PCB測(cè)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(gè)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(gè)無價(jià)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(shí)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(jìn)。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(yàn)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(shí)際解決辦法將幫助提供對(duì)在今天的制造中什么可能還會(huì)出錯(cuò)的洞察。

靜電對(duì)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(gè)硅片表面上的靜電擊穿。靜電放電，引入到一個(gè)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(shí)驗(yàn)室對(duì)靜電放電的模擬也能夠顯示實(shí)時(shí)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(gè)問題，解決辦法是一個(gè)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(zhǎng)
　　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(shí)。電壓總是要在一個(gè)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(shí)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(jìn)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(gè)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(gè)特殊的電話單元是由一個(gè)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(dāng)元件或?qū)Ь€必須作為一個(gè)第二階段裝配安裝時(shí)，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(gè)設(shè)計(jì)陷井，不是PCB缺陷。在焊盤上存在兩個(gè)破裂，但只有一個(gè)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(duì)于任何引入免洗技術(shù)的工程師的一個(gè)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(dāng)板從波峰處理時(shí)，焊錫從錫鍋的表面彈出。

IC座的熔焊點(diǎn)
　　集成電路(IC)引腳之間的焊錫短路不是那么常見，但會(huì)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(jiǎn)直已經(jīng)熔合在一起。問題會(huì)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(diǎn)失效
　　單面焊接點(diǎn)的可靠性是決定于焊錫數(shù)量、孔對(duì)引腳的比率和焊盤的尺寸。上面的例子顯示一個(gè)失效的焊點(diǎn)，相對(duì)小的焊點(diǎn)橫截面。
　　該例中的孔對(duì)引腳比率大，造成焊點(diǎn)強(qiáng)度弱。隨著從引腳到孔邊的距離增加，橫截面上焊接點(diǎn)的厚度減少。如果有任何機(jī)械應(yīng)力施加于焊接點(diǎn)，或者如果焊接點(diǎn)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(huì)延長(zhǎng)壽命 - 不會(huì)消除問題。這類失效也可能由于對(duì)已經(jīng)脆弱的焊接點(diǎn)的不當(dāng)處理而發(fā)生。

不完整焊接圓角
　　上面的照片顯示一個(gè)單面板上的不完整焊接圓角的一個(gè)例子。這個(gè)缺陷的發(fā)生，由于許多理由。不完整的焊接圓角由不當(dāng)?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(dāng)?shù)目着c引腳比率的一個(gè)清楚的例子，這使得該聯(lián)系的大量焊接很難達(dá)到。引腳對(duì)孔的比率的設(shè)計(jì)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(diǎn)。一個(gè)經(jīng)常忘記的問題是，隨著引腳對(duì)孔的比率增加，焊接點(diǎn)的尺寸減少，這正影響焊點(diǎn)的強(qiáng)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(diǎn)上涂在焊盤邊緣上。
測(cè)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(cè)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(gè)問題，需要你來這里馬上處理。”
　　當(dāng)你到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，QA經(jīng)理給你看剛從生產(chǎn)線上來的一塊電路板，上面長(zhǎng)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(cè)量？
　　為了回答這些問題，你需要一個(gè)方法對(duì)研究中的白色浮渣進(jìn)行測(cè)量。這個(gè)方法應(yīng)該幫助你找出證據(jù)和有多少白渣存在。

開始測(cè)量方法(TM, test method)
　　什么是測(cè)量方法？對(duì)過程控制、品質(zhì)保證和失效分析很重要的，測(cè)試方法是概括用于獲得有關(guān)測(cè)試主體，如板、元件、焊錫與助焊劑，數(shù)據(jù)的方法的詳細(xì)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(gè)測(cè)試方法(TM)應(yīng)該是可重復(fù)的，以便在各種時(shí)間從不同測(cè)試所產(chǎn)生的結(jié)果可以相互比較。一個(gè)跟隨困難和/或不夠詳細(xì)的測(cè)試方法可能引起問題。例如，如果一個(gè)測(cè)試方法是寫給已裝配的電路板的清潔度測(cè)試的，通過測(cè)量浸出溶液(extract solution)的導(dǎo)電率，但沒有規(guī)定進(jìn)行浸出的溫度，這樣可能得到錯(cuò)誤的結(jié)果。
　　也許開頭例子中的白色浮渣是一個(gè)清潔度的問題。為了找出原因，你在內(nèi)部測(cè)試一塊板，并送出一塊同樣的板給一個(gè)獨(dú)立實(shí)驗(yàn)室測(cè)試。兩個(gè)設(shè)施都進(jìn)行一項(xiàng)清潔度測(cè)試，通過在酒精/水溶液中浸出板和測(cè)量導(dǎo)電率，以氯化鈉(NaCl)當(dāng)量的形式報(bào)告結(jié)果。
　　不幸的是，兩個(gè)設(shè)施跟隨的測(cè)試方法沒有規(guī)定浸出的溫度。你的實(shí)驗(yàn)室在30°C進(jìn)行測(cè)試，得到1.4µg/cm2的氯化鈉當(dāng)量；獨(dú)立實(shí)驗(yàn)室在40°C進(jìn)行測(cè)試，得到2.0µg/cm2的氯化鈉當(dāng)量。因?yàn)槟愕臉?biāo)準(zhǔn)(測(cè)試標(biāo)準(zhǔn))對(duì)這個(gè)測(cè)試定義1.56µg/cm2的氯化鈉當(dāng)量的污染水平為失效，所以從你的實(shí)驗(yàn)室出來的板標(biāo)記為通過，而從獨(dú)立實(shí)驗(yàn)室出來的板標(biāo)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(cè)試，每個(gè)都以相同的浸出溫度來進(jìn)行測(cè)試。
　　如果測(cè)試方法正確地寫下，所有測(cè)試參數(shù)都定義，包括進(jìn)行浸出時(shí)的溫度，那么這個(gè)問題可以避免。本例是重點(diǎn)說明突出的問題。遺漏，或不好好定義較細(xì)小的事項(xiàng)也可能給未來的使用者帶來問題。
　　測(cè)試方法不應(yīng)該與標(biāo)準(zhǔn)(失效標(biāo)準(zhǔn))混淆。反過來也一樣。測(cè)試方法與標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該具有協(xié)同的關(guān)系。標(biāo)準(zhǔn)可以引出一個(gè)測(cè)試方法，有時(shí)甚至可能討論測(cè)試方法的一些細(xì)節(jié)。理想地，測(cè)試方法不應(yīng)該定義一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，以便它可由一個(gè)更大的用戶群使用。如果一個(gè)公司制造的產(chǎn)品用于要求性能很關(guān)鍵的場(chǎng)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(gè)公司可能有不同的接收標(biāo)準(zhǔn)。如果哪家公司的測(cè)試方法含有接收標(biāo)準(zhǔn)，那么另一家公司使用這些標(biāo)準(zhǔn)時(shí)就有問題。當(dāng)測(cè)試方法不含有標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，每個(gè)實(shí)驗(yàn)室都可應(yīng)用自己一套接收標(biāo)準(zhǔn)，使用相同的測(cè)試方法。當(dāng)接收標(biāo)準(zhǔn)與測(cè)試方法分開時(shí)，測(cè)試方法的可應(yīng)用性增加了。如果接收標(biāo)準(zhǔn)被包括在一套出版的測(cè)試方法內(nèi)，而不是分開的，實(shí)驗(yàn)室可產(chǎn)生其自己的測(cè)試方法，每一個(gè)都有些不同，并包含其自己的接收標(biāo)準(zhǔn)。這種情況會(huì)限制公司之間、測(cè)試實(shí)驗(yàn)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(cè)試方法？
　　測(cè)試方法的需要有許多理由。一個(gè)主要的應(yīng)用是過程控制(process control)和品質(zhì)保證。對(duì)過程控制有一個(gè)測(cè)試方法，可保證對(duì)監(jiān)測(cè)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(gè)測(cè)試方法可允許相同的測(cè)試在許多不同的地方進(jìn)行，保證從每個(gè)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(cè)試設(shè)施可說同一種語言。這個(gè)方面同樣是重要的，當(dāng)測(cè)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(gè)眾所周知的測(cè)試方法，在描述其產(chǎn)品的數(shù)據(jù)表上報(bào)告結(jié)果。然后一個(gè)潛在的客戶可以對(duì)來自其它供應(yīng)商的材料進(jìn)行的相同測(cè)試，比較在材料數(shù)據(jù)表中記錄的每個(gè)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(biāo)準(zhǔn)TM-650 2.3.34來決定固體含量。你接觸兩個(gè)新的供應(yīng)商，A和B，要求他們同樣的信息，使用相同的測(cè)試方法。供應(yīng)商A報(bào)告其助焊劑含有2.6%的固體，供應(yīng)商B 報(bào)告3.9%的固體含量。因?yàn)檫@兩個(gè)供應(yīng)商進(jìn)行與原來供應(yīng)商相同的測(cè)試方法，所以三個(gè)值可以相互比較。在這個(gè)信息的基礎(chǔ)上，你的公司開始對(duì)使用哪個(gè)助焊劑供應(yīng)商作出有知識(shí)的選擇。

測(cè)試方法如何應(yīng)用？
　　測(cè)試方法是標(biāo)準(zhǔn)與接收準(zhǔn)則的應(yīng)用與監(jiān)測(cè)的重要工具。這些標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)試準(zhǔn)則用于各種情況。正如所討論的，這些標(biāo)準(zhǔn)，和與之一起使用的測(cè)試方法，可用來給予資格新的材料供應(yīng)商。另一個(gè)重要的應(yīng)用是在過程控制之中。再一次，提供接收標(biāo)準(zhǔn)，相應(yīng)的測(cè)試方法用來監(jiān)測(cè)被測(cè)試來跟蹤過程的參數(shù)。只要測(cè)試方法是以持續(xù)的方式應(yīng)用，從測(cè)試產(chǎn)生的數(shù)據(jù)可用來監(jiān)測(cè)過程。在這個(gè)例子，和一個(gè)與標(biāo)準(zhǔn)和接收準(zhǔn)則有關(guān)的測(cè)試方法的任何其它應(yīng)用中，測(cè)試方法和標(biāo)準(zhǔn)必須設(shè)計(jì)成相互適應(yīng)。如果發(fā)布一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)或者一個(gè)特殊的接收準(zhǔn)則，那么跟隨這個(gè)與標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)的特殊測(cè)試方法是重要的。如果給出一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，為該標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生數(shù)據(jù)的測(cè)試方法改變了，那么標(biāo)準(zhǔn)是無效的。
　　回到開頭的例子，你已經(jīng)最終跟蹤這個(gè)問題到你正在使用的助焊劑中的一個(gè)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)，在85%HR/85°C條件下在七天之后大于4.00 x 109Ω。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是使用一個(gè)0.4mm的線和0.5mm的間隔的測(cè)試梳狀電路來決定的。當(dāng)測(cè)試新的助焊劑時(shí)，得到3.00 x 109Ω的表面絕緣電阻值。當(dāng)測(cè)試更仔細(xì)地考查時(shí)，使用了0.5mm的線和0.4mm的間距的板，它使試驗(yàn)無效。試驗(yàn)又使用正確的測(cè)試板和前面通過的助焊劑進(jìn)行。
　　使用已經(jīng)發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)試方法如其所寫一樣是明智的。雖然個(gè)別公司應(yīng)該設(shè)計(jì)其自己的測(cè)試方法，但他們也應(yīng)該開發(fā)與這些試驗(yàn)方法相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。事實(shí)上，當(dāng)開發(fā)新產(chǎn)品和工藝時(shí)，開發(fā)內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)試方法來幫助認(rèn)定這些新產(chǎn)品和工藝的合格性是有益的。

結(jié)論
　　測(cè)試方法是電子材料制造的一個(gè)重要方面。已經(jīng)發(fā)布的方法和相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)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(cè)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(cè)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(cè)試方法和標(biāo)準(zhǔn)？
　　試驗(yàn)方法與標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)?？梢詮幕ヂ?lián)網(wǎng)上訂購或下載。一些發(fā)布測(cè)試方法和標(biāo)準(zhǔn)的組織包括：
美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)(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(cè)試與材料協(xié)會(huì)(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(huì)(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(huì)(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(huì)(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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