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PCB检验与测试的方法和重要性

time : 2019-08-12 09:17       作者:凡亿pcb

PCB检验和测试是指在PCB生产过程中对质量控制、最终产品性能和使用期(寿命)可靠性等的检验和测试。通过这些检验和测试把不良或有缺陷的PCB产品清除出去,确保PCB产品使用期的可靠性。
 
一、PCB产品质量和可靠性评价
PCB产品质量和可靠性评价一般采用整机所使用的PCB或者测试样板进行下列项目检验与测试,然后加以评价。
(1)外观检查。
采用目视或放大镜检查产品(原辅材料与PCB等)表面有无外观异常,如伤痕、颜色、污染物、残留物、明显的开路与短路等的观察。
  随着高密度化和精细化发展,必须采用AOI(自动光学检查机)来检查产品外观情况,甚至采用扫描电镜(SEM)来检查与测量铜箔表面微腐蚀、内层表面氧化处理、钻孔孔壁粗糙度等情况。
(2)显微剖切断面检查。
采用金相显微镜观察镀通孔或导通孔内部和外层图形等有无异常或尺寸进行评价,如钻孔孔壁粗糙度情况,孔壁去钻污情况、镀层厚度分布与缺陷情况,层间对位与结构的情况以及各种老化试验后的情况等等。
(3)尺寸检查。
采用工具显微镜、坐标测量仪或各种测量工具等进行外形、孔经、孔位置、导线宽度与间距、焊盘等的尺寸,位置关系和板面平整度(翘曲度、变形)的测量与评价。
(4)电气性能测试。
采用各种电性能测试设备,用于回路(线路)的“通”、“断”(或“开”、“短”路)测试、导体电阻(导体/导通孔/内层连接)测量、绝缘电阻(回路与回路、层与层之间等)测试、耐电流性(导线、导通孔或镀通孔)测试和耐电压性(表面层、层与层之间)的测试。
(5)机械性能测试。
采用各种试验装置和工夹具进行铜箔的剥离强度、镀铜层剥离强度(附着性)、镀通孔的拉脱强度、延展性、耐折性、耐弯曲性、阻焊剂与标记符号的附着性和硬度等的测试。
(6)老化(使用期可靠性)试验。
采用各种试验装置进行耐高低温度循环性、耐热冲击性(气相/液相,如浮焊试验)、耐温湿度循环性、互连应力试验(IST)等的测试与评价。
(7)其它的试验。
采用各种试验装置进行耐燃烧性、耐溶剂性、清洁度、可焊性、焊接耐热性(回流焊、再流焊等)、耐迁移性等的试验与评价。
 
  近几年来,由于电子产品迅速走向信号高速传输和数字化以及多功能化,使基材、PCB产品使用大环境和安装技术等发生了显著变化与进步和多样化。因此,测试和评价的条件与方法也必须作相应的调整与变化。如精细图形(或精细线宽/间距)和微小电极(连接盘)的粘接强度与绝缘特性的测试,薄型多层板的特性阻抗控制与测量,耐迁移性试验、高频特性(基板的高频特性或高GHZ带、铜箔处理层的绝缘电阻等)的试验与评价、使用无铅化焊料的耐热性(粘结强度)的试验条件与评价等。
  值得注意的还有:由于PCB产品生产周期明显缩短,因此在进行可靠性评价时,缩短试验和评价时间和降低试验与评价成本已显得越来越重要。为此开发新的试验方法或加速试验的方法与评价已成为当务之急。
以上这些试验与评价的条件与方法将在PCB的生产过程、最终产品和产品老化(使用寿命)的试验与评价中,选择相关的项目进行试验与评价。
 
二、PCB产品的电气测试
这里所指的电气测试是PCB产品中“通”、“断”或“开”、“短”路的测试,以检验PCB产品中的网络状态,是否符合原PCB设计要求。由于PCB产品迅速高密度化,针床接触式的测试已走到了极限,今后必然要走向非触的测试方法上来。
各类PCB“通”、“断”测试如下图所示。
                                                                              通用针床测试
                                                      有夹具测试{
                                                                              专用针床测试
                               接触式测试{                       移动探针(飞针)测试
                                                      无夹具测试{
  “开”“短”路测试{                                               万能无夹具测试(UFT)
                                                           电子束测试
                               非接触式测试{离子束测试
                                                          光束测试或激光测试
 
          图1  PCB电测试技术
2.1、接触式测试
2.1.1 有夹具的针床测试
(1)通用针床测试。采用网格矩阵针床结构的测试,每个网格节点设有镀金弹簧
针和弹簧针座,弹簧针座的一端呈圆形凹槽以便于测试夹具中的硬针顶入接触。另一端与开关电路卡连接。要求针尖与板面测试点的接触压力大于259克,方能保证接触良好。
  网格节点尺寸已由2.54mm走向1.27mm、0.635mm、0.50mm,甚至小到0.30mm,故障率高,已到了极限。
(2)专用针床测试。采用按PCB所需测试点与开关电路卡连接,从而省去了网格排列的测试针床,但必须制作专用的测试夹具。
  同样地存在着高密度化带来的测试极限和损伤测试点问题。
2.1.2 无夹具测试
(1)移动探针(飞针)测试。
  它通过两面移动探针(多对)分别测试每个网格的“通”、“断”情况。由于是“串联”形式进行测试,比起针床的“并联”测试的速度来得慢,但能对高密度PCB板进行测试。如BGA和µ-BGA,甚至节距小到0.30mm也能胜任。但也存在着碰伤测试点问题。
(2)万能无夹具测试(UFT)。测试头交错地以阵列排布,形成双密度测试基底。如此高密度便能保证PCB无论按任何方向放置在测试平台上,测试点都能被2个以上测试头测试到。这种测试头密度可达每平方英寸11600个测试头。目前这种方法没有得到推广应用。
 
2.2 非接触式测试
(1)电子束测试。这是靠采集二次发射电子来区别充电与非充电的测试点,从而来判断“开”、“短”路。其步骤如下:
①对N网络中的某一节点测试盘充电(即N网络上有充电到一定的电压值);
②用电子束探测此网络的其它节点,如果此节点测试不到二次发射电子,则此网络存在开路;
③同时对N+1网络的节点进行测试,如果测试到二次发射电子,则表明N+1网络与N网络形成短路。
(2)离子束测试。
(3)光电测试或激光束测试。
  总之,PCB产品质量是生产出来的,更确切地说是在生产过程中进行质量控制而生产出来的。PCB产品是经过很多工序过程才生产出来的,所以PCB产品质量是各个生产工序生产质量综合的结果,如最终产品合格率是各个生产工序半成品合格率之积的结果。也就是说PCB产品质量好坏主要是由最差的生产工序、设备和操作人员等来决定的,这充分说明PCB产品在生产过程中的重要性。