摘  要：籍由更多元器件、更多焊点、更高组装密度及新型封装技术，印制板的复杂程度惊人地增加，印制板测试工程师面对比以往更多的测试要求。自动X射线检测（AXI）与自动光学检测（AOI）采用传统测试技术对SMT在线测试（ICT）与功能测试提供有效的补充。关键词：AOI，AXI，印制板组装复杂程度指数

1．引 言

今天，籍由更多元器件、更多焊点、更高组装密度及新型封装技术，印制板的复杂程度惊人地增加，印制板测试工程师面对比以往更多的测试要求。

印制板组装器件与焊点数量的上升，加大了缺陷发生的几率，这样在一个给定的缺陷水平下，势必会降低产能。几年前，焊膏检查（SPI）、自动X射线检测（AXI）与自动光学检测（AOI）已问世，这些测试方法采用传统测试技术对在线测试（ICT）与功能测试提供有效的补充。

虽然这些新测试方法给SMT工程师有很多选择，但也会产生一些新的难点。测试/检查的正确对策是什么？这些测试方法怎样才算正确组合？对某个特定PCB组件，存在多种因素会影响测试技术的正确选择，这些因素包括；印制板的复杂程度，重要的制造工艺（如无波峰焊/波峰焊/选择性焊接等），测试的目的无非是检测缺陷可容度，改进制造工艺或者两项皆是。

2．印制板复杂程度的确定

印制板组装的复杂程度直接与发生缺陷的几率有关，同样也对测试对策的选择产生影响。印制板组装越加复杂，如果没有配置上述的附加测试/检查，SMT生产线就越难达到高的产能。

在1999年引用的复杂指数最近被修正，包含了印制板整个复杂程度的焊点密度的影响。为了说明复杂印制板复杂程度怎样对产能产生影响，我们假设三种不同的印制板组件，低，中与高级复杂程度，所用的组件是双面印制板，焊点密度为每平方英寸100个焊点，全部实验在大批量混装生产线上进行，缺陷水平为器件与焊点每百万200个缺陷（DPMO）：

l        低级复杂程度印制板：100个器件，500个焊点。共600个缺陷机会（100＋500）。

l        中级复杂程度印制板：1,000个器件，5,000个焊点。共6,000个缺陷机会（1,000＋5,000）。

l        高级复杂程度印制板：3,000个器件，21,000个焊点。共24,000个缺陷机会。

 

（DPMO=每百万缺陷数，N=缺陷机会数）

由上述公式计算SMT表面贴装产能为：

低级复杂程度印制板：98%

中级复杂程度印制板：30%

高级复杂程度印制板：1%

可得到，对低级复杂程度印制板，几乎所有贴装的印制板是合格的。而高级复杂程度印制板，几乎每一块贴装的印制板存在一个缺陷。即使在一年内缺陷机会相同，当缺陷机会线性增加，此时产能呈指数辐度下降。由此高级复杂程度印制板需要更有效的缺陷检测能力，以保证产品能在出厂前及时发现缺陷返修。

3.           SMT制造工艺与缺陷

除了印制板组装复杂程度外，SMT制造工艺也对缺陷产生影响，我们在多个实验中发现，制造过程中的每一道工艺都会增加缺陷，特别是再流焊和波峰焊，再流焊炉的工作好像是一个缺陷变换箱，有些缺陷经再流焊后被纠正，而在再流焊后如开路与短路等一些缺陷产生，引人关注。

例如引焊膏熔融液态表面张力的自对准作用，使偏位器件得到纠正。

可形成合格焊点，但印刷焊膏量不足，或器件跌落，未被焊接看来是好的器件等。同样漏贴的器件在再流焊后焊盘依然空位。

波峰焊也会产生许多缺陷，平均大约占缺陷总数的50%是在波峰悍工艺。这些数据证明再流焊与波峰焊后，在SMT制造过程终端，建立有效的缺陷可容度检测是非常需要的。

4.           测试效率的研究

具备了有关高级复杂程度印制板组装缺陷的位置与怎样纠正的知识，下一步是分析那一种测试技术是最有效，在制造过程的那一个工位配置。通过实验获得深透的认识，并对X射线检查与再线测试（ICT）的组合检测作了评价。

这些实验在小规模印制板样本组上完成的，为保证实验结果的可靠性，印制板数量在20-100块间。样本组分别采用AXI，AOI与ICT检测缺陷，观察每种测试技术检查缺陷的多少。在各种方法转换间，不对印制板的缺陷进行返修，以保证每个测试系统检测相同的印制板。AOI，AXI与ICT检测都在表一所列的工序完成后进行。（表 1）

 

表 1 测试/检查实验过程

测试效率实验清楚显示不同类型测试设备的检测能力，为这些系统在SMT生产线上优化配置提供依据。

从图 1Venn图所示，实验中使用的各种检测设备检测缺陷的复盖率，单一ICT只能探测到SMT线全部缺陷的22%，增添AOI系统，检测缺陷的复盖率可提升到46%，若再增添AXI系统，检测缺陷率可达到95%。

 

图 1  AOI，AXI，ICT缺陷检测复盖率

从实验可清晰看到在制造过程的每一步，AOI与AXI的检测结果。图 2a显示在再流焊后配置AOI要比在前，检测最终缺陷的效率高得多。

 

图 2a  AOI再流前/AOI再流后检测缺陷

图 2b  AXI波峰焊前/AXI波峰焊后检测缺陷

在再流焊前配置AOI系统可检测提供许多工艺警示，例如；尚未被再流焊工艺焊膏张力自对准的偏位器件。于是，AOI系统能提供工艺改进及调睁贴片机的信息。

图 2 表示 在波峰焊后配置AXI系统比波峰焊前更为有效。因为波峰焊（或选择性焊接）能引入大量的缺陷。

5．            工艺控制，缺陷可容度

从上可得到一些结论，并用于建立最佳测试对策。首先，实验清楚地证明AOI与AXI系统具有比传统的在线测试技术高得多的检测缺陷复盖率。

事实上，全部实验显示X射线检查是最有效的自动检查工具。通常能检测到全部加工缺陷总数的85-95%。X射线也能检测到隐蔽缺陷。三维（3D）X射线检查系统能在印制板一次通过时检测到双面安装的焊装缺陷。虽然AOI系统缺陷复盖不及AXI系统先进，但其也能提供在低于AXI成本的条件下，快速对印制板进行缺陷检测。在再流焊前或后配置AOI系统能快速工艺信息反馈，且比AXI系统编程容易。

根据检测目标的性质，在SMT生产线上选择采用何种检测工具进行配置。如主要检测目标是快速工艺信息反馈来改进工艺控制，这样测试对策的焦点应在制造工艺，保证快速工艺信息反馈。SPI与AOI系统在暴露工艺问题，防止在工艺中造成缺陷是最有效的。

如果检测的主要目标是改进缺陷的可容度，那么检测对策应在过程之终端。应根据印制板组装的复杂程度来决定采用何种检测工具。对于低级/中级复杂程度的印制板，AOI系统能提供有效的缺陷检测。对于需要高缺陷检测复盖率及产能，则AXI系统就是最好的选择。然尔最审慎的方法是AOI与AXI两系统组合方案，工艺控制与缺陷可容度两者不必相互排斥。无论再好的工艺，缺陷始终会发生。检测的目标是在产品可达到最高产能进入功能测试之前，检测到所有的加工缺陷。

根据印制板的复杂程度与生产批量需要进行多少检测。对与高级复杂程度印制板大批量组装，好的对策是增加几个自动检测工序。在许多SMT工厂，为及时工艺控制，很早就采用自动检测设备，同时在制造过程的终端对缺陷可容度进行检测。图 3 所示工艺控制与缺陷可容度检测对策的关系说明。

 

图 3 工艺控制与缺陷可容度检测的不同概念

6．            寻找两者的平衡点

测试效率实验中显示，在SMT生产线除了原来的在线测试与功能测试，再添加配置自动检测设备能够大幅度低改进缺陷检测与工艺控制能力。根据印制板组装的复杂程度与测试目标使用AOI与AXI技术组合能明显增加检测的复盖面—高质量，低质保，返修与报废成本。

7．            印制板高复杂程度的定义

高复杂性是一个非常主观性的术语。为建立一个多目标的标准、根据器件与焊点数量，印制板安装面与低/中/大批量。制定表述印制板复杂性的专用术语—复杂程度指数。

最近，针对器件焊点密度对PCB组装复杂程度的影响，进行了修正，新的复杂程度指数为；

Ci = 《 #C ＋ #J》/100×S×M×D

Ci= 复杂程度指数

#C=器件数量

#J=焊点数量

S=印制板安装面（1=双面板，- =单面板）

M=复杂程度（1=高复杂程度，- =低复杂程度）

D=密度（焊点/sqin）/100，或（焊点/sqcm）/15.5

复杂程度指数为：

l        小于50，低级复杂程度印制板

l        50-125，中级复杂程度印制板

l        等于或大于125，高级复杂程度印制板