优化策略：降低测试与检验成本，同时提升制造质量

作者：Paul Groome，Machine Vision Products, Inc.

发表于《US-Tech》2009年5月刊

在当前的经济环境中，优化制造成本，尤其是测试与检测成本，是大多数公司最优先考虑的事项。然而，我们仍然需要确保发往客户的产品具有最高的质量水平。

通过慎重选择制造过程中使用的测试与检测策略，可以同时实现成本降低与质量提升。要达到最低成本下的最高质量，关键在于理解各种解决方案所提供的优势与缺陷覆盖能力。

如今大多数测试与检测技术已经存在很长时间。许多技术起源于 20 世纪 80 年代末，当时制造工艺主要基于通孔技术（Through-Hole）。

那么，既然 SMT 表面贴装工艺已经问世超过 15 年，为什么我们仍在使用相同的设备与测试方法？

大多数我合作过的制造商仍坚持使用 20 年前的测试方式：ICT、目检、MDA 和功能测试。

但这真的是确保流程质量与最低成本的最有效方法吗？

答案是否定的。

在绝大多数情况下，全功能 AOI（Full AOI）与边界扫描（Boundary Scan）组合即可定位所有生产与电气缺陷。

如果我们观察当今的制造流程，可以看到大量自动化测试与检测技术，包括：

ICT 测试系统、MDA、全功能 AOI、比较式 AOI、功能测试（FT）、Boundary Scan（BScan）、自动 X 光检测（AXI）以及飞针测试（FP）。

图 1 – 常见封装 DPMO 典型数据

每个平台都具备不同能力，可以以不同的成本与诊断分辨率定位不同类型的缺陷。那么问题来了：

面对当今 SMT 组装的挑战，我应该选择哪些解决方案？

♦ 一、为当今制造流程制定测试与检测策略

制定测试与检测策略的第一步，是理解制造过程中会产生哪些缺陷，以及客户要求的质量水平。

组件类型、板级密度以及使用的工艺设备，会决定最终装配的质量。

今日元件的 DPMOJ（每焊点百万缺陷机会数）范围从低于 50 到高于 15,000，

其中 BGA/Area Array 结构最易贴装并实现可靠回流，而细间距引脚器件则往往具有最高缺陷率。

图 1 与图 2 展示了 MVP 客户中常见的 DPMOJ 数据。

如果您是 iNEMI 或 IPC 成员，还可以使用其工具计算工艺能力、预期良率与缺陷率。

对测试与检测系统来说，关键是：

系统能力必须与制造工艺能力相匹配，才能确保最高良率。

♦ 二、系统能力：捕获一个缺陷的成本是多少？

如图 3 所示，不同测试与检测工具具有不同的能力与成本。以下重点讨论目前可用于生产线上的测试方式。

In-Circuit Test（ICT）与 MDA

ICT 的优势在于能够对数字器件提供功能测试覆盖。

然而，生成完整测试模型所需的时间使得大多数客户如今只能使用电容开路技术，测试能力退化为“引脚级测试”。

并且 ICT 存在以下问题：

• 无法测试并联器件，例如去耦电容

• 无法测试具有多电源/地引脚的器件

• 实际缺陷覆盖率通常只有 65–75%

• 随着 PCB 密度或信号频率提高，可测试性进一步下降

在成本方面：

• ICT 系统价格：5 万 ~ 50 万美元以上

• 大型板卡（>5000 Nets）夹具 + 程序的成本：可能超过一台 AOI 的购买价

• 小板成本也常达到 2 万美元，并需 2–3 周制作

结合其高成本、低覆盖以及数字器件功能测试逐渐减少的趋势，使得 ICT 越来越不具成本效益。

♦ 三、自动 X 光检测（AXI）

AXI 提供对隐藏式焊点（如 BGA）的最高检测能力。

但它也存在严重限制：

• 价格昂贵：45 万 ~ 75 万美元

• 往往无法满足 SMT 产线的节拍要求

• 虚警率高（>5000 ppmJ）

• 编程复杂且缓慢

除非应用场景为极高价值产品的大批量关键焊点检测，否则 AXI 通常不具备经济可行性。

♦ 四、Boundary Scan（边界扫描）

20 世纪 90 年代作为 JTAG 标准发布，随着 ICT 访问减少，其使用率近年来快速提升。

优点包括：

• 数字故障覆盖率最高

• 缺陷捕获成本最低

• 系统成本仅 1 万 ~ 2.5 万美元

• 可用于数字元件功能验证、ISP、Flash 编程

只要设计工程师正确实现 JTAG 链接，Boundary Scan 是最具成本效益的数字测试方法。

♦ 五、自动光学检测 AOI — 全功能 AOI vs 比较式 AOI

两类 AOI 原理区别巨大：

● 全功能 AOI（Full / Metrology-Based AOI）

✔ 测量组件与焊点真实尺寸

✔ 抗工艺变化能力强

✔ 提供最高缺陷覆盖

✔ 可以输出测量数据，用于 SPC 与过程控制

✔ 可用于微电子与半导体检测

✔ 重复性高、误判率低

例如 MVP 的三色（Tri-Color）倾斜光照技术，可在无需斜角相机的情况下获得卓越焊点检测能力。

● 比较式 AOI（Comparative AOI）

✔ 依赖“黄金模板”进行图像比较

✔ 首件编程速度快

但：

✘ 对工艺变化极为敏感

✘ 高虚警率

✘ 随着生产批次累积误差不断扩大

✘ 无法提供测量数据

比较式 AOI 看似容易，却在量产中表现最差。

♦ 六、选择正确的测试与检测策略

图 5 展示了各种技术的总缺陷覆盖能力。

要实现最低成本下的最高覆盖，最佳组合通常是：

全功能 AOI + Boundary Scan

该组合提供：

• 100% 元件覆盖

• 被动件数值检测

• 所有数字器件的功能验证

• 极低的长期维护成本

• 编程时间短（通常 < 半天）

• 可实现过程控制（SPC）

要实现这一点，全功能 AOI 必须具备：

• 高分辨率成像

• 三色光 Tri-Color 焊点检测方式

• 全测量/计量能力

• 快速编程工具（如 MVP ePro）

这是一种明显领先于传统 ICT/MDA 的策略。