PCB检测与测试：AOI、飞针测试等方法能发现什么，合格又证明不了什么

一块印制电路板 (PCB) 可能通过了最终电性能测试，却仍在使用中失效。工厂进行的每一项检测或测试，各自只回答一个问题：每个网络是否按电路板数据的规定连通，某一层是否与其设计图形相符，金属化孔能否经受高温，板面在潮湿空气中能否保持绝缘。本文选取裸板的十一种缺陷，从开路和短路，到孔壁断裂、基材内部的导电丝生长以及阻抗偏离目标值，逐一说明哪些测试能够发现每种缺陷、测试合格后仍有哪些问题未得到证明，以及哪些测试会消耗或破坏样品。

要点

• 最终电性能测试依据原始电路板数据，检查每个网络是否开路，以及是否与其他网络短路^[1]。NASA 指出，这项测试按照客户设定的参数进行^[2]，因此测试检查哪些内容，取决于买方的规格要求。
• 内层只能在层压之前检查。一家欧洲电路板制造商在这一阶段依据设计数据，对每块内层拼板进行全面的自动光学检测 (AOI)^[3]。
• 孔壁断裂以及孔壁与内层焊盘分离，可以通过对测试附连板进行热循环并同时测量其电阻来发现，也可以通过切片发现^[4]。NASA 戈达德航天飞行中心复检供应商自行制作的切片时，判定其中 20% 至 30% 不合格^[5]。
• 在 Isola 对板材进行的湿热偏压试验中，绝缘电阻有所下降，烘烤后恢复，但没有生长出导电丝^[6]；板材的测试结果本身并不能代表已钻孔的电路板。
• 表面绝缘电阻下降只能说明表面存在漏电，不能说明漏电的原因^[7]；鉴别表面存在哪些离子，则可以提示原因所在。

三个问题，三类测试

裸板测试回答三个不同的问题。第一个是连通性：每个网络是否只在数据规定的位置连通，而不与其他任何地方相连？电性能测试回答这一问题，但只反映测试当时的状态。第二个是符合性：铜图形是否与设计图形相符？光学检测将某一层与依据设计数据生成的图像进行比较^[3]，因此它确认的是电路板与数据相符，而不是数据本身正确。第三个是寿命：电路板在焊接高温、温度变化、潮湿或弯折条件下能够持续工作多久？只有应力试验能够回答这一问题，而且其结论只适用于试验中实际承受应力的结构。

在一个问题上合格，并不能说明其他问题。一块电路板可能在测试当天完全连通，却带有镀层过薄、无法经受回流焊的金属化孔。正因如此，下文所引来源中的可靠性研究，都是在施加应力的同时进行测量，随后再将样品切开，查看内部发生了什么^[4]。

哪种测试能发现哪种缺陷

铜图形：开路、短路与导线变窄

生产结束时，电性能测试依据电路板的原始数据，逐个网络检查其互连情况^[1]。飞针测试机无需测试架，准备时间短，但测试速度慢，因为它要逐一测试每个网络。同一家制造商的另一种测试机速度更快：它根据一块已测试合格的电路板建立电子图谱，再将每块电路板与该图谱进行比较^[1]。采用这种方式时，比对基准是一块已知合格的电路板，而不是设计数据本身。该制造商对两层及以上的电路板将电性能测试列为标准工序，对单面板则列为可选项目^[1]。NASA 将焊盘损伤列为飞针测试机存在的问题之一^[2]。

内层的检查在更早的阶段进行，因为多层板一经压合，错误便无法再纠正^[3]。在这一阶段，自动光学检测系统对每块拼板进行分条扫描，并将其与依据原始设计数据生成的图像进行比较^[3]。

合格仍未证明的：导线变窄但仍然连通，就能通过电性能测试，因为这项测试只检查网络是否连通。剩余的铜有多少，要在显微镜下测量被标记的区域，或最终通过切片才能得知。

金属化孔：孔壁断裂与内层焊盘分离

镀通孔主要有两种失效方式。孔壁断裂的原因是电路板在厚度方向上的膨胀远大于孔壁镀铜层；内层分离的原因则是树脂向孔内横向膨胀，使孔壁与内层铜之间的连接处承受应力^[4]。Isola 给出了具体量级：在 Z 轴方向上，树脂和玻纤在玻璃化转变温度以下的膨胀速度是铜的 4.5 至 5 倍，在玻璃化转变温度以上则是铜的 17 至 20 倍^[8]。按照 NASA 的指南，这两种失效出现在不同的阶段：环形疲劳断裂需要经历温度循环，往往在现场长期使用后才出现；孔壁与焊盘分离则主要发生在组装过程中^[2]。

专门针对这类失效的测试是互连应力测试 (IST)：对带有金属化孔的测试附连板进行循环加热，同时测量其电阻，孔的电阻上升 10% 即判定为失效^[4]。在 NASA 引用的一项实验室间循环比对试验中，IST 检出内层分离的效果优于先热冲击、后切片的传统方法^[4]。试验条件不能超出电路板实际会经受的范围。在 NASA 引用的一项研究中，峰值温度在 210 °C 及以上时出现的失效被判定为试验本身造成的假象，因此试验采用了 190 °C。NASA 还引用了另一组结果：原本能经受 788 次循环的测试附连板，在 260 °C 下经过六次无铅回流焊后，只能经受 4 次循环^[4]。因此，测试附连板经历过的焊接过程应当写入其测试记录。

切片能够显示孔内发生的情况，但仅限于切开的那个截面。NASA 戈达德航天飞行中心复检了供应商提交的金相切片，经自行检验，判定其中 20% 至 30% 不合格^[5]。该研究涵盖 2015 年至 2017 年间的 882 次测试附连板送检，共发现 260 项不合格；其中，内层分离是最常见的不合格项之一，NASA 将其定义为内层铜箔与孔壁镀层之间的分离，并将其与回流焊、波峰焊或返修后出现的开路联系起来^[5]。NASA 主要把金相切片视为监控工艺过程的手段，而不是对交付电路板的最终检验^[5]。在 NASA 的微孔研究中，X 射线检测能够清楚地识别已填充的导通孔，但对检测其他状况的作用有限^[4]。

微孔与多次层压

高密度电路板要经过多次压合才能制成，每次压合都会再次加热已经制成的各层。Isola 指出，与这项技术相关的问题有树脂裂纹、分层、树脂空洞和微孔连接失效，并描述了埋孔焊盘变形和介质层膨胀如何推拉微孔，使其脱离底部焊盘^[8]。NASA 转载了 2004 年的一项失效分析：导通孔镀层与捕获焊盘分离，使装有芯片级封装和球栅阵列封装的电路板出现间歇性故障^[2]。在 NASA 自己的测试板上，经过 100 次热循环后进行的切片分析，只在 2 mil 微孔中发现了失效^[4]。

合格仍未证明的：在室温下导通的微孔，与焊盘之间的结合仍可能很弱。只有在复制实际导通孔结构的测试附连板上进行应力试验，在试验过程中持续监测，并在试验后进行切片，才能回答这一问题。

基材内部：分层、空洞与导电阳极丝生长

分层和树脂空洞在层压过程中形成，其成因既有工艺因素，也有设计因素：Isola 报告称，容易分层的设计大多具有残铜率很低的区域^[8]。表面起泡肉眼可见；电路板内部的分离则要通过切片才能发现。扫描声学显微镜可用于对电子封装内部成像，但在这里帮助不大：NASA 指出，电路板中的铜会妨碍对其内部的检查，并认为这种方法不适用于观察印制线路板的内部^[5]。

导电阳极丝 (CAF) 是铜在电路板内部的生长，通常在两个处于相反偏压的导体之间形成桥接^[6]。Isola 的论文指出，失效时间取决于偏置电压、相对湿度、孔间距和线间距、温度以及树脂体系，而孔与孔之间是最常见的失效路径^[6]。论文中的试验在受控湿度下改变了树脂、玻纤布、阻焊、间距和偏压。绝缘电阻出现下降，有阻焊时下降更多，但没有生长出导电丝：即使在 100 V 电压和 12 mil 孔间距的条件下，这种下降也是可逆的，经烘烤即可恢复^[6]。作者指出，电路板制造过程中的钻孔、机械应力和热冲击，可能是导致实际失效的关键^[6]。因此，板材的 CAF 测试结果并不能说明某一家工厂钻孔和压合的电路板会有怎样的表现；要说明这一点，需要对采用该工厂工艺制作的测试附连板进行湿热偏压试验。

板面：残留物与枝晶

电路板在潮湿空气中带电时，金属可能在一个导体处溶解，迁移后沉积到另一个导体上，形成枝晶；当枝晶跨越间隙、使导体之间短路时，便发生失效^[9]。检测这一风险的标准方法是表面绝缘电阻 (SIR) 测试：将梳形测试图形置于温湿度试验箱中并施加偏压，在整个试验过程中持续读取其电阻^[7]。在英国国家物理实验室 (NPL) 的研究中，梳形图形的间隙为 0.2 mm，在 40 °C、93% 相对湿度条件下施加 5 V 偏压并保持 72 小时，每 15 分钟读数一次^[9]。枝晶的形成在很大程度上取决于助焊剂残留量；在该研究中，裸铜比化学镍金 (ENIG) 更不容易形成枝晶，而 ENIG 上形成的枝晶主要为镍；不过，这只是在人为施加污染的条件下进行的一次比较，并非对各类表面处理的总体排序^[9]。

SIR 结果是反映整个测试图形的单一数值：NPL 指出，这项测量只能给出整个系统的总电阻^[9]。ZESTRON 从另一个角度说明了同一点：SIR 值不合格并不能说明其不合格的原因，而离子残留物的吸湿性对表面电阻影响很大，因此通过离子色谱法鉴别存在哪些离子，可以提示原因所在^[7]。整板离子污染测试得到的是整块电路板的平均值，因此局部残留可能隐藏在看似洁净的平均值之中。

挠性板与刚挠结合板

只为装入外壳而弯折一次的挠性电路，与在使用中反复弯曲的挠性电路，是两种不同的产品。Würth Elektronik 要求买方说明应用属于静态弯折还是动态弯折，并给出弯折半径、弯折半径与挠性部分厚度之比、弯折形状、弯折次数和弯折频率；对于动态弯折应用，该公司会交由其专家处理^[10]。其设计指南指出：ENIG 等含镍表面处理不适用于弯折部位；挠性阻焊不适用于动态弯折，覆盖膜则适用；挠性板和刚挠结合板在焊接前必须烘干^[10]。指南中的一张示意性图表显示，在相同结构下，压延铜可承受 1,000 次以上的弯折，电解铜则为 500 次，但图表未说明测试方法^[10]。

合格仍未证明的：在平放的电路板上进行导通测试，不能说明其弯折寿命。只有将相同结构的测试附连板按规定的半径和次数进行弯折，并在弯折过程中监测其电阻，才能说明这一点。

阻抗

受控阻抗采用时域反射法 (TDR) 测量：向线路发送一个快速阶跃信号，根据反射读出特性阻抗及其沿线路的变化，从而确定不连续点的位置^[11]。时域传输法 (TDT) 测量信号通过被测器件时的插入损耗和传播延迟，被测器件可以是一块印制电路板^[11]。如果阻抗是在阻抗测试条上而不是在电路板本身上测量的，那么测试条的阻抗达到目标值，只能说明测试条的叠层结构和几何尺寸按规定制作；电路板上的每一条走线是否具有相同的几何结构，则取决于设计以及测试条的设计方式。电性能测试所检查的导通性，不能说明任何与阻抗有关的情况。

核实测试实际覆盖范围的问题

拥有一台设备，并不等于已将其用于某一块电路板。以下问题可以把两者区分开来：

• 电性能测试程序是依据正式发布的设计数据生成的，还是从一块已测试合格的电路板学习得来的^[1]？哪些网络被排除在测试之外，采用的导通和绝缘判定阈值是多少^[2]？
• 是否每个内层都在层压前经过检测？被标记的缺陷如何处理，又如何追溯到具体拼板^[3]？
• 应力测试附连板包含哪些孔和导通孔结构，试验峰值温度是多少，测试前经过几次回流焊^[4]？
• 切片由谁制作、由谁判读，是否有部分切片经过独立复核^[5]？
• CAF 是在采用该工厂自身钻孔和层压工艺制作的测试附连板上测试的，还是只报告了板材的结果^[6]？
• 在清洁度方面，SIR 结果是否同时附有离子种类分析，样品取自何处^[7]？
• 对于挠性板，弯折是静态的还是动态的，弯折半径是多少，弯折多少次^[10]？
• 对于阻抗，每个测试条代表哪些走线和哪些层^[11]？

各阶段应向工厂索取的记录，详见应向 PCB 工厂索取什么；本文提到的电路板各组成部分，可参见PCB是什么一文中的结构图。

数据与方法

本文依据 MPBxChange 的 R01 研究矩阵，该矩阵于 2026 年 10 月 15 日通过案头研究整理而成。矩阵共有 21 行，每行对应一种缺陷；本文讨论其中与裸板有关的十一种，其余各项涉及已组装的电路板。2026 年 10 月 16 日，本文重新查阅了每一项来源，并逐条核对了所有表述；凡矩阵的表述超出其来源之处，本文均以来源为准。10 月 16 日，Eurocircuits 的网页拒绝了来自泰国的连接，Isola 关于多次层压的技术资料则返回服务器错误，因此这三项来源均链接至互联网档案馆 (Internet Archive) 保存的同一文件副本。矩阵未给出任何检出率或验收限值：图中的标记表示某种方法在适当条件下能够发现某种缺陷，而不表示它能发现所有情况。各节中“合格仍未证明的”所述内容，是 MPBxChange 对各方法工作原理的解读。文中提及 IPC 标准时仅列出名称，未转载其原文。