PCB測試工藝技術(shù)
By Craig Pynn
　　歡迎來到工藝缺陷診所。這里所描述的每個缺陷都將覆蓋特殊的缺陷類型，將存檔成為將來參考或培訓(xùn)新員工的一個無價的工藝缺陷指南。
　　大多數(shù)公司現(xiàn)在正在使用表面貼裝技術(shù)，同時又向球柵陣列(BGA)、芯片規(guī)模包裝(CSP)和甚至倒裝芯片裝配邁進。但是，一些公司還在使用通孔技術(shù)。通孔技術(shù)的使用不一定是與成本或經(jīng)驗有關(guān) - 可能只是由于該產(chǎn)品不需要小型化。許多公司繼續(xù)使用傳統(tǒng)的通孔元件，并將繼續(xù)在混合技術(shù)產(chǎn)品上使用這些零件。本文要看看一些不夠普遍的工藝問題。希望傳統(tǒng)元件裝配問題及其實際解決辦法將幫助提供對在今天的制造中什么可能還會出錯的洞察。

靜電對元件的破壞
從上圖，我們使用光學(xué)照片與掃描電子顯微鏡(SEM, scanning electron microscopy)看到在一個硅片表面上的靜電擊穿。靜電放電，引入到一個引腳，引起元件的工作狀態(tài)的改變，導(dǎo)致系統(tǒng)失效。在實驗室對靜電放電的模擬也能夠顯示實時發(fā)生在芯片表面的失效。如上面的照片所示，靜電可能是一個問題，解決辦法是一個有效的控制政策。手腕帶是最初最重要的防御。

樹枝狀晶體增長
　　樹枝狀結(jié)晶發(fā)生在施加的電壓與潮濕和一些可離子化的產(chǎn)品出現(xiàn)時。電壓總是要在一個電路上，但潮濕含量將取決于應(yīng)用與環(huán)境?？呻x子化材料可能來自印刷電路板(PCB)的表面，由于裝配期間或在空板制造階段時的不良清潔。
　　如果要調(diào)查這類缺陷，不要接觸板或元件。在失效原因的所有證據(jù)毀滅之前，讓缺陷拍成照片并進行研究。污染可能經(jīng)常來自焊接過程或使用的助焊劑。另一個可能性是裝配期間帶來的一般操作污垢。 工業(yè)中最普遍的缺陷原因來自助焊劑殘留物。
　　在上面的例子中，失效發(fā)生在元件的返修之后。這個特殊的電話單元是由一個第三方公司使用高活性助焊劑返修的，不象原來制造期間使用的低活性材料。

焊盤破裂
　　當元件或?qū)Ь€必須作為一個第二階段裝配安裝時，通常使用 C 形焊盤。例子有，重型元件、線編織或不能滿足焊接要求的元件。在某些情況中，品質(zhì)人員不知道破裂的原因，以為是PCB腐蝕問題。
　　上面的照片是一個設(shè)計陷井，不是PCB缺陷。在焊盤上存在兩個破裂，但只有一個需要防止焊接并且通常防止焊接過程的方向。

錫球
　　錫球是對于任何引入免洗技術(shù)的工程師的一個問題。為了幫助控制該問題，他必須減少其公司使用的不同電路板供應(yīng)商的數(shù)量。通過這樣，他將減少使用在其板上的不同阻焊類型，并幫助孤立主要問題 - 阻焊層。
　　錫球可能由許多裝配期間的工藝問題引起，但如果阻焊層不讓錫球粘住，該問題就解決了。如果阻焊類型不允許錫球粘住表面，那么這就為工程師打開工藝窗口。錫球的最常見的原因是在波峰表面上從助焊劑產(chǎn)生的排氣，當板從波峰處理時，焊錫從錫鍋的表面彈出。

IC座的熔焊點
　　集成電路(IC)引腳之間的焊錫短路不是那么常見，但會發(fā)生。一般短路是過程問題太高的結(jié)果。這種問題可能來自無錢工藝，必須為將來的工藝裝配考慮。
　　在座的引腳和/或IC引腳上使用錫/鉛端子，增加了短路的可能性。零件簡直已經(jīng)熔合在一起。問題會變得更差，如果改變接觸表面上的錫/鉛厚度。如果我們?nèi)渴褂脽o鉛，在引腳和座的引腳上的可熔合涂層將出現(xiàn)少，問題可以避免。該問題也可以通過不預(yù)壓IC來避免。

焊點失效
　　單面焊接點的可靠性是決定于焊錫數(shù)量、孔對引腳的比率和焊盤的尺寸。上面的例子顯示一個失效的焊點，相對小的焊點橫截面。
　　該例中的孔對引腳比率大，造成焊點強度弱。隨著從引腳到孔邊的距離增加，橫截面上焊接點的厚度減少。如果有任何機械應(yīng)力施加于焊接點，或者如果焊接點暴露于溫度循環(huán)中，其結(jié)果將類似于所顯示的例子。是的，你可以增加更多焊錫，但這只會延長壽命 - 不會消除問題。這類失效也可能由于對已經(jīng)脆弱的焊接點的不當處理而發(fā)生。

不完整焊接圓角
　　上面的照片顯示一個單面板上的不完整焊接圓角的一個例子。這個缺陷的發(fā)生，由于許多理由。不完整的焊接圓角由不當?shù)目着c引腳的比率、陡峭的傳送帶角度、過高的波峰溫度和焊盤邊緣上的污染所引起。照片顯示不當?shù)目着c引腳比率的一個清楚的例子，這使得該聯(lián)系的大量焊接很難達到。引腳對孔的比率的設(shè)計規(guī)則是引腳尺寸加上至少0.010"(0.25mm)。加上0.015"(0.38mm)的孔在焊接期間還可得到滿意的焊點。一個經(jīng)常忘記的問題是，隨著引腳對孔的比率增加，焊接點的尺寸減少，這正影響焊點的強度和可靠性。
　　上面的例子也顯示銅焊盤上的去毛刺。在鉆孔或沖孔期間，板面上的銅已經(jīng)在某些區(qū)域傾斜，使得焊接困難。如果松香從或者基板或者基板與銅焊盤之間的結(jié)合點上涂在焊盤邊緣上。
測試方法入門

By Brian Toleno and Greg Parks
　　本文介紹，在你的設(shè)施內(nèi)已經(jīng)有穩(wěn)定的、容易跟隨的、可重復(fù)性的測試方法嗎？如果沒有，問題可能就在前面。
試想這種情形：你的品質(zhì)保證(QA, quality assurance)經(jīng)理打電話給你：“我們有一個問題，需要你來這里馬上處理。”
　　當你到達現(xiàn)場，QA經(jīng)理給你看剛從生產(chǎn)線上來的一塊電路板，上面長有一些“白色的浮渣”。這是什么？如果有，多少白色浮渣應(yīng)該允許？現(xiàn)存的白色浮渣應(yīng)該怎樣測量？
　　為了回答這些問題，你需要一個方法對研究中的白色浮渣進行測量。這個方法應(yīng)該幫助你找出證據(jù)和有多少白渣存在。

開始測量方法(TM, test method)
　　什么是測量方法？對過程控制、品質(zhì)保證和失效分析很重要的，測試方法是概括用于獲得有關(guān)測試主體，如板、元件、焊錫與助焊劑，數(shù)據(jù)的方法的詳細程序。這些方法應(yīng)該以這樣一種方式寫下，以便它們?nèi)菀赘S和可以再現(xiàn)。一個測試方法(TM)應(yīng)該是可重復(fù)的，以便在各種時間從不同測試所產(chǎn)生的結(jié)果可以相互比較。一個跟隨困難和/或不夠詳細的測試方法可能引起問題。例如，如果一個測試方法是寫給已裝配的電路板的清潔度測試的，通過測量浸出溶液(extract solution)的導(dǎo)電率，但沒有規(guī)定進行浸出的溫度，這樣可能得到錯誤的結(jié)果。
　　也許開頭例子中的白色浮渣是一個清潔度的問題。為了找出原因，你在內(nèi)部測試一塊板，并送出一塊同樣的板給一個獨立實驗室測試。兩個設(shè)施都進行一項清潔度測試，通過在酒精/水溶液中浸出板和測量導(dǎo)電率，以氯化鈉(NaCl)當量的形式報告結(jié)果。
　　不幸的是，兩個設(shè)施跟隨的測試方法沒有規(guī)定浸出的溫度。你的實驗室在30°C進行測試，得到1.4µg/cm2的氯化鈉當量；獨立實驗室在40°C進行測試，得到2.0µg/cm2的氯化鈉當量。因為你的標準(測試標準)對這個測試定義1.56µg/cm2的氯化鈉當量的污染水平為失效，所以從你的實驗室出來的板標記為通過，而從獨立實驗室出來的板標記為失效，即使它們應(yīng)該給出同樣的結(jié)果！現(xiàn)在，雙方度必須重復(fù)測試，每個都以相同的浸出溫度來進行測試。
　　如果測試方法正確地寫下，所有測試參數(shù)都定義，包括進行浸出時的溫度，那么這個問題可以避免。本例是重點說明突出的問題。遺漏，或不好好定義較細小的事項也可能給未來的使用者帶來問題。
　　測試方法不應(yīng)該與標準(失效標準)混淆。反過來也一樣。測試方法與標準應(yīng)該具有協(xié)同的關(guān)系。標準可以引出一個測試方法，有時甚至可能討論測試方法的一些細節(jié)。理想地，測試方法不應(yīng)該定義一個標準，以便它可由一個更大的用戶群使用。如果一個公司制造的產(chǎn)品用于要求性能很關(guān)鍵的場合，如生命支持器具，而另一家公司生產(chǎn)的產(chǎn)品用于“一次性”的電子設(shè)備，每個公司可能有不同的接收標準。如果哪家公司的測試方法含有接收標準，那么另一家公司使用這些標準時就有問題。當測試方法不含有標準時，每個實驗室都可應(yīng)用自己一套接收標準，使用相同的測試方法。當接收標準與測試方法分開時，測試方法的可應(yīng)用性增加了。如果接收標準被包括在一套出版的測試方法內(nèi)，而不是分開的，實驗室可產(chǎn)生其自己的測試方法，每一個都有些不同，并包含其自己的接收標準。這種情況會限制公司之間、測試實驗室與顧客之間的有關(guān)產(chǎn)品品質(zhì)的通信數(shù)量與清晰度。

為什么需要測試方法？
　　測試方法的需要有許多理由。一個主要的應(yīng)用是過程控制(process control)和品質(zhì)保證。對過程控制有一個測試方法，可保證對監(jiān)測過程所收集的數(shù)據(jù)每一次都是以相同的方法產(chǎn)生的。另外，有一個測試方法可允許相同的測試在許多不同的地方進行，保證從每個設(shè)施得出的數(shù)據(jù)都是可以與其它設(shè)施所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)比較的。那么各種測試設(shè)施可說同一種語言。這個方面同樣是重要的，當測試方法的應(yīng)用是用來區(qū)分或給予資格供應(yīng)商。供應(yīng)商可以參照一個眾所周知的測試方法，在描述其產(chǎn)品的數(shù)據(jù)表上報告結(jié)果。然后一個潛在的客戶可以對來自其它供應(yīng)商的材料進行的相同測試，比較在材料數(shù)據(jù)表中記錄的每個數(shù)據(jù)的結(jié)果。
　　也許在開頭例子中的白色浮渣是與助焊劑有關(guān)的。因此，現(xiàn)在你不得不決定今后使用誰的助焊劑。助焊劑必須具有低于3%的固體含量。你以前的供應(yīng)商和你的公司已經(jīng)同意使用IPC標準TM-650 2.3.34來決定固體含量。你接觸兩個新的供應(yīng)商，A和B，要求他們同樣的信息，使用相同的測試方法。供應(yīng)商A報告其助焊劑含有2.6%的固體，供應(yīng)商B 報告3.9%的固體含量。因為這兩個供應(yīng)商進行與原來供應(yīng)商相同的測試方法，所以三個值可以相互比較。在這個信息的基礎(chǔ)上，你的公司開始對使用哪個助焊劑供應(yīng)商作出有知識的選擇。

測試方法如何應(yīng)用？
　　測試方法是標準與接收準則的應(yīng)用與監(jiān)測的重要工具。這些標準和測試準則用于各種情況。正如所討論的，這些標準，和與之一起使用的測試方法，可用來給予資格新的材料供應(yīng)商。另一個重要的應(yīng)用是在過程控制之中。再一次，提供接收標準，相應(yīng)的測試方法用來監(jiān)測被測試來跟蹤過程的參數(shù)。只要測試方法是以持續(xù)的方式應(yīng)用，從測試產(chǎn)生的數(shù)據(jù)可用來監(jiān)測過程。在這個例子，和一個與標準和接收準則有關(guān)的測試方法的任何其它應(yīng)用中，測試方法和標準必須設(shè)計成相互適應(yīng)。如果發(fā)布一個標準或者一個特殊的接收準則，那么跟隨這個與標準對應(yīng)的特殊測試方法是重要的。如果給出一個標準，為該標準產(chǎn)生數(shù)據(jù)的測試方法改變了，那么標準是無效的。
　　回到開頭的例子，你已經(jīng)最終跟蹤這個問題到你正在使用的助焊劑中的一個污染?，F(xiàn)在，你需要決定就表面絕緣電阻率而言，是否新的助焊劑將滿足你的規(guī)格。你決定一個標準，在85%HR/85°C條件下在七天之后大于4.00 x 109Ω。這個標準是使用一個0.4mm的線和0.5mm的間隔的測試梳狀電路來決定的。當測試新的助焊劑時，得到3.00 x 109Ω的表面絕緣電阻值。當測試更仔細地考查時，使用了0.5mm的線和0.4mm的間距的板，它使試驗無效。試驗又使用正確的測試板和前面通過的助焊劑進行。
　　使用已經(jīng)發(fā)布的標準和測試方法如其所寫一樣是明智的。雖然個別公司應(yīng)該設(shè)計其自己的測試方法，但他們也應(yīng)該開發(fā)與這些試驗方法相應(yīng)的標準。事實上，當開發(fā)新產(chǎn)品和工藝時，開發(fā)內(nèi)部標準和測試方法來幫助認定這些新產(chǎn)品和工藝的合格性是有益的。

結(jié)論
　　測試方法是電子材料制造的一個重要方面。已經(jīng)發(fā)布的方法和相應(yīng)標準的可用性允許更好的過程控制(process control)和品質(zhì)保證(quality assurance)。另外，這些測試方法在失效分析和新產(chǎn)品與材料的研究開發(fā)中是有用的工具。測試方法的廣泛的使用性允許在電子材料制造行業(yè)更好的信息溝通。
怎樣可以獲得測試方法和標準？
　　試驗方法與標準經(jīng)?？梢詮幕ヂ?lián)網(wǎng)上訂購或下載。一些發(fā)布測試方法和標準的組織包括：
美國國家標準協(xié)會(ANSI, American National Standards Institute)，網(wǎng)址：web.ansi.org; 11 West 42nd St. New York, NY 10036; (212) 642-4900.
美國測試與材料協(xié)會(ASTM, American Society of Testing and Materials)，網(wǎng)址：http://www.astm.org/; 100 Barr Garbor Dr., West Conshohocken, PA 19428-2959; (610) 832-9585.
美國電子工業(yè)聯(lián)會(EIA, Electronic Industries Alliance), 網(wǎng)址： http://www.eia.org/; 2500 Wilson Blvd., Arlington, VA 22201-3834; (703) 907-7500.
國際電工委員會(IEC, International Electrotechnical Commission), 網(wǎng)址： http://www.iec.ch/; 3, rue de Varembe, P.O. Box 131, CH-1211 GENEVA 20, Switzerland; +41 22 918 02 11.
美國電子工業(yè)協(xié)會(IPC, Association Connecting Electronics Industries), 網(wǎng)址：http://www.ipc.org/; 2215 Sanders Rd., Northbrook, IL 60062-6135; (847) 509-9700.

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