飞针测试机原理

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1、飞针测试机原理飞针测试机 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。 飞针测试机简介：这种仪器最初是为裸板而设计的，也需要复杂的软件和程序来支持；现在已经能够有效 地进行模拟在线测试了。飞针测试的出现已经改变了低产量与快速转换(quick-turn)装配产 品的测试方法。以前需要几周时间开发的测试现在几个小时就可以了，大大缩短产品设计周 期和投入市场的时间。结构特点：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

2、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(multiplex in g)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

3、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。一般来说，飞针测试机装有4-8个由电机通过皮带传动来带动的测试探针

4、，探针的移动 包括X、Y、Z三个方向。测试前，测试工程师需把设计工程师的CAD数据(如PCB文件)， 转换成可使用的测试数据文件，这些文件包含了需要测试的每个焊点的坐标（X, Y）及焊 点在 PCB 中的网络值。在测试时飞针测试是先分别测试导线可多个端点的导通情况（开路 测试），然后对相关网络（或导线）之间进行绝缘测试（短路测试）。开路测试理论上是对 某一待测网络的一端施加电流，在该网络的另一端进行测量，根据电流的变化值来判断这一 网络（或导线）是否导通、存在电阻大小或断开。在飞针测试上开路测试具体形式是测试 PCB 上两个应该连通的焊点之间是否是连通的。方法是对两个具有相同网络值的焊点，移

5、动两个探针分别与两个焊点相接触，读取反馈数据到计算机进行分析，电路原理是探针与焊 点接触后，形成回路，在该回路中有一个恒压源，如果两个焊点是通的，则回路中有电流流 过，否则没有。反馈到计算机中的数据就是这个电流值经过电阻 R 转换后的电压值。绝缘 测试（短路测试）理论上是对某一待测网络（或导线）施加电压，在其它网络上检测是否有 电压值，以此来判断网络（导线）之间是否绝缘的。反之，如果在其它网络上检测不到电压 值，说明网络之间是相互绝缘的。飞针测试中短路测试具体是测试PCB上两个应该断开的 焊点之间是否是断开的。方法是对两个具有不同网络值的焊点，移动两个探针分别与两个焊 点相接触，读取反馈数据到

6、计算机进行分析，电路原理是探针与焊点接触后，会形成一个回 路，在这个回路中有一个恒流源，如果两个焊点是断开的，则在两个焊点间会有一个电压值， 否则没有，反馈到计算机中的数据就是这个电压值。测试过程中当一个元件正在测试的时候， 测试单元上的其它元件通过探针在电气上屏蔽以防止读数受到干扰。随着科学技术的发展，飞针测试机的类型也有所区别，不同的机械制造厂家所生产的飞 针测试机的系统所选用的测试方法也不同， 一般测试方法有：充/放电时间 （ Charge/discharge rise time ） 法 、 电 感 测 量 （Field measurement） 法 、 电 容 测 量 （Capacit

7、ance measurement ）法、相位差（Phase difference ）法、自适应测试（Adaptive measuring） 法等。下面简单解释这几种测试方法。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 路测试一全短路测试一网络值学习；第二块以后板：全开路测试一网络值测试，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。1.2 电感测量法电感测量法的

8、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。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= A/L。如果出现开路，导电图形面积 减少，相应的电容减

9、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。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,

10、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。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。缺点：由于具有编程容易，能够在数小时内测试原型样机装配，以及测试低产量的UUT而没 有典型的夹具开发费用,飞针测试可解决生产环境中的许多问题。但是还不是所有的生产测 试问题都可通过使用探针自动解决。和任何事情

11、一样，飞针测试有其缺点。因为测试机物理接触通路孔和测试焊盘上的焊锡， 可能在焊锡上留下小凹坑。对某些OEM客户，这些小凹坑可能认为外观缺陷，造成拒绝接 收装配。因为有时在没有测试焊盘的地方探针会接触到元件引脚，所以可能会错过松脱或焊 接不良的元件引脚。探针测试机还限制电路板的尺寸：16x24。飞针测试时间是另一个主要因素。一台典型的针床测试机可能花30秒测试UUT的地 方，飞针测试机可能花 8-10 分钟。实物搬运是另一个缺点。针床测试机可使用顶面夹具同 时测试双面 PCB 的顶面与底面元件，而飞针测试机要求操作员测试一面，然后翻转再测试 另一面。优点：尽管有些缺点，飞针测试还是一个有价值的工

12、具。优点包括：快速测试开发；较低成本 测试方法；快速转换的灵活性；以及在原型阶段为设计人员提供快速的反馈。因此，和传统 的 ICT 比较，飞针测试所要求的时间通过减少总的测试时间足以弥补。使用飞针测试系统的好处大于缺点。例如，装配过程中这样一个系统提供在接收到CAD 文件只有几小时就可以开始生产。因此，原型电路板在装配后数小时即可测试，不象ICT, 高成本的测试开发与夹具可能将过程延误几天，甚至几月。飞针测试系统也减少了新产品的 “第一篇文章”的视觉检查时间，这一点是很重要的，因为第一块板经常决定剩下的 UUT 的测试特性。除此之外，由于设定、编程和测试的简单与快速，实际上非技术装配人员，而不

13、是工程 师，可用来操作测试。也存在灵活性，做到快速测试转换和过程错误的快速反馈。还有，因 为夹具开发成本与飞针测试没有关系，所以它是一个可以放在典型测试过程前面的低成本系 统。并且因为飞针测试机改变了低产量和快速转换装配的测试方法，通常需要几周开发的测 试现在数小时就可以得到。特征：1花岗岩平台机器平台是花岗岩结构，长年使用不会变形。永久保持结构平面精度和高精度测针定位2测试可靠性高对易于充电荷的电容，装载了自动放电功能，在测试时保护测定部LRC元器件的测定信号的全部模式、量程都在0.3V以下,不会对IC产生任何不良影响.3. 测试程式简单制作 具有基准值产生功能和数据编程功能, 还可表示测定

14、波形和周遍电路图 测试数据的编程和调整都可在短时间内完成 测试坐标的修改和变更可利用屏幕坐标图边看边做, 简单易行4. 接触不良重测功能 备有四方向测针微小移动,自动再检测功能,以防止产生误判定5. 影象辨识系统/高亮度双色 LED 照明以 CCD 摄像器和光学影象辨认系统对坐标进行补正 ,解决被测板自身的倾斜和伸缩问 题对因回路原因而不能进行电测的元器件,可进行器件有无,种类和装配方向的光学检测 机内在不同角度装有四个红,蓝两色的 LED 照明单元,可按被测元器件的颜色,形状和项 目调整亮度,进行最佳设定.影象辨识能力的可靠性高.6. IC开路测试系统（选件）装有2枚以独立技术开发的传感棒，以电气方式检测出QFP和SOP的IC焊接浮脚测试 时不受引脚形状和焊盘尺寸的限制,SOJ,BGA等各种IC焊接浮脚也能测出7. 备有自动传送系统8. 具备各种自动检测功能9. 机器占地面积很小（Wl,090XD850XHl,175 mm）10. 小型板专用测试机（可测板最大尺寸330X250 mm）