现代化制造策略推动ICT在线测试持续精进

作者：是德科技产品营销经理 Choon-Hin Chang

印刷电路板组件（PCBA）制造商依靠在线测试（ICT）系统来检测制造工艺和元器件中存在的缺陷。制造商倾向于使用 ICT 系统来测试电子组件，因为这种系统不仅易于编程、能够轻松识别各种故障，还具有测试吞吐量高、误报率低以及故障诊断准确度高等诸多优势。

近年来，PCBA 技术持续进步，测试理念不断演进，制造业的业务模式也在不停转变，由此带来的一系列影响使得ICT 系统的行业格局发生了重大变化。这些变化为ICT制造商提出了诸多新的、多样化的要求，促使其不断探寻破局之道。尤为突出的是，在特定产品领域，测试接入点的数量不断减少，同时，用于高速信号传输设备和球栅阵列封装器件的低压差分信号集成电路日益普及，随之而来的测试挑战也愈发严峻。这些复杂情况促使 ICT 制造商开始积极创新、因时而变，以确保其测试解决方案的有效性且适用于不同的应用场景。

此篇是德科技署名文章旨在探讨ICT 领域的最新进展，以及这些技术进步如何扩大在线测试的覆盖范围，提高可靠性和吞吐量，从而彻底改变制造测试，并最终达到降低成本的目的。

“ICT 系统”之面面观

20 世纪 70 年代末，在生产过程中引入在线测试（ICT）系统，成为了电子制造业发展历程中的一个重要里程碑。彼时的行业格局与当下截然不同：印刷电路板组件（PCBA）普遍采用插孔技术，所有元器件均被安置在电路板的一侧；而这些电路板的供电电压，通常也不超过15V。这一时期，在制造过程中进行功能测试是一项既复杂又耗时的任务。

在电子制造业，精准度与高效率是不可或缺的核心要素。随着科技的不断进步与消费者需求的日益变化，要求在生产制造过程中采用严格而精密的测试方法，其重要性愈发凸显。在众多测试手段中，在线测试（ICT）凭借其独特优势，成为确保印刷电路板组件（PCBA）品质与可靠性的有力保障。ICT系统的问世，为PCBA制造带来了颠覆性的变革：整个测试过程的评估重点已从对电路板整体功能的检验，转变为对单个零部件功能性的细致评估，同时，也确保了整个组装流程的严谨与完整。

图1所示，ICT系统利用针床测试夹具来对电路板的功能进行评估。该夹具由多个弹簧测试探针构成，这些探针的位置与印刷电路板组件（PCBA）上的测试点位精确对应。在测试过程中，测试人员只需将待测的PCBA放置于针床上并轻轻向下按压，测试探针便会与PCBA上的测试点位或元器件的引线紧密接触，让测试人员能够在PCBA的特定位置注入信号和电源，同时准确测量电气特性及响应参数，包括电阻、电容、电感以及电压水平等。

凭借强大的电气测试接入能力以及创新的电路保护和电压输出技术，ICT测试系统可以对每个元器件实施精准测试。得到的测试结果有助于验证元器件的连接状况，检查是否存在开路、短路或元器件值不正确等制造缺陷。其中隐含的基本原理在于：只要ICT系统能够验证和确认所有元器件均正常运行，且组装过程无误，那么制造商便可以全然放心地相信电路板的功能表现。

图 1：针床 ICT 测试夹具

应对测试的复杂性和多样性

随着科技的飞速发展，印刷电路板（PCB）正朝着更小巧、更复杂的方向演进，这无疑增加了确保全面电气性能测试的难度。一方面，低电压差分信号集成电路被广泛应用于高速差分信号传输；另一方面，球栅阵列（BGA）封装器件的使用也日益增多，同时输入/输出速度也在不断提升，这些变化共同构成了新的挑战。为了顺应这一发展趋势，制造商们开始精心打造复杂的高密度互连电路板，这些电路板不仅采用了隐蔽和埋入式通孔设计，还缩小了轨道间距，并减少了整个板面用于电气测试接入的铜材面积。

在满足技术需求的同时，ICT系统的制造商还积极调整自身以适应日新月异的测试理念并抓住新的业务驱动因素。然而，ICT供应商在努力满足各制造商多样化需求的过程中也面临着诸多挑战。毕竟，每位制造商对于ICT系统的要求都各具特色，对于系统功能的期望也各不相同。举例来说，利润比较低的制造商往往更注重寻求具有成本效益高的ICT解决方案；而那些生产可靠且复杂产品的制造商，则要求ICT解决方案具备全面的故障诊断覆盖范围以及更多的引脚数量；对于大批量生产的制造商而言，他们期望的是测试吞吐量的显著提升；至于采用外包模式的制造商，他们则更加看重设备的兼容性。

随着时间推移，ICT供应商已经能够成功满足各种不同甚至是相互冲突的客户需求，他们通过提供多层次的ICT系统来实现这一目标。如图2所示，这一策略使得制造商能够精准地获取所需的测试功能，并可以根据实际需求进行灵活调整和扩展升级，而无需对测试设备本身进行任何改动。

但是，如果制造商只使用制造缺陷分析仪（MDA+）之类的测试设备的话，那么在面对复杂的PCBA时，可能会因其测试能力有限而面临挑战。反之，对于简单的PCB组件而言，选择高性能的ICT在线测试平台又可能显得大材小用，因为在这种情况下不仅高级功能派不上用场，而且程序开发也需要高度专业的操作人员来完成。

图 2：ICT 平台适应性强，能无缝满足生产制造过程中的各种测试需求

扩大测试覆盖范围

20世纪90年代，TestJet技术的诞生可谓是在线测试覆盖率提升的一大突破。然而，在面对当今的 PCBA 测试时，TestJet 这类电容式探头测量技术逐渐落伍，非矢量测试增强型探头（VTEP）技术应运而生。

非矢量技术

VTEP 的使用扩大了 ICT 的测试覆盖范围，尤其是对于封装类型难以测试的电路板，如 BGA、微型 BGA 和 SMT 边缘连接器而言，更是一种福音。而现今的nanoVTEP技术，不仅大幅提高了测试吞吐量，满足了大批量生产的迫切需求，还有效降低了测试夹具的成本。更重要的是，nanoVTEP凭借其卓越的故障诊断覆盖率，为PCBA测试提供了既可靠又高效的解决方案。

边界扫描测试

随着技术日益升级，复杂的互连、有限的接入点位和不断增加的元器件密度，使得芯片组测试工作愈发艰难。举例来说，在设计时钟频率和元器件密度都比较高的服务器电路板时，设计人员需要额外考虑如何保持信号完整性并尽可能减少失真。紧密相邻的并行走线可能会产生电磁干扰，而高速信号传输路径上的测试焊盘则可能导致反射和信号衰减。

由于电气接入受到限制，ICT 能覆盖的 PCBA 测试范围比较小。制造商可以通过边界扫描测试来检查 PCBA 的功能，无需接入内部电路的所有点位即可确保测试的准确性和可靠性。但前提是，制造商需按照IEEE 1149.1标准来设计PCBA，该标准要求每个引脚都需与边界测试单元相连。借助IEEE 1149.1标准提供的信息，制造商便能轻松验证PCBA的整体功能，而无需对各个组件逐一进行检查。

提高大批量制造环境中的测试效率

在大批量制造环境中，高效、可靠地生产 PCBA 是满足市场需求和保持竞争力的一大关键。随着贴装设备的速度飙升，产线开始以秒为单位衡量生产节拍，在线测试设备的存在有可能成为生产瓶颈。

这一现状让制造商陷入两难境地：要么通过增加更多设备来提高测试能力，要么通过缩短测试时间来维持预期的生产节拍。但这两种方式都存在挑战。增加设备不仅耗资巨大，还需要配备更多的测试夹具，并且可能因为生产场地的空间限制而难以实现。而缩减测试时间，则意味着需要开展更多的程序维护工作，同时还会削弱ICT系统有效检测故障的能力。

而针对上述问题，更为理想的解决方案是，持续提升测试设备的执行速度，直至其不再成为生产线上的制约因素。目前，部分ICT系统已实现升级，能够支持对多个组件进行同步测试。这一升级需要在测试系统中增设仪器，使得测试执行人员能够同时对多个组件（通常是在作为面板一部分而生产的电路板上）进行测试。

在常规设置中，在线测试仪通常每次只能测试最多四块电路板。大批量制造环境对于效率和吞吐量有着非常高的要求，需要具备同时测试更多电路板的能力。大规模并行电路板测试可以使用多个并行测试内核同时对多个电路板执行测试。通过并行测试，用户得以同时评测多个单元，因此缩短了每个单元的平均测试时间。这一技术的突破，显著提升了整个电路板的测试吞吐量和整体效率，极大地优化了测试流程。

结语

为了应对当代 PCB 生产制造过程中存在的技术和业务运营层面的障碍，ICT 系统经历了显著变革。时至今日，它们的功能相较于刚问世时有了长足发展。通过采用一系列增强方法，例如减少接入测试、集成边界扫描功能、采用 nanoVTEP 技术和嵌入式测试工具、构建并行测试能力和功能性测试能力以及采用自适应系统配置等，使得ICT系统的适用能力和实用性得到了长久的保持与提升。

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

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