第3门：老化与测试介绍.doc

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第一章 在线测试原理及应用
1.1 概述
1.1.1 定义
在线测试，ICT，In-Circuit Test，是通过对在线元器件（制成板上的元器件）的电性能及电气连接进行测试来检查生产制造缺陷及元器件不良的一种标准测试手段。它主要检查在线的单个元器件以及各电路网络的开、短路情况，具有操作简单、快捷迅速、故障定位准确等特点。
1.1.2 ICT的测试范围及特点
检查在线元器件的电气性能和电路网络的连接情况。能够定量地对电阻、电容、电感、晶振等器件进行测量，对二极管、三极管、光藕、变压器、继电器、运算放大器、电源模块等进行功能测试，对中小规模的集成电路进行功能测试，如所有74系列、Memory 类、我司常用驱动类、交换类等IC。
它通过直接对在线器件电气性能的测试来发现制造工艺的缺陷和元器件的不良。元件类可检查出元件值的超差、失效或损坏，Memory类的程序错误等。对工艺类可发现如焊锡短路，元件插错、插反、漏装，管脚翘起、虚焊，PCB短路、断线等故障。
测试的故障直接定位在具体的元件、器件管脚、网络点上，故障定位准确。对故障的维修不需较多专业知识。采用程序控制的自动化测试，操作简单，测试快捷迅速，单板的测试时间一般在几秒至几十秒。
1.1.3 意义
在线测试通常是生产中第一道测试工序，能及时反应生产制造状况，利于工艺改进和提升。ICT测试过的故障板,因故障定位准，维修方便，可大幅提高生产效率和减少维修成本。因其测试项目具体，是现代化大生产品质保证的重要测试手段之一。
1.1.4 其他
我司针床式在线测试仪采用美国Teradyne公司的Z1800系列和GenRad公司的GR228X系列。飞针ICT设备引进日本TAKAYA生产的APT－8400CJ。
飞针ICT基本只进行静态的测试，优点是不需制作夹具，程序开发时间短。针床式ICT可进行模拟器件功能和数字器件逻辑功能测试，故障覆盖率高，但对每种单板需制作专用的针床夹具，夹具制作和程序开发周期长。

随着现代制造工艺的发展，在线测试理论及方法也有很大的发展。作为制造高科技产品的华为公司员工，了解ICT的原理与应用对开发设计、生产制造都有一定意义。下面对ICT测试理论和对电路设计的要求做一些简单介绍。

第二章 老化
1.1.1 2.6.1 老化的目的
严格意义上来讲，老化（Burn in）是指采用高温方法对产品施加环境应力，而环境应力筛选（ESS：Environment Stress Screen ）则不仅包括高温应力，还包括其他很多应力，例如温度循环、随机振动等，如图16所示。所以，老化是属于环境应力筛选的一种。但现在很多公司已经把“老化”这个词的意义扩展了，老化就等同环境应力筛选，环境应力筛选俗称为老化，在本文中就沿用“老化”这个词。
在电子产品在加工过程中，由于经历了复杂的加工和元器件物料的大量使用，将引入各种缺陷（即便设计再好的产品亦如此）。无论是加工缺陷还是元器件缺陷，都可分为明显缺陷和潜在缺陷，明显缺陷指那些导致产品不能正常工作的缺陷，例如短路/断路。而潜在缺陷导致产品暂时可以使用，但在使用中缺陷会很快暴露出来，产品不能正常工作，例如焊锡不足，产品虽然可以用，但轻微振动可能就会使焊点断路。
明显缺陷可通过常规检验手段（即上面提到的ICT、FT等）加以发现。潜在缺陷则无法用常规检验手段发现，而是运用老化的方法来剔除。如果老化方法效果不好，则未被剔除的潜在缺陷将最终在产品运行期间以早期失效（或故障）的形式表现出来，从而导致产品返修率上升，维修成本增加。
其实，老化还有一个更重要的目的（和测试一样）：通过老化使产品加工工艺不断改进，使元器件品质不断改进，改进到不需要老化为止。单板在老化以后一定要经过测试，假如在测试中发现某个元器件经常损坏，则说明该器件有潜在缺陷，需要供应商改进品质。
1.1.2 2.6.2 老化的原理
老化的理论基础是电子产品的故障率曲线（简称浴盆曲线），如图15所示。老化是以剔除早期故障为目标，其理想的老化点为图中的D点，D点的选择主要靠经验数据。图中的A、B、C……表示老化程度的不同，A点表示老化不足，老化后仍有较大比率的缺陷流入市场，而E点则是过老化，这样增加了老化成本，缩短了产品使用寿命。

图15：电子产品故障率浴盆曲线图
老化是通过对电子产品施加加速环境应力，如温度应力、电应力、潮热应力、机械应力等，促使潜在缺陷加速暴露成故障，达到发现和剔除潜在缺陷的目的。老化不能损坏好的部分或引入新的缺陷，老化应力不能超出设计极限。
老化的效果一般和施加的环境应力及老化时间有关系，常用的环境应力老化效果比较如图16所示，温度循环的老化效果最好。另外，在一定时间范围内，老化时间越长，老化效果越好。

图16：各种应力老化效果比较图
2.6.3 常见的老化误解
对老化的误解主要是走两个极端，一种是忽略老化对产品可靠性的贡献，另一种是过分强调老化的作用，忽视了老化是要占用时间和成本的。下面分别阐述：
第1种误解：产品老化与否与产品将来在客户那里的工作环境恶劣与否有关系。例如，电信局机房的温度、湿度、灰尘等工作环境都比较好，所以我司的产品没有必要进行老化。
有这种错误认识的人主要是不清楚老化的目的和原理，相信看了上面关于老化的说明后，这种错误认识自然会消失。
第2种误解：产品不老化就没有办法保证产品质量。
有这种认识的人把老化作为保证产品质量的灵丹妙药，而忘记了老化要占用大量的时间和成本。目前我司有这种认识的人很多，请仔细体会下面两点说明：
1、老化究竟起到多大作用一直没有一个准确的量化数据，而只是一个统计结果。事实上，我司的老化条件只对公司一部分单板起到明显的效果，主要是一些元器件多、工艺复杂的单板。
2、实验数据表明，我司的老化方法主要能发现元器件的早期失效。而解决这个问题应该依靠严格认证器件供应商，严格控制来料品质，不是老化。
所以，一定要权衡老化的时间、成本和老化效果，不能把老化作为保证质量的心理安慰。

第三章 在线测试原理及应用

摘要：本文介绍了功能测试的基本原理、测试方法及其在制造系统中的应用。

关键词： 功能测试、在线测试、测试装备
1、概述
1.1、功能测试在制造系统中的作用
测试系统是现代电子产品制造系统中的重要组成部分，用来检验产品质量，分析产品缺陷，反馈可测性要求，是保证产品质量的重要手段。测试系统一般包括在线测试系统和功能测试系统。在线测试的目的一般是为了找出被测单板元器件及连线的故障，而功能测试的目的是测试整机或单板的功能是否能正常工作，各项功能指标是否满足要求。在线测试系统和功能测试系统取长补短、相辅相成，共同完成产品的测试任务。在生产系统中的单板的工艺路线如图一所示，制成板加工完成要经过在线测试，成品板经过高温老化，再进行功能测试后入库，发货之前，每块单板还要经过在整机环境测试。一般来说，要根据产品的复杂程度、成品率、产量与成熟度来确定是否安排使用在线测试或功能测试。如果产品非常复杂、成品率低、产量高，一般只需要在线测试设备，如果产品产量高、成品率高而且成熟，一般只需要功能测试设备。如果产品较复杂、产量高、成品率较高而且成熟，则既需要在线测试设备也需要功能测试设备。不管有无经过在线测试和功能测试，产品在发货之前都要经过整机调测确保整机性能。

1.2、功能测试设备的现状与发展
功能测试设备是随着电子产品的发展而发展的，产品越复杂，相对应的，对测试系统的各项性能要求也就越高。功能测试系统经历了由简单到复杂的发展过程，随着微电子技术、计算机技术、自动测试技术及仪器技术的发展，功能测试系统不断吸取最先进的技术成果，不断完善优化，以提高其技术含量与整体性能。
功能测试设备一般由机械结构部分、电源部分、控制部分与接口部分组成，各个部分的组成形式如下：

1、机械结构：一般是自行开发的机箱，如三槽小机箱、四槽小机箱、八槽小机箱、一体化大机箱及其他各种夹具，有时也包括基于VXI总线技术的VXI机箱。
2、电源部分：一般利用公司的成熟产品一次电源及二次电源产品，如HD4820、PWX、PWC等，也有自行开发的专用电源板。
3、控制部分： 控制部分可以是一块简单的主控板也可以是控制板与各种资源板的结合。控制CPU有8031、89C51、8098、80188、80386等各种形式。控制系统总线有自定义的扩展总线，也可以利用标准的测试总线，如VXI总线。控制部分一般还包含计算机及终端软件。
4、接口部分：一般是能与被测物对接的边缘连接器或专用夹具。
功能测试设备控制部分是发展最快的部分，随着软件技术、CPU技术以及总线技术的发展，将逐步向高可靠性、可扩展性及模块化发展。功能测试技术与VXI总线测试平台的结合是这方面的典型代表。
1.3、功能测试与在线测试的比较
功能测试与在线测试各有目的及特点，功能测试面向出厂检测，保证产品质量，测试结果准确可靠，在线测试面向生产工艺，能快速反应生产中的问题故障定位准确；一般较重要的单板即有在线测试仪也有功能测试仪，这样既发挥了在线测试快速准确反应问题的能力，又利用了功能测试结果可靠的优点。 在线测试仪是一种通用测试设备，开发周期短。一块单板需约1人月的开发时间。功能测试仪一般需要自行开发的，开发周期长，对开发人员的要求全面，一块单板需约3-4人月。引进的功能测试仪一般比较复杂，而且销售量都不大，厂家投入少，开发工具不完善；二次开发时间也很长。在线测试仪一般需要专用的针床式夹具，而且当被测板改动时（原理图和/或印制板图），需要重做夹具和编程。在线测试仪使用的针床式夹具要求在焊接面有测试点，测试点的间距大于50mil，随着电路板密度越来越高，器件越来越小，这越来越难做到。在线测试仪可以检测电阻、电容、数字IC等，但对模拟IC、光器件、高压器件等很难检测。功能测试仪是针对具体电路开发的，适合各种电路。
表1 在线测试和功能测试的比较

在线测试
功能测试
目的
生产工艺控制
产品出厂检验
故障定位
准确
模糊
产品质检结果可靠性
不太可靠
可靠
设备投资
大
变化范围大，一般较低
开发周期和费用
周期短，费用较高
周期长，数量多时费用低
对被测板变动的适应性
差
较强
对被测板的限制
限制多
限制少

2、功能测试的原理
2.1、功能测试的定义
功能测试一般是通过被测板的对外接口对它进行测试，测试原理如图2所示，测试装备本身提供各种激励信号源，通过接口激励被测板，同时测试装备接收被测板的响应信号，并将响应信号和预期结果相比较，最后判断功能的好坏。
图二、功能测试的原理框图

UUT：被测物，可能是单板或母板
input：被测板输入信号
output： 被测板输出信号
stimulator：模拟部分，为UUT提供电源、槽位号、时钟、控制信号、状态信号等
controller：控制部分，可以是串口、HDLC、扩展总线或邮箱等，用于控制UUT
detector：检测部分，用于测试UUT的输出信号
FIXTURE：柔性夹具，用于固定UUT

2.2、功能测试的特点
功能测试主要是面向大批量生产的，它的目的是从单板的外部接口来测试硬件功能好坏，不是测试单板设计的对与错、优与劣、软件的所有分支以及单板的总体性能。功能测试前提条件是默认单板的设计是成功的，只是有些单板在生产的过程中由于种种原因损坏，导致不能正常工作，功能测试可以剔除这些坏板。功能测试仪一般只需要做与被测试物对应的连接器或夹具，只要对外接口不变，原有的测试仪就可以用于新的被测板，只需要升级软件即可，所以功能测试仪对被测板改动的适应能力较强。功能测试仪一般是模拟整机环境，让单板正常工作后，测试其输入输出信号，全面检测其硬件好坏，测试可靠性高。但由于是在接口处测试，所以故障定位模糊，只能判断单板某些功能的好坏，如果想定位到具体的芯片还需要作进一步的分析。
2006-01-25
华为机密，未经许可不得扩散
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