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PCB测试與檢查

基於板的複雜性選擇测试策略,這些板具有許多量綱:表面貼裝或通孔、單面或雙面、元件數量 ( 包括密間距 ) 、焊接點、電器的和視

基於板的複雜性選擇测试策略,這些板具有許多量綱:表面貼裝或通孔、單面或雙面、元件數量 ( 包括密間距 ) 、焊接點、電器的和視覺的訪問。本文的焦點集中在作爲複雜性根源的元件與焊接點的數量。

假設選擇三種不同複雜程度的板:低、中與高。低複雜性的板 (LCB, Low-complexity board) 特徵是, 50 個元件, 350 個焊點和 50~100 個電氣節點,並且是一個簡單電路,如,可編程自動調溫器、高級玩具、家用電器、磁碟驅動控制器等。中等複雜性的板 (MCB, medium-complexity board) 包括 500 個元件, 3500 個焊接點和 500~1000 個電氣節點;典型的例子是臺式電腦的主板。最後,高複雜性的板 (HCB, high-complexity board) 有 2500 個元件, 17500 個焊接點,典型的 3000~4000 個節點。伺服器、路由器和高級電信的板歸於這類。

各類型板的合格率

爲了決定三種類型板的所希望的可靠的合格率,假設製造過程對元件和焊接點的缺陷水平是每百萬分之 200 個缺陷 (DPMO, Defect per million opportunities) 。 ( 對中和高複雜性的板, DPMO 水平通常較高; 200 DPMO 用於所有三種情況是爲了方便比較。 )

N = 缺陷機會,合格率的公式爲:合格率 = [ 1 - (DPMO/1000000)]N

低複雜性的板有 400 個缺陷機會 (50 個元件 + 350 個焊接點 ) ;中等 4000(500 + 3500) ;高 20000(2500 + 17500) 。應用到 公式 中, (SMT 工藝 ) 合格率結果爲:低複雜程度 92% ,中等複雜程度 45% ,高複雜性的 PCB 只有 2% 。結論:幾乎所有低複雜程度的板都將通過,而幾乎所有高複雜程度的板將至少每個板上暴露出一個缺陷。$Page_Split$

再假設對每個類型的板, SMT 生產線每天運行 24 小時,每周五天,每年 50 周。對低複雜性的板,每年生産 2,000,000 塊板,中等程度 200,000 ,高等程度 40,000 。 LCB 的製造成本爲 $20 ; MCB 爲 $400 ; HCB 爲 $4,000 。

测试:一個無增值的行爲?

這個說法有時聽得到,如果是真的,那只需要調整一個策略 - 一個非常簡單的過 / 不過的测试。一個公司致力於只發貨那些工作正常的板,可能對那些失效的板不作任何修理,它會發現扔掉更便宜。這項策略的經濟效應可從表中看到。

测试與修理的調節 " 成本 "

參數

LCB

MCB

HCB

每年板數 ( 千塊 )

2,000

200

40

每塊板成本

$20

$400

$4,000

(SMT) 板合格率 %

92

45

2

好板價值 ( 百萬美元 )

36.8

36

3.2

報廢價值 ( 百萬美元 )

3.2

44

156.8

每年貼裝元件 ( 百萬 )

100

100

100

每年焊接點數 ( 百萬 )

700

700

700

每年缺陷機會 ( 百萬 )

800

800

800

使用報廢失效品策略,可以看出對三種情況的報廢成本有很大差別,甚至總的 DPMO 是相同的。如果测试和修理成本比報廢成本低,那麽测试將增加價值。表中所示, LCB 比 MCB 用來開發與投資在测试和修理上的可用 " 空間 " 較小;而比 HCB 要小得多。

選擇测试策略的指導性原則是,找到産生最高經濟回報的結合方法。這是高缺陷覆蓋 ( 較低報廢率 ) 與最佳診斷方法 ( 較低修理成本 ) 之間的交替換位元,考慮测试檢查系統的固定成本,編程和夾具成本,和操作員與修理人員的事務成本。

低複雜性板 。最佳的测试策略可能是手工視覺檢查 (MVI, manual visual inspection) 或自動光學檢查 (AOI, automated optical inspection) ,跟著功能测试。如果假設每班次要求五個視覺檢查員,並且 MVI 可發現和修理 50% 的所有缺陷,那麽可節省 $1.6 百萬。一個視覺檢查員的年開支大約 $30,000 ;這個方法的成本是每年 450,000( 每板 5 個檢查員 x 3 班 x $30,000 = $450,000) 。一項 $450,000 的投資節省 $1.6 百萬,似乎是一個好的策略。但是作爲替換 - 使用 AOI 而不是 MVI - 一個系統可跟上一條生產線的産量,産生的年成本會大大地低於 $450,000 。因此,在大多數情況下 AOI 是更好的策略。

如果 MVI 策略找出缺陷的效力是 50% ,功能测试的合格率應該是 96% ,這裏剩下的缺陷的 75% 可以被测试並以少於每個 $20 來修理。 ( 典型地,功能测试有 95% 的缺陷覆蓋率。在低複雜情況,假設只有 75% 的所有查出的缺陷可以以少於 $20 的成本修理。如果测试和修理多於 $20 ,那麽報廢板更便宜。 )

應該加入在線测试 (ICT, in-circuit test) 嗎?答案還不清楚,例如,如果板的種類很少,只需要開發一些夾具和测试程式;那麽 ICT 可能是一個好的策略。可是,如果情況是需要很多程式和夾具,那 ICT 可能不是一個經濟的策略。這個評估的關鍵是檢查的合格率爲 96% 。 中等複雜性的板。大多數成本有效的策略可能是某種形式的檢查,跟著 ICT 和功能测试 ( 圖二 ) 。使用一個缺陷覆蓋率爲 50% 的檢查策略,結果將得到 73% 的檢查合格率 - 太低而不能直接供給功能测试。 ( 原則上,到功能测试的合格率應該大於 90% 。 ) 如果,在這種情形,加入對剩下缺陷有 75% 覆蓋率的 ICT ,那麽將有 41,250 塊板將在 ICT 檢查和修理。如果假設平均修理費用,包括在 ICT 的附加診斷每板 $6 和功能测试的每板 $36 ,那麽節約爲 $1.2 百萬 (41,250 x ($36 - $6)) 。 ICT 設備的年固定成本,程式開發和夾具成本可能要少得多。 ( 注:幾個選項,包括 MVI , AOI 或自動 X 光檢查 (AXI, automated X-ray inspection) ,可以是這種情況下的檢查策略的可替換選擇。闡述哪種最有經濟效益已超出了本文的範圍。 )

高複雜性的板 。沒有檢查的生産合格率爲 2% 。這裏,對每塊板 17,500 個焊接點,一個高缺陷覆蓋率的策略 (AXI) 可能是最有經濟效益的替代方法 ( 圖三 ) 。對一個典型的缺陷譜, AXI 可以檢查到所有失效的 80% ,或 80% 的合格率,這還太低,不能直接去功能测试。因此,用 ICT 補足這個情況是一個好的策略,並以簡化 ICT 测试的機會得到強調。因爲 AXI 具有非常高的短路與開路缺陷覆蓋率, ICT 夾具可以減輕對已經被覆蓋的缺陷的测试。使用這個策略可以大大節約 ICT 夾具和程式開發的成本。

産品壽命周期

在引用的三個例子中,假設了穩定的生産狀態。可是,這是不正常的。從方程式中忽略的是原型测试、生産攀升和成熟生産工藝的發展。還有,在許多情況下,及時到達市場 (time-to-market) 和適量到達市場 (volume-to-market) 可能是一個産品成功 ( 或失敗 ) 的關鍵。爲滿足這些關鍵産品時期的特殊需要,可能要加入另外的测试步驟。例如,在原型测试中,應該選擇具有高覆蓋率和編程快的测试 / 檢查技術。 AXI , AOI 和飛針系統 (flying probe system) 是好的替代手段。通常,在産量增加和缺陷水平還高的攀升階段,有經濟意識的應該準備盡可能多的测试策略。

缺陷譜

選擇正確测试策略的另一個關鍵因素是,對缺陷水平和缺陷譜的瞭解。如果大多數缺陷是焊錫有關的,那麽,策略中應包括一個具有對這些缺陷高覆蓋率的测试系統。簡單地說,如果貼裝錯誤普遍,那麽應該有一個對這個區域高覆蓋率的测试系統。事實上,一個测试系統不可能覆蓋全部的缺陷譜。可是,爲了選擇正確的策略,應該把方程中缺陷譜和缺陷水平以及板的複雜性和板的産量,作爲關鍵的考慮因素,來完成經濟運算。

總結

通過選擇测试策略,作爲 PCB 複雜性的函數,高複雜性板的潛在成本利益是比低複雜性板的高得多。鑒於元件數量與焊接點數量是關鍵的參數,重要的是記住,其他因素可能引起板的複雜性。板的密度,密間距元件,電氣和視覺可達性,板的數量等,也是重要的,因爲任何變化都可能重大的改變最優的测试策略。
[录入:admin] [日期:10-08-22]

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