IPCJEDEC-9704印制板應(yīng)變測(cè)試指南講座課件

IPC/JEDEC-9704

印制板應(yīng)變測(cè)試指南講座

史洪賓2010.08.26綱要范圍參考文件通用要求/指南數(shù)據(jù)分析和報(bào)告附錄范圍1.1目的1.2背景1.3術(shù)語(yǔ)及定義1.4未來研究范圍本文件對(duì)印制板（PWB）制造過程中印制板組件的應(yīng)變測(cè)試制定了詳細(xì)的準(zhǔn)則，這些制造過程包括組裝、測(cè)試、系統(tǒng)集成和印制板的周轉(zhuǎn)/運(yùn)輸。本文件建議的程序使得印制板組裝者/企業(yè)能獨(dú)立進(jìn)行所需的應(yīng)變測(cè)試，并為印制板翹曲測(cè)量和風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估提供了一種量化的方法。范圍本文件所涵蓋的主題包括：①測(cè)試設(shè)置和設(shè)備要求②應(yīng)變測(cè)量③報(bào)告格式本文件中所提到的器件均假定為表面貼裝器件，其典型代表有BGA，SOP和CSP。分立式SMT器件（如：電容，電阻等）則不在此文件范圍內(nèi)。范圍

需進(jìn)行應(yīng)變測(cè)量的典型元器件

BGACSPSOPPOP范圍

無需進(jìn)行應(yīng)變測(cè)量的典型元器件

SMT電阻SMT電容SIPDIP1.1目的應(yīng)變測(cè)試可以對(duì)SMT封裝在PWB組裝、測(cè)試和操作中受到的應(yīng)變和應(yīng)變率水平進(jìn)行客觀分析。由于元器件焊點(diǎn)對(duì)應(yīng)變失效非常敏感，因此PWB在最惡劣條件下的應(yīng)變鑒定顯得至關(guān)重要。對(duì)所有表面處理方式的封裝基板，過大的應(yīng)變都會(huì)導(dǎo)致焊點(diǎn)的損壞。這些失效包括在印制板制造和測(cè)試過程中的焊球開裂、線路損壞、焊盤起翹和基板開裂。1.1目的

過大應(yīng)變導(dǎo)致的焊點(diǎn)失效模式

焊球開裂線路損壞圖1-1焊盤起翹基板開裂1.2背景運(yùn)用應(yīng)變測(cè)量來控制印制板翹曲已被證實(shí)對(duì)電子工業(yè)是非常有利的，而且其做為一種甄別有害制造工藝的方法也被不斷地認(rèn)可。然而，隨著互連密度的增加且變得更脆，翹曲導(dǎo)致?lián)p壞的可能性也在增大。許多印制板組裝者/企業(yè)現(xiàn)在被要求在其客戶或元器件供應(yīng)商指定的應(yīng)變水平下進(jìn)行操作。隨著應(yīng)變測(cè)量技術(shù)的成熟，不同的方法應(yīng)運(yùn)而生。應(yīng)變測(cè)量方法的差異阻礙了數(shù)據(jù)的可靠采集和企業(yè)/行業(yè)間的數(shù)據(jù)對(duì)比。本文件對(duì)1.2背景應(yīng)變片貼裝、應(yīng)變片位置、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)參數(shù)和應(yīng)變度量體系中的差異進(jìn)行了討論。印制板應(yīng)變測(cè)量包括把應(yīng)變片應(yīng)用在印制板上規(guī)定的元器件,然后讓貼裝好應(yīng)變片的印制板經(jīng)受不同的測(cè)試和組裝操作。超出應(yīng)變極限的測(cè)試和組裝步驟被視為應(yīng)變過大,并進(jìn)行確認(rèn)以便采取改善措施。應(yīng)變極限可以來自客戶，元器件供應(yīng)商或者企業(yè)/行業(yè)內(nèi)部眾所周知的習(xí)慣做法。應(yīng)變測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的例子如附錄A所示。1.2背景通過對(duì)制造變動(dòng)敏感區(qū)域的確認(rèn)，應(yīng)變測(cè)試為產(chǎn)量的提升指明了方向。應(yīng)變測(cè)量成為未來工藝改進(jìn)的基準(zhǔn)，并可對(duì)調(diào)整的效果進(jìn)行量化。需要進(jìn)行應(yīng)變測(cè)量的典型制造步驟如下：

①

SMT組裝過程⑴分板（裁板）過程⑵所有人工操作過程⑶所有返工和修正過程

1.2背景⑷連接器安裝⑸元器件安裝

②印制板測(cè)試過程⑴在線測(cè)試（ICT）⑵印制板功能測(cè)試（BFT）或等效的功能測(cè)試

③機(jī)械組裝⑴散熱片組裝⑵印制板的支持物/增強(qiáng)板組裝1.2背景⑶系統(tǒng)印制板集成或系統(tǒng)組裝⑷PCI（外設(shè)部件互連總線）或者子卡安裝

④運(yùn)輸環(huán)境

1.2背景組裝流程因印制板和組裝者/企業(yè)的不同而異。例如ICT和BFT等測(cè)試在本文件中被當(dāng)作是通用術(shù)語(yǔ)；不同的工廠在專業(yè)術(shù)語(yǔ)命名上可能會(huì)不同。因此，在這些情況下，應(yīng)對(duì)等效的測(cè)試過程采用相同的要求。總之，應(yīng)變測(cè)量的目的是描述所有涉及機(jī)械載荷的組裝步驟特征。不要把測(cè)試局限于以上所列的步驟，或者僅應(yīng)用于已知的高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域。這些測(cè)試中得到的數(shù)據(jù)將作為將來參考的基準(zhǔn)。

1.3術(shù)語(yǔ)及定義此處使用的所有的術(shù)語(yǔ)的定義都應(yīng)當(dāng)與《IPC-T-50電子電路互連與封裝術(shù)語(yǔ)及定義》保持一致且定義如下。元器件封裝好的半導(dǎo)體器件互連用于電氣互連的導(dǎo)電部件，比如：焊球，引線等。微應(yīng)變無量綱單位,106×(長(zhǎng)度變化)÷(原始長(zhǎng)度)主應(yīng)變一個(gè)平面中最大和最小的正交應(yīng)1.3術(shù)語(yǔ)及定義變，互相垂直且所在方向上的切應(yīng)變?yōu)榱恪?yīng)變花含有2個(gè)或以上獨(dú)立敏感柵的應(yīng)變片，這些敏感柵用來測(cè)量一個(gè)公共點(diǎn)處沿它們各自軸向上的應(yīng)變。堆疊花形應(yīng)變片由相互堆疊于一個(gè)公共點(diǎn)的敏感柵構(gòu)成的花形應(yīng)變片。應(yīng)變無量綱單位(長(zhǎng)度變化)÷(原始長(zhǎng)度)應(yīng)變率應(yīng)變的變化量除以這個(gè)變化被測(cè)1.3術(shù)語(yǔ)及定義量到的時(shí)間間隔。應(yīng)變片粘附于基底的平面金屬膜圖案，在受到應(yīng)變時(shí)其電阻值會(huì)發(fā)生變化。應(yīng)變片單元由蛇形金屬敏感柵圖案構(gòu)成的應(yīng)變片敏感區(qū)域。2.范圍2.1IPC2.2其它出版物2參考文件在本文指定的范圍內(nèi)，下列文件是適用的并構(gòu)成此規(guī)范的一部分。這些文件的后續(xù)和修訂版本也將成為此規(guī)范的一部分。文件按來源分類為IPC（）、電子器件工程聯(lián)合會(huì)(JEDEC)、美國(guó)試驗(yàn)與材料學(xué)會(huì)(ASTM,)和其它。2.1IPCIPC-T-50電子電路互聯(lián)與封裝術(shù)語(yǔ)及定義IPC-D-279可靠的表面貼裝技術(shù)印制板組件設(shè)計(jì)指南IPC-7095BGA設(shè)計(jì)及組裝工藝實(shí)施IPC-9701表面貼裝焊接連接性能試驗(yàn)方法和鑒定要求|IPC/JEDEC-9702板級(jí)互連的單向彎曲特性鑒定2.2其它出版物ASTME1561-93(2003版)應(yīng)變花數(shù)據(jù)分析標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程電阻應(yīng)變片安裝操作規(guī)程，英國(guó)應(yīng)變測(cè)量學(xué)會(huì)()3.總體要求/指南3.1應(yīng)變測(cè)量板3.2元器件3.3應(yīng)變片3.4應(yīng)變片粘貼3.5引線3.6測(cè)量設(shè)備3.7測(cè)量校正3.8人工模擬3.9運(yùn)輸包裝測(cè)試3總體要求/指南印制板和系統(tǒng)組裝應(yīng)變測(cè)量過程的概觀見圖3-1和3-2。通常應(yīng)該進(jìn)行應(yīng)變測(cè)量的生產(chǎn)組裝和測(cè)試步驟如圖3-1和3-2中的應(yīng)變測(cè)量標(biāo)記所示。每個(gè)工序的多次重復(fù)或動(dòng)作可以幫助鑒定相關(guān)的制程變異。同時(shí)也能對(duì)復(fù)雜彎曲處的狀況有很好的了解。3總體要求/指南

圖3-1印制板組裝應(yīng)變測(cè)量過程

3總體要求/指南

圖3-2系統(tǒng)組裝應(yīng)變測(cè)量過程

3.1應(yīng)變測(cè)量板由于SMT回流焊前印制板受到的機(jī)械應(yīng)變有限，更重要的是焊點(diǎn)只有在回流焊后才會(huì)形成，故應(yīng)變鑒定只需對(duì)SMT回流焊后的組裝及測(cè)試操作進(jìn)行即可。通常至少要裝配2片測(cè)試板。測(cè)試板不需要有電功能，但其機(jī)械結(jié)構(gòu)必須能代表最新的設(shè)計(jì)。以下兩種類型的測(cè)試板至少應(yīng)該被評(píng)估：①只有SMT元器件（SMT回流焊后）②既有SMT也有通孔元器件（波峰焊后）3.1應(yīng)變測(cè)量板以上是最低要求。系統(tǒng)組裝過程的鑒定可能需要另外的測(cè)試板。第一片裝配板代表通過SMT回流焊，將要波峰焊前的PWBA。范例見圖3-3和3-4。在這個(gè)階段，印制板上只有SMT元器件。其目的在于鑒定人工操作，連接器和其它通孔元器件插裝以及任何波峰焊前進(jìn)行的電氣測(cè)試過程中的應(yīng)變/應(yīng)變率。此印制板不可用于波峰焊后組裝步驟的鑒定。3.1應(yīng)變測(cè)量板

圖3-3和圖3-4只有SMT元器件的印制板

3.1應(yīng)變測(cè)量板第二片裝配板應(yīng)該與完成波峰焊后的PWBA相似。范例見圖3-5。此印制板裝有所有SMT及通孔元器件，用來鑒定最終的回流焊后的以下所有組裝步驟（在適用情況下）：①分板/裁板②印制板的支撐物/加固物組裝③最終系統(tǒng)組裝④PCI卡插入3.1應(yīng)變測(cè)量板⑤DIMM模組插入⑥子卡插入⑦散熱片粘附⑧測(cè)試操作（ICT，BFT）⑨BGA及通孔元器件的返工雖然ICT和BFT是典型的高應(yīng)變/應(yīng)變率操作，但任何其它步驟也有可能造成損壞。圖3-6是一個(gè)典型的ICT應(yīng)變測(cè)試裝置。3.1應(yīng)變測(cè)量板

圖3-5既有SMT也有通孔元器件的印制板

3.1應(yīng)變測(cè)量板

圖3-6ICT治具應(yīng)變測(cè)試裝置

3.1應(yīng)變測(cè)量板

FCT治具應(yīng)變測(cè)試裝置

PowerUSBKeyboardODDCRTHDMI3.1應(yīng)變測(cè)量板所有的組裝步驟都應(yīng)該被鑒定。使用機(jī)械治具的工序也應(yīng)該引起重視，例如支撐治具、壓合治具、鎖螺絲治具等。使用到貨架或者托盤的場(chǎng)所，比如存儲(chǔ)和印制板運(yùn)輸工序也應(yīng)該考慮到。強(qiáng)烈建議無論有治具與否，組裝步驟中的任何人工操作都要進(jìn)行鑒定。如果人工操作步驟類似，可以將這些操作測(cè)試合并到一個(gè)能代表最差情況的操作。此人工操作模擬的細(xì)節(jié)必須在測(cè)試報(bào)告中加以記錄。3.1應(yīng)變測(cè)量板只要所有機(jī)械負(fù)荷的特性要求都滿足，使用替代的印制板就是可接受的。但印制板上必須有以下的元器件：①大物理尺寸和/或質(zhì)量的元器件。②對(duì)印制板有機(jī)械約束的元器件，例如匯流條，長(zhǎng)連接器等。建議在裝配前先檢查下測(cè)試板是否有過大的翹曲。另外可能需要考量的是焊料老化的影響在解釋結(jié)果時(shí)必須要考慮到這點(diǎn)。3.2元器件建議任何尺寸大于或等于27×27mm的BGA器件都進(jìn)行測(cè)量。例如載帶球柵陣列（TBGA），倒裝芯片球柵陣列（FCBGA），增強(qiáng)型球柵陣列（eBGA），陶瓷球柵陣列（CBGA）和滿足此條件的低抬起高度BGA元器件都必須要鑒定。雖然一些工業(yè)研究表明電鍍鎳金基板相對(duì)于用其它表面處理的封裝基板，如化學(xué)鍍鎳/浸金（ENIG）較不易受到焊點(diǎn)失效的影響，但其也應(yīng)該被鑒定。3.2元器件

需進(jìn)行應(yīng)變測(cè)量的BGA器件