电测入门

一﹑电测工作的必须条件

1. 电测设备﹐如测试机。 2. 电测夹具(Fixture)﹐如针盘等。 3. 标准电路板之样板。 4. 待测同料号之电路板。

以上四项要件若缺任一项﹐即可使电测无法进行或毋须进行。

二﹑电测设备

谈到电测设备(Tester)每个人之当然反应即为如此多之厂牌﹐价位差异又如此大﹐不知从何选起?笔者谨试以所用电测夹具及测试电压分类如下。

按测试用夹具分类﹐所有之电测试均可分为专用型(Dedicated)及万用型(Universal)两大类。所谓专用型电测机﹐其所用之针盘夹具通常需经专业人员制作﹐针盘背面可看到密如蛛网之绕线用之测试探针﹐既无法重复使用且针盘制作又极费时。此类电测机之价格较廉﹐但若考虑日后各式各类针盘制作之费用及测试点数不足之限制则不如购置万用型电测机。

万用型电测机所用之针盘﹐一般人员即可自行制作﹐不需绕线而所用之探针又可反复使用。针盘之制作可于数小时内完成。唯此类设备﹐价格高昂﹐一般中小型电路板同业购置意愿不高。但若考虑针盘费用之节省﹐及测试点多﹐可靠性高等因素﹐长期而言万用型仍较专用型划算。

以电测机之测试电压分类则可分为高﹑中﹑低三个等级(此分类纯属笔者个人看法)。

高压型﹕测试电压可高于40V以上者。 中压型﹕测试电压介于40V至10V之间者。 低压型﹕测试电压低于10V者。

电测机内之组成零件之品级﹐故其价格差异颇大。以目前电子产品要求日趋严格﹐欲提高电路板的性能及品质﹐电测亦渐以高压测试为导向﹐以保障高价零件免于再拆重装的烦恼及系统测试后﹐

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有助于所出现问题的单纯化。

姑不论如何分类﹐任一电测机基本上必须包含下列各种要件﹕

(1) 界面装置﹕

此一装置将针盘上每一探针的针尖接触点与电测机内的开关线路(Switch Circuit)连接﹐以便测试。针盘更换速度的快慢﹐探针位置之编号等均由此一装置决定。 (2) 开关线路(Switch Circuit)﹕

所有的电测机内﹐重复最多的线路即为开关线路。每一根测试针皆藉由此一线路而与测试线路连接进行测试。开关线路的开关顺序则由该机所设计的软件控制。 (3) 测试线路(Test Circuit)﹕

是真正在电测机内执行测试功能的主角。此一线路设计的优劣可决定断路(Open)﹐短路(Short)或漏电(Leakage)等判断能力的高低。

(4) 记忆装置(Memory)﹕

存放正确的电路图以便与待测物进行比较。 (5) 中央控制单位﹕

此一单位为电测机中的灵魂。主导电测机内所有测试工作的进行﹐包括自我测试﹐开关线路的运作顺序﹐测试结果的比较等等。 (6) 输入/输出装置(I/O,In-put/Out-put device)﹕

藉由此一装置﹐操作人员可明了电测之结果以及改变测试条件等。

三﹑专用朮语

为使下文易于了解﹐现将电测之主要常用朮语简介如下﹕ (1) 回路﹐网路(Network)﹕

一组经由导线而连接在一起的测试点群。任一回路中之点数由1至任何正整数“n”。本文中之回路以Lj表示﹐注脚i字乃表示该一回路之编号。 (2) 测试点(Test Point):

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泛指测试夹具上这每一点。本文中各测试点以Pij表示之。第一注脚i表示该测试点所属之回路﹐而第二注脚j则代表该点在I回路中之相关顺序。

(3) 断路(Open):

当同一回路中之两点Pij,Pim无法连接在一起时﹐也就是说应该通电的导体中发生断电的情形。 (4) 短路(Short):

原设计上两条不通的导体﹐发片不应该的通电情形﹔例如﹕不同回路Li,Lj连接在一起。 (5) 漏电(Leakage):

不同之回路Li﹐ Lj经由“高阻抗”之 “通路”发生某种程度的通电情形。

(6) 连续性通路测试(Continuity test):

决定两点Pij,Pkl之通电情形是否能顺利相连接之测试。 (7) 回路学习的原理(Learn)﹕

由“标准样板”上读出回路型态并将之存入记忆装置的过程。

四﹑回路学习的原理

虽然最新发展的电测机已可直接由板子CAD资料中读取回路型态而方便不少﹐但大多数的电测机仍需经由“回路学习”的步骤读取回路形态。事实上对测试工作的执行者而言﹐明了“回路学习”的原理后﹐电测原理可说已懂得七﹑八成了﹐其余只是实务经验的历练而进一步的熟念而已。图一为一假设的电路﹐为便利说明﹐待测各点均任意赋予一编号﹐分别为1至10。在回路学习时开关线路将由

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图一

3 5 6 7 10 9 8

第一点逐次扫瞄至第十点。其步骤为﹕

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(1)经由测试线路判断哪些点与第一点相连。因此在第一回合之扫瞄后﹐发现2﹐9﹐10点与第一点相连。即L1=(1﹐2﹐9﹐10)而再将与第一点相通的各点分别命名为﹕P11=1﹐P12=2﹐P13=9﹐P14=10。

(2) 第二回合之扫瞄则由剩余之各点中(3﹐4﹐5﹐6﹐7﹐8)编号最小点数“第三点”为起点﹐判断与其相连之各点而得L2=(3﹐4﹐8)。

(3)再做第三回合之扫描﹐得L3=(5﹐6)。 (4)最后得到L4=(7)。

不论一块电路板有多少个测试点﹐回路有多复杂﹐但其回路学习之原理皆均相同。以图一之测试编号为例而言﹐为决定各回路共需经过第一回合九次﹐第二回合五次﹐第三回合二次之判断﹐即共需16次判断后方始得标准回路。但若将其各点编号改为图二

之顺序﹐则判断次数即成为第一回合九次﹐第二回合八次﹐

7 6 4 图二

5 3 2 1 8 9 10

第三回合六次﹐第四回合三次﹐共计26次始得标准回路﹐可谓易简为繁事倍功半了。由以上简介读者即可体会在计盘夹具制作时﹐若将待测数较多之回路上其各测试点编号愈小时﹐则回路学习所费的时间即可大幅缩短。

判断两点之间是否相连接之方式可归纳为下列几种﹕ (1) 测试两点之间是否有电流通过﹐其电路示意如图三。此一电路虽极简单易了 图三

A﹕电流计 Pij Pkl Vcc﹕电源 A Vcc

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解﹐但实际应用时却甚少运用于同回路中之测试﹐而大多数用于测定回路间是否发生短路或漏电。此电路中若量到电流时则表示Pij与Pkl间有通路存在。

(2) 测试两点间之电压﹐其电路示意如图四。此一电路乃利用一电

图四

V﹕电压计 V Vcc﹕电源

Vcc

流源A跨接于Pij与Pkl测试点上﹐再量取两点之间的电压。若量到之电压接近于电源之电压时﹐则表示两点之间不通。 (3) 测试串通电容器之电压﹐其电路示意图五。此法乃利用两点之间若有通路之存在﹐则串联之电容器将经由充电而产生电压。因此充电一段时间后再量取电容器之电压﹐若电压接近于电源电压则表示Pij与Pkl间相通﹐但若测到的电压接近于零时则表示不通。 图五

Pij Pkl

C V﹕电压计 Vcc﹕电源 Vcc C﹕电容器

因回路学习主要在判断哪些测试点是属于同一回路﹐故不论是用上述何方法判断﹐均无需使用高压电。在此须澄清一点困扰──即为何在测试时﹐决定两点之间断路的电阻远比电路板上导线之电阻为高呢?那是因为不论使用何种方式测试﹐整个回路之电阻乃包括各个接触点之电阻加上电路板之导线电阻。以图三为例﹐测试线路所量到之电阻应为Pij与电路板之接触电阻﹐加上电路板导线电阻﹐再加上Pkl与电路板间之接触电阻﹐再加上回路中其它导线之电阻。虽然电阻板本身铜导线电阻甚低﹐但因接触电

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阻却很大且又易受外界因素影响﹐例如表面氧化﹑油污等﹐故在实际作业中﹐均需设定较大之电阻以避免无谓的困扰。 实际测试时可分为两大步骤进行﹕

(一) 测试同一回路之各点是否均相通。 (二) 测试不同回路间之绝缘电阻是否合格。

若以上两点均符合时﹐则判断此PC板为良品。但若有任何一点不符合时虽可判断其为不良品﹐若要进一步判断出何者不良则还需另费一番手脚才行。为使流程易于明了﹐特将其判断流程图表示于图中。并藉图一之电路图说明。

否 良 测试断路 断路 测试绝缘 绝缘 良品 是 不良 断路不良 测试短路 否 短路 绝缘不良 图六﹑电测系统流程图 短路不良 1 2 4 图七 3 5 6 7 10 9 8

假设图一之线路因制造失误而成图七。则在测试断路时可发现点2未包含于L1之中﹐并发现L2,L3,L4各回路中并无断路。可是因“点2”为断路点﹐故除了测试L1,L2,L3,L4之间的绝缘性外﹐尚需再测试“点2”与L2,L3,L4之间的绝缘性。否则即无法找出”点2”与L2之间短路﹐而必须在修好断路点后重测时﹐方可发现L1与L2短路。

理论上某一电路板上若有N个测试点测成L个回路﹐内有m个单独点时﹐在测试断路是共需测试“ N-L-m”次。但在决定回路间是否绝缘良好时却无测试“L(L-1)/2”次。当L值增大时则必须另行设法解

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决。目前较佳之方法为将所有回路按一定规则﹐并联为两组测试其绝缘性后﹐按此规则再分组进行。

以L1,L2,……,L10回路为例﹕ 第一次测试﹕并联L1﹐L2﹐L3﹐L4﹐L5

并联L6﹐L7﹐L8﹐L9﹐L10

第二次测试﹕并联L1﹐L3﹐L5﹐L7﹐L9

并联L2﹐L4﹐L6﹐L8﹐L10

第三次测试﹕并联L1﹐L2﹐L6﹐L7﹐,L10

并联L3﹐L4﹐L5﹐L8﹐L9

第四次测试﹕并联L1﹐L2﹐L3﹐L4﹐L6

并联L5﹐L7﹐L8﹐L9﹐L10

只需四次测试即可判断该10个回路间绝缘性是否不良﹐但若使用顺次测试则需10×9/2=45次才行。上述并联测试之方法虽可增快测试速度但也因并联之故﹐将使所能测得之绝缘性较实际为低﹐且一旦发现绝缘不良时﹐要判定到底是哪一回路出了问题时﹐尚需另行测试﹐故较适用于良品率高之PC板测试。

由于断路与绝缘性之判断点并不相同﹐故实际测量后将得到三种不同之结果﹕即断路﹑短路及绝缘不良(漏电)其关系如图八所示。

相同回路 断路

Ω (电阻)

不同回路 短路 绝缘不良 断 绝 路 缘 判 性 断 判 点 断

图八 点

目前电测所强调之高电压﹐主要就是为了提高绝缘测试的判断点。为了保护测试者之安全﹐电压虽需提高但测试之电流均维持很小

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﹐因此并无烧断“短路不良处”之可能。 电针测试后之错误表示法可分为两大类﹕

（一）坐标法 （二）编码法

前者较常用于万用型之电测机。其所表示之坐标于原先程序输入之原点﹐而其寻找错误点时只需借助于方格纸即可。第二种方法则应用于专用型电测机。此法测试时每一探针之编码在制作电测针盘夹具时即已确定。寻找错误时必须另备一张该夹具专用之编码图﹐以便按图索骥﹐但不论用何种错误表示法﹐均无法直接标出错误点而必须借助于有经验之修理人员按线路寻找出断路或短路之实际位置。此乃因断路之表示法其所指出之位置﹐乃该一回路之第一点（程序记忆之第一点﹐并非该实际回路之第一点）与发现断路之第一点。至于短路之表示法亦仅指了两短路之回路在程序记忆中之第一点。更明确说明这种情况﹐我们必须了解电测之某些先天性限制﹕

（一） 电测无法判断其几何相关位置﹐仅能判断哪些点可连接

在一起。如图九中所示之不同几何图形所示之回路﹐对电测而言则完全一样。 5 5 2 1 2 3 4 5 1 2 3 4 1 3 图 九 4 a b c

d e f （二） 由于电测机是为了测量两点之间之电阻﹑电流及电压以

判断是否与标准电路板相同﹐但其记忆方式并不包括两点间之实际电阻﹑电流或电压数值大小的标准﹐因此无法侦测线路是否有缺口﹑线路变细等缺点。

（三） 某些回路即使有断路之现象﹐亦无测知。例如图九中之e

及f若有一处断路﹐则利用电测并无法测知。

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