PCBA测试整体步骤介绍

2015-08-03 13:31:57来源: vihome
印刷电路板,又称印制电路板,印刷线路板,常使用英文缩写PCB(Printed circuit board),是重要的电子部件,是电子元件的支撑体,是电子元器件线路连接的提供者。由于它是采用电子印刷技术制作的,故被称为“印刷”电路板。

  在印制电路板出现之前,电子元件之间的互连都是依靠电线直接连接而组成完整的线路。现在,电路面包板只是作为有效的实验工具而存在,而印刷电路板在电子工业中已经成了占据了绝对统治的地位。

  20世纪初,人们为了简化电子机器的制作,减少电子零件间的配线,降低制作成本等优点,于是开始钻研以印刷的方式取代配线的方法。三十年间,不断有工 程师提出在绝缘的基板上加以金属导体作配线。而最成功的是1925年,美国的Charles Ducas 在绝缘的基板上印刷出线路图案,再以电镀的方式,成功建立导体作配线。

  直至1936年,奥地利人保罗·爱斯勒(Paul Eisler)在英国发表了箔膜技术[1],他在一个收音机装置内采用了印刷电路板;而在日本,宫本喜之助以喷附配线法“メタリコン法吹着配线方法(特许 119384号)”成功申请专利。[2]而两者中Paul Eisler 的方法与现今的印刷电路板最为相似,这类做法称为减去法,是把不需要的金属除去;而Charles Ducas、宫本喜之助的做法是只加上所需的配线,称为加成法。虽然如此,但因为当时的电子零件发热量大,两者的基板也难以配合使用[1],以致未有正式 的实用作,不过也使印刷电路技术更进一步。(洗衣机智能主版自动化测试系统)

  1941年,美国在滑石上漆上铜膏作配线,以制作近接信管。

  1943年,美国人将该技术大量使用于军用收音机内。

  1947年,环氧树脂开始用作制造基板。同时NBS开始研究以印刷电路技术形成线圈、电容器、电阻器等制造技术。

  1948年,美国正式认可这个发明用于商业用途。

  自20世纪50年代起,发热量较低的晶体管大量取代了真空管的地位,印刷电路版技术才开始被广泛采用。而当时以蚀刻箔膜技术为主流[1]。

  1950年,日本使用玻璃基板上以银漆作配线;和以酚醛树脂制的纸质酚醛基板(CCL)上以铜箔作配线。
1951年,聚酰亚胺的出现,便树脂的耐热性再进一步,也制造了聚亚酰胺基板。[1]

  1953年,Motorola开发出电镀贯穿孔法的双面板。这方法也应用到后期的多层电路板上。[1]

  印刷电路板广泛被使用10年后的60年代,其技术也日益成熟。而自从Motorola的双面板面世,多层印刷电路板开始出现,使配线与基板面积之比更为提高。(ATE)

  1960年,V. Dahlgreen以印有电路的金属箔膜贴在热可塑性的塑胶中,造出软性印刷电路板。[1]

  1961年,美国的Hazeltine Corporation参考了电镀贯穿孔法,制作出多层板。[1]

  1967年,发表了增层法之一的“Plated-up technology”。[1][3]

  1969年,FD-R以聚酰亚胺制造了软性印刷电路板。[1]

  1979年,Pactel发表了增层法之一的“Pactel法”。[1]

  1984年,NTT开发了薄膜回路的“Copper Polyimide法”。[1]

  1988年,西门子公司开发了Microwiring Substrate的增层印刷电路板。[1]

  1990年,IBM开发了“表面增层线路”(Surface Laminar Circuit,SLC)的增层印刷电路板。[1]

  1995年,松下电器开发了ALIVH的增层印刷电路板。[1]

  1996年,东芝开发了B2it的增层印刷电路板。[1]

  就在众多的增层印刷电路板方案被提出的1990年代末期,增层印刷电路板也正式大量地被实用化,直至现在。(产线自动化测试)

  为大型、高密度的印刷电路板装配(PCBA, printed circuit board assembly)发展一个稳健的测试策略是重要的,以保证与设计的符合与功能。除了这些复杂装配的建立与测试之外,单单投入在电子零件中的金钱可能是很 高的 - 当一个单元到最后测试时可能达到25,000美元。由于这样的高成本,查找与修理装配的问题现在比其过去甚至是更为重要的步骤。今天更复杂的装配大约18 平方英寸,18层;在顶面和底面有2900多个元件;含有6000个电路节点;有超过20000个焊接点需要测试。

  在朗讯加速的制造工厂(N. Andover, MA),制造和测试艺术级的PCBA和完整的传送系统。超过5000节点数的装配对我们是一个关注,因为它们已经接近我们现有的在线测试(ICT, in circuit test)设备的资源极限(图一)。我们现在制造大约800种不同的PCBA或“节点”。在这800种节点中,大约20种在5000~6000个节点范 围。可是,这个数迅速增长。

  新的开发项目要求更加复杂、更大的PCBA和更紧密的包装。这些要求挑战我们建造和测试这些单元的能力。更进一步,具有更小元件和更高节点数的更大电 路板可能将会继续。例如,现在正在画电路板图的一个设计,有大约116000个节点、超过5100个元件和超过37800个要求测试或确认的焊接点。这个 单元还有BGA在顶面与底面,BGA是紧接着的。使用传统的针床测试这个尺寸和复杂性的板,ICT一种方法是不可能的。

  在制造工艺,特别是在测试中,不断增加的PCBA复杂性和密度不是一个新的问题。意识到的增加ICT测试夹具内的测试针数量不是要走的方向,我们开始 观察可代替的电路确认方法。看到每百万探针不接触的数量,我们发现在5000个节点时,许多发现的错误(少于31)可能是由于探针接触问题而不是实际制造 的缺陷(表一)。因此,我们着手将测试针的数量减少,而不是上升。尽管如此,我们制造工艺的品质还是评估到整个PCBA。我们决定使用传统的ICT与X射 线分层法相结合是一个可行的解决方案。

  基材

  基材普遍是以基板的绝缘部分作分类,常见的原料为电木板、玻璃纤维板,以及各式的塑胶板。而PCB的制造商普遍会以一种以玻璃纤维、不织物料、以及树脂组成的绝缘部分,再以环氧树脂和铜箔压制成“黏合片”(prepreg)使用。

  而常见的基材及主要成份有:

  FR-1 ──酚醛棉纸,这基材通称电木板(比FR-2较高经济性)

FR-2 ──酚醛棉纸,

  FR-3 ──棉纸(Cotton paper)、环氧树脂

  FR-4 ──玻璃布(Woven glass)、环氧树脂

  FR-5 ──玻璃布、环氧树脂FR-6 ──毛面玻璃、聚酯

  G-10 ──玻璃布、环氧树脂

  CEM-1 ──棉纸、环氧树脂(阻燃)

  CEM-2 ──棉纸、环氧树脂(非阻燃)

  CEM-3 ──玻璃布、环氧树脂

  CEM-4 ──玻璃布、环氧树脂

  CEM-5 ──玻璃布、多元酯

  AIN ──氮化铝

  SIC ──碳化硅

  金属涂层 (FCT 自动化测试)

  金属涂层除了是基板上的配线外,也就是基板线路跟电子元件焊接的地方。此外,不同的金属也有不同的价钱,不同的会直接影响生产的成本;不同的金属也有不同的可焊性、接触性,也有不同的电阻阻值,也会直接影响元件的效能。

  常用的金属涂层有:

  铜

  锡

  厚度通常在5至15μm[4]

  铅锡合金(或锡铜合金)

  即焊料,厚度通常在5至25μm,锡含量约在63%[4]

  金

  一般只会镀在接口[4]

  银

  一般只会镀在接口,或以整体也是银的合金

  线路设计

  印制电路板的设计是以电子电路图为蓝本,实现电路使用者所需要的功能。印刷电路板的设计主要指版图设计,需要内部电子元件、金属连线、通孔和外部连接 的布局、电磁保护、热耗散、串音等各种因素。优秀的线路设计可以节约生产成本,达到良好的电路性能和散热性能。简单的版图设计可以用手工实现,但复杂的线 路设计一般也需要借助计算机辅助设计(CAD)实现,而着名的设计软件有AutoCAD、OrCAD、PowerPCB、FreePCB等。 (功能测试)

  基本制作

  根据不同的技术可分为消除和增加两大类过程。

  减去法

  减去法(Subtractive),是利用化学品或机械将空白的电路板(即铺有完整一块的金属箔的电路板)上不需要的地方除去,余下的地方便是所需要的电路。

  丝网印刷:把预先设计好的电路图制成丝网遮罩,丝网上不需要的电路部分会被蜡或者不透水的物料覆盖,然后把丝网遮罩放到空白线路板上面,再在丝网上油上不会被腐蚀的保护剂,把线路板放到腐蚀液中,没有被保护剂遮住的部份便会被蚀走,最后把保护剂清理。

  感光板:把预先设计好的电路图制在透光的胶片遮罩上(最简单的做法就是用打印机印出来的投影片),同理应把需要的部份印成不透明的颜色,再在空白线路板上涂上感光颜料,将 预备好的胶片遮罩放在电路板上照射强光数分钟,除去遮罩后用显影剂把电路板上的图案显示出来,最后如同用丝网印刷的方法一样把电路腐蚀。

刻印:利用铣床或雷射雕刻机直接把空白线路上不需要的部份除去。

  加成法

  加成法(Additive),现在普遍是在一块预先镀上薄铜的基板上,覆盖光阻剂(D/F),经紫外光曝光再显影,把需要的地方露出,然后利用电镀把 线路板上正式线路铜厚增厚到所需要的规格,再镀上一层抗蚀刻阻剂-金属薄锡,最后除去光阻剂(这制程称为去膜),再把光阻剂下的铜箔层蚀刻掉。

  积层法

  [1] 积层法是制作多层印刷电路板的方法之一。是在制作内层后才包上外层,再把外层以减去法或加成法所处理。不断重复积层法的动作,可以得到再多层的多层印刷电路板则为顺序积层法。

  内层制作

  积层编成(即黏合不同的层数的动作)

  积层完成(减去法的外层含金属箔膜;加成法)

  钻孔

  减去法

  Panel电镀法

  全块PCB电镀

  在表面要保留的地方加上阻绝层(resist,防以被蚀刻)

  蚀刻

  去除阻绝层

  Pattern电镀法

  在表面不要保留的地方加上阻绝层

  电镀所需表面至一定厚度

  去除阻绝层

  蚀刻至不需要的金属箔膜消失

  加成法

  令表面粗糙化

  完全加成法(full-additive)

  在不要导体的地方加上阻绝层

  以无电解铜组成线路

  部分加成法(semi-additive)

  以无电解铜覆盖整块PCB

  在不要导体的地方加上阻绝层

  电解镀铜

  去除阻绝层

  蚀刻至原在阻绝层下无电解铜消失

  增层法

  增层法是制作多层印刷电路板的方法之一,顾名思义是把印刷电路板一层一层的加上。每加上一层就处理至所需的形状。

   ALIVH

  ALIVH(Any Layer InterstitialVia Hole,Any Layer IVA)是日本松下电器开发的增层技术。这是使用芳香族聚酰胺(Aramid)纤维布料为基材。

  把纤维布料浸在环氧树脂成为“黏合片”(prepreg)

  雷射钻孔

  钻孔中填满导电膏

  在外层黏上铜箔

  铜箔上以蚀刻的方法制作线路图案

  把完成第二步骤的半成品黏上在铜箔上

  积层编成

  再不停重覆第五至七的步骤,直至完成

  B2it

  [1]B2it(Buried Bump Interconnection Technology)是东芝开发的增层技术。

  先制作一块双面板或多层板

  在铜箔上印刷圆锥银膏

  放黏合片在银膏上,并使银膏贯穿黏合片

  把上一步的黏合片黏在第一步的板上

  以蚀刻的方法把黏合片的铜箔制成线路图案

  再不停重覆第二至四的步骤,直至完成

  产业现状

  由于印制电路板的制作处于电子设备制造的后半程,因此被成为电子工业的下游产业。几乎所有的电子设备都需要印制电路板的支持,因此印制电路板是全球电 子元件产品中市场份额占有率最高的产品。目前日本、中国、台湾、西欧和美国为主要的印制电路板制造基地。

关键字:PCBA测试  整体步骤

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2015/0803/article_12559.html
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