本文详细介绍了低阻四线式测试技术的原理，以及四线式飞针、四线式针床的实际工作过程， 并以飞针低阻四线式测试进行实验。

　　关　键　词：四线式、低阻

　　一、前言

　　随着电子技术的迅猛发展，印制线路板（PCB）的制作层数越来越高、线路密度越来越密、焊盘尺寸越做越小，客户对板的要求越来越严。通常情况下，PCB 的开短路测试测试参数值中的开路阻抗设为25Ω，线路阻值大于25Ω时机器判断为开路，小于25Ω时机器判断为合格，对于阻值小于25Ω的线路则无法精确测试出其实际电阻值，25Ω以下的线路成为测试盲区。在实际生产中发现PCB的某些缺陷，如孔内无铜、空洞、铜薄、线幼、线路缺口等问题均会影响到线路阻值，当阻值小于25Ω时，用通常的开短路测试方法来测试以上缺陷板时，测试结果显示PASS，但客户经过高温焊接后阻值发生变化，导致开路问题发生，最终导致客户投诉，严重的还需向客户赔款。

　　二、现状

　　经对我司某客户退回的板进行问题分析发现，在反馈的244 块开路缺陷板中，其中过孔阻值大于25Ω的板有6 块，过孔阻值小于25Ω的板有51 块，其它类型开路问题板187 块，而过孔阻值小于25Ω的51 块板退去元件上机测试后的结果显示为PASS,重新测试这51 块板的开路阻值，阻值分布在1.21Ω-23.4Ω之间（详见下表），从表中数据可以看出，被退回的244 块开路缺陷板中，阻值小于25Ω的数量共51 块，占总数的比例为20.9%，此部分板是由测试机判断测试结果为PASS 而正常出货的，现有测试机根本无法检测出，我们必须寻找一种新的测试方法，降低客户投诉。

序号	阻值（Ω）	序号	阻值（Ω）	序号	阻值（Ω）	序号	阻值（Ω）
1	3.8	14	3.8	27	10.2	40	3.5
2	4.8	15	22.7	28	10.4	41	2.3
3	4.8	16	22.4	29	14.8	42	3.2
4	6.8	17	23.4	30	3.2	43	4.1
5	10.8	18	3.6	31	3.5	44	2.6
6	6.8	19	7.2	32	1.25	45	1.9
7	7.3	20	10.8	33	2.2	46	3.0
8	3	21	8	34	5.6	47	2.0
9	2.8	22	4.9	35	2.6	48	7.4
10	8	23	5.6	35	1.21	49	2.6

11	4.6	24	8.4	37	2.5	50	9.4
12	6.4	25	5.8	38	4.2	51	3.6
13	10.8	26	4.2	39	4.8

　　三、二线测试与四线测试原理对比

　　1、普通二线测试原理

　　通常的开短路测试方法即为普通二线测试，如下图所示，二线测试是目前普遍应用的一种方案。

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　　二线测试只有一个回路，所测得的阻抗为R1+R2＋Rpcb，即所测得的阻抗为馈线电阻和待测线路阻值之和，故无法精确测定被测PCB 之低阻值。但因为开路测试的条件一般为20Ω，故馈线电阻影响不大，可以忽略不计。二线测试的精度虽然不高，但是用来判断线路的开短路已经能满足绝大部分的印制线路板的需要。但仅适用于完全断线、完全孔断之测试，对于低阻值测试则无能为力。

　　2、低阻四线测试原理

　　开尔文连接方式（或称四线测试方式）如下图所示，开尔文连接有两个要求：对于每个测试点都有一条激励线和一条检测线，二者严格分开，各自构成独立回路；同时要求检测线必须接到一个有极高输入阻抗的测试回路上，使流过检测线的电流极小，近似为零。激励线即是电流供给回路，检测线即是电压测定回路，电流、电压两回路各自独立。电流供给回路两端子与电压测定回路两端子共计四端子，故称四线测试。

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　　V≒I1 x Rpcb（因I2 (小电流)再乘上小电阻得到更小的压降），因电压表的内部阻抗非常高（MΩ级），远远大于电压测定回路的馈线电阻R3 和R4（Ω级），使得几乎全部的电流流经过Rpcb， 流经电压表的电流I2 几乎为零，故所量到的电压也几乎是Rpcb 本身的压降，馈线电阻完全可以忽略，使所测得的Rpcb 几乎近似于Rpcb 本身，由此可精确测定被测PCB 之微小阻值，其四线测试的测试精度可达到mΩ级。

　　四、针床低阻四线测试

　　1、目前针床低阻四线测试夹具制作难点

　　针床低阻四线测试是在两线测试的选点结果基础上将需测试的焊盘上设置两根针，即夹具的测试点数比两线测试增加了一倍,但受PCB 线路密度提高的影响，很多测试焊盘因尺寸过小无法设置两个测试点，使四线测试的实现非常困难。如某型号HDI PCB，由于密度高，只有其中很少一部分网络可用于设置两个测试点，四线测试的覆盖率只占总网络数的百分之八左右，几乎没有实际意义。

　　2、ACF 四线测试夹具制作原理及实际应用方法

　　为了解决上述问题，行业里现有一种ACF 针床制作技术可以很好地解决上述问题。ACF 针床主要由ACF 垂直导电薄膜和转换板组成，ACF 导电薄膜的导电性能具有各向异性的特点，横向绝缘，只在垂直方向受压才可以导电，其垂直导电的单元非常小可达到0.07 平方mm。

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　　二端子测试是常用的断线测试方法，是由已知的排线阻抗、电子控制阻抗及接触阻抗再加上被测PCB 之阻抗植，所以无法测出被测PCB 内真正的阻抗，以致孔内微小缺陷及线路微小缺口，更是无法被检测出来。适用于完全断线、完全孔断之检查方法。

　　测试精度：断线判定阻抗值为25Ω。

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　　四端子测试ACF 针床转换板方式实现了高精度之测试方法,电流供给回路与电压测定回路完全独立，其排线阻抗与接触阻抗完全忽略，被测PCB 之阻抗值可精密测定出来。

　　测定精度：可达数十毫欧～数百毫欧。被测PCB 孔内微小缺陷及线路微小缺口皆可被检查出来。

　　到目前为止，普遍使用的二端子测试方式是将测试机的排线阻抗、接触阻抗、ACF 内部阻抗同时测定，因此要测得被测PCB 之低阻抗值是相当困难，其原理参考下面电路图：

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　　rL 意指测试机元件阻抗+排线阻抗+探针内部阻抗+接触阻抗
　　rT 指匹配电阻

　　二端子测试时测试机之排线阻抗、探针内部阻抗及接触阻抗同时串联测定，故无法精确测得被测PCB 的低阻抗值。

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　　四端子测试时电流供给回路与电压测定回路是个别独立的（电流供给回路2 端子与电压测定回路2 端子，共计4 端子），由于电压测定计内部阻抗非常高，故电压测定回路中排线阻抗、接触阻抗、ACF 内部阻抗皆可忽略，因此可精确测得被测PCB 之微小阻值。

　　四端子测试ACF 针床构造如下图，电流供给回路与电压测定回路完全独立，1 个测点对应2 个ACF 测试端子。

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　　3、四端子测试ACF 针床的测试方式

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　　上图为四端子测试针床的两种测试方式，方式二比方式一的四端子针床点数多出30-35%测试点，针床成本提高15%-20%，故测试机容量需注意，方式二比方式一的针床设计时间增加1-2 天。

　　以下为四端子测试ACF 针床的测试端子实物图。

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