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PCB可靠性——产品 “已通过”测试还远远不够?

八月 22, 2019 | I-Connect007
PCB可靠性——产品 “已通过”测试还远远不够?

试想一下,今天是假期前的最后一个工作日,发货截止日快到了。测试水平C性能等级3(IPC-9252A)的产品刚刚完成电气测试,通过FA测试不在话下,几乎就要大功告成了。你松了一口气,已经开始期待假期旅行了。为了确保万无一失,你还是给电测ET部门打了个电话询问良率。ET部门的负责人回答说:“良率为96%。”你对这个消息感到非常满意,因为你有足够的额外数量产品可弥补4%的不良品。你放心了,高兴地想着可以赶在新客户的交付日期前交货。

没那么快!当您兴高采烈准备下班的时候,手机铃声响了,质量经理找你。他说:“我们遇到问题了!”你反驳说:“产品良率为96%,都通过了ET!还能有啥大问题?”但是质量经理回答:“你最好来趟实验室。”此时你的心提到了嗓子眼,因为质量经理在挂断电话时的最后建议是——“我们最好不要发出这批货。”你怀着忐忑的心前往实验室。

到底发生了什么事?虽然良率为96%,但在已经发现的4%失效产品中,存在一个可能将整批货置于风险之中的缺陷。在这个案例中,ET在4%的失效产品中检测到了孔壁空洞。现在必须决定“通过”的产品是否可作为可靠产品发货,还是暂缓发货以进行评估。从外部看,答案是相当清楚的,应该暂缓发货,评估检测到的空洞类型,并评估空洞是否会引发潜在的现场失效。这个决定非常关键,老实说,很多时候厂家采取的决定是——立即发货。

由于生产压力和交付产品后的高收益性,通常公司会选择冒险发货。但是从长远来看,在没有验证的情况下这批货的可靠性有多高?在组装时只要出现一次失效就会导致生产线停工并付出高昂的代价。同时也会让OEM和CM质疑PCB生产商的可靠性,而在当今的市场中,公司声誉是如此重要!

从可靠性的角度来看,在电气测试期间检测到故障时我们需要快速了解可能发生的风险。失效的根本原因是什么?从统计角度看低潜在风险对组装厂及后续生产制程意味着什么?在大多数情况下,单个的内层缺陷、随机的短路或表面焊料拉尖对产品的整体长期可靠性没有统计意义。应对这类缺陷的通常措施是返工(如果允许)或报废。许多OEM甚至不允许对其产品进行维修,因此当电路板报废时,潜在风险将完全消除。

需要仔细审查的缺陷是空洞。当涉及微导通孔、盲孔和/或埋孔时,审查更为重要,这类缺陷会隐藏在“通过”的电路板中,在组装期间由于焊料回流导致的热应力和高温问题就会显现出来。一旦识别出空洞,需要辨别其类型以及可能涉及哪些子结构(在子部件堆叠层压的情况下)是至关重要的。如果确定空洞是气泡或夹带空气的圆周型空洞,则是孤立事件,可能是电镀生产线上的特定刮板导致,可以对在该刮板上处理的其他序列号电路板进行再次采样。

但是,如果确定了锥形镀层或薄铜上有空洞,则表明整个订单可能存在较大的风险。微导通孔出现结合失效也表明不确定的电镀问题,甚至是子部件层压存在异常。此时,产品整体长期可靠性的风险已经变得非常高。当发现这类缺陷,即使是很小的百分比,也会影响ET良率的统计曲线。96%的良率可能隐藏了100%的潜在现场失效,4%的不良率并不是好兆头。

我们必须确定存在的风险,这需要对孔壁进行高分辨率的阻抗测试,或者进行4线开尔文测试。在大多数情况下,厚径比越高,风险越大,故选择在最小的孔上进行测试。基于铜厚和厚径比预测理论阻抗的研究进行测试,确定“已通过”电气测试的产品是否存在风险。我们必须记住,标准电气测试是测量10欧姆及以上的连通性阻抗,即使对于测试水平C性能等级3的产品也是如此。在此测试条件下不会检测到锥形电镀和薄铜。好的孔壁与可疑孔壁的阻抗波动均在毫欧姆范围内,采用标准ET无法检测到这种波动,这就是为什么我们可以通过ET获得96%的良率,却仍可能隐藏着即将发生的重大缺陷。

现在的问题是,我们必须筛选整批产品,但是由于阻焊膜和/或导通孔堵塞而无法直接接触到孔壁。4线开尔文测试的最佳结果是直接探测孔壁的相对侧。4线开尔文测试探针接触孔壁,增加了给定孔壁的平均阻抗,以至于测量较长电路得到的阻抗会变得太大,无法准确地检测出薄铜或锥形电镀导致电阻率的微小变化。

该测试是要寻找从良好的孔壁到导致触发故障的电阻率的毫欧级变化。检测防护百分比是可调节的,通常设定为25%左右。如果电路中有多余的铜,端到端的总阻抗为1欧姆,故障触发率为25%,则必须在该电路中检测到250毫欧的变化才能触发故障。这个数值太高以至于无法检测到所怀疑的故障类型。

主要解决方案是对这些类型的产品进行预先规划,比如小尺寸孔、高厚径比的产品需要进行在线筛选。对于涂覆有阻焊膜和表面涂层的产品,如果进行4线开尔文测试可能识别不到潜在缺陷,除非从两侧都可以接触到孔壁。同时,此测试应在涂覆阻焊膜之前和电镀工艺之后进行,直接探测到高厚径比的孔壁,可得到最精确的结果。也可以从每个电镀刮板中取样,以确定整个负载是否存在潜在的系统性问题,还是仅是其中一个刮板的问题。在此阶段执行测试可在完成昂贵的最终工艺之前检测到阻抗波动,以提高您对产品可靠性的信心。如果能尽早测试并能发现缺陷,则可在对交付影响降至最低的情况下尽早重新生产。

切记“已通过”并未真正合格。我们必须仔细审查常规电气测试中发现的失效,因为ET中的高良率并不代表高可靠性。不当的失效审核,特别是忽略空洞带来的潜在影响,96%的ET良率可能就是产品在运行现场0%的良率。在这个竞争激烈的市场中,公司的名誉将受到重大影响,甚至带来毁灭性的经济打击。

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标签:
#检测  #可靠性 

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