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測試與測量  

測試推動X射線檢查技術進步

上網時間: 2000年04月01日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:x-ray  inspection  axi  ict  in-circuit 

自動化X射線檢查技術(AXI)近几年日趨成熟,與早期AXI系統相比,現在的最新產品體積小速度快,而且還帶有編程工具。

檢查速度加快

計算能力的增強和數位照相技術的進步不僅使AXI系統的檢查速度得到提高,而且也使得整體成本顯著下降。

以前AXI系統中使用的數位照相機像素數為512×512,這樣一幅普通的圖像大小約為0.25M位元組。新一代數位照相機的解析度已提高到(有時甚至超過)4K×4K,因此可以在保持解析度同以前一樣的情況下對更大的區域成像,在每張照片上收集更多的資訊。同時數位相機的成本已大大降低,所以現在人們完全可以使用高像素照相機。

然而,如果沒有足夠的計算能力,高像素相機也無法發揮作用。由於計算能力的增強和存貯器成本的降低,現在已經能夠用PC上的微處理器來進行實時圖像處理,這些改進使得人們開始從使用512×512像素解析度AXI系統轉向1,024×1,024甚至2,048×2,048像素AXI系統。

其結果是AXI系統的速度在兩年?翻了一番,而且隨著計算和數位照相技術的不斷改進其速度還在繼續提高。現在AXI系統已經在線使用於大批量的生產線上。

過去的AXI系統體積很大,有的帶有多達7個CRT監視器。而現在的系統都是為在生產線上使用而專門設計和製造的,所以體積都很小,不存在什麼問題。

編程簡便

1988年到1991年流行的早期系統,其編程既費力又費時,而下一代AXI系統借助Gerber數據或元件貼放數據來協助編制程式,此外還開發了離線編程工作站來幫助編程。有了這些工具,編程時間可以從几個星期縮短至通常只需5天。

最新一代AXI系統的程式直接從CAD軟體轉換過來,同時還可以使用工具庫來儲存、更新和記錄門限數據。這些“門限”值定義了哪些測量結果是可以接受的而哪些不能,門限值還可以多次使用。這就使普通編程時間從5至10天縮短到1至3天。對於樣機板而言,典型的編程時間為半天到1天。

AXI適用性

AXI的用戶千差萬別,比如無線電話和筆記本電腦生產廠、電訊、汽車以及軍事/航空領域的製造商。要明白AXI可用於不同領域的原因,可以看看AXI的獨特之處:

  • AXI對製程缺陷的覆蓋率很高,通常達97%。而製程缺陷一般要占總缺陷的80-90%。

  • AXI有很高的測試覆蓋度,不象肉眼檢查或在線測試在有些地方無法進行。

  • 它所需的測試準備時間很短,對原型樣機只需3到4個小時,通常編程時間為1到3天。

  • 它不需要在線測試必須用到的夾具。

  • 它能觀察到其它測試手段無法可靠探測到的缺陷,比如冷焊點、焊錫不足、空氣孔及成形不良等。

  • AXI測試的準備費用要比ICT編程和夾具低。

  • AXI系統是專為生產線上使用而設計的。

  • 該系統對單面板和雙面板都只需作一次測試。

  • AXI系統可提供相關測量資訊,用來對生產製程過程進行評估。比如焊膏厚度、焊點下面的焊錫量等等。

  • 它能精確地指出缺陷位置,可具體到哪一個引腳,這樣維修起來速度快費用低。


圖1:AXI的測試覆蓋範圍既包含了ICT的範圍又對其進行了補充


還有很重要的一點是,AXI的測試覆蓋範圍既包含了ICT的範圍又對其進行了補充(圖1)。

AXI的應用領域通常分成3類:複雜板測試、高可靠性板子測試和接觸受限(limited-access)板的測試,不過這種分類會有一些交叉。

複雜板測試

複雜板的生產難度是很大的。它們通常有2,500多個接點(或10,000個焊點),但當接觸受到限制或線路板生產起來非常困難時,可能只會有很少的接點/焊點。象Cisco、Nortel、Lucent及其他合約製造商生產的線路板就是這種類型。

在AXI之前,傳統的檢查方法有肉眼檢查、在線測試和功能檢查。因為線路板非常複雜,藉由ICT和功能測試很難診斷出缺陷。隨著大多數複雜線路板的密度不斷增大,傳統的測試手段只能不斷增加在線測試儀的測試接點數。然而,隨著接點數的增多,測試編程和夾具的成本也呈指數倍上升。開發測試程式和夾具經常需要几個星期的時間,更複雜的線路板可能還要一個多月。另外,增加ICT接點數量會導致ICT測試出錯和重測次數的增多。

AXI與ICT組合測試很快成為這一領域的測試首選,很多公司採用了AXI/ICT結合的測試方法,如Lucent、Cisco和Nortel Networks等。

這?還應該提到的一點是最近AXI技術又有了新的發展,AXI系統和ICT系統可以“互相對話”,這種被稱為“AwareTest”的技術能消除兩者之間的重复測試部份。藉由減小ICT/AXI多餘的測試覆蓋面可大大減少ICT的接點數量。

蒙特利爾Nortel Networks的測試經理Michel Messier在一個題為“用AXI方法測試接觸受限線路板”的錄像片中指出,藉由採用ICT/AXI方法並消除多餘的測試部份,只需原來ICT測試接點的30%就可以保持目前的高測試覆蓋率,而減小ICT測試儀的接點數可縮短ICT測試時間、加快ICT編程並降低ICT的夾具和編程費用。

以上詳細說明了在高度複雜線路板測試中採用組合式AXI/ICI測試方法的優點,而這項技術本身也在不斷改進使它愈加引人注目,比如AwareTest。在過去的兩三年?,應用AXI技術測試複雜線路板的情況出現了惊人的成長,而且成長速度還在加快,因為有更多的行業領先生產廠家意識到了這項技術的優點並將其投入使用。

高可靠線路板的測試

在這一市場領域內的是那些對可靠性要求極高的公司,通常為軍事/航空工業,當然高可靠性也是高複雜板和接觸受限板的一項重要特性。高複雜性線路板和其它領域的區別在於前者的PCB組件用途都非常關鍵──比如商用飛機上的航空電路板,人們用AXI來測試飛機的各個電路板來保証其高可靠性。在汽車工業中AXI技術也用了很多年,以確保為用戶提供高品質的關鍵部位線路板,比如引擎控制板等。

AXI能夠被這一市場接受的原因是該系統在檢查缺陷方面具有很高的精確度和可靠性,它能夠查出其它方法無法可靠檢查出的缺陷,比如錫量不足、貼片連接器熔錫不良、焊點形狀不佳等等。很多用戶在使用AXI系統之後發現他們的產品可靠性有了顯著提高。比如, HP的一個PCBA製造部門在一定範圍內研究了AXI 對產品可靠性的影響。他們先對一批線路板採用肉眼檢查、ICT和功能檢測方法,而對另一批線路板採用AXI、ICT和功能檢測,然後在用戶現場對這些板子的故障情況進行監測,最後發現經AXI檢查的線路板現場故障數量要少90%。

接觸受限線路板的測試

這個領域主要包括那些只有很少或者沒有在線測試或肉眼檢查接觸點的線路板生產廠家,通常這些工廠生產中等規模或大規模線路板產品,如可攜式電子產品。這?測試的目的仍然是要保証向用戶提供最好品質的產品。

這個領域內也開始廣泛採用AXI方法,主要有兩個原因:

  1. 業界總的趨勢是複雜度不斷增加而測試接入點不斷減少。

  2. 對接觸受限線路板而言,AXI方法的測試覆蓋率最大,可以查出80%到90%的缺陷。

三年前,AXI系統還無法滿足所有“接觸受限”生產線的要求,包括行動電話和筆記本電腦。那時,AXI系統主要用於離線樣品分析、製程監測或檢測少量線路板。兩年前出現的新型AXI系統能滿足除高速流水線之外的絕大多數生產線要求,現在有些公司用在行動電話線路板生產線上的AXI系統可以完成100%檢測。

隨著AXI設備的不斷改進,它在這一領域的應用有望繼續成長。目前實現大規模應用的主要瓶頸在於其檢查速度跟不上,當今的AXI系統用於最快的流水線上時顯得速度還不夠快。

未來的AXI系統

在今後的一兩年內,AXI將在速度方面會有較大的改進。此後,隨著計算能力和數位照相技術的進步,一些“簡單”的改進將融入最新AXI系統,使其成長速度慢慢提高。下一個AXI吞吐量瓶頸將是移動次數而不是處理能力,所以將來處理技術和數位照相技術的進步對整個AXI系統性能提高所起的作用是非常有限的。

上面討論的三個市場領域中AXI的應用會越來越多。在複雜線路板測試領域,AXI的優勢使其成為這類線路板的標準檢測手段;軍事/航空領域採用AXI檢測已經有9個年頭了,並將繼續應用AXI以保証產品可靠性;對於接觸受限線路板,PCBA生產商則用它來進行在線檢測和用於抽檢。隨著AXI系統不斷改進以能夠滿足高速流水線的要求,它將逐漸趨向於在線式應用。

欲了解相關更多資訊,請聯繫作者Colin Charette。

E-mail: colin_charette@agilent.com

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