飛針加速器的工作原理和使用方法研究

摘要：

飛針測試機更適合測試小批量的產品以及每 PNL 板上的測試點數在某個數值以下的產品（主要原因在于飛針的速度慢）；通用測試機更適合測試大批量的產品以及每 PNL 板上的測試點數在某個數值以上的產品（主要原因在于夾具的成本需要分攤）；而處于兩者的交界處則屬于灰色地帶，成本反而不好管控。飛針加速器和飛針測試機配合則可以完美解決這樣的問題，原因在于飛針加速器倍增了飛針測試機的測試效率，拓展了飛針測試機的使用空間的同時降低了飛針測試的單位測試成本。本文詳細講述了飛針加速器的原理、分析了不同測式方法的單位成本、以及分析了飛針加速器的應用范圍供業界參考使用。

關鍵詞： 飛針加速器、工作原理、使用方法、飛針測試機

Studying on Flying Probe Accelerator Working Principle And Application

Abstract:

Flying probe test machine is more suitable for small batch products and test points on each PNL plate under a certain numerical products (mainly because of the slow testing speed of the flying probe); Universal test machine is more suitable for mass product testing and test points on each PNL plate above a certain numerical products (the main reason lies in the fixture cost allocation). And in the junction of the two belong to grey zone, bad instead to control cost. Fly probe accelerator and fly probe test machine work together can perfect solve this problem; the reason is that the accelerator can double efficiency of the fly probe test machine. So to expand the use of flying probe tester space at the same time reduces the flying probe test unit testing costs. This paper tells the principle flying probe accelerator, analyzed the unit costs of different type testing method, and analyzed the application range of the flying probe accelerator, for the reference of PCB industry.

Key words:fly probe accelerator; working principle; application; fly probe tester

1.前言

PCB 行業傳統測試分為治具測試和飛針測試，其中專用治具測試主要針對大型批量板，需要制作測試治具，資金成本高，治具存放占地廣；中小批量以飛針測試為主，節省治具成本，但測試速度慢，需要多臺飛針測試機器才能達到產能和效率。PCB 廠商目前現狀越來越以快板和樣板為主，平均每月三千至八千料號之間，每個料號 0.5M²‐20M² 不等，飛針產能嚴重不足，主要以外發加工或不斷增添飛針測試設備來解決需求。另外，介于飛針測試和治具測試之間，并非非此即彼的完全無縫過渡，在測試點數超過一定數量且仍是小批量 PCB 產品的時候，是十分頭疼的選擇。針對 PCB 生產商以上現狀及困擾，如采用電刷式掃描測試機，就可以獲得供最佳解決方案，本文就是針對這樣的問題而展開研究的。

2.原理

2.1 飛針加速器是如何工作的？

飛針加速器，顧名思義，就是可以加快飛針測試速度的一種機器，其外觀如下面的圖 1 所示。

           

                            圖 1飛針加速器的外觀圖（飛針加速器在以下簡稱 AC8）

飛針加速器是一款機電掃描裝置，可以提高飛針測試產量的 2-7 倍 (取決于 PCB 類型)，它的技術基礎是被業界驗證并認可的電容法測試。電容法測試是采用機械接觸，輕輕刷過線路板方法。飛針加速器掃出的問題網絡與飛針測試機連線進行復測，以明確 PCB 的問題點。飛針加速器和飛針測試機的配合工作流程可以簡單地用一下面的圖 2 描述出來。

                                    
                                                      圖 2飛針加速器的使用流程圖

在飛針加速器中，有十分細小的探針，直徑中有 4mil（100 微米），用于激發測試，探針的外形如下面的圖 3 所示。

                    
                                   圖 3  飛針加速器中的探針外形和頭發絲比較

    由256 支探針加上其他的電子器件組合后可以構成一個探針模組，16 個探針模組可以構成整個飛針加速器的測試覆蓋面，可以覆蓋 24.0” x 21.0”的區域大小，可以滿足絕大多數 PCB 工廠的測試需求。單個探針模組及探針模組覆蓋面如下面的圖 4 所示。

                
                                                          圖 4探針模組及探針模組覆蓋面示意圖

在飛針加速器的工作過程中，PCB 通過飛針加速器的工作窗口時，探針會在 PCB 表面進行掃描并接觸到 PCB 表面的測試點而形成一個掃描圖形，從而判斷出 PCB 的測試影像，具體如下面的圖 5 所示。讀取的電容值與期望的參考值做對比.這些網絡被判斷成好的，基本原理與飛針測試一樣。當讀取的電容值高于或低于設定值的某個范圍時，將被判斷為異常點，所有的異常點需在飛針測試機上復測以進一點明確是否存在短路或開路。

                     圖 5飛針加速器掃描 PCB 測試影像示意圖

復測比例是十分重要的指標，它決定了飛針加速器的工作效率。復測比例越低，則工作效率越高（加速飛針測試機的倍數就越大）；復測比例越高，則工作效率越低。復測比例可以通過飛針加速器的學習進行調節，找到最佳的平衡點。飛針測試機在和飛針加速器的配合下，通常情況下可以獲得 2～7 倍的飛針速度的加速。

飛針加速器的能力研究如下面的表 1 所示

3.飛針測試機和飛針加速器的工作原理差異分析

因受設備設計原理的影響，立式飛針測試機效率與 PCB 板點數成反比關系，而飛針加速器掃描時不受 PCB 板點數影響。故其鋪助飛針試機機降低受點數的影響，從而提高測試效率。因飛針加速器電刷移動速度一定，相同尺寸 PNL 板的掃描時間一致，故其與立式飛針機存在一個效率平衡點，在每 PNL 的點數小于某個值時，使用飛針加速器的測試效率反而下降。飛針測試機和飛針加速器的工作原理差異分析如下面的表 2 所示。

            表 2飛針測試機和飛針加速器的工作原理差異

飛針加速器必須和飛針測試機配套使用，才能發揮作用。純飛針測試機的工作流程和飛針加速器與飛針測試機配合工作時的工作流程，差異分析如下面的表 3 所示。

           表 3 純飛針測試機和飛針加速器工作流程差異分析

4. 使用飛針加速器的優點

1. ? 不需要治具

2. ? 零耗材 

3. ? 不需要探針定位

4. ? 沒有線寬、線距的限制

5. ? 沒有槽孔、大孔的生產限制

6. ? 沒有可視的針痕

7. ? 測試速度基于掃描的速度，不再取決于每 PNL 板的測試點數

8. ? 掃描速度 1”‐ 2”/second = 高產出

9. ? 可以整 Panel 測試，無論是分級層壓還是單面的內層

5. 飛針加速器的漏波率測試

1. ? 測試方法：取測試板在采用飛針測試機測試出問題點，2 片開路，3 片短路，并在不良板上做標識。

2. 再取同樣的這些測試板，在飛針加速器上進行掃描測試，明確掃描出的壞點和前面的飛針測試機測

3. 出的點是否重合、以及數量是否相等，以判斷飛針加速器是否會測漏波。

4. ? 接受標準： “0”漏波

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