PCB制造業有一個夢想，期望有朝一日能從“近乎完美”的原料和設計開始，經由“近乎完美”的設備來加工，最后產出“近乎完美”的產品，而這當中不必有任何既費時又花錢的測試和檢驗開銷。不幸的是，PCB產品復雜性的增加、瞬息萬變的市場動態以及來自企業內部管理的挑戰、加上整個制造過程中諸多不確定的隨機因素，抵消了單純由原料、設計、設備和工藝進步所帶來的好處。

 

今天，一般PCB的一次性成品率仍徘徊在60％到90％之間，如果不經測試或返修，這無疑會造成巨大的浪費；而一旦有超過5％的次品流入市場，其后果可能是災難性的。看來生產“近乎完美”產品的夢想終將落空，制造商仍必需繼續在檢測設備上大筆花錢，它們還不得不購買新的設備，以便應對新技術所帶來的新的測試挑戰。這一切似乎沒完沒了，掛在制造商脖子上的品質獎章愈來愈沉重。

 

現在的問題是，能否合理地投資、配置和使用好昂貴的測試檢驗設備，以使它們的效益盡可能發揮到極致。這樣，當制造商大把大把從口袋里掏錢時，能稍微心安理得一些。幸運的是，的確存在讓制造商既花錢、又寬心的優化檢測方案，它們的目標是同時控制生產成本和產品質量。這些方案經過實踐檢驗，行之有效，而究其精髓，卻只是建立在少數簡單的事實和原則之上：

 

1,控制缺陷傳播---產品缺陷越早發現則次品造成的經濟損失越小。

 

2,降低冗余檢測---重復性缺陷檢測越少則檢測成本越低。

 

3,掌控質量主敵---排序PCB缺陷比率，抑制頭號質量殺手是事半功倍之舉。

 

這些簡單的事實和原則構成了優化PCB檢測方案的三要素，對它們的綜合應用可以幫助構造不同的檢測方案，制造商應該利用實際的生產數據對方案進行定量分析，以評估方案的得失。現在讓我們對以上三個方面作更詳盡的考察。

 

 

如同水面上的擾動，其波及的范圍將隨著擾動的傳播而擴大，PCB制造中的缺陷，如不及時發現，其造成的損失也會隨PCB從制造線的上游到下游逐漸擴大。來自制造商的數據表明，對于中等復雜的PCB(譬如焊點在3,000左右，元件數在500左右)，如果缺陷躲過當前的檢測，而在下一步檢測時才被發現，則電路板返修的平均費用大約會增加6~7倍。同時，電路板報廢造成的損失也呈直線上升。

 

圖-2所示的簡單模型向我們揭示了合理利用測試檢驗設備，降低總體生產成本的一般思路。同時，該模型也列出了在檢測效益分析中需要考慮的一些主要因素。首先，檢測設備應按各個生產工序所引進的缺陷類型合理配置，以便及時發現缺陷并為電路板返修提供盡可能準確的缺陷定位信息。其次，各檢測設備對相關缺陷的檢出率應不低于某個下限，否則配置檢測設備將不會產生效益，可以根據工廠的利潤目標估算這個下限。最后，應牢記在心的是，任何檢測設備都有可能在檢測過程中對電路板本身造成損害(如人工目檢時的靜電、ICT測試時的背面驅動電流等)，檢測過程亦可能使整個生產線的節奏放慢。在更精細的檢測效益分析中，可以考慮這些負面因素。

 

 

在PCB的故障缺陷“頻譜”中，并非每一種檢測設備只覆蓋一個“窄帶”。簡言之，一種檢測設備可能查出多種PCB的缺陷。圖1 是簡化的故障覆蓋分配表，該表顯示，每一類型的缺陷有可能被多次重復檢查。例如，當生產線上同時配有人工目檢(MVI)、自動X-射線檢測(AXI)、和在線測試(ICT)時，PCB的焊點開路缺陷將被重復檢查三次。對于軍用或醫用類的PCB來說，冗余的檢測可能是有用的，有時甚至必須這樣做，但對大多數民用類PCB來說，如此的冗余檢測可能是得不償失的。檢測設備供應商和PCB制造商都已經認識到，它們可以在這里做一些文章來降低檢測成本，同時還可以維持住產品的質量。所謂的“分布式”測試、檢驗方案就是針對如何降低冗余檢測而言的。

 

分布式檢測方案，除了試圖減少冗余的測試外，還力求提高PCB總體的測試覆蓋率。做到這一點的關鍵在于對PCB缺陷分布規律有完全的了解、同時掌握各種測試技術的優劣和PCB的CAD數據，從而使合適的測試手段在合適的生產階段被用于檢測合適的的故障類型。目前在市場上已有商用的軟件用于自動生成分布式檢測方案，如GenRad 公司的GR FORCE/Strategist。該軟件以PCB的CAD/BOM文件作為輸入，統籌包括自動光學檢測儀(AOI)、自動X-射線檢測儀(AXI)、飛針測試系統(FPT)、生產線缺陷分析儀(MDA)、在線測試系統(ICT)和功能測試系統(FCT)在內的測試資源，輸出優化的分布式檢測方案。

 

 

如同進行作戰，在和PCB 制造缺陷的較量中，必須了解清楚主要的對手。電子制造業有所謂的“80%-20%法則”，意思是說，百分之八十的質量問題常常是因為20%的制造缺陷引起的，而這20%正是產品質量的主要殺手。一個以效益和質量并重的PCB檢測方案，應該建立在對缺陷分布規律的完整認識上，抓住主要的問題對癥下藥。

 

圖-4所示的PCB缺陷分布具有一般性，但并非每一種PCB和制造工藝都會產生相同的缺陷分布。制造商必需根據具體的PCB及其工藝對缺陷分布作出更精細的量化。

 

目前PCB制造總的缺陷分布趨勢是：制造引進的結構性缺陷(如焊點問題、貼裝偏差等)占七成左右，而元器件的電性能缺陷(如電參數偏差、IC功能失效等)占三成左右。正是這一缺陷分布趨勢，改變了過去以電性能測試為主的檢測方案，并使得以光學(包括X-射線)檢測為代表的結構性缺陷測試設備被廣泛應用于生產中。

 

深入而言，由于封裝技術的進步(μBGA、CSP等)和小型化的趨勢，電性能測試對PCB組裝中引進的近七成的結構性缺陷已變得無能為力，因此檢測方案的著重點勢必以控制結構性缺陷為主。

 

掌握缺陷控制的輕重緩急，對構造合理的抽樣檢測方案亦至關重要。抽樣的頻度基本上正比于缺陷引起的失效頻度，由此產生的抽樣檢測開銷則趨于最低。

 

 

我們已在此簡述了優化PCB檢測方案的三要素，如何去混合這些要素，調配出滿意的方案則需大量采集來自生產線的數據并靜下心來仔細劃算。它們可能幫你定性或定量回答諸如這樣的問題：能否購置一臺貼封后的AOI設備，使得ICT測試的合格率提高5%？能否縮短10%的檢測時間，而次品率不至增加1%？但掌握了這些要素并不一定能準確回答有關PCB檢測方案所有的問題。因為即使針對“近乎完美”的制造過程，還會有不可避免亦不可救藥的隨機因素來模糊我們的估算，何況實際的制造過程可能充滿人為的誤差和影響產品質量的額外要素。然而令人欣慰的是，前面提到的“80%-20%法則”在這里也成立，從而我們可以用較少的主要因素去幫助構造PCB檢測方案，用來回答我們關心的大多數有關控制質量和成本的問題。

關注[恒成和電路板]微信公眾平臺，了解更多行業資訊和最新動態！（微信號：PCBHCH）