华成培训研发管理系列课程之从样品到量产课后资料 06PCBA结构测试策略指南

PCBA结构测试策略指南目次1范围和简介51.1范围51.2简介52规范性引用文件53术语和定义54测试目标64.1测试的目标64.2最优化测试策略64.3基本原则65制定结构测试策略的主要因素和原则75.1单板产量与复杂度75.2产品背景95.2.1单板相关情况95.2.2重要度、成本与测试期望值95.3加工路线与工艺难点：105.3.1五种主流工艺路线：105.3.2工艺难点125.4测试覆盖125.4.1故障谱与测试覆盖率125.4.2缺陷模式分析145.4.3超高复杂度单板155.5测试效率与成本155.5.1效率与时间155.5.2测试成本165.6各种测试手段的应用策略175.6.1ICT应用策略175.6.2AXI和AOI的应用策略175.6.3FLY（飞针ICT）应用策略195.6.4MVI应用策略195.7加载应用策略205.8测试手段在工艺路线中所处位置225.9背板Test236结构测试设备对PCBA的基本要求246.15DX对板的要求246.2AOI对板的要求246.3ICT自动线体对板的要求246.4ICT对板的要求256.5飞针ICT对板的要求257结构测试的其他注意事项258附录268.1附录A：公司的测试设备268.2附录B：结构测试与FT26PCBA结构测试策略指南I.范围和简介A.范围本规范主要适用于单面/双面板研发、试制阶段单板结构检查方法的选择，并可作为确定单板测试策略等的依据之一。本规范对于批量生产单板结构检查方法的选择只给出一般的确定原则。B.简介本规范详细地介绍了制定结构测试策略应该考虑的主要因素，并根据这些因素和各种结构测试的特点给出了一些应用原则。因为测试策略的制定需要考虑多方面因素，不是一个简单的因果关系，所以使用者在具体制定策略时，要在这些原则的指导下，综合权衡，以制定的一个有正确的覆盖、正确的使用位置、合适的测试成本的最优化生产测试策略。对本文的理解，需要读者有一定的知识背景。读者应当对生产制造过程、各种测试设备的特点和性能有一定了解和认识。对策略的制定者要求熟练掌握这些知识，因为，不了解制造过程，你就会对测试要求得过多或过少；不了解测试设备，你就不能以最小的花费做最多的测试。对此文的理解，可以结合《测试设备与测试策略》、《在线加载应用》等文进行。此文虽给出了许多原则，但要严谨和科学地制定策略，一些方面需要具体量化，如成本分析、测试覆盖、测试时间等，目前我们有一些小工具可以辅助这些工作的开展。I.规范性引用文件下列文件中的条款通过本规范的引用而成为本规范的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本规范，然而，鼓励根据本规范达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本规范。序号编号名称I.术语和定义MVI：ManualVisualInspection人工目检FLY：FlyingProbeICT飞针在线测试ICT：In-circuitTest在线测试AOI：AutomaticOpticalInspection自动光学检测AXI：AutomaticX-rayInspection自动X光检FT：FunctionalTest功能测试ESS：EnvironmentalStressScreening环境应力筛选，在我司通常指老化结构测试：本文中的结构测试是MVI、FLY、AOI、AXI、ICT的总称全检：指对所有单板及板上所有可检查器件进行检查II.测试目标A.测试的目标通过选择组合测试策略，达100％的故障覆盖率。在制造过程中尽早发现缺陷。准确的检测报告以促进制造过程的改进。发货零缺陷。B.最优化测试策略在总体上以最小的花费，最短的测试时间达最大的测试故障覆盖。在总体上最小的花费指在产品生命周期而不只是发生在工厂的制造和测试费用。HavingtherighttestatTherightplaceattherightcostisthekeyatagoodteststrategy.C.基本原则在制造过程中越早测试越好，缺陷越早发现越好；缺陷越晚发现，发现和剔除它的成本越高，它产生的危害越大。一个制造的过程或者一个部件只被测试一次。如果单板的缺陷率很低，FT很完善和可靠，就不要再进行结构测试。焈在系统(整机)测试前必须有一种测试。焈在FT测试前至少有一种结构检测或制造过程控制手段。III.制定结构测试策略的主要因素和原则单板结构测试策略的制定依据于产品、期望的覆盖率、单板的可测性、可用的测试设备和制造平台等诸多因素，主要从以下方面综合考虑：1）单板的产量与复杂度；2）产品背景；3）加工路线与工艺难点；4）测试覆盖；5）测试成本及效率；其中1）、4）、5)点是主要考虑的因素，其他是重要的参考因素。在制定结构测试策略时，结构测试工程师基于以上因素，务求以尽可能小的成本达到最高的覆盖率及测试效率。制定测试结构测试策略时，也必须考虑FT测试，考虑FT的测试情况，测试的互补性。对我司生产而言，因单板做库存，也可能单板直接发货，要充分考虑这些因素。A.单板产量与复杂度产量、复杂度与测试策略的关系如图，产量越大，考虑ICT的可能越大；单板越复杂，用AXI的机会越大。单板的测试策略中，ICT/AXI一般可以作为唯一的工艺测试手段，而通常FLY/AOI需要与其他手段配合使用。按照上述原则细化，可以得到下表粗放的测试策略对应关系。表中，以红色表示主要测试手段，蓝色表示次选的测试手段，“/”表示从多种测试手段中选择一种，也可组合使用。高产量HICTICT/AOIICT/AXI/AOI中等产量MICTAOI－－－－－－－AXI低产量LMVI/FLY/AOIAXI/AOIAXI产量V/复杂度Ci低复杂度L中等复杂度M高复杂度H产量V定义：低产量：V＜1500pcs中等产量：1500pcs≤V＜4000pcs高产量：V≥4000pcs低中高低中高复杂度产量ICTAXIFLYAOI产量：一个稳定版本的整个生命周期的产量。策略制定时，通常产品人员会难以给出较准确的预测，应该以乐观的市场预测来进行。生命周期较难估计的，一般可按一年计算。单板的产量同时要考虑如借用关系、拼板情况，祥见5.2.1的描述。复杂度定义：公式：Ci=((#C+#J)/100)*S*M*D其中#C—Numberofcomponents，板上元件总数#J—Numberofjoints，焊点总数S—Boardsides，单面板S=0.5；双面板,S=1.0M－Mix器件的混合程度。（制造角度以封装进行考虑，测试以程序难度进行考虑）低混合度＝0.5；高混合度＝1.0；D－Density，单板焊点密度D=((#J/（L*W平方英寸)/100)or(#J/L*W平方厘米/15.5)，L—单板长度，W－单板宽度。低复杂度L：Ci＜50，中等复杂度M：50≤Ci＜125高复杂度H：Ci≥125单板的复杂度可以用上面的公式进行计算，而要更准确的评估单板的复杂度，实际上还应参考其他一些因素。如单板上网络数、节点数、单板尺寸、器件封装、布局情况、局部密度等，从制造和测试角度，一般复杂度也有一定差异。基本原则：1）单板总产量＞40000pcs，所需测试点＜1280点（网络数可能略大于此数）的，优先考虑ICT自动线测试。2）高产量的单板，原则上一定要做ICT。当Ci=L&M，一般只做ICT，AOI或AXI可作为工艺控制手段抽检。当Ci＝H，若⑴ICT测试覆盖不够；⑵单板器件密度、网络密度高，经过DFT设计也不能将测试点控制在2600点以内；此时应考虑组合测试，保证覆盖，降低DFT要求。3）中等产量的单板，参考其它因素，产量越大，则做考虑ICT的可能就越大；在线加载需求强烈，则优选ICT。除此外，对中高复杂度单板，AXI测试有效性高，策略可为AXI－FT。若测试覆盖差异不大，则优选顺序为AOIAXIICT。若单板生命周期短（从TR4开始计算，1年；TR6后，0.5年），则考虑以AOI/AXI为主。4）对低产量，Ci=M&H的单板，如果没有加载等充分的理由，原则上不做ICT。因为ICT的前期投入费用NRE（DFT＋Fixture＋程序开发）高，需要专门的ICT的DFT设计，夹具成本高（一般3-6万元）。通常低产量采用ICT测试的费用是AXI的3倍，在测试覆盖相当的情况下，低产量单板以MVI/AOI/AXI等为主要手段全检。5）对低产量、低复杂度的单板，其ICT的DFT、程序开发费用并不高，若单板的尺寸较小，可将几种板同做在一个夹具上，此时可考虑ICT。6）某些产品，若资源投入策略或其他因素考虑决定不开发自动FT装备的，则结构测试手段需要进行较充分、较完全的故障覆盖。A.产品背景1.单板相关情况1)首先要了解产品的背景、应用情况。根据产品市场预测、单板在系统中的配置情况，从中可以了解到单板在系统中的重要性及使用量。2)单板借用与被借用关系。有的单板可能借用其他产品的单板，或者该单板会被其他产品借用，此时应考虑综合产量。3)同PCB，多种制成板和成品板。对结构测试手段而言，PCB同，不同制成板或成品板的测试程序一般相差不大。对ICT，PCB同，夹具可以兼容多制成板和多成品板。在考虑产量因素时就需要把所有使用同一个PCB的制成板和成品板都考虑进去。4)拼板（Panel)。怎样的拼板形式？为减少测试中的装、卸板的时间，AOI/AXI应采用拼板测试。对ICT，可权衡总产量和单板加工的方便性，确定是否采用拼板测试，产量小的，可不采用拼板测试。采用拼板测试，产量的计算应成倍减少，如：C815SIM为1×10拼板结构，在ICT采用拼板测试，此时应把拼板当一个单元，为C815SIM的产量除以10。2.重要度、成本与测试期望值测试期望值随单板的成本与重要度增加而升高。重要度高的单板，对测试期望值高，不仅是单板功能性方面的要求，还有可靠性方面的要求，如加工焊点的质量，元器件的可靠性等。ICT与FT着重电测试和性能测试；AOI只能覆盖可见SMT焊点的外部形态；AXI可以覆盖到几乎所有焊点的具体形态，对焊点的质量有良好的保证。对于可靠性要求很高、重要度很高，不仅要有高的故障覆盖，还要考虑AXI对焊点的全检，保证制造的可靠性。单板及产品的重要度衡量角度：1)应用场合，如应用于银行、军队、交通、政府、党政喉舌机关等产品的单板属高重要度；2）应用的网络层次，如在省际及以上的主干网上运行的设备的单板属高重要度；发生故障影响层面，单板故障会导致整个系统瘫痪，影响范围大，与客户满意度关系等。3)产品所起的作用；单板在产品系统中的重要程度。单板的成本主要衡量角度：1)物料及加工成本。成本越高，报废损失大，维修价值越大。2)故障维修成本。如果没有结构性测试手段，单板的故障定位困难，维修成本高。总成本高，对测试要求高。B.加工路线与工艺难点：明确单板的加工路线可以帮助确定测试设备所处位置；明确工艺难点，测试重点检测易出缺陷的地方，及时检测利于工艺改进。根据“Texpert测试策略专家系统”和BOM预测单板的直通率，发现器件DPMO高的器件，作为结构测试策略制定的参考。我们可以根据以往的加工水平对单板的直通率进行预测，直通率高的单板，测试策略里可以只用一种结构测试方法，尽量减小成本；直通率低的单板，测试策略里要考虑用多种测试方法，保证对故障单板进行有效的筛选。1.五种主流工艺路线：1）单面贴装成本测试期望值重要度高重要度低重要度中焊膏涂布元件贴装回流焊接TOP面特点：组装效率高，PCB组装加热次数为一次。适用范围：器件为SMD，一般焊点密度≤80点/平方英寸此类单板通常简单，优选手段：AOI。2）单面混装焊膏涂布元件贴装回流焊接插件波峰焊接TOP面特点：组装效率较高，PCB组装加热次数为二次。适用范围：器件为SMD、THD，一般焊点密度≤80点/平方英寸通常此类单板复杂度不高，以ICT为主。3）双面贴装B面锡膏涂布T面锡膏涂布元件贴装元件贴装回流焊接回流焊接翻板TOP面BOTTOM面特