处理先进技术板:将X光与ICT结合
出处:fanxin_bme 发布于:2007-04-29 10:26:00
在朗讯加速的制造工厂(N. Andover, MA),制造和测试艺术级的PCBA和完整的传送系统。超过5000节点数的装配对我们是一个关注,因为它们已经接近我们现有的在线测试(ICT, in circuit test)设备的资源极限(图一)。我们现在制造大约800种不同的PCBA或“节点”。在这800种节点中,大约20种在5000~6000个节点范围。可是,这个数迅速增长。
新的开发项目要求更加复杂、更大的PCBA和更紧密的包装。这些要求挑战我们建造和测试这些单元的能力。更进一步,具有更小元件和更高节点数的更大电路板可能将会继续。例如,现在正在画电路板图的一个设计,有大约116000个节点、超过5100个元件和超过37800个要求测试或确认的焊接点。这个单元还有BGA在顶面与底面,BGA是紧接着的。使用传统的针床测试这个尺寸和复杂性的板,ICT一种方法是不可能的。
在制造工艺,特别是在测试中,不断增加的PCBA复杂性和密度不是一个新的问题。意识到的增加ICT测试夹具内的测试针数量不是要走的方向,我们开始观察可代替的电路确认方法。看到每百万探针不接触的数量,我们发现在5000个节点时,许多发现的错误(少于31)可能是由于探针接触问题而不是实际制造的缺陷(表一)。因此,我们着手将测试针的数量减少,而不是上升。尽管如此,我们制造工艺的品质还是评估到整个PCBA。我们决定使用传统的ICT与X射线分层法相结合是一个可行的解决方案。
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测试策略
我们整体测试策略大部分依靠边界扫描,它提供一个部分解决方案。许多元件在ICT不能确认,许多复杂的ASIC有许多必须确认的电源和接地引脚。这些引脚的开路可能造成长期可靠性的问题。我们采用的测试策略是使用自动X射线分层检查系统确认整个板上每个焊接点的可接受性。在这个策略中,生产PCBA都经过X光系统。有缺陷的板经过修理站进行改正行动和重检查。通过检查的PCBA进入在线电路板测试系统作进一步测试。这个策略在对现在生产中的先进技术装配实施的阶段。设计的模型或开发/原型阶段的PCBA只通过焊接点完整性的X光检查,因为在线测试机的测试夹具和/或测试程序通常这时还没有。
使用生产X光检查进行模型评估,允许诊断技术员排除焊点有关的问题,如开路、短路、元件丢失、少锡和一些极性方向问题。这个新工艺已经节省时间与金钱。现在,为模型开发进行的制造测试趋向于大约与生产运行相同的规模。模型运行可能在150个单元的范围,高端PCBA的生产运行在200个单元范围。
我们的PCBA使用自动贴片机器完成,手工连接器贴装和手工面板装配。使用X光和ICT技术测试完成的装配,来确认我们的工艺。测试程序保证正确的零件已经以正确的位置和方向放在板上,X光决定所有的焊接点已经形成。这时功能还没有确认。接收板的经营单位选择是否做整板的功能测试。这个决定是在单个板的基础上作出的。其次,PCBA安装到架子内,架子放入框内,框与框连接。,整个系统功能测试,所有装配在系统测试期间接受功能测试。在适当的测试之后,系统发送到终用户。
X光/ICT相互作用
超过5200个ICT机器节点限制的PCBA是不可能使用传统的针床夹具ICT测试的。而且,我们没有装配可在在线测试机上完全测试。通常,10~15%的板的电路不能测试。例如,旁路电容和ASIC元件的电源与接地引脚对DC级的测量是不可见的。因为这些节点不能用一般的ICT测试,我们使用了X射线分层工艺。在使用X光之前,大板上的覆盖率在60~70%之间。在测试测量中包括X光提供99%的测试覆盖。对于通过X光系统确认的焊点完整性的元件,我们假设遵循了前面的工序保证板上贴装正确的元件。
另外,我们必须确认板是结构上连接的 - 所有焊接点正确连接并且没有内部短路或开路存在。这是由X射线检查来完成的。
对于ASIC的ICT,相当广泛地使用边界扫描,它允许我们的测试机快速地读入ASIC的ID寄存器。如果成功,边界扫描显示ASIC在位置上并方向正确。前面确认的焊点结构完整性减少针床夹具需要接触的节点数量。ICT将不需要切换每一个ASIC引脚来确定其是否开路。
通过使用专门的X射线分层检查系统,我们已经能够平均减少40%所要求的节点数量。ICT节点数减少,降低夹具的复杂性和成本,也得到更少的误报,这使得板更快速地通过我们的返修和制造工序。使用X射线也将ICT处的次通过合格率增加20%。使用X射线/ICT结合的测量已经降低整体成本,改善可靠性和输出产品的品质。允许产品更快的出货。
X射线/ICT测量的未来
现在,在我们生产线上只有一少部分的板超过5200个节点的ICT限制。我们预计在不久的将来该比例会稳定增长。
还有,随着我们取得经验和增加X射线的能力,我们可能将我们新的测量应用到节点数低至2500个节点的PCBA。因为现在存在于4000~5000个节点范围的板的合格率问题,这些问题是由于探针接触问题而不是实际装配问题,我们预计使用X射线/ICT相结合的测量可以看到一个改善。
早在九十年代,我们决定标准化ICT系统的选择,我们的测试工程师可作三种配制,而不是一种开口测量。我们分1900个节点、3900个节点和5200个节点的配制。现在,我们已经升级几乎每一个测试达到3900或5200个节点的设备,倾向于5200个节点的系统。
X射线分层法与ICT技术相结合的进一步使用是理想的,因为每一个技术都补偿另一技术的缺点。X射线主要集中在焊点的质量。它也可确认元件是否存在,但不能确认元件是否正确,方向和数值是否正确。另一方面,ICT可决定元件的方向和数值但不能决定焊接点是否可接受,特别是在大的表面贴装元件包装下面。
在不久将来,我们希望在看到电路原理图时马上可以决定对新的电路设计的测试测量。这时,对高节点数的原理图,我们可决定哪些节点应该用ICT,哪一些节点应该用X射线。现在,我们直到一个设计在开发过程中相对清楚时才可作出决定。
理想地,软件可产生X光和在线测试技术,ICT测试程序应该相当地小。测试测量信息可以放在计算机辅助设计(CAD)布局系统,包括较少数量的要求测试焊盘特性的节点。测试焊盘减少的一个附加优点是板面资源节省,使得布局任务更加容易。针床夹具也应该随着接触探针的减少而简化;同样减少测试针与其目标接触不良的可能性。简而言之,用复杂性更低的程序与夹具可达到更好的缺陷覆盖率。
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