飞针测试的原理、方法及飞针测试机的应用介绍

飞针测试是目前电气测试一些主要问题的最新解决办法。它用探针来取代针床，使用多个由马达驱动的、能够快速移动的电气探针同器件的引脚进行接触并进行电气测量。

飞针测试的开路测试原理和针床的测试原理是相同的，通过两根探针同时接触网络的端点进行通电，所获得的电阻与设定的开路电阻比较，从而判断开路与否。但短路测试原理与针床的测试原理是不同的。由于测试探针有限（通常为4∽32根探针），同时接触板面的点数非常小（相应4∽32点），若采用电阻测量法，测量所有网络间的电阻值，那么对具有N个网络的PCB而言，就要进行N2/2次测试，加上探针移动速度有限，一般为10点/秒到50点/秒，不同的测试方法有：充/放电时间法、电感测量法、电容测量法、相位差和相邻网法、自适应测试法等等。

1.1充/放电时间法

每个网络的充/放电时间（也称网络值，net value）是一定的。如果有网络值相等，它们之间有可能短路，仅需在网络值相等的网络测量短路即可。它的测试步骤是，首件板：全开路测试→全短路测试→网络值学习；第二块以后板：全开路测试→网络值测试，在怀疑有短路的地方再用电阻法测试。这种测试方法的优点是测试结果准确，可靠性高；缺点是首件板测试时间长，返测次数多，测试效率不高。最有代表性的是MANIA公司的SPEEDY机。

1.2电感测量法

电感测量法的原理是以一个或几个大的网络（一般为地网）作为天线，在其上施加信号，其他的网络会感应到一定的电感。测试机对每个网络进行电感测量，比较各网络电感值，若网络电感值相同，有可能短路，再进行短路测试。这种测试方法只适用于有地电层的板的测试，若对双面板（无地网）测试可靠性不高；在有多个大规模网络时，由于有一个以上的探针用于施加信号，而提供测试的探针减少，测试效率底，优点是测试可靠性较高，返测次数低。最有代表性的是ATG公司的A2、A3型机，为弥补探针数量，该机配有8针和16针，提高测试效率。

1.3电容测量法

这种方法类似于充/放电时间法。根据导电图形与电容的定律关系，若设置一参考平面，导电图形到它的距离为L，导电图形面积为A，则C=εA/L。如果出现开路，导电图形面积减少，相应的电容减少，则说明有开路；如果有两部分导电图形连在一起，电容响应增加，说明有短路。在开路测试中，同一网络的各端点电容值应当相等，如不相等则有开路存在，并记录下每个网络的电容值，作为短路测试的比较。这种方法的优点是测试效率高，不足之处是完全依赖电容，而电容受影响因数较多，测试可靠性低于电阻法，特别是关联的电容和二级电容造成的测量误差，端点较少的网络（如单点网络）的测试可靠性较低。目前采用这种测试方法的有HIOKI和NIDEC READ公司的飞针测试机。

1.4相位差方法

此方法是将一个弦波的信号加入地层或电层，由线路层来取得相位落后的角度，从而取得电容值或电感值。测试步骤是首件板先测开路，然后测其他网络的相位差值，最后测短路；第二块以上板先测开路，再测网络相位差值，对有可能的短路再用电阻法测试验证。这种方法的优点是测试效率较高，可靠性高；不足之处是只适合测4层以上的板，如测双面板只能用电阻法。目前采用这种测试方法的公司有MicroCraft。

1.5自适应测试法

自适应测试法是每个测试应用过程都是一次测试完成后，根据扳子具体情况和测试规范，设备自己选择适当的测试过程，如一个网络的网络值（充电时间或电容等）小于设备测试误差，设备会自动采用电阻测试和电场测试。这种测试方法速度最快，测试效果最好。不过，到目前还没有接触过采用此种测试方法的测试机。

飞针式测试仪是对传统针床在线测试仪的一种改进，它可以用探针来代替针床，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。

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：如可能长达4-6周的测试开发周期；大约10，000美元-50，000美元的夹具开发成本；不能经济地测试小批量生产；以及不能快速地测试原型样机（prototype）装配。

因为具有紧密接触屏蔽的UUT的能力和使新产品更快投入市场（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，该系统还具有节省人力、节省时间等好处。

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