現(xiàn)代化制造策略推動ICT在線測試持續(xù)精進(jìn)

印刷電路板組件（PCBA）制造商依靠在線測試（ICT）系統(tǒng)來檢測制造工藝和元器件中存在的缺陷。制造商傾向于使用 ICT 系統(tǒng)來測試電子組件，因為這種系統(tǒng)不僅易于編程、能夠輕松識別各種故障，還具有測試吞吐量高、誤報率低以及故障診斷準(zhǔn)確度高等諸多優(yōu)勢。

近年來，PCBA 技術(shù)持續(xù)進(jìn)步，測試?yán)砟畈粩嘌葸M(jìn)，制造業(yè)的業(yè)務(wù)模式也在不停轉(zhuǎn)變，由此帶來的一系列影響使得ICT 系統(tǒng)的行業(yè)格局發(fā)生了重大變化。這些變化為ICT制造商提出了諸多新的、多樣化的要求，促使其不斷探尋破局之道。尤為突出的是，在特定產(chǎn)品領(lǐng)域，測試接入點的數(shù)量不斷減少，同時，用于高速信號傳輸設(shè)備和球柵陣列封裝器件的低壓差分信號集成電路日益普及，隨之而來的測試挑戰(zhàn)也愈發(fā)嚴(yán)峻。這些復(fù)雜情況促使 ICT 制造商開始積極創(chuàng)新、因時而變，以確保其測試解決方案的有效性且適用于不同的應(yīng)用場景。

此篇是德科技署名文章旨在探討ICT 領(lǐng)域的最新進(jìn)展，以及這些技術(shù)進(jìn)步如何擴(kuò)大在線測試的覆蓋范圍，提高可靠性和吞吐量，從而徹底改變制造測試，并最終達(dá)到降低成本的目的。

“ICT 系統(tǒng)”之面面觀

20 世紀(jì) 70 年代末，在生產(chǎn)過程中引入在線測試（ICT）系統(tǒng)，成為了電子制造業(yè)發(fā)展歷程中的一個重要里程碑。彼時的行業(yè)格局與當(dāng)下截然不同：印刷電路板組件（PCBA）普遍采用插孔技術(shù)，所有元器件均被安置在電路板的一側(cè)；而這些電路板的供電電壓，通常也不超過15V。這一時期，在制造過程中進(jìn)行功能測試是一項既復(fù)雜又耗時的任務(wù)。

在電子制造業(yè)，精準(zhǔn)度與高效率是不可或缺的核心要素。隨著科技的不斷進(jìn)步與消費者需求的日益變化，要求在生產(chǎn)制造過程中采用嚴(yán)格而精密的測試方法，其重要性愈發(fā)凸顯。在眾多測試手段中，在線測試（ICT）憑借其獨特優(yōu)勢，成為確保印刷電路板組件（PCBA）品質(zhì)與可靠性的有力保障。ICT系統(tǒng)的問世，為PCBA制造帶來了顛覆性的變革：整個測試過程的評估重點已從對電路板整體功能的檢驗，轉(zhuǎn)變?yōu)閷蝹€零部件功能性的細(xì)致評估，同時，也確保了整個組裝流程的嚴(yán)謹(jǐn)與完整。

圖1所示，ICT系統(tǒng)利用針床測試夾具來對電路板的功能進(jìn)行評估。該夾具由多個彈簧測試探針構(gòu)成，這些探針的位置與印刷電路板組件（PCBA）上的測試點位精確對應(yīng)。在測試過程中，測試人員只需將待測的PCBA放置于針床上并輕輕向下按壓，測試探針便會與PCBA上的測試點位或元器件的引線緊密接觸，讓測試人員能夠在PCBA的特定位置注入信號和電源，同時準(zhǔn)確測量電氣特性及響應(yīng)參數(shù)，包括電阻、電容、電感以及電壓水平等。

憑借強(qiáng)大的電氣測試接入能力以及創(chuàng)新的電路保護(hù)和電壓輸出技術(shù)，ICT測試系統(tǒng)可以對每個元器件實施精準(zhǔn)測試。得到的測試結(jié)果有助于驗證元器件的連接狀況，檢查是否存在開路、短路或元器件值不正確等制造缺陷。其中隱含的基本原理在于：只要ICT系統(tǒng)能夠驗證和確認(rèn)所有元器件均正常運行，且組裝過程無誤，那么制造商便可以全然放心地相信電路板的功能表現(xiàn)。

圖1 針床ICT測試夾具

應(yīng)對測試的復(fù)雜性和多樣性

隨著科技的飛速發(fā)展，印刷電路板（PCB）正朝著更小巧、更復(fù)雜的方向演進(jìn)，這無疑增加了確保全面電氣性能測試的難度。一方面，低電壓差分信號集成電路被廣泛應(yīng)用于高速差分信號傳輸；另一方面，球柵陣列（BGA）封裝器件的使用也日益增多，同時輸入/輸出速度也在不斷提升，這些變化共同構(gòu)成了新的挑戰(zhàn)。為了順應(yīng)這一發(fā)展趨勢，制造商們開始精心打造復(fù)雜的高密度互連電路板，這些電路板不僅采用了隱蔽和埋入式通孔設(shè)計，還縮小了軌道間距，并減少了整個板面用于電氣測試接入的銅材面積。

在滿足技術(shù)需求的同時，ICT系統(tǒng)的制造商還積極調(diào)整自身以適應(yīng)日新月異的測試?yán)砟畈⒆プ⌒碌臉I(yè)務(wù)驅(qū)動因素。然而，ICT供應(yīng)商在努力滿足各制造商多樣化需求的過程中也面臨著諸多挑戰(zhàn)。畢竟，每位制造商對于ICT系統(tǒng)的要求都各具特色，對于系統(tǒng)功能的期望也各不相同。舉例來說，利潤比較低的制造商往往更注重尋求具有成本效益高的ICT解決方案；而那些生產(chǎn)可靠且復(fù)雜產(chǎn)品的制造商，則要求ICT解決方案具備全面的故障診斷覆蓋范圍以及更多的引腳數(shù)量；對于大批量生產(chǎn)的制造商而言，他們期望的是測試吞吐量的顯著提升；至于采用外包模式的制造商，他們則更加看重設(shè)備的兼容性。

隨著時間推移，ICT供應(yīng)商已經(jīng)能夠成功滿足各種不同甚至是相互沖突的客戶需求，他們通過提供多層次的ICT系統(tǒng)來實現(xiàn)這一目標(biāo)。如圖2所示，這一策略使得制造商能夠精準(zhǔn)地獲取所需的測試功能，并可以根據(jù)實際需求進(jìn)行靈活調(diào)整和擴(kuò)展升級，而無需對測試設(shè)備本身進(jìn)行任何改動。

但是，如果制造商只使用制造缺陷分析儀（MDA+）之類的測試設(shè)備的話，那么在面對復(fù)雜的PCBA時，可能會因其測試能力有限而面臨挑戰(zhàn)。反之，對于簡單的PCB組件而言，選擇高性能的ICT在線測試平臺又可能顯得大材小用，因為在這種情況下不僅高級功能派不上用場，而且程序開發(fā)也需要高度專業(yè)的操作人員來完成。

圖2 ICT 平臺適應(yīng)性強(qiáng)，能無縫滿足生產(chǎn)制造過程中的各種測試需求

擴(kuò)大測試覆蓋范圍

20世紀(jì)90年代，TestJet技術(shù)的誕生可謂是在線測試覆蓋率提升的一大突破。然而，在面對當(dāng)今的 PCBA 測試時，TestJet 這類電容式探頭測量技術(shù)逐漸落伍，非矢量測試增強(qiáng)型探頭（VTEP）技術(shù)應(yīng)運而生。

非矢量技術(shù)

VTEP 的使用擴(kuò)大了 ICT 的測試覆蓋范圍，尤其是對于封裝類型難以測試的電路板，如 BGA、微型 BGA 和 SMT 邊緣連接器而言，更是一種福音。而現(xiàn)今的nanoVTEP技術(shù)，不僅大幅提高了測試吞吐量，滿足了大批量生產(chǎn)的迫切需求，還有效降低了測試夾具的成本。更重要的是，nanoVTEP憑借其卓越的故障診斷覆蓋率，為PCBA測試提供了既可靠又高效的解決方案。

邊界掃描測試

隨著技術(shù)日益升級，復(fù)雜的互連、有限的接入點位和不斷增加的元器件密度，使得芯片組測試工作愈發(fā)艱難。舉例來說，在設(shè)計時鐘頻率和元器件密度都比較高的服務(wù)器電路板時，設(shè)計人員需要額外考慮如何保持信號完整性并盡可能減少失真。緊密相鄰的并行走線可能會產(chǎn)生電磁干擾，而高速信號傳輸路徑上的測試焊盤則可能導(dǎo)致反射和信號衰減。

由于電氣接入受到限制，ICT 能覆蓋的 PCBA 測試范圍比較小。制造商可以通過邊界掃描測試來檢查 PCBA 的功能，無需接入內(nèi)部電路的所有點位即可確保測試的準(zhǔn)確性和可靠性。但前提是，制造商需按照IEEE 1149.1標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計PCBA，該標(biāo)準(zhǔn)要求每個引腳都需與邊界測試單元相連。借助IEEE 1149.1標(biāo)準(zhǔn)提供的信息，制造商便能輕松驗證PCBA的整體功能，而無需對各個組件逐一進(jìn)行檢查。

提高大批量制造環(huán)境中的測試效率

在大批量制造環(huán)境中，高效、可靠地生產(chǎn) PCBA 是滿足市場需求和保持競爭力的一大關(guān)鍵。隨著貼裝設(shè)備的速度飆升，產(chǎn)線開始以秒為單位衡量生產(chǎn)節(jié)拍，在線測試設(shè)備的存在有可能成為生產(chǎn)瓶頸。

這一現(xiàn)狀讓制造商陷入兩難境地：要么通過增加更多設(shè)備來提高測試能力，要么通過縮短測試時間來維持預(yù)期的生產(chǎn)節(jié)拍。但這兩種方式都存在挑戰(zhàn)。增加設(shè)備不僅耗資巨大，還需要配備更多的測試夾具，并且可能因為生產(chǎn)場地的空間限制而難以實現(xiàn)。而縮減測試時間，則意味著需要開展更多的程序維護(hù)工作，同時還會削弱ICT系統(tǒng)有效檢測故障的能力。

而針對上述問題，更為理想的解決方案是，持續(xù)提升測試設(shè)備的執(zhí)行速度，直至其不再成為生產(chǎn)線上的制約因素。目前，部分ICT系統(tǒng)已實現(xiàn)升級，能夠支持對多個組件進(jìn)行同步測試。這一升級需要在測試系統(tǒng)中增設(shè)儀器，使得測試執(zhí)行人員能夠同時對多個組件（通常是在作為面板一部分而生產(chǎn)的電路板上）進(jìn)行測試。

在常規(guī)設(shè)置中，在線測試儀通常每次只能測試最多四塊電路板。大批量制造環(huán)境對于效率和吞吐量有著非常高的要求，需要具備同時測試更多電路板的能力。大規(guī)模并行電路板測試可以使用多個并行測試內(nèi)核同時對多個電路板執(zhí)行測試。通過并行測試，用戶得以同時評測多個單元，因此縮短了每個單元的平均測試時間。這一技術(shù)的突破，顯著提升了整個電路板的測試吞吐量和整體效率，極大地優(yōu)化了測試流程。

結(jié)語

為了應(yīng)對當(dāng)代 PCB 生產(chǎn)制造過程中存在的技術(shù)和業(yè)務(wù)運營層面的障礙，ICT 系統(tǒng)經(jīng)歷了顯著變革。時至今日，它們的功能相較于剛問世時有了長足發(fā)展。通過采用一系列增強(qiáng)方法，例如減少接入測試、集成邊界掃描功能、采用 nanoVTEP 技術(shù)和嵌入式測試工具、構(gòu)建并行測試能力和功能性測試能力以及采用自適應(yīng)系統(tǒng)配置等，使得ICT系統(tǒng)的適用能力和實用性得到了長久的保持與提升。

正因如此，ICT 仍然是大批量 PCBA 制造商在排查制造工藝和元器件中存在缺陷時所采用的主要工具之一。