Gardien公司副总裁Todd Kolmodin从测试服务提供商的角度阐述了测试和检测的市场驱动因素。Andy Shaughnessy、Happy Holden、Todd一起深入探讨了微通孔的测试，并梳理了OEM设计要求如何驱动测试和检测功能和流程的发展。PCB层数和特征密度导致测试时间延长，制造商对盈利能力的要求就变成了权衡时间和精确性，寻求新测试方法以最大限度提高精确性的同时减少时间。
Andy Shaughnessy：Todd，能否简要介绍测试和检测的发展概况？
Todd Kolmodin：对于测试和检查，客户的需求已经远远超出了测试开路及短路的范围。
客户最根本的要求是开路和短路测试。但接着客户会说：“我们有一些埋元件、阻抗、埋电感，以及HiPot都需要放在PCB上，其中或许还包括高压设计。”客户要求还涉及4线开尔文高分辨率测试、埋电阻测试（Ohmega ™-ply技术已被众多公司采用）。我们可测试内层的分部件和成品分部件，还可测试埋串联电阻、并联电阻和组合电阻的内部矩阵。
目前我们可以提供一站式测试服务或质量保证服务，将多项测试集成在同一台设备中，客户不必购买多种设备。这是我们保持竞争力的方式。与此同时，市场上更多的是将通用型测试设备、飞针测试设备、TDR设备分开销售。
Shaughnessy：您如何看待测试和检测？其好处和弊端以及其挑战性如何?
Kolmodin：随着制造商不断提出更多要求，必须构建不同的测试应对方法。我们可以在同一台设备上提供TDR、标准测试、埋电感测试、埋电容测试和埋电阻测试，因此不需要再购买其他设备。
如今，本土制造再次兴起，成功的关键必定在于自动化。我指的是整个测试领域，而不仅仅是Gardien公司。
Happy Holden：Todd，你们测试的是裸板还是组装板？
Kolmodin：除了极少数情况外，都是裸板级测试。
Holden：随着新技术的发展，PCB变得越来越复杂，测试是否因此而更加复杂？
Kolmodin：没错。标准的PCB是8层、10层、12层、16层和20层——但背板可达30层以上。前段时间工程师找到了如何使用不同类型的材料将元件埋入PCB的方法。
当元件埋入PCB时，某些埋元件的性能会出现电气故障。作为电阻网络，它可能高于所需的连通性阈值。同样的，如果有埋电容，将增加充电时间并引起漏电，会破坏标准测试的结果。必须在一次测试中实现两个项目的测试，是很难的。
Holden：很多设计师都没有意识到速度快的开路和短路测试设备不一定能够测量所有类型的阻抗，因为其用于区分开路和短路的数值窗口较宽。
Kolmodin：标准电气测试设备，无论是夹具测试设备还是飞针测试设备，都有计量系统，可以向测量系统输入需测试基本开路及短路的PCB通用信息，使其更容易测试。如限定不应超过10欧姆的端到端电阻值后进行测量，如果超过10欧姆，则测试失败。漏电也是如此。任何网络或相邻网络之间都不应该存在漏电。两者之间的绝缘应该为10兆欧以上。如果小于这个数，则认为是漏电。
我们正在增加不同的计量系统。同一台设备会有3个不同的仪表，其中1个测量标准开路及短路、1个测量电感、1个测量电容。目前市场上没有包含这3项测试的现成设备。我们正在努力将3个不同仪表集成到一台设备中，可以完成各种测试。作为设备供应商，必须想客户所想。
Shaughnessy：贵公司通常是与OEM合作还是与EMS供应商合作？
Kolmodin：通常OEM会与制造商签订合同。并不是说我们不与OEM合作，但很多时候我们是第三方。我们和制造商之间有很强的沟通渠道。
Shaughnessy：这很有趣。有些公司没有真正的测试策略。他们认为测试成本很高，但测试是有潜在价值的，可以避免为后续可能发生的问题浪费大量资金。你如何说服客户认识到测试的价值？
Kolmodin：问题的关键是：测试是否为PCB增加了价值？测试不一定会增值，而是保险措施。现在没有公司可以跳过测试环节，因为制造涉及的过程太多。我们讨论的不再是双面PCB或4层PCB，所以跳过测试真的不划算，靠运气决定结果可能会非常痛苦。
我们与客户交流时，会询问他们的测试成本，令人惊讶的是，我们发现有些人对此一无所知。他们有测试部门，但却不知道它的成本，或者他们对正在做的事情有错误的认识。这对我们实现增值或投资回报率的方案来说也是挑战。
过时的技术无法完成测试，对此外包给已经掌握技术的专业公司来解决这个问题是很好的方法，可以解决所有购置设备及相关挑战问题。但也有公司觉得内部测试能做得更好，这是目前的两种主要测试策略。
Shaughnessy：我们在调查和采访中常听到，尤其是设计师，被告知应该对设计负责。而设计师则认为“这未必是我的问题”。
Kolmodin：这是多年来电气测试面临的挑战。设计人员不知道会发生什么结果、制造商会有何挑战、与设计要求相关的成本是多少，以及如何测试的问题。
测试技术可用于改进设计。测试可能对设计有一些有限的限制，并可能影响成品PCB的成本或完成所提出要求的能力。目前OEM端的设计与制造、测试之间存在脱节。我认为测试策略需要多个团队参与。显然，让测试人员和OEM在同一个团队，才能对制造、测试和测量有所了解；否则在项目推进的过程中会遇到阻碍。
Shaughnessy：关于DFT，你会给设计师提出什么建议？
Kolmodin：设计师应该与制造商沟通，获取有关生产能力的信息。
对于制造商来说，他们需要从测试和测量团队获得反馈给OEM的信息，使OEM了解“不能将10.5微米的封装背靠背地放在这个区域”的原因是这样将导致无法测试。
必须创建两轮测试，这样才能实现100%的覆盖率，但缺点是耗费时间。由于每个PCB都需要通过两轮测试，它不是为了快速通过测试而设计的，所以需要花费1天而不是4个小时的测试时间。与此同时，下游工艺希望PCB已经准备就绪。
如果设计人员想对内层的埋电阻值进行特征分析，他们需要将该信号传送到PCB表面。否则，必须在内层级别或子部件级别进行测试，这会增加制造周期。如果他们把IO放在PCB的外表面，就可以在最后环节再进行测试，这样可以节省时间，但缺点是等到最后如果出现埋网络或类似问题，就无法修复了。
Shaughnessy：这些工具是否已应用AI？你认为AI会在测试和检测中发挥很大的作用吗？
Kolmodin：目前仅有装载、卸载等机器人采用了AI。但未来的测试中会有AI的一席之地。虽然现在还处于初级阶段，但飞针的测量和存储方式已不再是遥不可及的。不仅仅是PCB行业，其他行业也在朝着这个方向发展。
Holden：目前对高压测试的需求是否越来越多，特别对于电动汽车样品，其中的PCB需要在为800V或更高电压下运行？
Kolmodin：是的。军方有高压测试，可以看出大部分供电设备的需求。我们看到的绝缘阻抗测试基本上是对PCB高压网络或平面的高压测试。
它类似于HiPot，但又不完全相同。HiPot测试会施加电压，将其升高至500~1000V或更高，然后保持在该电压下，检查是否有漏电。绝缘阻抗测试是检查两个平面或者两个网络之间是否有漏电。把电压升高到500V或1000V，或者有时为3000V后，保持高电压的同时确保两个网络之间的绝缘阻抗维持在大于等于某一值，就像电路中的绝缘阻抗测试一样。这是一种称为IR的超高压绝缘阻抗测试。如果５年前问我同样的问题，我会说没有太多这类型的测试，但现在却越来越多了。HiPot测试一直都存在，高压绝缘阻抗测试也很普遍，应该将其纳入标准开路和短路测试中。
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Holden：当人们使用堆叠导通孔时，是否要求进行微欧姆测量?
Kolmodin：这就是我们做的四线开尔文测试。把探针放在导通孔的两侧，然后测量它。当有堆叠导通孔和子部件时，理论上，每英寸铜阻抗值约为9.81欧姆，堆叠微通孔就需要用微欧姆和毫欧姆来表示阻抗值。
Holden：你是否发现目前对TDR测量的要求在不断增加？一些军方的客户，对于新的集成电路，希望TDR测量公差范围为2%，而不是10%。
Kolmodin：10%是我们的标准，一些大型OEM将公差降至5%。对我们来说，这不是什么大事。我们的设备可以做到这一点，但真正的挑战在制造商。例如，军方想要5%的公差，而制造商却无法做到这一点。对于印刷和蚀刻，必须投资相关设备，否则不能满足所要求的阻抗值。
每一个百分比的变化，都将导致制程的精度产生数量级的变化，必须使用激光蚀刻才能达到2%的公差。
Holden：是否解决了避免OSP污染探针的问题？
Kolmodin：OSP 是最难解决的涂层之一。即使在飞针测试之前或者使用通用型测试设备、夹具测试设备试图探测带有有机涂层的焊盘，也绝对是有挑战的。通常，无法穿过涂层，会出现大量开路现象。最好的办法是在OSP之前的工艺中进行测试，并在焊盘开始氧化之前涂覆有机涂层。如果涂布了有机涂层，最好在关键工艺或测量完成后进行测试。对此我真的不知道还有什么更好的方法。
Holden：我在HP公司工作时，无法使测试探针接触PCB表面或测试焊盘，所以设计了一种珠状探针，就是扩大走线并在上面涂上焊膏，这样探针就可以接触到未被阻焊膜覆盖的地方，且不会影响电气阻抗。如果有精确的飞针或针床，就可以探测到走线中的小焊盘。
Kolmodin：这在当时是挑战。但现在，当设计师决定使用金属线键合时，直接探测是不可能的。探针去探测金属线键合，不管接触有多轻，都会破坏键合表面。
必须想出另外的办法：缩短金属线键合区域，测试其他区域以检查连通性和短路。但是，如果采用金属线键合，想要测试IO，要在设计时扇出连接。如今，金属线键合在高速和挠性产品中很常见，这是我向设计师推荐的方法。
Holden：电子行业的发展可能会迎来大幅增长，这对年轻工程师来说是个好消息，因为会有很多工作机会，但也意味着增加了半导体公司的复杂性，这对我们来说并不一定容易。
Kolmodin：我同意。在我从事这个行业的35年里，电子行业取得了突飞猛进的发展。随着发展的加速，我想接下来的5~10年将取得非常惊人的成就。
Holden：尤其是电动汽车。电子设备取代了所有的机械变速器、车轴和差速器，这对制造商和组装商来说是好消息。但如果没有足够的资本预算，这将是坏消息。
Kolmodin：这就是我要问的关于公司是自己做生产还是外包生产的问题。是想继续投资，还是引进一支始终处于领先地位的专家团队？这样可能会多支出一些成本，但确实可以节省设备投入，因为IC和PCB技术发展速度比摊销固定成本的速度要快。
Holden：我曾经测试使用了金属线键合的内层，显示存在短路。当层压后送去组装，最终这些PCB会被贴上标签并被客户拒收。客户表示需要测试的时间太长了，这意味着测试找不到坏元件，花费在测试上的时间超过了PCB本身的价值。如果裸板上有晶须短路并且被层压进去，测试设备就无法发现。对于测试部门来说，测试时间太长，且不能指出PCB上的实际问题。这是由利润决定的。
Kolmodin：是的。这种晶须称为微短路，对此我们开发了一种新的算法和技术——微短路探测，适用于检测从间隙到平面或类似的内层上的微短路。正常的电压测试会将晶须熔断，且不会被探测为短路，因为它消失得太快了，但会导致潜在的短路。
Kolmodin：特别是内层的密度和间距影响下，只是暂时金属熔断，随着时间的推移，热量、收缩、膨胀等原因，最终使短路再次出现。
大部分被退货情况下，OEM不会花时间对PCB进行破坏性分析或移除元件，而只会将PCB送回制造商，标记为失效PCB，并让制造商实验室处理问题。一些大型OEM和组装商想要分析缺陷的根本原因。
Holden：我认为测试将成为电动汽车领域的重点，因为汽车对可靠性和性能的要求很高。由于担心昂贵的保修成本，当出现故障时，必须找到根本原因。
Holden：如果在保修期内被退回，将是一笔很大的成本支出。
Kolmodin：仅从机械的角度来看，Takata安全气囊召回案例的损失巨大。目前我们正处于推出新车型之际，如果汽车组件出现问题，那将是大规模召回，成本也必将是巨大的。
更多内容可点击这里查看，文章发表于《PCB007中国线上杂志》12月号，更多精彩原创内容，欢迎关注“PCB007中文线上杂志”公众号。
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