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PCBA測試整體步驟介紹

作者: 時間:2017-01-09 來源:網(wǎng)絡 收藏
印刷電路板,又稱印制電路板,印刷線路板,常使用英文縮寫PCB(Printed circuit board),是重要的電子部件,是電子元件的支撐體,是電子元器件線路連接的提供者。由于它是采用電子印刷技術(shù)制作的,故被稱為“印刷”電路板。

  在印制電路板出現(xiàn)之前,電子元件之間的互連都是依靠電線直接連接而組成完整的線路?,F(xiàn)在,電路面包板只是作為有效的實驗工具而存在,而印刷電路板在電子工業(yè)中已經(jīng)成了占據(jù)了絕對統(tǒng)治的地位。

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/201701/337538.htm

  20世紀初,人們?yōu)榱撕喕娮訖C器的制作,減少電子零件間的配線,降低制作成本等優(yōu)點,于是開始鉆研以印刷的方式取代配線的方法。三十年間,不斷有工 程師提出在絕緣的基板上加以金屬導體作配線。而最成功的是1925年,美國的Charles Ducas 在絕緣的基板上印刷出線路圖案,再以電鍍的方式,成功建立導體作配線。

  直至1936年,奧地利人保羅·愛斯勒(Paul Eisler)在英國發(fā)表了箔膜技術(shù)[1],他在一個收音機裝置內(nèi)采用了印刷電路板;而在日本,宮本喜之助以噴附配線法“メタリコン法吹著配線方法(特許 119384號)”成功申請專利。[2]而兩者中Paul Eisler 的方法與現(xiàn)今的印刷電路板最為相似,這類做法稱為減去法,是把不需要的金屬除去;而Charles Ducas、宮本喜之助的做法是只加上所需的配線,稱為加成法。雖然如此,但因為當時的電子零件發(fā)熱量大,兩者的基板也難以配合使用[1],以致未有正式 的實用作,不過也使印刷電路技術(shù)更進一步。(洗衣機智能主版自動化測試系統(tǒng))

  1941年,美國在滑石上漆上銅膏作配線,以制作近接信管。

  1943年,美國人將該技術(shù)大量使用于軍用收音機內(nèi)。

  1947年,環(huán)氧樹脂開始用作制造基板。同時NBS開始研究以印刷電路技術(shù)形成線圈、電容器、電阻器等制造技術(shù)。

  1948年,美國正式認可這個發(fā)明用于商業(yè)用途。

  自20世紀50年代起,發(fā)熱量較低的晶體管大量取代了真空管的地位,印刷電路版技術(shù)才開始被廣泛采用。而當時以蝕刻箔膜技術(shù)為主流[1]。

  1950年,日本使用玻璃基板上以銀漆作配線;和以酚醛樹脂制的紙質(zhì)酚醛基板(CCL)上以銅箔作配線。
1951年,聚酰亞胺的出現(xiàn),便樹脂的耐熱性再進一步,也制造了聚亞酰胺基板。[1]

  1953年,Motorola開發(fā)出電鍍貫穿孔法的雙面板。這方法也應用到后期的多層電路板上。[1]

  印刷電路板廣泛被使用10年后的60年代,其技術(shù)也日益成熟。而自從Motorola的雙面板面世,多層印刷電路板開始出現(xiàn),使配線與基板面積之比更為提高。(ATE)

  1960年,V. Dahlgreen以印有電路的金屬箔膜貼在熱可塑性的塑膠中,造出軟性印刷電路板。[1]

  1961年,美國的Hazeltine Corporation參考了電鍍貫穿孔法,制作出多層板。[1]

  1967年,發(fā)表了增層法之一的“Plated-up technology”。[1][3]

  1969年,F(xiàn)D-R以聚酰亞胺制造了軟性印刷電路板。[1]

  1979年,Pactel發(fā)表了增層法之一的“Pactel法”。[1]

  1984年,NTT開發(fā)了薄膜回路的“Copper Polyimide法”。[1]

  1988年,西門子公司開發(fā)了Microwiring Substrate的增層印刷電路板。[1]

  1990年,IBM開發(fā)了“表面增層線路”(Surface Laminar Circuit,SLC)的增層印刷電路板。[1]

  1995年,松下電器開發(fā)了ALIVH的增層印刷電路板。[1]

  1996年,東芝開發(fā)了B2it的增層印刷電路板。[1]

  就在眾多的增層印刷電路板方案被提出的1990年代末期,增層印刷電路板也正式大量地被實用化,直至現(xiàn)在。(產(chǎn)線自動化測試)

  為大型、高密度的印刷電路板裝配(PCBA, printed circuit board assembly)發(fā)展一個穩(wěn)健的測試策略是重要的,以保證與設計的符合與功能。除了這些復雜裝配的建立與測試之外,單單投入在電子零件中的金錢可能是很 高的 - 當一個單元到最后測試時可能達到25,000美元。由于這樣的高成本,查找與修理裝配的問題現(xiàn)在比其過去甚至是更為重要的步驟。今天更復雜的裝配大約18 平方英寸,18層;在頂面和底面有2900多個元件;含有6000個電路節(jié)點;有超過20000個焊接點需要測試。

  在朗訊加速的制造工廠(N. Andover, MA),制造和測試藝術(shù)級的PCBA和完整的傳送系統(tǒng)。超過5000節(jié)點數(shù)的裝配對我們是一個關(guān)注,因為它們已經(jīng)接近我們現(xiàn)有的在線測試(ICT, in circuit test)設備的資源極限(圖一)。我們現(xiàn)在制造大約800種不同的PCBA或“節(jié)點”。在這800種節(jié)點中,大約20種在5000~6000個節(jié)點范 圍??墒?,這個數(shù)迅速增長。

  新的開發(fā)項目要求更加復雜、更大的PCBA和更緊密的包裝。這些要求挑戰(zhàn)我們建造和測試這些單元的能力。更進一步,具有更小元件和更高節(jié)點數(shù)的更大電 路板可能將會繼續(xù)。例如,現(xiàn)在正在畫電路板圖的一個設計,有大約116000個節(jié)點、超過5100個元件和超過37800個要求測試或確認的焊接點。這個 單元還有BGA在頂面與底面,BGA是緊接著的。使用傳統(tǒng)的針床測試這個尺寸和復雜性的板,ICT一種方法是不可能的。

  在制造工藝,特別是在測試中,不斷增加的PCBA復雜性和密度不是一個新的問題。意識到的增加ICT測試夾具內(nèi)的測試針數(shù)量不是要走的方向,我們開始 觀察可代替的電路確認方法。看到每百萬探針不接觸的數(shù)量,我們發(fā)現(xiàn)在5000個節(jié)點時,許多發(fā)現(xiàn)的錯誤(少于31)可能是由于探針接觸問題而不是實際制造 的缺陷(表一)。因此,我們著手將測試針的數(shù)量減少,而不是上升。盡管如此,我們制造工藝的品質(zhì)還是評估到整個PCBA。我們決定使用傳統(tǒng)的ICT與X射 線分層法相結(jié)合是一個可行的解決方案。

  基材

  基材普遍是以基板的絕緣部分作分類,常見的原料為電木板、玻璃纖維板,以及各式的塑膠板。而PCB的制造商普遍會以一種以玻璃纖維、不織物料、以及樹脂組成的絕緣部分,再以環(huán)氧樹脂和銅箔壓制成“黏合片”(prepreg)使用。

  而常見的基材及主要成份有:

  FR-1 ──酚醛棉紙,這基材通稱電木板(比FR-2較高經(jīng)濟性)

FR-2 ──酚醛棉紙,

  FR-3 ──棉紙(Cotton paper)、環(huán)氧樹脂

  FR-4 ──玻璃布(Woven glass)、環(huán)氧樹脂

  FR-5 ──玻璃布、環(huán)氧樹脂F(xiàn)R-6 ──毛面玻璃、聚酯

  G-10 ──玻璃布、環(huán)氧樹脂

  CEM-1 ──棉紙、環(huán)氧樹脂(阻燃)

  CEM-2 ──棉紙、環(huán)氧樹脂(非阻燃)

  CEM-3 ──玻璃布、環(huán)氧樹脂

  CEM-4 ──玻璃布、環(huán)氧樹脂

  CEM-5 ──玻璃布、多元酯

  AIN ──氮化鋁

  SIC ──碳化硅

  金屬涂層 (FCT 自動化測試)

  金屬涂層除了是基板上的配線外,也就是基板線路跟電子元件焊接的地方。此外,不同的金屬也有不同的價錢,不同的會直接影響生產(chǎn)的成本;不同的金屬也有不同的可焊性、接觸性,也有不同的電阻阻值,也會直接影響元件的效能。

  常用的金屬涂層有:

  銅

  錫

  厚度通常在5至15μm[4]

  鉛錫合金(或錫銅合金)

  即焊料,厚度通常在5至25μm,錫含量約在63%[4]

  金

  一般只會鍍在接口[4]

  銀

  一般只會鍍在接口,或以整體也是銀的合金

  線路設計

  印制電路板的設計是以電子電路圖為藍本,實現(xiàn)電路使用者所需要的功能。印刷電路板的設計主要指版圖設計,需要內(nèi)部電子元件、金屬連線、通孔和外部連接 的布局、電磁保護、熱耗散、串音等各種因素。優(yōu)秀的線路設計可以節(jié)約生產(chǎn)成本,達到良好的電路性能和散熱性能。簡單的版圖設計可以用手工實現(xiàn),但復雜的線 路設計一般也需要借助計算機輔助設計(CAD)實現(xiàn),而著名的設計軟件有AutoCAD、OrCAD、PowerPCB、FreePCB等。 (功能測試)

  基本制作

  根據(jù)不同的技術(shù)可分為消除和增加兩大類過程。

  減去法

  減去法(Subtractive),是利用化學品或機械將空白的電路板(即鋪有完整一塊的金屬箔的電路板)上不需要的地方除去,余下的地方便是所需要的電路。

  絲網(wǎng)印刷:把預先設計好的電路圖制成絲網(wǎng)遮罩,絲網(wǎng)上不需要的電路部分會被蠟或者不透水的物料覆蓋,然后把絲網(wǎng)遮罩放到空白線路板上面,再在絲網(wǎng)上油上不會被腐蝕的保護劑,把線路板放到腐蝕液中,沒有被保護劑遮住的部份便會被蝕走,最后把保護劑清理。

  感光板:把預先設計好的電路圖制在透光的膠片遮罩上(最簡單的做法就是用打印機印出來的投影片),同理應把需要的部份印成不透明的顏色,再在空白線路板上涂上感光顏料,將 預備好的膠片遮罩放在電路板上照射強光數(shù)分鐘,除去遮罩后用顯影劑把電路板上的圖案顯示出來,最后如同用絲網(wǎng)印刷的方法一樣把電路腐蝕。

刻?。豪勉姶不蚶咨涞窨虣C直接把空白線路上不需要的部份除去。

  加成法

  加成法(Additive),現(xiàn)在普遍是在一塊預先鍍上薄銅的基板上,覆蓋光阻劑(D/F),經(jīng)紫外光曝光再顯影,把需要的地方露出,然后利用電鍍把 線路板上正式線路銅厚增厚到所需要的規(guī)格,再鍍上一層抗蝕刻阻劑-金屬薄錫,最后除去光阻劑(這制程稱為去膜),再把光阻劑下的銅箔層蝕刻掉。

  積層法

  [1] 積層法是制作多層印刷電路板的方法之一。是在制作內(nèi)層后才包上外層,再把外層以減去法或加成法所處理。不斷重復積層法的動作,可以得到再多層的多層印刷電路板則為順序積層法。

  內(nèi)層制作

  積層編成(即黏合不同的層數(shù)的動作)

  積層完成(減去法的外層含金屬箔膜;加成法)

  鉆孔

  減去法

  Panel電鍍法

  全塊PCB電鍍

  在表面要保留的地方加上阻絕層(resist,防以被蝕刻)

  蝕刻

  去除阻絕層

  Pattern電鍍法

  在表面不要保留的地方加上阻絕層

  電鍍所需表面至一定厚度

  去除阻絕層

  蝕刻至不需要的金屬箔膜消失

  加成法

  令表面粗糙化

  完全加成法(full-additive)

  在不要導體的地方加上阻絕層

  以無電解銅組成線路

  部分加成法(semi-additive)

  以無電解銅覆蓋整塊PCB

  在不要導體的地方加上阻絕層

  電解鍍銅

  去除阻絕層

  蝕刻至原在阻絕層下無電解銅消失

  增層法

  增層法是制作多層印刷電路板的方法之一,顧名思義是把印刷電路板一層一層的加上。每加上一層就處理至所需的形狀。

   ALIVH

  ALIVH(Any Layer InterstitialVia Hole,Any Layer IVA)是日本松下電器開發(fā)的增層技術(shù)。這是使用芳香族聚酰胺(Aramid)纖維布料為基材。

  把纖維布料浸在環(huán)氧樹脂成為“黏合片”(prepreg)

  雷射鉆孔

  鉆孔中填滿導電膏

  在外層黏上銅箔

  銅箔上以蝕刻的方法制作線路圖案

  把完成第二步驟的半成品黏上在銅箔上

  積層編成

  再不停重覆第五至七的步驟,直至完成

  B2it

  [1]B2it(Buried Bump Interconnection Technology)是東芝開發(fā)的增層技術(shù)。

  先制作一塊雙面板或多層板

  在銅箔上印刷圓錐銀膏

  放黏合片在銀膏上,并使銀膏貫穿黏合片

  把上一步的黏合片黏在第一步的板上

  以蝕刻的方法把黏合片的銅箔制成線路圖案

  再不停重覆第二至四的步驟,直至完成

  產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

  由于印制電路板的制作處于電子設備制造的后半程,因此被成為電子工業(yè)的下游產(chǎn)業(yè)。幾乎所有的電子設備都需要印制電路板的支持,因此印制電路板是全球電 子元件產(chǎn)品中市場份額占有率最高的產(chǎn)品。目前日本、中國、臺灣、西歐和美國為主要的印制電路板制造基地。



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