TWI429932B - 用於嵌入被動裝置之印刷電路板的測試方法 - Google Patents

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Description

用於嵌入被動裝置之印刷電路板的測試方法
本發明是關於一種嵌入被動裝置之印刷電路板的測試方法。
習知的被動裝置主要是使用表面黏著技術(surface mount technology,SMT)安裝在電路板上。然而，由於電子產品越來越小的趨勢，新的嵌入被動裝置於電路板的封裝技術正在積極發展中。
透過將多個被動裝置整合於有機板中，嵌入被動裝置之電路板在製造上可更符合成本效益，並且預期有助於使行動電話更小。
然而，儘管對於採用習知電路板和嵌入式封裝技術來將被動裝置(如電容、電感、電阻、過濾器等)嵌入於電路板的產品有不斷增長的需求，很少有測試解決方案是針對於被動裝置嵌入之電路板。
目前，在電路板的製造和維修期間，電路板由於品質問題而需要進行測試，使得進行電路板測試的步驟成為必須步驟，以確保適當的產品品質。此外，電路板工業正在走向更先進、整合、高功能、可靠、和精確的技術，因此電路板的測試設備需要能夠提供更具體的測試和測量，以解決各種不同的問題和獲得足夠的電路板品質。已經使用了許多次電路板測試以節省時間和成本，並且藉由測試電路板的性能、解決安裝錯誤(如裝置翹曲變形、錯誤插入、反向插入和反向極性)、及檢測不及焊接(under-soldering)、過焊接和短路來提高品質和生產力。
習知電路板測試的目的並非測試嵌入被動裝置的電路板，而是發現電路板的任何開路/短路。由於習知的電路板測試器只能測試開路/短路，要測試任何具有被動裝置嵌入於其中的印刷電路板是不可能的。
本發明提供一種測試其中嵌入被動裝置之印刷電路板的性能的方法。
本發明之一態樣係一種測試一嵌入被動裝置之印刷電路板的方法。根據本發明一實施例之方法可包括以下步驟：施加一AC電源於一印刷電路板，其中包括一電阻器、一電感器、及一電容器中至少二者的一過濾器係嵌入於該印刷電路板中；針對所施加之該AC電源，測量該過濾器之一特性：及藉比較所測量之該過濾器之該特性與一設計值，決定該印刷電路板是否損壞。
所測量之該過濾器之該特性可為插入損耗、頻寬、裙部特性、噪音程度、及S參數(散佈參數)中至少一者。
本發明的額外態樣及優點將以部分揭示於下面實施方式中，且部分將於實施方式中顯而易見，或可自本發明之實施習得。
既然本發明可以有各種不同的排列方式和實施例，將參照隨附圖式說明和描述某些實施例。然而，這絕不是要將本發明限制於某些實施例，並應解釋為包括所有本發明的思想和範圍所涵蓋的排列方式、均等物和替代物。在整個本發明的說明中，當描述某種技術是決定迴避本發明論點時，相關的詳細說明將被省略。
以下，將參照隨附圖式詳細地介紹一些嵌入電子裝置之印刷電路板的測試方法的實施例。在不同的圖式標號中，相同或者相應的元件將被給予相同的參考數標，任何相同或者相應的元件的多餘描述將不再重複。
由於本發明是有關用於測量具有被動裝置嵌入其中之印刷電路板的測試方法，用於電性測試(electrical testing)被動裝置嵌入其中之印刷電路板的項目可分類為如表1所示。測試項目分為4個級別，從級別1到級別4，其係取決於技術的難度和類型。
測試級別1是針對Net(見圖1(a))而進行，在此中傳輸線(存在於電路板中並傳輸電子信號和電力)並未連接到任何被動裝置。如圖1(a)所示，對於沒有被動裝置連接的Net只進行電力互連測試及和隔離測試，電力互連測試是為了檢查存在於相同Net中的兩個測試點之間是否為開路，隔離測試是無了檢查存在於不同Net中的兩個測試點之間是否為短路。
繪示於圖1(b)之測試級別2是當一個被動裝置連接到傳輸線而進行的電性測試，其並測量所連接被動裝置的電子性能。
繪示於圖1(c)之測試級別3是當多個被動裝置串聯或並聯連接時而進行的電性測試，其並測量每一個所連接被動裝置的電子性能。
繪示於圖1(d)之測試級別4是當多個被動裝置串聯或並聯連接時，測量整個電路的性能。
在實際的嵌入被動裝置之印刷電路板中，印刷電路板中被動裝置的安排和傳輸線的連接結構可如圖1(a)到(d)來分類。下文將會詳細描述每個測試級別。
1、測試級別1
如圖2所示，對於僅由傳輸線所構成且並未連接到任何被動裝置的網路，電性測試的重點是傳導線的網路是否根據設計而適當地建構。因此，如圖2(b)所示，測量在同一Net連接的測試點之間施以恆定電流和恆定電壓而產生的電流和電壓，並藉測量電阻來檢查網路是否為開路。同樣地，由另一Net構成的測試點之間的電阻是以同樣的方式來測量，以檢查該網路是否為短路。
例如，如圖2(a)所示，測試點1(TP1)和測試點2(TP2)分別存在於Net1和Net2中。在這種情況下，如果TP1和TP2之間測量到的電阻低於參考電阻值，可以推斷Net1和Net2是在短路狀態，即Net1和Net2並非不同於設計而電性分開的。此外，如圖2(b)所示，測試點3(TP3)和測試點4(TP4)存在於Net3中。在這種情況下，在這種情況下，如果TP3和TP4之間測量到的電阻高於參考電阻值，可以推斷Net3和Net4是在開路狀態，即Net3和Net4沒有電性連接。一些常見的測試裝置包括多測試器(其可以測量電壓和電流)及源表(其係整合於電源中故可直接測量電阻)。
在此同時，有可能另外進行低級別測試和高電流測試以檢測微開路(micro-open)和微短路(micro-short)，微開路是造成印刷電路板漸進損壞的原因之一，微短路導致射頻系統中的噪音。
2、測試級別2
正如圖3所示，當一個被動裝置連接到傳輸線時，電性測試的重點是驗證被動裝置的電子性能和傳輸線的互連。但是如果傳輸線的互連有問題，對於所測量到之被動裝置的性能會有很大的影響，因此可以測試被動裝置的電子性能來取代測試傳輸線的互連。
取決於被動裝置的類型，可以不同的方式來測試被動裝置的性能，用於測試的電子信號的範圍可根據被動裝置的容量改變。就電阻而言，恆定電壓和恆定電流可用來檢測電壓和電流，且可測量電阻值，如同測試級別1所採用的方法。然而，就電容和電感器而言，需要使用AC電源(其隨時間改變電壓和電流的大小和方向且具有頻率組成)以測量電容(C)和電感(L)到一個低容量值。
在測試級別2，如圖3所示，藉由施以具有適當頻率和大小的AC信號於一個被動裝置所連接之測試點，可測量在電路中產生的電壓和電流的大小和相位。透過這種方式，可測量包含被動裝置之電路的阻抗值，且藉由使用等效的電路模型，可從測得的阻抗值計算出電阻、電容和電感。
用於測量電路的電阻、電容、電感和阻抗的常見設備包括LCR表和阻抗分析器，而可測量的電阻、電容、及電感的範圍可根據可測量電壓和電流的範圍以及可用頻率範圍來加以限制。
一般來說，當測量頻率較高時，可檢測到低級別的電容和電感，但電路上的寄生元件(其對測量影響很小因此在低頻率時可忽略)以較高的頻率逐漸增加，而造成錯誤的測量結果。
3、測試級別3
如圖4所示，當多個被動裝置串聯或並聯時，電性測試的重點是驗證每個被動裝置的電子性能和驗證被動裝置的傳輸線的電完整性。就測試級別2而言，如果傳輸線的互連有任何問題，對所測得的被動裝置的性能會很大影響，因此可以測試被動裝置的電子性能來取代測試傳輸線的互連。
如同測試級別2，測試級別3使用AC電源，其隨時間改變電壓和電流的大小和方向且具有頻率組成。不過，因為在測試級別3中至少二個被動裝置連接在一起，所測得通過安裝在電路兩端的測試點的阻抗值是聚集所有連接的被動裝置之阻抗特性的結果。測量總阻抗不足以保證每個被動裝置的性能，因為嵌入裝置的電子性能具有容許差度。此外，利用保險電路來測量每個被動裝置是可能的。
因此，測試級別3建議每個被動裝置是好是壞是取決於至少在兩個特定的頻率測量總阻抗和相位。頻率可透過運行模擬程式或執行計算來選擇，其中每一個被動裝置的性能被充分代表。如果測量任何根據頻率之阻抗和相位的連續變化，可能會有更明確的分析。
用於根據頻率而測量目標電路之阻抗和相位的常見裝置包括阻抗分析器的和網路分析器，且當可測量頻率的範圍較廣時，測量可以更精確。較佳實施例為：當測量頻率越來越高時，將測量設備改為高頻率設備。
較佳實施例為：用來進行印刷電路板測試點處的電性連接的探針及用來傳輸電子信號至測量設備的傳輸線可在高頻率範圍中使用。也有可能發生下述情況：嵌入被動裝置之電路板的測試點是預先設計好並放在印刷電路板上，以使用於高頻率的常見探針可以被用來進行測量，而不需要另外有用於高頻率的高成本介面。
4、測試級別4
圖5繪示當多個被動裝置係串聯及/或並聯以作為系統中的信號過濾器時，如何進行測量。在這種情況下，電性測試的重點是欲透過此電路達成之信號處理的結果，而不是每個被動裝置的電子性能。
如測試級別2的情況，如果傳輸線的互連有任何問題，對於所測量到之電路的性能會有很大的影響，因此可以測試整個電路的電子性能來取代測試傳輸線的互連。
一個用於評估過濾器之性能的項目可以包括基於頻率的S參數(散佈參數)。用於指示S參數的常見設備包括網路分析器。正如如圖5所示，測試墊51、52、53、54之每者(其作用為過濾器的端口)係連接到相應之網路分析器的測量端口。藉由分享每個端口之輸入和輸出的頻率信號分配結果，可以測量S參數。
與此同時，作為測量對象的印刷電路板，具有透過電路模型化和模擬的設計值。也就是說，設計值是預先透過模型化和模擬獲得，且印刷電路板的異常是由比較設計值與實測值來決定。
在這裡，無法測量每個被動裝置的電子性能。因此，無法確定哪些被動裝置有問題。但是，如果任何被動裝置是損壞的，過濾器的整體性能也會變成不同於模擬的結果，因此可以用來確定完整性。除了S參數，其他因素如插入損耗、頻寬、裙部特性、噪音程度等可用於確定裝置是好還是壞。
5、嵌入被動裝置之印刷電路板的測試流程
圖6顯示測試流程，較佳的進行順序是級別1→ 級別2→ 級別3→ 級別4。但是也可以交換順序，因為連接狀態與整個電路是不相關的。
在此之前，本發明的一些實施例已被描述。但是，本發明所屬技術領域之通常知識者應當了解，在沒有偏離揭示於下附請求項之本發明技術思想和範圍的情況下，本發明可以有各種不同的排列方式和更動。
除上述實施例之外，有大量實施例是在本發明的請求項範圍內。
51-54．．．測試墊
圖1繪示根據本發明一實施例之測試印刷電路板之方法中的不同測試級別。
圖2繪示測試級別1的測試方法。
圖3繪示測試級別2的測試方法。
圖4繪示測試級別3的測試方法。
圖5繪示測試級別4的測試方法。
圖6繪示根據本發明一實施例之測試印刷電路板之方法的流程圖。

Claims (2)

  1. 一種測試一嵌入被動裝置之印刷電路板的方法，該方法包括以下步驟：測試沒有被動裝置連接之一傳輸線是開路或短路；藉施加一AC電源於一或多個被動裝置連接之一傳輸線，測量一總阻抗；比較所測量之該總阻抗與一設計值；及測量該等被動裝置之過濾器之一特性，其中所測量之該過濾器之該特性係插入損耗、頻寬、裙部特性、噪音程度及S參數(散佈參數)中至少一者。
  2. 如請求項1之方法，進一步包括以下步驟：施加一AC電源於一印刷電路板，其中包括一電阻器、一電感器、及一電容器中至少兩者的一過濾器係嵌入於該印刷電路板中；針對所施加之該AC電源，測量該過濾器之一特性；及藉比較所測量之該過濾器之該特性與一設計值，決定該印刷電路板是否損壞。
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