PCB测试工艺技术
By Craig Pynn
　　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面贴装技术，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。但是，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 - 可能只是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。希望传统元件装配问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, scanning electron microscopy)看到在一个硅片表面上的静电击穿。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面的失效。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)的表面，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，通常使用 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并且通常防止焊接过程的方向。

锡球
　　锡球是对于任何引入免洗技术的工程师的一个问题。为了帮助控制该问题，他必须减少其公司使用的不同电路板供应商的数量。通过这样，他将减少使用在其板上的不同阻焊类型，并帮助孤立主要问题 - 阻焊层。
　　锡球可能由许多装配期间的工艺问题引起，但如果阻焊层不让锡球粘住，该问题就解决了。如果阻焊类型不允许锡球粘住表面，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，焊锡从锡锅的表面弹出。

IC座的熔焊点
　　集成电路(IC)引脚之间的焊锡短路不是那么常见，但会发生。一般短路是过程问题太高的结果。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。零件简直已经熔合在一起。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，问题可以避免。该问题也可以通过不预压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，相对小的焊点横截面。
　　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，横截面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，你可以增加更多焊锡，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、陡峭的传送带角度、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是引脚尺寸加上至少0.010"(0.25mm)。加上0.015"(0.38mm)的孔在焊接期间还可得到满意的焊点。一个经常忘记的问题是，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，板面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

By Brian Toleno and Greg Parks
　　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，问题可能就在前面。
试想这种情形：你的品质保证(QA, quality assurance)经理打电话给你：“我们有一个问题，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？
　　为了回答这些问题，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, test method)
　　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可以再现。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可以相互比较。一个跟随困难和/或不够详细的测试方法可能引起问题。例如，如果一个测试方法是写给已装配的电路板的清洁度测试的，通过测量浸出溶液(extract solution)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。
　　也许开头例子中的白色浮渣是一个清洁度的问题。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，通过在酒精/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1.4µg/cm2的氯化钠当量；独立实验室在40°C进行测试，得到2.0µg/cm2的氯化钠当量。因为你的标准(测试标准)对这个测试定义1.56µg/cm2的氯化钠当量的污染水平为失效，所以从你的实验室出来的板标记为通过，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，那么这个问题可以避免。本例是重点说明突出的问题。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。标准可以引出一个测试方法，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，而不是分开的，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(process control)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是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可以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。这个方面同样是重要的，当测试方法的应用是用来区分或给予资格供应商。供应商可以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。然后一个潜在的客户可以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。
　　也许在开头例子中的白色浮渣是与助焊剂有关的。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-650 2.3.34来决定固体含量。你接触两个新的供应商，A和B，要求他们同样的信息，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，所以三个值可以相互比较。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？
　　测试方法是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，和与之一起使用的测试方法，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，和一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，你已经最终跟踪这个问题到你正在使用的助焊剂中的一个污染。现在，你需要决定就表面绝缘电阻率而言，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4.00 x 109Ω。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3.00 x 109Ω的表面绝缘电阻值。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面通过的助焊剂进行。
　　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，但他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
　　测试方法是电子材料制造的一个重要方面。已经发布的方法和相应标准的可用性允许更好的过程控制(process control)和品质保证(quality assurance)。另外，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。
怎样可以获得测试方法和标准？
　　试验方法与标准经常可以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, American National Standards Institute)，网址：web.ansi.org; 11 West 42nd St. New York, NY 10036; (212) 642-4900.
美国测试与材料协会(ASTM, American Society of Testing and Materials)，网址：http://www.astm.org/; 100 Barr Garbor Dr., West Conshohocken, PA 19428-2959; (610) 832-9585.
美国电子工业联会(EIA, Electronic Industries Alliance), 网址： http://www.eia.org/; 2500 Wilson Blvd., Arlington, VA 22201-3834; (703) 907-7500.
国际电工委员会(IEC, International Electrotechnical Commission), 网址： http://www.iec.ch/; 3, rue de Varembe, P.O. Box 131, CH-1211 GENEVA 20, Switzerland; +41 22 918 02 11.
美国电子工业协会(IPC, Association Connecting Electronics Industries), 网址：http://www.ipc.org/; 2215 Sanders Rd., Northbrook, IL 60062-6135; (847) 509-9700.

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