為大型、高密度的印刷電路板裝配(PCBA, printed circuit board assembly)發(fā)展一個(gè)穩(wěn)健的測(cè)試策略是重要的，以保證與設(shè)計(jì)的符合與功能。除了這些復(fù)雜裝配的建立與測(cè)試之外，單單投入在電子零件中的金錢可能是很高的 - 當(dāng)一個(gè)單元到測(cè)試時(shí)可能達(dá)到25,000美元。由于這樣的高成本，查找與修理裝配的問題現(xiàn)在比其過去甚至是更為重要的步驟。今天更復(fù)雜的裝配大約18平方英寸，18層；在頂面和底面有2900多個(gè)元件；含有6000個(gè)電路節(jié)點(diǎn)；有超過20000個(gè)焊接點(diǎn)需要測(cè)試。
　　在朗訊加速的制造工廠(N. Andover, MA)，制造和測(cè)試藝術(shù)級(jí)的PCBA和完整的傳送系統(tǒng)。超過5000節(jié)點(diǎn)數(shù)的裝配對(duì)我們是一個(gè)關(guān)注，因?yàn)樗鼈円呀?jīng)接近我們現(xiàn)有的在線測(cè)試(ICT, in circuit test)設(shè)備的資源極限(圖一)。我們現(xiàn)在制造大約800種不同的PCBA或“節(jié)點(diǎn)”。在這800種節(jié)點(diǎn)中，大約20種在5000~6000個(gè)節(jié)點(diǎn)范圍?？墒?，這個(gè)數(shù)迅速增長(zhǎng)。
　　 新的開發(fā)項(xiàng)目要求更加復(fù)雜、更大的PCBA和更緊密的包裝。這些要求挑戰(zhàn)我們建造和測(cè)試這些單元的能力。更進(jìn)一步，具有更小元件和更高節(jié)點(diǎn)數(shù)的更大電路板可能將會(huì)繼續(xù)。例如，現(xiàn)在正在畫電路板圖的一個(gè)設(shè)計(jì)，有大約116000個(gè)節(jié)點(diǎn)、超過5100個(gè)元件和超過37800個(gè)要求測(cè)試或確認(rèn)的焊接點(diǎn)。這個(gè)單元還有BGA在頂面與底面，BGA是緊接著的。使用傳統(tǒng)的針床測(cè)試這個(gè)尺寸和復(fù)雜性的板，ICT一種方法是不可能的。
　　在制造工藝，特別是在測(cè)試中，不斷增加的PCBA復(fù)雜性和密度不是一個(gè)新的問題。意識(shí)到的增加ICT測(cè)試夾具內(nèi)的測(cè)試針數(shù)量不是要走的方向，我們開始觀察可代替的電路確認(rèn)方法?？吹矫堪偃f探針不接觸的數(shù)量，我們發(fā)現(xiàn)在5000個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)，許多發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤(少于31)可能是由于探針接觸問題而不是實(shí)際制造的缺陷(表一)。因此，我們著手將測(cè)試針的數(shù)量減少，而不是上升。盡管如此，我們制造工藝的品質(zhì)還是評(píng)估到整個(gè)PCBA。我們決定使用傳統(tǒng)的ICT與X射線分層法相結(jié)合是一個(gè)可行的解決方案。

表一、達(dá)到可接受的假陰率(false-negative rate)要求探針的接觸質(zhì)量，當(dāng)夾具有幾千個(gè)針時(shí)是不可能維持的 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 6 <=Sigma 針數(shù) 31.7 20.6 13.3 8.5 5.4 3.4 <=PPM 0 0 0 0 0 0 0 500 1.6% 1.0% 0.7% 0.4% 0.3% 0.2% 1000 3.2% 2.1% 1.3% 0.9% 0.5% 0.3% 1500 4.8% 3.1% 2.0% 1.3% 0.8% 0.5% 2000 6.3% 4.1% 2.7% 1.7% 1.1% 0.7% 2500 7.9% 5.2% 3.3% 2.1% 1.4% .0.9% 3000 9.5% 6.2% 4.0% 2.6% 1.6% 1.0% 3500 11.1% 7.2% 4.7% 3.0% 1.9% 1.2% 4000 12.7% 8.2% 5.3% 3.4% 2.2% 1.4% 4500 14.3% 9.3% 6.0% 3.8% 2.4% 1.5% 5000 15.9% 10.3% 6.7% 4.3% 2.7% 1.7% 5500 17.4% 11.3% 7.3% 4.7% 3.0% 1.9% 6000 19.0% 12.4% 8.0% 5.1% 3.2% 2.0% 6500 20.6% 13.4% 8.6% 5.5% 3.5% 2.2% 7000 22.2% 14.4% 9.3% 6.0% 3.8% 2.4% 公式：(100 塊板 x PPM率 x 針數(shù))/(1M *100) = 100板產(chǎn)生一個(gè)誤報(bào)的%

測(cè)試策略
　　我們整體測(cè)試策略大部分依靠邊界掃描，它提供一個(gè)部分解決方案。許多元件在ICT不能確認(rèn)，許多復(fù)雜的ASIC有許多必須確認(rèn)的電源和接地引腳。這些引腳的開路可能造成長(zhǎng)期可靠性的問題。我們采用的測(cè)試策略是使用自動(dòng)X射線分層檢查系統(tǒng)確認(rèn)整個(gè)板上每個(gè)焊接點(diǎn)的可接受性。在這個(gè)策略中，生產(chǎn)PCBA都經(jīng)過X光系統(tǒng)。有缺陷的板經(jīng)過修理站進(jìn)行改正行動(dòng)和重檢查。通過檢查的PCBA進(jìn)入在線電路板測(cè)試系統(tǒng)作進(jìn)一步測(cè)試。這個(gè)策略在對(duì)現(xiàn)在生產(chǎn)中的先進(jìn)技術(shù)裝配實(shí)施的階段。設(shè)計(jì)的模型或開發(fā)/原型階段的PCBA只通過焊接點(diǎn)完整性的X光檢查，因?yàn)樵诰€測(cè)試機(jī)的測(cè)試夾具和/或測(cè)試程序通常這時(shí)還沒有。
　　使用生產(chǎn)X光檢查進(jìn)行模型評(píng)估，允許診斷技術(shù)員排除焊點(diǎn)有關(guān)的問題，如開路、短路、元件丟失、少錫和一些極性方向問題。這個(gè)新工藝已經(jīng)節(jié)省時(shí)間與金錢?，F(xiàn)在，為模型開發(fā)進(jìn)行的制造測(cè)試趨向于大約與生產(chǎn)運(yùn)行相同的規(guī)模。模型運(yùn)行可能在150個(gè)單元的范圍，高端PCBA的生產(chǎn)運(yùn)行在200個(gè)單元范圍。
　　我們的PCBA使用自動(dòng)貼片機(jī)器完成，手工連接器貼裝和手工面板裝配。使用X光和ICT技術(shù)測(cè)試完成的裝配，來確認(rèn)我們的工藝。測(cè)試程序保證正確的零件已經(jīng)以正確的位置和方向放在板上，X光決定所有的焊接點(diǎn)已經(jīng)形成。這時(shí)功能還沒有確認(rèn)。接收板的經(jīng)營(yíng)單位選擇是否做整板的功能測(cè)試。這個(gè)決定是在單個(gè)板的基礎(chǔ)上作出的。其次，PCBA安裝到架子內(nèi)，架子放入框內(nèi)，框與框連接。，整個(gè)系統(tǒng)功能測(cè)試，所有裝配在系統(tǒng)測(cè)試期間接受功能測(cè)試。在適當(dāng)?shù)?u>測(cè)試之后，系統(tǒng)發(fā)送到終用戶。

X光/ICT相互作用
　　超過5200個(gè)ICT機(jī)器節(jié)點(diǎn)限制的PCBA是不可能使用傳統(tǒng)的針床夾具ICT測(cè)試的。而且，我們沒有裝配可在在線測(cè)試機(jī)上完全測(cè)試。通常，10~15%的板的電路不能測(cè)試。例如，旁路電容和ASIC元件的電源與接地引腳對(duì)DC級(jí)的測(cè)量是不可見的。因?yàn)檫@些節(jié)點(diǎn)不能用一般的ICT測(cè)試，我們使用了X射線分層工藝。在使用X光之前，大板上的覆蓋率在60~70%之間。在測(cè)試測(cè)量中包括X光提供99%的測(cè)試覆蓋。對(duì)于通過X光系統(tǒng)確認(rèn)的焊點(diǎn)完整性的元件，我們假設(shè)遵循了前面的工序保證板上貼裝正確的元件。
　　另外，我們必須確認(rèn)板是結(jié)構(gòu)上連接的 - 所有焊接點(diǎn)正確連接并且沒有內(nèi)部短路或開路存在。這是由X射線檢查來完成的。
　　對(duì)于ASIC的ICT，相當(dāng)廣泛地使用邊界掃描，它允許我們的測(cè)試機(jī)快速地讀入ASIC的ID寄存器。如果成功，邊界掃描顯示ASIC在位置上并方向正確。前面確認(rèn)的焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)完整性減少針床夾具需要接觸的節(jié)點(diǎn)數(shù)量。ICT將不需要切換每一個(gè)ASIC引腳來確定其是否開路。
　　通過使用專門的X射線分層檢查系統(tǒng)，我們已經(jīng)能夠平均減少40%所要求的節(jié)點(diǎn)數(shù)量。ICT節(jié)點(diǎn)數(shù)減少，降低夾具的復(fù)雜性和成本，也得到更少的誤報(bào)，這使得板更快速地通過我們的返修和制造工序。使用X射線也將ICT處的次通過合格率增加20%。使用X射線/ICT結(jié)合的測(cè)量已經(jīng)降低整體成本，改善可靠性和輸出產(chǎn)品的品質(zhì)。允許產(chǎn)品更快的出貨。

X射線/ICT測(cè)量的未來
　　現(xiàn)在，在我們生產(chǎn)線上只有一少部分的板超過5200個(gè)節(jié)點(diǎn)的ICT限制。我們預(yù)計(jì)在不久的將來該比例會(huì)穩(wěn)定增長(zhǎng)。
　　還有，隨著我們?nèi)〉媒?jīng)驗(yàn)和增加X射線的能力，我們可能將我們新的測(cè)量應(yīng)用到節(jié)點(diǎn)數(shù)低至2500個(gè)節(jié)點(diǎn)的PCBA。因?yàn)楝F(xiàn)在存在于4000~5000個(gè)節(jié)點(diǎn)范圍的板的合格率問題，這些問題是由于探針接觸問題而不是實(shí)際裝配問題，我們預(yù)計(jì)使用X射線/ICT相結(jié)合的測(cè)量可以看到一個(gè)改善。
　　早在九十年代，我們決定標(biāo)準(zhǔn)化ICT系統(tǒng)的選擇，我們的測(cè)試工程師可作三種配制，而不是一種開口測(cè)量。我們分1900個(gè)節(jié)點(diǎn)、3900個(gè)節(jié)點(diǎn)和5200個(gè)節(jié)點(diǎn)的配制?，F(xiàn)在，我們已經(jīng)升級(jí)幾乎每一個(gè)測(cè)試達(dá)到3900或5200個(gè)節(jié)點(diǎn)的設(shè)備，傾向于5200個(gè)節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)。
　　X射線分層法與ICT技術(shù)相結(jié)合的進(jìn)一步使用是理想的，因?yàn)槊恳粋€(gè)技術(shù)都補(bǔ)償另一技術(shù)的缺點(diǎn)。X射線主要集中在焊點(diǎn)的質(zhì)量。它也可確認(rèn)元件是否存在，但不能確認(rèn)元件是否正確，方向和數(shù)值是否正確。另一方面，ICT可決定元件的方向和數(shù)值但不能決定焊接點(diǎn)是否可接受，特別是在大的表面貼裝元件包裝下面。
　　在不久將來，我們希望在看到電路原理圖時(shí)馬上可以決定對(duì)新的電路設(shè)計(jì)的測(cè)試測(cè)量。這時(shí)，對(duì)高節(jié)點(diǎn)數(shù)的原理圖，我們可決定哪些節(jié)點(diǎn)應(yīng)該用ICT，哪一些節(jié)點(diǎn)應(yīng)該用X射線?，F(xiàn)在，我們直到一個(gè)設(shè)計(jì)在開發(fā)過程中相對(duì)清楚時(shí)才可作出決定。
　　理想地，軟件可產(chǎn)生X光和在線測(cè)試技術(shù)，ICT測(cè)試程序應(yīng)該相當(dāng)?shù)匦　?u>測(cè)試測(cè)量信息可以放在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)布局系統(tǒng)，包括較少數(shù)量的要求測(cè)試焊盤特性的節(jié)點(diǎn)。測(cè)試焊盤減少的一個(gè)附加優(yōu)點(diǎn)是板面資源節(jié)省，使得布局任務(wù)更加容易。針床夾具也應(yīng)該隨著接觸探針的減少而簡(jiǎn)化；同樣減少測(cè)試針與其目標(biāo)接觸不良的可能性。簡(jiǎn)而言之，用復(fù)雜性更低的程序與夾具可達(dá)到更好的缺陷覆蓋率。

在線測(cè)試怎樣工作 　　在線測(cè)試(ICT)是通過探測(cè)分布于板的表面的測(cè)試點(diǎn)來確認(rèn)一個(gè)電路子裝配的電氣完整性的過程。對(duì)于自動(dòng)測(cè)試，探針是安裝于一塊厚的苯酚板上的彈簧加力的“針”，分別連線到一個(gè)開關(guān)矩陣。開關(guān)矩陣是繼電器的排列，將適當(dāng)?shù)尼樳B接到測(cè)試程序中每一步所要求的電流源和電壓測(cè)量?jī)x器。 　　帶有成百上千彈簧針的苯酚板構(gòu)成一個(gè)針床，測(cè)試工程師采用了“針床夾具”名詞來叫這個(gè)板。每個(gè)針都有定位，使得當(dāng)板放在夾具上，由真空裝置拉下時(shí)，針都接觸其目標(biāo)測(cè)試點(diǎn)，而不短路到相鄰的電流結(jié)構(gòu)。 　　ICT可以確認(rèn)導(dǎo)電路線的存在，排除短路的可能性，測(cè)量單個(gè)電阻和電感器，檢查二極管、三極管和集成電路的存在與方向。ICT通常不能決定極性電容的極性或確認(rèn)丟失的旁路電容?？墒?，它可發(fā)現(xiàn)短路的電容和開路的電感器。 　　基本的ICT近年來隨著克服先進(jìn)技術(shù)局限的技術(shù)而改善。例如，當(dāng)集成電路變得太大以至于不可能為相當(dāng)?shù)碾娐犯采w率提供探測(cè)目標(biāo)時(shí)，ASIC工程師開發(fā)了邊界掃描技術(shù)。邊界掃描(boundary scan)提供一個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法來確認(rèn)在不允許探針的地方的元件連接。額外的電路設(shè)計(jì)到IC內(nèi)面，允許元件以簡(jiǎn)單的方式與周圍的元件通信，以一個(gè)容易檢查的格式顯示測(cè)試結(jié)果。 　　另一個(gè)無矢量技術(shù)(vectorless technique)將交流(AC)信號(hào)通過針床施加到測(cè)試中的元件。一個(gè)傳感器板靠住測(cè)試中的元件表面壓住，與元件引腳框形成一個(gè)電容，將信號(hào)偶合到傳感器板。沒有偶合信號(hào)表示焊點(diǎn)開路。 　　用于大型復(fù)雜板的測(cè)試程序的人工是很大的。幸好，自動(dòng)測(cè)試程序產(chǎn)生(ATPG, automated test program generation)軟件可基于PCBA的CAD數(shù)據(jù)和裝配于板上的元件規(guī)格庫(kù)，自動(dòng)地設(shè)計(jì)所要求的夾具和測(cè)試程序。雖然這些技術(shù)幫助簡(jiǎn)單程序生成時(shí)間，但高節(jié)點(diǎn)數(shù)測(cè)試程序的論證還是一個(gè)費(fèi)時(shí)和技術(shù)挑戰(zhàn)性的努力。

X射線分層法怎樣工作 　　PCBA制造基本上是將預(yù)制的元件焊接到預(yù)制的印刷電路板上。理論上，只要正確的元件以正確的方向放在正確的位置，并以良好的焊點(diǎn)電氣連接，PCBA將按設(shè)計(jì)一樣運(yùn)行。因此，對(duì)于一個(gè)PCBA制造商的測(cè)試問題歸結(jié)為保證焊接點(diǎn)的質(zhì)量 - 一個(gè)結(jié)構(gòu)性檢查。 　　當(dāng)焊接點(diǎn)隱藏于大的集成電路(IC)包裝下面，檢查就要求X光。X光可滲透IC包裝但被密度大得多的鉛基焊錫所吸收，留下影子一樣的圖象。可是，一個(gè)簡(jiǎn)單的X光影象會(huì)被分布在IC內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的和多層電路板層中的金屬導(dǎo)體所混淆。當(dāng)PCBA在兩面有電路時(shí)情況變得更差。 　　X射線分層法，或3維X光，是一個(gè)用于隔離PCBA內(nèi)水平面的技術(shù)，使得它們可以分別檢查。和陰影圖一樣，該技術(shù)從X射線的平行光源和圖象感應(yīng)器排列開始。不象陰影圖技術(shù)(shadowgraph)，分層的X光束以一個(gè)角度穿過板。感應(yīng)器直接在板的結(jié)構(gòu)底下在視覺范圍內(nèi)，但偏移來截至以一角度來的X射線束。 　　在成像的過程中，感應(yīng)器和光源兩者都繞一軸轉(zhuǎn)動(dòng)，穿過視覺區(qū)(FOV, field of view)。圖像模糊引起在圖象面的結(jié)構(gòu)顯得靜止，而圖像面上或下的物體在圓周運(yùn)動(dòng)中快速移動(dòng)，看上去不聚焦，迅速?gòu)囊曇跋?。這個(gè)現(xiàn)象類似于“穿過”飛機(jī)旋轉(zhuǎn)的螺旋槳來看。 　　基于得到圖象的細(xì)節(jié)，計(jì)算機(jī)運(yùn)算法則可決定焊點(diǎn)圓角的確切形狀，超出焊點(diǎn)內(nèi)的空洞。它也可計(jì)算焊錫量。這些測(cè)量都可顯示焊接點(diǎn)的品質(zhì)。該技術(shù)也可用來查找可能引起短路的錫橋。