SMT测试技术

    摘要：主要介绍了当前用于检测组装后PCB的缺陷和故障的一些常见测试技术和方法，并对未来的组合AXI/ICT互补型SMT测试技术的发展趋势进行了初步探讨。

    关键词：缺陷和故障 检测 表面贴装技术 线路板

要在当今竞争激烈的市场中立足，电子元器件产品的生产厂家就必需确保产品质量。为了保证电子元器件的质量，在生产过程中就需要采用各类测试技术进行检测，以便及时发现缺陷和故障并进行修复。根据测试方式的不同，SMT测试技术分为非接触式测试和接触式测试。非接触式测试已从人工目测发展到自动光学检查（AOI）和自动射线检测（AXI），而接触式测试则可分为在线测试和功能测试两大类。本文将对各类测试技术及其未来的发展趋势作一初步探讨。

1 几种测试技术介绍

1.1 在线测试仪ICT（In-circuit tester）

电气测试使用的最基本仪器是在线测试仪（ICT），传统的在线测试仪测量时使用的是专门的针床与已焊接好的线路板上的元器件接触，并用数百毫伏电压和10毫安以内电流对其进行分立隔离管、三极管、可控硅、场效应管、集成块等通用和特殊元器件的漏装、错装、参数值偏差、焊点连焊、线路板开、短路等故障。并将故障出现在哪个元件或开、短路位于哪个点准确地告诉用户。针床式在线测试仪的优点是测试速度快，适合于单一品种的民用型家电产品线路板的大规模生产测试，而且主机价格较便宜。但是随着线路板组装密度的提高，特别是细间距SMT组装以及新产品开发生产周期越来越短，线路板品种越来越多，从而针床式在线测试仪存在一些难以克服的问题。由于测试用针床夹具有制作、调试周期长，价格贵；因此对于一些高密度SMT线路板来说，由于测试精度的问题而往往无法进行测试。

飞针式测试仪是对针床在线测试仪的一种改进，它用探针来代替针床，在X-Y机构上装有可分别高速移动的4个头共8根测试探针，最小测试间隙为0.2mm。工作时根据预先编排的坐标位置程序移动测试探针对测试点，各测试探针根据测试程序对装配的元器件进行开路/短路或元件测试。与针床式在线测试仪相比，在测试精度、最小测试试间隙等方面均有较大幅度的提高，并且无需制作专门的针床夹具，测试程序可直接由线路板的CAD软件得到，但测试速度相对较慢是其不足之处。

1.2 功能测试（Functional Tester）

ICT能够有效地查找在SMT组装过程中发生的各种缺陷和故障，但它不能评估整个线路板所组成的系统在时钟速度时的性能。而功能测试就可以测试整个系统是否能够实现设计目标，它将线路板上的补测单元作为一个功能体，并对其提供输入信号并按照功能体的设计要求检测输出信号。这种测试是为了确保线路板能够按照设计要求正常工作。所以功能测试最简单的方法是将组装好的某电上，然后加电压。如果设备工作正常，就表明线路板合格。这种方法的优点是测试简单、投资少，缺点是不能自动诊断故障。

1.3 自动未免学检查AOI

线路板上元器件组装密度的提高给电气接触测试增加了困难，将AOI（Automatic Optical Inspection）技术引入到SMT生产线的测试领域也是大势所趋。AOI不但可对焊接质量进行检验，还可对光板、焊膏印制质量、贴片质量等进行检查。各工序AOI的出现几乎完全替代了人工操作，这对提高产品质量和生产效率都是大有作为的。现在AOI系统采用高级的视觉系统和新型的给光方式。并采用了增加的放大倍数和复杂的算法，从而能够使其以高的测试速度获得高缺陷捕捉率。AOI系统能够检测元器件漏贴、电解电容的极性错误、焊脚定位错误或者偏斜、引脚弯曲或者折起、焊料过量或者不足、焊点桥接或者虚焊等焊接错误。但AOI系统不能检测电路的错误，对不可见焊的检测也无能为力。

1.4 自动X射线检查AXI

AXI（Automatic X-ray Inspection）是近几年才兴起的一种新型测试技术。当组装好的线路板沿导轨进入机器内部后，位于线路板上方的X-Ray发射管将其发射的X射线穿过线路板后并被置于下方的探测器（一般为摄象机）接收到，由于焊点中含有可以大量吸收X射线的铅，因此与穿过玻璃纤维、铅、硅等其它材料的X射线相比，照射在焊点上的X射线被大量吸收而呈黑点，从而产生良好图像，使得对焊点的分析变得相当直观，因此，采用简单的图像分析算法就可以自动且可靠地检验到焊点缺陷。AXI技术已从以往的2D检验法发展到目前的3D检验法。前者为透射X射线检验法。对于单面板上的元件焊点可产生清晰的现像，但对于目前广泛使用的双面贴装线路板效果较差，因为它会使两面焊点的视像贴装线路板效果较差，因为它会使两面焊点的视像重叠而造成分辨困难。而3D检验法采用分层技术，即将光束聚焦到任何一层并将相应图像投射到一高速旋转的接受面上，接受面的高速旋转可使位于焦点处的图像非常清晰，而其它层上的图像则被消除，故3D检验法可对线路板两面的焊点独立成像。

3D X-Ray技术除了可以检验双面贴装线路板外，还可对那些不可见焊点如BGA等进行多层图象“切片”检测，即对BGA焊接连接处的顶部、中部和底部进行彻底检验。同时利用此方法可以测通孔（PTH）焊点，检查通孔中焊料是否充实，从而极大地提高焊点的焊接质量。

2 未来SMT测试技术展望

预测今后那一种测试技术会成为主流或者被淘汰不是一件简单的工作，因为这不仅需要总吉过去，还需要清楚地了解未来的应用情况。从近几年的发展趋势来看，使用多种测试技术，特别是AXI与ICT的组合测试技术会很快成为这一领域的测试首先，图1所示是从60年代到90年代的30年间，电子元器件测试技术的发展历程。

由于目前线路板越来越复杂，传统的电路接触式测试技术显得越来越不适应，通过ICT测试和功能测试很难诊断出线路板的某些缺陷。随着大多数复杂线路板的密度不断增大，传统的测试手段只能不断增加在线测试仪的测试接点数。然而随着接点数的增多，测试编程和针床夹具的成本也呈指数上升。开发测试程序和夹具通常需要几个星期的时间，更复杂的线路板可能还要一个多月。另外，增加ICT的接点数量会导致ICT测试出错和重测次数的增多。而AXI技术则不存在上述问题，它对工艺缺陷的覆盖率很高，通常可达97%.而工艺缺陷一般要点总缺陷的80%～90%，并可对不可见焊点进行检查，但AXI技术不能测试电路电气性能方面的缺陷和故障。将AXI检测技术和传统的ICT在线测试方法相结合，可以取长补短，从而使SMT检测技术达到完美的结合。图2为AXI和ICT测试方法检查范围互补图。需要特别指出的是：随着AXI技术的发展，目前AXI系统和ICT系统可以“互相对话”，这种被称为“AwareTest”的技术能消除两者之间的重复测试部分。通过减小ICT/AXI多余的测试覆盖面可大大减小ICT的接点数量。这种简化的ICT测试只需原来测试接点数的30%就可以保持目前的高测试覆盖范围，而减少ICT测试接点数可缩短ICT测试时间、加快ICT编程并降低ICT夹具和编程的费用。

3 结束语

在高度复杂的线路板测试中采用组合式AXI/ICT测试方法具有很多优点，而这项技术本身的不断改进又使它愈加引入注目，比如AwareTest。在过去的两三年里，应用AXI/ICT组合测试复杂线路板的情况出现了惊人的增长，而且增长速度还有加快，因为已有更多的在电子元器件测试行业领先的生产厂家意识到了这项技术的优点并将其投入使用。