路板可测试性设计的研究和实施应用,包括利用已成为工业标准的边界扫描技术(数字器件:IEEE1149.1;混合器件:IEEE1149.4)和其它内建测试技术。

第二是充分运用电路理论和PCB的计算机辅助设计数据,开发更先进的测试算法。这种算法使得通过测试部分节点,就可以推算其它一些节点的电状态。

第三是平衡利用在线测试和其他测试设备的资源,优化总的测试检验架构。

不过,尽管有这些努力,在线测试的重要性和主导地位已经动摇。相反,曾经因为在线测试的兴起而相对发展缓慢的功能测试技术将重新获得发展的动力。
随着PCB不断向高密度,小型化的方向发展,传统的在线测试和功能性测试已经不能够满足PCB厂家的测试需求,PCB测试技术的改革创新已经刻不容缓的地步。眼下就有一个可以领略国内顶尖PCB测试技术,和PCB同行共同探讨发展的绝佳机会——2016深圳国际电路板采购展览会(CS Show 2016)。本届展会将于8月30日在深圳会展中心盛大开幕,届时将全面展示PCB、FPC、HDI、MPCB、IC载板等电路板,再次填补国内没有专业电路板展会的空白。

来源:NEPCON

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