PCB测试工艺及技术方法详解模板.docx
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PCB测试工艺及技术方法详解模板
PCB测试工艺及技术方法
详解模板
少一些普通工艺冋题
ByCraigPynn
欢迎来到工艺缺陷诊所。
这里所描述的每个缺陷都将覆盖特
殊的缺陷类型，将存档成为将来参考或培训新员工的一个无价的工艺缺陷指南。
大多数公司现在正在使用表直贴装技术，同时又向球栅阵列（BGA）、芯片规模包装（CSP）和甚至倒装芯片装配迈进。
可是，一些公司还在使用通孔技术。
通孔技术的使用不一定是与成本或经验有关-可能只杲由于该产品不需要小型化。
许多公司继续使用传统的通孔元件，并将继续在混合技术产品上使用这些零件。
本文要看看一些不够普遍的工艺问题。
希望传统元件装配冋题及
其实际解决办法将帮助提供对在今天的制造中什么可能还会出错的洞察。
静电对元件的破坏
从上图，我们使用光学照片与扫描电子显微镜（SEM,scanningelectronmicroscopy）看到在一个硅片表⑥上的
静电击穿。
静电放电，引入到一个引脚，引起元件的工作状态的改
变，导致系统失效。
在实验室对静电放电的模拟也能够显示实时发生在芯片表廂的失效。
如上面的照片所示，静电可能是一个问题,解决办法是一个有效的控制政策。
手腕带是最初最重要的防御。
树枝状晶体增长
树枝状结晶发生在施加的电压与潮
湿和一些可离子化的产品出现时。
电压
总是要在一个电路上，但潮湿含量将取决于应用与环境。
可离子化材料可能来自印刷电路板（PCB）的表⑥,由于装配期间或在空板制造阶段时的不良清洁。
如果要调查这类缺陷，不要接触板或元件。
在失效原因的所有证据毁灭之前，让缺陷拍成照片并进行研究。
污染可能经常来自焊接过程或使用的助焊剂。
另一个可能性是装配期间带来的一般操作污垢。
工业中最普遍的缺陷原因来自助焊剂残留物。
在上面的例子中，失效发生在元件的返修之后。
这个特殊的电话单元是由一个第三方公司使用高活性助焊剂返修的，不象原来制造期间使用的低活性材料。
焊盘破裂
当元件或导线必须作为一个第二阶段装配安装时，一般使用C形焊盘。
例子有，重型元件、线编织或不能满足焊接要求的元件。
在某些情况中，品质人员不知道破裂的原因，以为是PCB腐蚀
问题。
上面的照片是一个设计陷井，不是PCB缺陷。
在焊盘上存在两个破裂，但只有一个需要防止焊接而且一般防止焊接过程的方向。
锡球
助控制该冋题，她必须减少其公司使用
锡球是对于任何引入免洗技术的工程师的一个问题。
为了帮
的不同电路板供应商的数量。
经过这样,她将减少使用在其板上的不同阻焊类型,并帮助孤立主要冋题■阻焊层。
锡球可能由许多装配期间的工艺冋题引起，但如果阻焊层不让锡球粘住，该冋题就解决了。
如果阻焊类型不允许锡球粘住表廂，那么这就为工程师打开工艺窗口。
锡球
的最常见的原因是在波峰表面上从助焊剂产生的排气，当板从波峰处理时，焊锡从锡锅的表廁弹出。
1C座的熔焊点
集成电路（ic）引脚之间的焊锡短路r过程冋题太高的结果。
这种问题可能来自无钱工艺，必须为将来的工艺装配考虑。
在座的引脚和/或IC引脚上使用锡/铅端子，增加了短路的可能性。
零件简直己经熔合在一起。
问题会变得更差，如果改变接触表面上的锡/铅厚度。
如果我们全部使用无铅，在引脚和座的引脚上的可熔合涂层将出现少，冋题能够避免。
该冋题也能够经过不预压IC来避免。
焊点失效
单面焊接点的可靠性是决定于焊锡数量.孔对引脚的比率和焊盘的尺寸。
上面的例子显示一个失效的焊点，相对
该例中的孔对引脚比率大，造成焊点强度弱。
随着从引脚到孔边的距离增加，横截廂上焊接点的厚度减少。
如果有任何机械应力施加于焊接点，或者如果焊接点暴露于温度循环中，其结果将类似于所显示的例子。
是的,你能够增加更多焊锡，但这只会延长寿命-不会消除问题。
这类失效也可能由于对已经脆弱的焊接点的不当
处理而发生。
不完整焊接圆角
上面的照片显示一个单面板上的不完整焊接圆角的一个例子。
这个缺陷的发生，由于许多理由。
不完整的焊接圆角由不当的孔与引脚的比率.陡艄的传送带角度、过高的波峰温度和焊盘边缘上的污染所引起。
照片显示不当的孔与引脚比率的一个清楚的例子，这使得该联系的大量焊接很难达到。
引脚对孔的比率的设计规则杲引脚尺寸加上至少0.010“（0.25mm）。
加上0.015n（0.38mm）的孔在焊接期间还可得到满意的焊点。
—个经常忘记的冋题杲，随着引脚对孔的比率增加，焊接点的尺寸减少，这正影响焊点的强度和可靠性。
上面的例子也显示铜焊盘上的去毛刺。
在钻孔或冲孔期间，板廂上的铜已经在某些区域倾斜，使得焊接困难。
如果松香从或者基板或者基板与铜焊盘之间的结合点上涂在焊盘边缘上。
测试方法入门
ByBrianTolenoandGregParks
本文介绍，在你的设施内已经有稳定的、容易跟随的、可重复性的测试方法吗？
如果没有,问题可能就在前⑥。
试想这种情形：
你的品质保证（QA,qualityassurance）经理打电话给你：
”我们有一个冋题，需要你来这里马上处理。
”
当你到达现场，QA经理给你看刚从生产线上来的一块电路板,上面长有一些”白色的浮渣”。
这是什么？
如果有，多少白色浮渣应该允许？
现存的白色浮渣应该怎样测量？
为了回答这些冋题，你需要一个方法对研究中的白色浮渣进行测量。
这个方法应该帮助你找出证据和有多少白渣存在。
开始测量方法（TM,testmethod）
什么是测量方法？
对过程控制、品质保证和失效分析很重要的，测试方法是概括用于获得有关测试主体，如板、元件.焊锡与助焊剂，数据的方法的详细程序。
这些方法应该以这样一种方式写下，以便它们容易跟随和能够再现。
一个测试方法（TM）应该是可重复的，以便在各种时间从不同测试所产生的结果能够相互比较。
—个跟随困难和/或不够详细的测试方法可能引起冋题。
例如，如果一个测试方法是写给己装配的电路板的清洁度测试的，经过测量浸出溶液（extractsolution）的导电率，但没有规定进行浸出的温度,这样可能得到错误的结果。
可能开头例子中的白色浮渣是一个清洁度的冋题。
为了找出原因，你在内部测试一块板，并送出一块同样的板给一个独立实验室测试。
两个设施都进行一项清洁度测试，经过在酒精/水溶液中浸出板和测量导电率，以氯化钠（NaCl）当量的形式报告结果。
不幸的是，两个设施跟随的测试方法没有规定浸出的温度。
你的实验室在30。
C进行测试，得到1.4Mg/cm2的氯化钠当量；独立实验室在40°C进行测试，得到2.0Mg/cm2的氯化钠当量。
因为你的标准（测试标准）对这个测试定义1.56Mg/cm2的氯化钠当量的污染水平为失效，因此从你的实验室出来的板标记为经过，而从独立实验室出来的板标记为失效，即使它们应该给出同样的结果！
现在,双方度必须重复测试，每个都以相同的浸出温度来进行测试。
如果测试方法正确地写下，所有测试参数都定义，包括进行浸出时的温度，那么这个问题能够避免。
本例杲重点说明突出的冋题。
遗漏，或不好好定义较细小的事项也可能给未来的使用者带来问题。
测试方法不应该与标准（失效标准）混淆。
反过来也一样。
测试方法与标准应该具有协同的关系。
标准能够引出一个测试方法,有时甚至可能讨论测试方法的一些细节。
理想地，测试方法不应该定义一个标准，以便它可由一个更大的用户群使用。
如果一个公司制造的产品用于要求性能很关键的场合，如生命支持器具，而另一家公司生产的产品用于”一次性”的电子设备，每个公司可能有不同的接收标准。
如果哪家公司的测试方法含有接收标准，那么另一家公司使用这些标准时就有问题。
当测试方法不含有标准时，每个实验室都可应用自己一套接收标准，使用相同的测试方法。
当接收标准与测试方法分开时，测试方法的可应用性增加了。
如果接收标准被包括在一套出版的测试方法内，而不杲分开的，实验室可产生其自己的测试方法，每一个都有些不同，并包含其自己的接收标准。
这种情况会限制公司之间、测试实验室与顾客之间的有关产品品质的通信数量与清晰度。
为什么需要测试方法？
测试方法的需要有许多理由。
一个主要的应用是过程控制
（processcontrol）和品质保证。
对过程控制有一个测试方法，可保证对监测过程所收集的数据每一次都杲以相同的方法产生的。
另外,有一个测试方法可允许相同的测试在许多不同的地方进行，保证从每个设施得出的数据都是能够与其它设施所产生的数据比较的。
那么各种测试设施可说同一种语言。
这个方廂同样是重要的，当测试方法的应用杲用来区分或给予资格供应商。
供应商能够参照一个众所周知的测试方法，在描述其产品的数据表上报告结果。
然后—个潜在的客户能够对来自其它供应商的材料进行的相同测试，比较在材料数据表中记录的每个数据的结果。
可能在幵头例子中的白色浮渣杲与助焊剂有关的。
因此，现在你不得不决定今后使用谁的助焊剂。
助焊剂必须具有低于3%的固体含量。
你以前的供应商和你的公司已经同意使用IPC标准TM-6502.3.34来决定固体含量。
你接触两个新的供应商,A和B,要求她们同样的信息，使用相同的测试方法。
供应商A报告其助焊剂含有2.6%的固体，供应商B报告3.9%的固体含量。
因为这两个供应商进行与原来供应商相同的测试方法，因此三个值能够相互比较。
在这个信息的基础上，你的公司开始对使用哪个助焊剂供应商作出有知识的选择。
测试方法如何应用？
测试方法杲标准与接收准则的应用与监测的重要工具。
这些标准和测试准则用于各种情况。
正如所讨论的，这些标准，和与之—起使用的测试方法，可用来给予资格新的材料供应商。
另一个重要的应用是在过程控制之中。
再一次，提供接收标准，相应的测试方法用来监测被测试来跟踪过程的参数。
只要测试方法是以持续的方式应用，从测试产生的数据可用来监测过程。
在这个例子，和—个与标准和接收准则有关的测试方法的任何其它应用中，测试方法和标准必须设计成相互适应。
如果发布一个标准或者一个特殊的接收准则，那么跟随这个与标准对应的特殊测试方法是重要的。
如果给出一个标准，为该标准产生数据的测试方法改变了，那么标准是无效的。
回到开头的例子，你己经最终跟踪这个冋题到你正在使用的助焊剂中的一个污染。
现在，你需要决定就表⑥绝缘电阻率而言，是否新的助焊剂将满足你的规格。
你决定一个标准，在85%HR/85°C条件下在七天之后大于4.00x1090。
这个标准是使用一个0.4mm的线和0.5mm的间隔的测试梳状电路来决定的。
当测试新的助焊剂时，得到3.00x109Q的表⑥绝缘电阻值。
当测试更仔细地考查时，使用了0.5mm的线和0.4mm的间距的板，它使试验无效。
试验又使用正确的测试板和前⑥经过的助焊剂进行。
使用已经发布的标准和测试方法如其所写一样是明智的。
虽然个别公司应该设计其自己的测试方法，但她们也应该开发与这些试验方法相应的标准。
事实上，当开发新产品和工艺时，开发内部标准和测试方法来帮助认定这些新产品和工艺的合格性是有益的。
结论
测试方法杲电子材料制造的一个重要方⑥。
己经发布的方法和相应标准的可用性允许更好的过程控制（processcontrol闲品质保证（qualityassurance）o号外，这些测试方法在失效分析和新产品与材料的研究开发中是有用的工具。
测试方法的广泛的使用性允许在电子材料制造行业更好的信息沟通。
怎样能够获得测试方法和标准？
试验方法与标准经常能够从互联网上订购或下载。
一些发布测试方法和标准的组织包括：
美国国家标准协会（ANSI,AmericanNationalStandardsInstitute）,网址：
web.ansi.org;11West42ndSt.NewYork,NY10036;（212）642-4900・
国际电工委员会（IEC,InternationalElectrotechnicalCommission）,网址:
http:
//www.iec.cli/;3,ruedeVarembe,P.O.Box131,CH-1211GENEVA20,Switzerland;+41229180211.
美国电子工业协会（IPC,AssociationConnectingElectronicsIndustries）,网址:
http:
//www.ipc.org/;2215SandersRd.,Northbrook,IL60062-6135;（847）509-9700.
三维锡膏检查
ByRobertKelleyandDavidClark
本文介绍，随着表廁可贴装先逬封装的几何形状的减小，而产品包装密度的增加，与锡膏有关的冋题作为缺陷的主要来源继续处在许多制造商的问题清单的最前面，而且混合着这样一个事实，即这些新元件的返工越来越难和昂贵。
可是，综合的、三维（3・D）锡膏检查能够帮助消除锡膏缺陷和降低返工成本。
当人们想像自动光学或者表面贴装检查的时候，她们首先想到的经常是在SMT线尾部的检查。
想像的是一部机器，能够检查焊点内的缺陷、误放或丢失的元件.元件值的错误、和其它各种能够在最终产品中了结的工艺冋题。
这种类型的检查能够防止缺陷性产品走出工厂，可是对改进产品质量的作用很小。
一个更有效的方法是防止这些缺陷首先发生。
1
物体的形状
锡膏工艺还是SMT的脊椎骨。
如果锡点机械上失效，那么产品最可能将在不久的未来完全失效。
一个锡点强度的最可靠预报值之一就是其形状。
焊点的正确形状，即弯液面（meniscus）,—般保证强度和应力释放的足够
的横截廂积。
焊点形状的最好预测值之一是锡膏的量。
如果焊盘上太少锡膏，那么它最可能将造成一个薄弱的焊点。
另一方面，太多锡膏可能导致成形差的焊点和短路。
焊点检查的在线（inline）工艺控制是经过将检查工具放在缺陷最经常发生的地方来完成的。
两个最常见的应用是锡膏检查和元件贴装检查。
在这些位置的适当的检查机器可提供各种好处。
在线工艺控制
首先，经过在一般发生的地方查找缺陷，在线检查可更容易地、以较低成本在回流炉阶段完成之前处理返工冋题。
例如，丝印（screen）差的锡膏能够从印刷电路板（PCB）上洗卓板重新印刷。
在线锡膏检查系统能够发现的其它常见缺陷包括桥接、锡膏不足或过多、和锡膏位置不正（图一和二）。
在回流之前,误放或丢失元件也容易地纠正。
在回流焊接之后，纠正这种缺陷危及损坏板或元件。
在回流之后指出一个缺陷的真正原因杲困难的。
最常报告的线尾（endofline）装配缺陷是锡桥。
虽然桥接经常是由于过量锡膏，但在回流之后很难肯定这个判断，因为其它因素如元件引脚或贴装可能出错。
使用在程（注process）锡膏检查能够消除焊锡缺陷作为冋题的一个来源，并帮助澄清工艺中问题的其余原因。
经过从过程中消除锡膏缺陷，问题的其余原因能够暴露和发现。
过程控制（process-control）数据。
这种数据提供给SMT装配工艺一个有价值的窗□。
信息不但包括从每块在建（built）板上的缺陷，而且它”看到”正常工艺变量和识别缺陷的原因。
X轴R图表杲经常推荐作为一个在锡膏印刷过程中查找异常变化的好方法。
（图三）第三，提供在线过程控制的检查工具能够用于加速过程的调整和帮助减少产品介入周期。
SMT工艺的前沿（leadingedge）不断变化，随着材料、元件和装配方法的引入，以减少成本和改进产品性能。
因此，当装配工艺变化时，应该重新认证和检定，以保证高效率。
在许多情况中，能够对现有的生产方法进行工艺硏究，着眼于进一步改进效率。
有了来自监测关键工艺步骤的在线检查工具的可靠数据，这种工程工作可更容易地进行。
重点放在变量
锡膏检查一般把重点放在那些是焊点质量的最佳预测值的变量上廂：
锡膏的量、高度、廂积、位置和杲否锡膏弄脏。
为了精确测量锡膏的体积和高度，要求某种类型的3-D传感器。
启一个要求是，该工具不但完成经过/失效的检查，而且进行测量。
反过来,测量应该满足精度与可重复性的要求，以使得该检查系统可胜任测量工艺。
一个没有所要求精度的系统可能影响产品品质。
使用不够稳定性、可重复性和精度的工具进行任何检查都将不是有效的,最可能将引起延误和减少产量。
更小的封装与间距
表⑥贴装元件（SMD）的两个发展也推动对锡膏检查的需求。
元件尺寸。
只有在最近几年内0402和0201无源（passive）元件的引入才在新设计中变得普遍起来。
可是，随着其不断增长的应用,出现冋题的机会继续增加。
每一个尺寸减少都意味着必须正确地使用甚至更少的锡膏沉积（deposit）,在剩下的装配与运输期间将零件固定在板上。
芯片规模的封装技术（CSP,chipscalepackage）oCSP是阵列类型的（aixay-type）元件，即其锡点是位于封装的下面，使得检查更加困难。
因此，检查锡膏应用工艺步骤更为容易，以保证最终产品具有所要求的品质特征。
另外，CSP比其相应的高引脚数的元件更小。
因此,焊盘尺寸更小，引脚间距更紧。
由于这些原因,CSP已经是有关其在表廂贴装应用中可靠性的几个研究的目标。
它们再次肯定焊接点的可靠性是关键的，如果产品要满足与QFP（quadflatpack）和球栅阵列（BGA）封装有关的可靠性。
这意味着对先进封装的锡膏印刷是更加困难的。
模板（stencil）上的更小开孔意味着用来将元件附着到PCB的每个孔的锡膏量越少。
而且随着间距和焊盘尺寸的缩小，开孔的⑥积减少比其孔壁廁积快得多。
这增加了在印刷期间锡膏黏附到模板而不干净地释放到板上的倾向。
监测锡膏印刷工艺过程也变得更加困难，由于沉积的尺寸减少加上其在PCB上的数量增加。
返工成本
证明任何的在线检查工具的经过方法是佶计有和没有这个能力时的生产成本。
除了检查系统外，它包括编程、维护的成本和监测的结果。
它也要求对涉及产生和修理缺陷产品的成本估算。
在较新和较小的封装类型情况中，更紧密的工作区域和更高的精度将要求用于返工，返工经常必须在更脆弱的板和元件上进行。
结果,在某些产品的情况中，将达到得失平衡的点，可能报废缺陷板更合算，装配号外的而不是企图去返工。
当出现有底部灌充材料的CSP的时候，情况更杲如此。
随着返工变得更加困难和在某些情况不可行，剩下的唯一选择可能是接受增加的成本或改逬第一次经过合格率（FPY,first-passyield）o如果制造商选择后者，只有改进对缺陷最多数量有关的工艺步骤才有意义，即，最常见的是，锡膏印刷工艺2O当相同的冋题在下个工艺步骤之前发生时，纠正的成本一般能够减少10倍或更多3。
可靠性
可靠性杲所有产品的一个重要考虑，但对医疗、汽车、手提通信和便携式计算机，可靠性有全新的重要性。
许多这类产品必须可靠地工作，甚至当遭受到温度极端或机械冲击和振动时。
因此焊接点的完整性无疑是窄小系统的重要考虑。
虽然CSP和0201最终将在各种产品中找到其位置，但它们最近的使用将杲手提通信和便携计算产品，其中更小的尺寸是迫切的。
锡膏的量在所有焊接点的可靠性中起关键的作用。
最近的研究已经显示，对于CSP,锡膏量（太多或太少）是长期锡点完整性的关键4o—个能够测量锡膏体积的在线锡膏检查系统可用于生产期间跟踪这个参数。
还有，现在的许多检查系统结合使用统计过程控制（SPC,statisticalprocesscontrol）工具,帮助工程师找到工艺趋势,和在生产出不合规格的零件之前采取纠正行动。
结论
对于在今天的SMT制造中一般所见的高生产量，在线锡膏检查可得到有吸引力的收获。
除了较低的返工成本外，一个能够在印刷锡膏的时候检查每块板的系统优势变得重要。
因为锡膏印刷工艺内来难以控制，常见的不但是随机的而且是系统的缺陷，其中许多连续产生缺陷的板可能经过。
在这种情况中，所产生缺陷板的数量可比那些确认为问题发生的板数量大许多倍。
在线锡膏检查提供比其它检查方法多的好处。
这些包括实时分析工艺和模板印刷工序性能的能力。
进一步，SPC可帮助操作员看到其造成缺陷之前在工艺中的趋势。
如果缺陷产生，它们在昂贵
的返工或报废要求之前就被发现。
最后，自动锡膏检查可帮助改进
FPY和减少返工成本。
印刷后的三维检测及检测设备现状
科研处郝宇，第一硏究室李桂云
本文简要论述了焊膏沉积后使用的检测方法，并将二维检测技术与三维检测技术进行了比较，经过比较重点介绍了三维检测技术的优点及各种检测设备的技术性能。
关键词:
三维检测;焊膏沉积;印刷检测设备
随着电子组装的更高密度、更小尺寸、更复杂的PCB混合技术的纵深发展，使得用肉眼对印刷后的质量进行检测己成为历史。
尽管工艺设备更加先进，仍强调要对PCB的质量严格把关，因为在电子组装过程中产生的缺陷中有70%的缺陷源自焊膏印刷工艺,在沉积较细间距的元件时更是如此。
另外，在沉积焊膏过程中产生的漏印、焊料过多或过少等缺陷会给随后的工序（元件贴装）带来桥接、短路和墓碑现象，使最终生产出来的产品的质量和可靠性得不到保证。
为此，人们越来越重视印刷后的焊膏检测。
当前，表⑥组装检测设备制造厂家提供了几种不同的印刷后检测方法及各种不同的焊膏沉积检测设备，从价格相当低廉的手工、脱机检测设备到100000美元的高档、高速在线检测设备。
应在充分了解和权衡比较二维检测设备和三维检测设备之间、脱机检测设备和在线检测设各之间、样品检测和整块板子检测之间的利弊后，为你自己的组装生产线选择适用的焊膏检测设备。
1检测使成本上升
电子行业专家们一致认为焊接缺陷是由焊膏印刷不良造成的。
因此，提高印刷质量、或减少进入下一步工序的有缺陷电路板的数量，将有助于提高最终的质量，并经过降低返修量和减少废品率可实现降低成本的目的。
1・1尽早发现缺陷
经对在线测试阶段所检测的有缺陷的电路板的返修或报废品所带来的成本进行了大概统计，发现控制印刷工艺翁给焊膏印刷带来很多显著的优点。
任何一种缺陷都会消耗资金，而印刷后检测只能帮助减少缺陷数量，并不能彻底消除缺陷。
可是，事实上在电路板成本没有增加之前，在加工过程中进行检测，以求得尽早识别缺陷,的确能够降低由缺陷所带来的额外成本，提高一次性检验合格率对基础生产线起到很大作用。
清洗电路板以便再利用要比返修或重新测试的成本低得多。
在印刷后对缺陷进行修复的成本估计为0.45美元在在线测试后修复同样缺陷的成本近似30美元。
不考虑美元比价，这种关系仍保持不变。
因此，在加工过程中尽早发现缺陷不是什么麻烦事，而是节约成本的一个良好契机。
12提高可靠性
在印刷工艺中附加检测工序可提高组装后电路板的可靠性，原因有两个:
首先，检测减少了返修量，另外;返修后的焊点易于损坏,而且比合格的焊点更易破裂。
其次，焊膏量不足也有可能形成易破裂的焊点，虽然当时能够经过在线测试，可杲以后也合断裂。
有这两种问题的电路板虽都能经过最后的测试，却容易在运行时发生故障。
成品中存在的这些问题会使用户不满意或使保修费很高。
13必要的检测
由于更密的引线间距、更小的球栅阵列焊球和更精确的印刷间隙的要求，使更多的PCB组装厂家在组装工艺中增加了焊膏检测工序。
而在一些合同组装厂，是根据用户的要求才增设检测步骤。
根据技术要求，而必须实施焊膏检测时，那么下一步就是确定哪
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