表面貼裝器件尺寸的不斷縮小和隨之而來的高密度電路安裝,對(duì)測(cè)試帶來了極大的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的人工目檢即使對(duì)于中等復(fù)雜程度的電路板(如300個(gè)器件、3500個(gè)節(jié)點(diǎn)的單面板)也顯得無法適從。曾經(jīng)有人進(jìn)行過這樣的試驗(yàn),讓四位經(jīng)驗(yàn)豐富的檢驗(yàn)員對(duì)同一塊板子的焊點(diǎn)質(zhì)量分別作四次檢驗(yàn)。結(jié)果是,第一位檢驗(yàn)員查出了其中百分之四十四的缺陷,第二位檢驗(yàn)員和第一位的結(jié)果有百分之二十八的一致性,第三位檢驗(yàn)員和前二位有百分之十二的一致性,而第四位檢驗(yàn)員和前三位只有百分之六的一致性。這一試驗(yàn)暴露了人工目檢的主觀性,對(duì)于高度復(fù)雜的表面貼裝電路板,人工目檢既不可靠也不經(jīng)濟(jì)。而對(duì)采用微小球型陣無封裝、芯片尺度封裝和倒裝芯片的表面貼裝電路板,人工目檢實(shí)際上是不可能的。
不僅如此,由于表面貼裝器件引腳間距的減小和引腳密度的增大,針床式在線測(cè)試也面臨著“無立錐之地”的困境。據(jù)北美電子制造規(guī)劃組織預(yù)計(jì),在2003年后利用在線測(cè)試對(duì)高密度封裝的表面貼裝電路板檢測(cè)將無法達(dá)到滿意的測(cè)試覆蓋率。以1998年100%的測(cè)試覆蓋率為基準(zhǔn),估計(jì)在2003年后這測(cè)試覆蓋率將不足50%,而到2009年后,測(cè)試覆蓋率將不足10%。至于在線測(cè)試技術(shù)還存在的背面電流驅(qū)動(dòng)、測(cè)試夾具費(fèi)用和可靠性等問題的困擾,已無需再更多考慮僅僅因?yàn)槲磥聿蛔?0%的測(cè)試覆蓋率,就已經(jīng)注定了這一技術(shù)在今后的命運(yùn)。
那么,在人類目力無法勝任,機(jī)器探針也無處觸及的情況下我們能否把電路板交給最后的功能測(cè)試?我們能否忍受好幾分鐘的測(cè)試卻只知道電路板是發(fā)了是壞,卻不知道這“黑箱”里究竟發(fā)生了什么?
光學(xué)檢測(cè)技術(shù)帶來測(cè)試新體驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展絕不會(huì)因?yàn)樯鲜隼щy就停滯不前,測(cè)試檢驗(yàn)設(shè)備制造商推出了像自動(dòng)光學(xué)檢驗(yàn)設(shè)備和X-射線檢驗(yàn)設(shè)備這樣的產(chǎn)品來應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)。
事實(shí)上,這兩種設(shè)備在被大量用于電路板制造工業(yè)以前,就已經(jīng)在半導(dǎo)體芯片制造封裝過程中得到了廣泛的應(yīng)用。不過,它們還需要進(jìn)一步的創(chuàng)新才能真正應(yīng)對(duì)由表面貼裝器件小型化和高密度電路板帶來的測(cè)試?yán)щy。
與此同時(shí),業(yè)界主要的在線測(cè)試和功能測(cè)試設(shè)備廠商已經(jīng)無法滿足未來發(fā)展的趨勢(shì)。他們采取的對(duì)策是通過并購相對(duì)較小的自動(dòng)光學(xué)檢驗(yàn)設(shè)備和X-射線檢驗(yàn)設(shè)備廠商,來使自己迅速掌握相關(guān)的技術(shù)并很快地切入市場(chǎng)。
無論是自動(dòng)光學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)還是自動(dòng)X-射線檢驗(yàn)技術(shù),盡管它們可以幫助完成人工目檢難以勝任的工作,其可靠性還不完全令人滿意。這些技術(shù)都高度依賴計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù),如果原始的光學(xué)圖像或X-射線圖像提供的信息不足,又或者圖像處理算法不夠有效,就可能導(dǎo)致誤判。所幸的是,工程師在光學(xué)和X-射線技術(shù)應(yīng)用方面已經(jīng)積累了相當(dāng)豐富的經(jīng)驗(yàn),所以在未來幾年里,預(yù)計(jì)高分辨率電路板光學(xué)圖像和真三維X-射線圖像生成方面的技術(shù)還將有所進(jìn)展。
另外,今天相對(duì)廉價(jià)的存儲(chǔ)和計(jì)算技術(shù),使得處理大容量圖像信息成為可能。這一領(lǐng)域亟待創(chuàng)新的是圖像處理的算法,以及將最基本的圖像增強(qiáng)有力和模式識(shí)別技術(shù)懷專家系統(tǒng)相結(jié)合。這些專家系統(tǒng)以電路板的計(jì)算機(jī)畏助設(shè)計(jì)和制造數(shù)據(jù)(CAD-CAM)為基礎(chǔ),結(jié)合生產(chǎn)線上的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù),可以進(jìn)行自我學(xué)習(xí),并自我完善檢驗(yàn)判別的算法。這一領(lǐng)域的另一個(gè)可能的發(fā)展方向是拓展使用光譜的范圍,目前業(yè)界已經(jīng)開始嘗試對(duì)板子在加電的情況下,捕捉并分析電路板的紅外圖像。通過將紅外圖像和標(biāo)準(zhǔn)圖象進(jìn)行比較,找出“過熱”或“過冷”的點(diǎn),從而反映出板子的制造缺陷。
在線測(cè)試已是強(qiáng)弩之末
對(duì)在線測(cè)試技術(shù)來說,制造商和業(yè)界正在努力尋求這樣一個(gè)目標(biāo):通過盡可能多的電路板電性能缺陷信息。
主要有三方面的工作正圍繞這一目標(biāo)展開:
第一是加強(qiáng)電路板可測(cè)試性設(shè)計(jì)的研究和實(shí)施應(yīng)用,包括利用已成為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的邊界掃描技術(shù)(數(shù)字器件:IEEE1149.1;混合器件:IEEE1149.4)和其它內(nèi)建測(cè)試技術(shù)。
第二是充分運(yùn)用電路理論和電路板的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)數(shù)據(jù),開發(fā)更先進(jìn)的測(cè)試算法。這種算法使得通過測(cè)試部分節(jié)點(diǎn),就可以推算其它一些節(jié)點(diǎn)的電狀態(tài)。
第三是平衡利用在線測(cè)試和其他測(cè)試設(shè)備的資源,優(yōu)化總的測(cè)試檢驗(yàn)架構(gòu)。
不過,盡管有這些努力,在線測(cè)試的重要性和主導(dǎo)地位已經(jīng)動(dòng)搖。相反,曾經(jīng)因?yàn)樵诰€測(cè)試的興起而相對(duì)發(fā)展緩慢的功能測(cè)試技術(shù)將重新獲得發(fā)展的動(dòng)力。