SMB可測(cè)性設(shè)計(jì)問題探討

摘??要：本文從工藝設(shè)計(jì)、電氣設(shè)計(jì)和免清洗焊接工藝等方面探討了SMB的可測(cè)性設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞：表面貼裝電路板；可測(cè)性設(shè)計(jì)；表面貼裝技術(shù)
?????????????? Design for Testability of Surface Mount Board
??????????????????????XIAN Fei
?????????? (Fiberhome Telecommunication Co.,Ltd, Wuhan 430074,China)
Abstract: Design for testability of SMB are discussed from Processes Design、Electric Design and No-clean Soldering Process.
Keywords: SMB; DFT; SMT????????????????????????????
????SMT的高組裝密度使得傳統(tǒng)的測(cè)試方法陷入困境，在電路和SMB設(shè)計(jì)階段就進(jìn)行可測(cè)性設(shè)計(jì)是當(dāng)今業(yè)界所普遍采用的方法，其目的是提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低測(cè)試成本和縮短產(chǎn)品的制造周期。就可測(cè)性設(shè)計(jì)DFT（Design For Testability）的概念而言，是一個(gè)包括集成電路的可測(cè)性設(shè)計(jì)（芯片設(shè)計(jì)）、系統(tǒng)級(jí)可測(cè)試性設(shè)計(jì)、板級(jí)可測(cè)試性設(shè)計(jì)以及電路結(jié)構(gòu)的可測(cè)試性設(shè)計(jì)等方面的新興的系統(tǒng)工程。它與現(xiàn)代的CAD/CAM技術(shù)緊密地聯(lián)系在一起，對(duì)電子產(chǎn)品的質(zhì)量控制，提高產(chǎn)品的可制造性，降低產(chǎn)品的測(cè)試成本，縮短產(chǎn)品的制造周期起著至關(guān)重要的作用。SMT的可測(cè)性設(shè)計(jì)主要是針對(duì)目前ICT裝備情況。將后期產(chǎn)品制造的測(cè)試問題在電路和表面安裝印制板SMB設(shè)計(jì)時(shí)就考慮進(jìn)去。
可測(cè)性設(shè)計(jì)的考慮
提高可測(cè)性設(shè)計(jì)要考慮工藝設(shè)計(jì)和電氣設(shè)計(jì)兩個(gè)方面的要求。
一、工藝設(shè)計(jì)的要求
定位的精度、基板制造程序、基板的大小、探針的類型都是影響探測(cè)可靠性的因素。
1．精確的定位孔。在基板上設(shè)定精確的定位孔，定位孔誤差應(yīng)在±0.05mm以內(nèi)，至少設(shè)置兩個(gè)定位孔，且距離愈遠(yuǎn)愈好。采用非金屬化的定位孔，以減少焊錫鍍層的增厚而不能達(dá)到公差要求。如基板是整片制造后再分開測(cè)試，則定位孔就必須設(shè)在主板及各單獨(dú)的基板上。
2．測(cè)試點(diǎn)的直徑不小于0.4mm，相鄰測(cè)試點(diǎn)的間距最好在2.54mm以上，不要小于1.27mm。
3．在測(cè)試面不能放置高度超過6.4mm的元器件，過高的元器件將引起在線測(cè)試夾具探針對(duì)測(cè)試點(diǎn)的接觸不良。
4．最好將測(cè)試點(diǎn)放置在元器件周圍1.0mm以外，避免探針和元器件撞擊損傷。定位孔環(huán)狀周圍3.2mm以內(nèi)，不可有元器件或測(cè)試點(diǎn)。
5．測(cè)試點(diǎn)不可設(shè)置在PCB邊緣4mm的范圍內(nèi)，這4mm的空間用以保證夾具夾持。通常在輸送帶式的生產(chǎn)設(shè)備與SMT設(shè)備中也要求有同樣的工藝邊。
6．所有探測(cè)點(diǎn)最好鍍錫或選用質(zhì)地較軟、易貫穿、不易氧化的金屬傳導(dǎo)物，以保證可靠接觸，延長探針的使用壽命。
7．測(cè)試點(diǎn)不可被阻焊劑或文字油墨覆蓋，否則將會(huì)縮小測(cè)試點(diǎn)的接觸面積，降低測(cè)試的可靠性。
二、電氣設(shè)計(jì)的要求
1．要求盡量將元件面的SMC/SMD的測(cè)試點(diǎn)通過過孔引到焊接面，過孔直徑應(yīng)大于1mm。這樣可使在線測(cè)試采用單面針床來進(jìn)行測(cè)試，從而降低了在線測(cè)試成本。
2． 每個(gè)電氣節(jié)點(diǎn)都必須有一個(gè)測(cè)試點(diǎn)，每個(gè)IC必須有POWER及GROUND的測(cè)試點(diǎn)，且盡可能接近此元器件，最好在距離IC 2.54mm范圍內(nèi)。
3．在電路的走線上設(shè)置測(cè)試點(diǎn)時(shí)，可將其寬度放大到40mil 寬。
4．將測(cè)試點(diǎn)均衡地分布在印制板上。如果探針集中在某一區(qū)域時(shí)，較高的壓力會(huì)使待測(cè)板或針床變形，進(jìn)一步造成部分探針不能接觸到測(cè)試點(diǎn)。
5．電路板上的供電線路應(yīng)分區(qū)域設(shè)置測(cè)試斷點(diǎn)，以便于電源去耦電容或電路板上的其它元器件出現(xiàn)對(duì)電源短路時(shí)，查找故障點(diǎn)更為快捷準(zhǔn)確。設(shè)計(jì)斷點(diǎn)時(shí)，應(yīng)考慮恢復(fù)測(cè)試斷點(diǎn)后的功率承載能力。
????下圖所示為測(cè)試點(diǎn)設(shè)計(jì)的一個(gè)示例。通過延伸線在元器件引線附近設(shè)置測(cè)試焊盤或利用過孔焊盤測(cè)試節(jié)點(diǎn)，測(cè)試節(jié)點(diǎn)嚴(yán)禁選在元器件的焊點(diǎn)上，這種測(cè)試可能使虛焊節(jié)點(diǎn)在探針壓力作用下擠壓到理想位置，從而使虛焊故障被掩蓋，發(fā)生所謂的“故障遮蔽效應(yīng)”。由于探針因定位誤差引起的偏晃，可能使探針直接作用于元器件的端點(diǎn)或引腳上而造成元器件損壞。

圖1??測(cè)試點(diǎn)設(shè)計(jì)示例
免清洗焊接工藝的考慮
????目前電子組裝業(yè)大部分都采用免清洗焊接工藝。實(shí)行免清洗工藝，必須保證其與在線測(cè)試尤其是針床測(cè)試的兼容性，使探針能扎透助焊劑殘留物。由于目前的免清洗焊膏絕大部分并不是針對(duì)雙回流焊探針測(cè)試技術(shù)而開發(fā)，通常殘留物在回流焊后會(huì)馬上變硬/不粘手，在隨后的在線測(cè)試中被探針扎透而變成碎屑，粘附在測(cè)試夾具及探針頭上，使探針測(cè)試越來越困難，最終導(dǎo)致電氣接觸失效。因此，為與在線測(cè)試良好兼容，應(yīng)選擇面向雙面回流焊技術(shù)的低殘留焊膏，具體要求為：固態(tài)物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)在3%以下；殘留物應(yīng)擴(kuò)散一致，一般應(yīng)無色透明；殘留物經(jīng)回流焊后應(yīng)軟而不粘，即使在某些焊點(diǎn)上有輕微殘留物堆積，也不會(huì)影響探針測(cè)試；同時(shí)在選擇探針上也要有所考慮，如對(duì)焊縫下凹的的互連通孔（VIA），因其易積聚殘留物，所以應(yīng)選擇特殊的探針，一般應(yīng)選擇三點(diǎn)鑿子型探針，以便探針能扎在鍍通孔的外緣而不必去扎下凹焊縫內(nèi)堆積的殘留物。目前，已有與探針測(cè)試良好兼容的面向雙回流焊技術(shù)的免清洗焊膏問世：在不清洗的前提下，一次接觸完好率可達(dá)99%。
????在考慮到其它因素后，剩下的就是對(duì)探針進(jìn)行定期清洗，一般3~4周，也可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整，以保證測(cè)試的良好接觸。
結(jié)束語
????在具體的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中會(huì)遇到許多不同情況，可依據(jù)前面所規(guī)定的設(shè)計(jì)原則去靈活運(yùn)用。SMT的可測(cè)性設(shè)計(jì)工作還處探索之中，尚需廣大科技人員和工藝技術(shù)人員努力去研究這一新課題。