PCB电测试

Zhang Lixiong, He works as General Manager of Mason Electrical Co., Ltd.. He has great experience in areas of technology research and management of Printed Circuit Board test.
当线路不存在断路时，则 Cx =Cx1 + Cx2 当线路存在短路时，则 C x =Cx1 当线路断路时，电容值低于参考值，当 线路短路时，电容值高于参考值。
图 2-10 电容法测试
从测试原理上看，电容测量是取决线路图形产生电容量大小判断，精度取决于电容分辨率， Hioki 公布的数据为 5Af(5 x 10-6 pf)，分辨容量越小，阻值分辨越高，但如果是大型系统 PCB（以下 为 A 类），其大部分使用电压较高，电流较大，则不推荐使用此方法测试（电容测试并不使用高电 压，所以耐压值不能测试）。此方法测试最为适合 IC 封装基板，FPC 类 PCB。此测试方法的优点为 测试速度快，缺点为测试精度低
主要有三种方式，一是有夹具测试，探针按照线路板的测试点位置排布在测试夹具上与 PCB 相应的测试点相连；二是无夹具的移动探针式测试（又称飞针测试），该种方式只有几根探针，探针 在线路板上快速移动与测试点接触；三是 JP 导电胶测试，利用电胶的各向异性实现连接。 2.1.2.1.专用测试 使用绕线或电缆连接的方式制做的夹具，通常称为专用夹具。 图 2-4 专用测试结构图 利用专用夹具测试称为专用测试 优点：结构简单，技术难度小，设备成本低。 缺点：密度高，点数多时，成本最高，所以在高密度测试时， 一般不推荐使用。 在日本，由于测试针的尺寸可以做到非常小(＜0.1mm＝ 所以 在小面积的高密度测试时，也较常使用此类测试，但一般配置 CCD 系统或移动夹具测试。 2.1.2.2 通用测试 利用通用测试夹具与具有标准密度点阵的针床进行测试称为通用测试 图 2-5 通用测试结构图 如图 2-5 其中测试夹具上的探针一侧与线路板的测试 Pad 相接触， 另一侧与针床接触，针床上按照固定间距排列弹簧针点阵， 弹簧针再与电子扫描系统相连接。 标准网络又分为单密度（100 点/ 平方英寸），双密度（200 点/ 平方英寸），四密度（400 点/ 平方英寸）。（如图 2-6）
1. 序言 随着半导体制造技术的高速发展，IC 器件集成度迅速提高，安装技术已经从插装技术（THT）
过渡到表面安装技术，并已走向芯片级封装技术(如图 1-1)。同时由于通迅技术的发展需要，要求信 号的高速传递，PCB 作为传送信号的主要渠道，致使 PCB 向高密度（HDI）发展成为必然。
高密度（HDI）PCB 的制程设备发展已经较为成熟。其表现是：第一，激光钻孔技术已经大量 应用；第二，高密度（HDI）的主要应用技术，如 HDI 制造工艺 ALIVH、B2IT 在国外大量应用。但
PCB 电性能测试从原理上可分为两类：电阻法测试和电容法测试；电阻法测试又可分成二端式
测试、四端式测试；按照测试探头是否与 PCB 完全接触划分又可分为接触式测试和非接触式测试， 关系如下图所示：
图 2-1 PCB 电性测试分类
2.1 两端式测试
在接触式测试中两端式测试是目前普遍应用的一种方案，测试的精度虽然不高(1Ω), 但是用来
飞针测试是测试探头在线路板上快速逐点移动来完成测试，一般是先利用电容法测试, 当测得电
容不在合格范围内时再用电阻法进行准确确认。每个测试探头由精密的传动系统控制运动位置，位
置精度可达到 0.01mm, 故可以测试密度较高 PAD 较小的线路板, 飞针测试也无需测试夹具, 又节省
了夹具制作成本，但是飞针测试的速度与夹具式测试相比, 就非常地慢, 且探头的寿命也不如人意，
PCB 电性测试技术趋势
Technology Trend for PCB Electrical Test
（深圳麦逊电子有限公司）张利雄
电话：0755-26987698 传真：ion） ：
张利雄，深圳麦逊电子有限公司总经理，从事测试印刷板行业的技术开发及管理 工作近 20 年，具有丰富的经验。
以也可以对密度非常高的线路板进行测试。（如图 2-8）
PTB PCR
2-8 JP 夹具 优点：夹具安装时间短，开短路测试通过率高。 缺点：导电胶寿命短，要定期更新。否则的话，它会把线路盘严重地污染掉。 2.2 四端式测试（四线测量/Kelvin 测量） 2.2.1.原理
四线测量是将恒流源电流流入被测电阻 Rpcb 的两根电流线和电压测量端的两根电压线分离开，使得 电压测量端的电压不再是恒流源两端的直接电压，（如图 2-9）所示。
2、 PCB 电性测试技术 电性能测试主要是测试基板线路的导通性(Continuity)及绝缘性(Isolation)，导通性测试是指通过
测量同一网络内结点间的电阻值是否小于导通阀值从而判断该线路是否有断开现象，即通常所说的 开路；绝缘测试是指通过测量不同网络的结点间的电阻值是否大于绝缘阀值从而判断绝缘网络是否 有短路现象。随着线路密度的增加，电性能测试的难度也虽之增加，相继产生了新的测试技术以应 对 PCB 行业的发展。导致测试难度增加的主要因素有：基板表面的 PAD 大小、PAD 跨距（Pitch）、 导线间距缩小使导通孔径缩小，PAD 表面镀层的压痕限制、 测量阻值精度要求的提高、测试速度要 求的提高等因素。下面将从测试原理上对当今 PCB 测试的解决方案加以阐述。
2.1. 电容法测试 如图 2-10 所示，测试板下面有一个参考电极板，每个长度不同覆盖面积不同的线路与参考电极
之间会产生一个固定的电容量，当有断路或短路发生时，该电容量将会有所变化，将测得的电容值 与参考值对照来判断是否合格。当断路发生在距离网络端点很近的位置时，那么线路多的一侧电容 变化将非常小，而线路短的一侧产生的电容变化将非常大，所以即使很小的断路也能被检测出来。 用电容法进行测试时，每个端点只需要与测试探头接触一次，不象电阻法测试中那样需多次与同一 点进行信号注入，省去了很多的测试步数，提高了测试速度。
保护电流，通常在导通测试时小
于 100mA。绝缘测试时为数十微 安到不超过 10mA。(注：IPC-9252 规定此电流不应超过此范围，否则有可能造成线路损坏。)； KH 为高电流端流入的开关，KL 为低电流端流入的开关，开关矩阵可以由高压晶体管或场效应管 (MOS-FET)配对组成，配对数则为测试机最大可测试点数；V 为测量电路，在图中导通测试时 A、B 为同一回路中的两个测试点，则 RL + RS = VT / I 。RS 为回路接触电阻，实际测试时，则要减去（通 常为经验值）。所以此测量方法并不是很准确，通常只能做到最小 10 欧姆的最小导通阀值。绝缘测 试时，A、B 分别为两个网络端点，V 在实际测量时，要被放大 100K 倍左右才能测量出数十微安的 漏电。RL = V / VT.A (A 为放大倍数) 2.1.2 与 PCB 测试点连接的方法
图 2-9 四线测量线路图
从图中可以看出，四线测量法比通常的测量法多了两根馈线，分开了电压测量端与恒流源两端连线。 由于电压测量端与恒流源端断开，恒流源与被测电阻 Rpcb、馈线 RL1、RL2 构成一个回路。送至电 压测量端的电压只有 Rpcb 两端的电压，馈线 RL1、RL2 电压没有送至电压测量端。因此，馈线电阻 RL1 和 RL2 对测量结果没有影响。馈线电阻 RL3 和 RL4 对测量有影响，但影响很小，由于测试回 路的输入阻抗（MΩ级）远大于馈线电阻（Ω级），所以，四线测量法测量小电阻的准确度很高。这 是对导通性能测试的最精确的方法（如图 ）此方法测量精度可分辨到 10mΩ，最适合高频线路测 试。 2.2.2. 实现方法
是关于 HDI 的测试手段，却没有太多的文献考究，而且由于 PCB 密度的提高，导致开短路故障比率
大幅提升。故绝大部分 PCB 厂商在投资测试设备时都不具备完善的评估手段。
笔者编写本文的宗旨是希望能使 PCB 行业同仁们了解到较全面、较系统的 PCB 测试现状及未
来的发展趋势。
表 1-1 电路组装技术的进步
摘要 本文分类介绍各类 PCB 特征及相关测试要求，并从原理上分析了现有 PCB 电性测试的技术，通过对
电性测试方法的比较，总结出 PCB 电性测试技术的趋势。
Abstract In this article, we classified PCB to five kinds, then systematic introduced their capability, application, corresponding test require and summarized technology development trend for PCB Electrical Test according to analyze existed PCB Electrical Test technologies from principal.
2.4. 非接触式测试 目前，应用触脚探针的测试方法在测试高密度电路板时会遇到几个主要问题。 第一个问题是探针间距的物理极限。0.2mm 的针间距应该是探针列阵的极限距离，如此高的
密度需用特制的专用夹具来实现，这类技术一般都为专利技术，这些夹具的成本是非常昂贵的，往 往令 PCB 厂家难以接受。
第二个问题是，触脚探针在测试期间可能会遭到严重损坏或污染。要与高密度电路板的每个 PAD 进行精密的电接触，要求要有很高的压力, 有时难免会产生压痕，对于一些要求高的线路板这 是不充许的。当有压痕存在的 PAD 经焊接后的连接性能很容易受到机械力的影响，尤其是活动的端 点。JP 测试系统可以降低对 PAD 的损害，但是其寿命却很短，并且要定期更新。否则的话，它会把 线路盘严重地污染掉。
由于四线测量需在每个测试点上种两根针，随着 PCB 的线路密度不断提高，四线测量的实 现将越来越困难，目前公布可以用该方法测试的厂商并不多，主要有移动探针厂商 Hioki 和 Microcraft，专用测试则有日本电产 READ，专用测试的实现方法是与 JSR 材料搭配，很多技术数据 并未公布，除日本外，其它地区目前并未有使用。