一、引言
　　
　　
　　
　　　　印制電路板組件（pba）的測(cè)試目標(biāo)可以按測(cè)試的問題劃分為三個(gè)層次：a. 證實(shí)每個(gè)器件完成其所要求的功能；b. 證實(shí)各器件是以正確方式相連接的；c. 證明各器件間正確地相互作用并完成其預(yù)定的功能。目標(biāo)a和b通常用在線測(cè)試技術(shù)完成，目標(biāo)c則要用功能測(cè)試。因此，以前的自動(dòng)測(cè)試設(shè)備既用于檢測(cè)器件故障、制造故障，又要檢測(cè)與設(shè)計(jì)有關(guān)的故障。即為一種組合型測(cè)試設(shè)備－－結(jié)合了在線測(cè)試和功能測(cè)試技術(shù)。或者，將所有的故障都放在功能測(cè)試階段發(fā)現(xiàn)并排除。
　　
　　
　　
　　　　計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)cad的廣泛應(yīng)用則使時(shí)序、參數(shù)及布局等與設(shè)計(jì)有關(guān)的故障大為降低。同時(shí)，隨著SMT技術(shù)的廣泛使用，器件封裝的微型化。pcb組件的高密度化，制造故障呈復(fù)雜化。開路和短路故障幾乎占了所有故障總和的50％。圖1 表明了典型的SMT型pba的故障分布。
　　
　　
　　
　　
　　
　　圖1：典型SMT型pba故障分布
　　
　　
　　
　　　　因此，在線測(cè)試技術(shù)及設(shè)備將扮演著更重要的角色。也需要更多的測(cè)試技術(shù)及手段以適應(yīng)電子產(chǎn)品裝聯(lián)技術(shù)發(fā)展的要求。本文則主要介紹這些測(cè)試技術(shù)，同時(shí)也簡(jiǎn)要介紹在線測(cè)試設(shè)備。
　　
　　
　　
　　二、在線測(cè)試技術(shù)及設(shè)備
　　
　　
　　
　　　　自1960年美國(guó)通用電氣公司發(fā)明了針床式在線測(cè)試器以來，在線測(cè)試技術(shù)取得了很大的發(fā)展。1970年誕生了數(shù)字在線測(cè)試技術(shù)，1980年推出了矢量測(cè)試技術(shù)。在過去的幾年，已開發(fā)出幾種測(cè)試SMT型pba的技術(shù)。如邊界掃描技術(shù)，x－光檢測(cè)技術(shù)等?，F(xiàn)在又推出了非矢量測(cè)試方法。
　　
　　
　　
　　　　1. 矢量測(cè)試技術(shù)
　　
　　　　早期的在線測(cè)試儀由于電路板上所用的都是分離元件的模擬電路，通常采用4線和3線保護(hù)測(cè)量技術(shù)。但是，隨著數(shù)字集成電路的出現(xiàn)，尤其是大規(guī)模數(shù)字集成電路的出現(xiàn)，使得3線和4線隔離保護(hù)測(cè)試技術(shù)不能勝任，于是產(chǎn)生了數(shù)字矢量測(cè)試技術(shù)。
　　
　　　　矢量測(cè)試方法是用一組矢量集的組合來激勵(lì)所要測(cè)的器件，把輸出的響應(yīng)與對(duì)應(yīng)的真值表對(duì)比看是否正確。使用矢量測(cè)試，要求對(duì)器件的了解要比較全面，測(cè)試工程師要比較熟練地掌握器件性能與真值表的配合。
　　
　　　　但是，使用矢量測(cè)試方法測(cè)試pcb板，遇到需要對(duì)一個(gè)新的大規(guī)模集成塊開發(fā)測(cè)試碼型，那是很費(fèi)時(shí)的工作，而且還必須是很有經(jīng)驗(yàn)測(cè)試工程師。開發(fā)一個(gè)器件的測(cè)試碼型花費(fèi)好幾周時(shí)間是很常見的事。尤其用ic器件（包括用戶自已）設(shè)計(jì)開發(fā)的專用電路（asic，fpga）。由于缺少文件，缺少參數(shù)指標(biāo)，加之器件設(shè)計(jì)人員不愿提供設(shè)資料等。這樣，延長(zhǎng)了開發(fā)測(cè)試軟件的時(shí)間，推遲產(chǎn)品上市時(shí)間。
　　
　　　　再者，現(xiàn)在許多器件都很復(fù)雜，由于測(cè)試工程師能力所限，他們開發(fā)的測(cè)試碼型很難滿足器件管腳的故障覆蓋率。
　　
　　　　另外，由于矢量測(cè)試只能顯示出故障導(dǎo)致電路非正常工作的現(xiàn)象，而不能給故障定位，在診斷上仍有不盡人意之處，有些故障原因必須憑經(jīng)驗(yàn)給出。為了解決上述種種缺陷。又開發(fā)了許多新技術(shù)，例如：測(cè)試矢量生成儀，邊界掃描以及非矢量測(cè)試等。
　　
　　
　　
　　　　2. 測(cè)試矢量生成儀
　　
　　　　每位曾經(jīng)編寫過測(cè)試程序的測(cè)試人員一定都希望有一種能自動(dòng)生成高效的測(cè)試碼型。于是測(cè)試矢量生成工具應(yīng)運(yùn)而生。
　　
　　　　矢量生成工具用循序漸進(jìn)，目標(biāo)明確的方法來得到試驗(yàn)碼型，成功率很高。利用智能算法比累試法形成試驗(yàn)矢量應(yīng)當(dāng)能夠更快地生成可實(shí)用的測(cè)試碼型。這種方法是將矢量形成的任務(wù)分解在比較容易處理的小塊，其順序進(jìn)行的生成過程著眼于還未令人滿意的目標(biāo)，當(dāng)新的目標(biāo)達(dá)到時(shí)，這些矢量便加到已有的碼型上去。同用手工方法相比，用一個(gè)高效的碼型生成算法生成一個(gè)優(yōu)良的在線測(cè)試碼型所需的時(shí)間縮短了上千倍。
　　
　　　　用于生產(chǎn)的在線測(cè)試碼型的穩(wěn)定性和重復(fù)性是至關(guān)重要的。如果一個(gè)碼型的故障覆蓋率很高，但不穩(wěn)定，重復(fù)性很低，這樣的碼型也毫無用處。算法生成器在這方面采取了預(yù)防措施，一般是在主體部分的實(shí)際測(cè)試碼型前加一段初始化程序。
　　
　　　　一個(gè)好的算法矢量生成工具，要求所生成的測(cè)試碼型的比特?cái)?shù)小，而故障覆蓋率不變。這是因?yàn)樵跍y(cè)試器件時(shí)，用一種反驅(qū)動(dòng)的方式，逆向驅(qū)動(dòng)的時(shí)間長(zhǎng)時(shí)器件會(huì)由熱效應(yīng)造成損害。測(cè)試電路板所需的時(shí)間又直接與測(cè)量矢量的長(zhǎng)度成正比。
　　
　　　　算法矢量生成器的出現(xiàn)，提高了測(cè)試技術(shù)人員得到測(cè)試模式的能力，但用此技術(shù)仍需耗費(fèi)大量的精力。一名工程師必須對(duì)vlsi有一定程度的了解才能成功地發(fā)揮這項(xiàng)技術(shù)的作用。有一些器件，算法矢量生成器對(duì)它們不適用。例如，數(shù)?；旌闲盘?hào)的元件，動(dòng)態(tài)元件，初始化很復(fù)雜的器件。一點(diǎn)是，通電測(cè)試能提高故障覆蓋率，但在電路板測(cè)試存在一些問題時(shí)，會(huì)使程序調(diào)整變得很困難，要求對(duì)相應(yīng)的器件堵塞，在編程時(shí)需要很多的技巧。
　　
　　
　　
　　　　3. 邊界掃描技術(shù)
　　
　　　　隨著pcb的日益復(fù)雜，電路板的上安裝密度的提高和半導(dǎo)體器件的復(fù)雜程度的增大，采用SMT以及大規(guī)模集成電路，使得pcb上所含器件的“容量”也越來越大，大大限制了探針直接測(cè)試技術(shù)的使用，在不斷的探索中，人們找到了解決問題的方法。
　　
　　　　采用掃描測(cè)試技術(shù)對(duì)大容量pcb板進(jìn)行測(cè)試的價(jià)值首先在1985年被philips公司認(rèn)識(shí)到，被發(fā)展成為邊界掃描測(cè)試bst（boundary-scantest)技術(shù)。以后，它逐漸被一些主要的電子公司接受，形成一種測(cè)試體系規(guī)范，。1990年2月，ieee標(biāo)準(zhǔn)員會(huì)通過了“ieee標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試端口和邊界掃描測(cè)試體系規(guī)范”。1990年8月，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)ansi也承認(rèn)了這一標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)也制定與標(biāo)準(zhǔn)相兼容的“標(biāo)準(zhǔn)可測(cè)試總線”－sj/t－15066－94。
　　
　　　　邊界掃描測(cè)試bst是一種可測(cè)試結(jié)構(gòu)技術(shù)，用來解決測(cè)試探針所不能實(shí)現(xiàn)的測(cè)試問題。它是在芯片的i/o端上增加移位寄存器，把這些寄存器連接起來，加上時(shí)鐘復(fù)位測(cè)試方式選擇以及掃描輸入和輸出端口，而形成邊界掃描通道。在pcb上有多個(gè)ic元件，通過完善的設(shè)計(jì)，可以將每個(gè)元件的邊界掃描寄存器串起來，構(gòu)成一個(gè)串行通道，那么對(duì)元件邊界上的信號(hào)，你既可控制它，也可以在器件尾部觀察它。此外，在pcb設(shè)計(jì)時(shí)，也可含多個(gè)相互獨(dú)立的邊界掃描通道。這就實(shí)現(xiàn)了在pcb的邊界掃描測(cè)試。
　　
　　　　盡管很多使用中的器件可以使用bst術(shù)，但由于需要增加額外電路及引線，在已設(shè)計(jì)的asic中，仍有一部分電路沒有邊界掃描設(shè)計(jì)，這樣就導(dǎo)致了很難做成100％的邊界掃描板。并且，目前我國(guó)電子整機(jī)生產(chǎn)廠家在元件的采購上，設(shè)計(jì)人員與測(cè)試人員在器件設(shè)計(jì)的配合上，產(chǎn)品的成本問題上等都存在一些問題。使得bst技術(shù)的應(yīng)用受到阻礙，但這種測(cè)試技術(shù)是一個(gè)發(fā)展方向，因此性在線測(cè)試儀制造公司都提供了邊界掃描測(cè)試的技術(shù)和裝備。
　　
　　
　　
　　　　4. 非矢量技術(shù)的應(yīng)用
　　
　　　　如圖1所示，SMT的主要故障是開路，而電路板密度加大使矢量測(cè)試需大量的編程時(shí)間，邊界掃描技術(shù)的應(yīng)用又存在一定困難，有些制造廠家開發(fā)了電路板斷電情況下檢測(cè)器件（當(dāng)然也就不需要測(cè)試矢量）的非矢量測(cè)試技術(shù)。
　　
　　　　此項(xiàng)技術(shù)關(guān)注的是SMT電路板上開路的引出線。種方法是用電容耦合技術(shù)測(cè)量每條引出線和器件引線架之間的電容；第二種方法是測(cè)量晶體管的寄生特性參數(shù)；第三種方法是用射頻電磁場(chǎng)在器件的電路中感應(yīng)電流，這同變壓器原邊組在副邊組感應(yīng)電流相似。上面講到的三種方法都要用測(cè)試探頭。這種探頭也可以用于測(cè)試短路。
　　
　　　　需要指出的是沒有哪一種單獨(dú)的非矢量測(cè)試技術(shù)能夠覆蓋全部的故障?？傆心承╇娐凡季?，器件類別，封裝形式等，使得某種非矢量測(cè)試技術(shù)無法應(yīng)用。例如，電容技術(shù)只能檢測(cè)有管腳架的器件，而射頻技術(shù)不能測(cè)連接器。然而，每種技術(shù)各有所長(zhǎng)，故障覆蓋范圍各異；聯(lián)合應(yīng)用就能提供廣泛的故障覆蓋率。下表給出了上述三種測(cè)試技術(shù)所能檢測(cè)的故障情況。
　　
　　　　非矢量測(cè)試技術(shù)的出現(xiàn)，帶來了電路板測(cè)試技術(shù)的革命性化。雖然它也有一些缺點(diǎn)。比如要增加一個(gè)夾具的配件等，但隨著此項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展及日趨成熟，其所具有的優(yōu)點(diǎn)使其日趨普及。預(yù)計(jì)對(duì)未來SMT電路板非矢量測(cè)試是主要的、強(qiáng)有力的測(cè)試方案。
　　
　　　　目前生產(chǎn)在線測(cè)試設(shè)備的廠家很多。設(shè)備性能參差不齊，價(jià)格從幾萬美元到幾十萬美元不等。有些廠家推出了無針床在線測(cè)試設(shè)備－－用三根或三根以上的移動(dòng)探針代替針床。一般說來，如果在線測(cè)試設(shè)備只提供模擬分立元件檢測(cè)和通用型數(shù)字集成電路檢測(cè)功能，則只需十萬美元以下。如果測(cè)試設(shè)備能提供邊界掃描技術(shù)和非矢量檢測(cè)技術(shù)，則其價(jià)格迅速增加，這是因?yàn)闇y(cè)試設(shè)備所提高的故障覆蓋率與其價(jià)格的增長(zhǎng)幾乎呈指數(shù)上升。當(dāng)然，在線測(cè)試設(shè)備所能提供的測(cè)試點(diǎn)數(shù)和測(cè)試也對(duì)價(jià)格影響很大。
　　
　　　　需要特別指出的是，雖然無針床在線測(cè)試儀一般只能提供模擬分立元件檢測(cè)功能，故障定位不十分準(zhǔn)確，提供的故障覆蓋率很有限，但由于省去了制造針床和編寫較復(fù)雜的測(cè)試程序等環(huán)節(jié)，非常適合品種多，批量小和產(chǎn)品更新?lián)Q代快的生產(chǎn)企業(yè)。尤其是被測(cè)印電路板功能不復(fù)雜，沒有或少有超大規(guī)模集成電路和專用集成電路asic，選用無針床在線測(cè)試設(shè)備不失明智之舉。
　　
　　　　此外，在線測(cè)試設(shè)備能否正常投入使用，尤其想利用好。與設(shè)計(jì)人員的直接參與有很大關(guān)系。
　　
　　　
　　
　　三、結(jié)束語
　　
　　
　　
　　　　以上我們介紹了在線測(cè)試設(shè)備常采用的測(cè)試技術(shù)，這些測(cè)試技術(shù)往往是為解決某類故障的檢測(cè)而開發(fā)的。因此，每項(xiàng)測(cè)試技術(shù)都有一定適用條件和范圍。所以在選購在線測(cè)試設(shè)備時(shí)，應(yīng)分析產(chǎn)品的特點(diǎn)和故障分布情況，從而選用相適應(yīng)的測(cè)試技術(shù)及設(shè)備，對(duì)SMT型印制電路板，僅有用傳統(tǒng)的三線或六線測(cè)試技術(shù)設(shè)備是不夠的，因?yàn)檫@種pcb上的表面安裝器件密度大，數(shù)量多，總有vlsi或asic器件。因而測(cè)試設(shè)備應(yīng)具有非矢量檢測(cè)技術(shù)或邊界掃描技術(shù).
　　
　　
　　
　　故障類型電容耦合技術(shù)結(jié)效應(yīng)測(cè)試技術(shù)射頻磁感應(yīng)技術(shù)開路√√√插座和連接器開路√　　器件插反　√√驅(qū)動(dòng)器擊穿　√√焊接線斷開　√√　　器件及封裝類型電容耦合技術(shù)結(jié)效應(yīng)測(cè)試技術(shù)射頻磁感應(yīng)技術(shù)僅有單一電源和接地管腳　√√無獨(dú)立管腳對(duì)√　√無保護(hù)二極管√　　有接地平面和散熱器　√　無引線框架（bga、pga）　√√