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一直以来测试工程师主要关注嘚是确保他有一个有效的测试程序,该程序能在生产中很好地执行“在电路测试(ICT)”依然是一种检测制造缺陷的非常有效的方法。更先进嘚ICT系统还能在测试时通过提供对Flash存储器、PLD、FPGA和EEPROM编程的方法,在测试功能配置中增加实际价值安捷伦3070系统在ICT方面是市场的领导者。 

现在ICT依然在印刷电路板组装(PCA)的制造和测试过程中发挥重要的作用但是人们对无铅PCB的追求将对ICT阶段有怎样的影响呢? 

对无铅焊接技术的推动导致了对PCB表面处理技术的大量研究这些研究主要基于在PCB构建过程中的技术性能。不同的PCB表面处理技术对测试阶段的影响大部分被忽略掉戓者仅仅关注于接触阻力。本报告将介绍在ICT中观察到的影响的细节以及对这些变化做出响应和理解的需要。 

表面处理经验以及针对为實现ICT PCB生产工艺要求的改变对工程师进行培训。本文将讲述在无铅PCB表面处理问题特别是在的制造过程中的ICT阶段,并揭示对无铅表面处理的荿功测试也依赖于PCB构建工艺的有益贡献 

成功的ICT测试总是与针床夹具的测试探针和PCB上测试焊盘的接触点的物理特性上。当很尖的探针接触箌一个已焊接的测试点时焊料将凹陷,因为探针的接触压力远远高于焊料的屈服强度随着焊料的凹陷,探针穿过测试焊盘表面的任何雜质下面未受污染的焊料现在接触到探针,以实现对测试点的良好接触探针插入的深度是目标材料的屈服强度成直接的函数关系。探針穿透的越深接触越好。 

8盎司(oz)的探针可以施加26,000至160,000psi(磅/平方英寸)的接触压强具体压力大小取决于表面直径。因为焊料的屈服强度大约为5,000psi對于这种相对较软的焊料,探针的接触更好 

在我们了解前因后果之前,描述已有的PCB表面处理工艺的类型以及这些类型能提供什么非常重偠所有的印刷电路板(PCB)在板上都有铜层,如果铜层未受保护将氧化和损坏有多种不同的保护层可以使用,最普遍的是热风焊料平整(HASL)、有機焊料防护(OSP)、无电镀镍金沉浸(ENIG)、银沉浸以及锡沉浸 

HASL是工业中用到的主要的有铅表面处理工艺。工艺由将电路板沉浸到铅锡合金中形成過多的焊料被“风刀”去除,所谓的风刀就是在板子表面吹的热风对于PCA工艺,HASL具有很多的优势:它是最便宜的PCB而且通过多次回流焊、清洗和存储后表面层还可以焊接。对于ICT而言HASL也提供了焊料自动覆盖测试焊盘和过孔的工艺。然而与现有的替代方法相比,HASL表面的平整性或者同面性很差现在出现了一些无铅的HASL替代工艺,由于具有HASL的自然而然的替代的特性而越来越普及多年来HASL应用的效果不错,但是随著“环保”绿色工艺要求的出现这种工艺存在的日子屈指可数。除了无铅的问题越来越高的板子复杂性和更精细的间距已经使HASL工艺暴露出很多的局限性。 

表面工艺在整个制造过程中保持可焊接性,对ICT无负面的影响 

劣势:通常使用含铅工艺,含铅工艺现在受到限制朂终将在2007年前消除。对于精细引脚间距(<0.64mm)的情况可能导致焊料的桥接和厚度问题。表面不平整会导致在组装工艺中的同面性问题 

有机焊料防护剂(OSP)用来在PCB的铜表面上产生薄的、均匀一致的保护层。这种覆层在存储和组装操作中保护电路不被氧化这种工艺已经存在很久了,泹是直到最近随着寻求无铅技术和精细间距解决方案才获得普及 

就同面性和可焊接性而言,OSP相对于HASL在PCA组装上具有更好的性能但是要求對焊剂的类型和热循环的次数进行重大的工艺改变。因为其酸性特征会降低OSP性能使铜容易氧化,因此需要仔细处理装配者更喜欢处理哽具柔韧性和能承受更多热循环周期的金属表面。 

OSP表面处理如果测试点没有被焊接处理,将导致在ICT出现针床夹具的接触问题仅仅改以采用更锋利的探针类型来穿过OSP层将只会导致损坏并戳穿PCA测试过孔或者测试焊盘。研究表明改用更高的探测作用力或者改变探针类型对良率影响很小未处理的铜具有比有铅焊接高一个数量级的屈服强度,唯一的结果是将损坏裸露的铜测试焊盘所有的可测试性指导方针都强烮建议不直接对裸露的铜进行探测。当使用OSP时需要对ICT阶段定义一套OSP规则。最重要的规则要求在PCB工艺的开始打开版膜(Stencil)以允许焊膏能加到ICT需要接触的那些测试焊盘和过孔上。 

优点:在单位成本上与HASL具有可比性、好的共面性、无铅工艺、改善的可焊性 

缺点:组装工艺需要进荇大的改变,如果探测未加工的铜表面会不利于ICT过尖的ICT探针可能损坏PCB,需要手动的防范处理限制ICT测试和减少了测试的可重复性。 

无电鍍镍金沉浸(ENIG)这种敷层在很多的电路板上得到成功应用尽管它具有较高的单位成本,但它具有平整的表面和出色的可焊接性主要的缺点昰无电镀镍层很脆弱,已经发现在机械压力下破裂的情况这在工业上称为“黑块”或者“泥裂”,这导致了ENIG的一些负面报道 

优点:良恏的可焊接性,平整的表面、长的储存寿命、可以承受多次的回流焊 

缺点:高成本(大约为HASL的5倍)、“黑块”问题、制造工艺使用了氰化物囷其他一些有害的化学物质。 

银沉浸是对PCB表面处理的一种最新增加的方法主要用在亚洲地区,在北美和欧洲正在获得推广 

在焊接过程Φ,银层融化到焊接点中在铜层上留下一种锡/铅/银合金,这种合金为BGA封装提供了非常可靠的焊接点其对比色使其很容易被检查到,它吔是HASL在焊接处理上的自然替代方案 

银沉浸是一种具有非常好发展前景的表面加工工艺,但和所有新的表面工艺技术一样终端用户对此非常保守。很多的制造商将这种工艺作为一种“正在考察”的工艺但是它很可能成为最好的无铅表面工艺选择。 

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总体上,信号走线所需的PCB层数与过孔之间的走线数量成反比(即走线越多需要的PCB层數就越少)。可以根据走线和间隙尺寸、过孔焊盘之间的走线数量、采用的焊盘类型等参数来估算PCB需要的层数

使用较少的I/O引脚可以减少板层数量,所选择的过孔类型也有助于减少板层数量如图1-39所示是一个l.OOmm倒装焊BGA的PCB布板实例,通过该图可以了解过孔类型是怎样影响PCB层数的图1-39中的盲孔布板只需要两层PCB。来自前两个焊球的信号直接穿过第1层第3个和第4个焊球的信号可以通过过孔到达第2层,第5个焊球的信号通過第3和第4个焊球过孔下面到达第2层因此,只需要两层PCB即可作为对比,图1-39中的贯通孔需要3层PCB这是因为信号不能在贯通孔下面通过。第3囷第4个焊球的信号仍然可以通过过孔到达第2层但是第5个焊球的信号必须通过一个过孔到达第3层。在这一例子中使用盲孔而不是贯通孔嘚方法节省了一层PCB。


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举例:有5片板子需要SMT贴片每片板子上200个焊点。那么5片 x 200个焊点 = 总共1000个焊点,则焊点费:1000 x 0.01 = 10元

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