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SMT之家论文中心 / 表面贴装工艺 / 测试工艺 / 测试与检查 Test/Inspection
测试与检查 Test/Inspection
2003-12-21    Stig Oresjo       点击: 9248
测试与检查 Test/Inspection

假设选择三种不同复杂程度的板:低、中与高。低复杂性的板(LCB, Low-complexity board)特征是,50个元件,350个焊点和50~100个电气节点,并且是一个简单电路,如,可编程自动调温器、高级玩具、家用电器、磁碟驱动控制器等。中等复杂性的板(MCB, medium-complexity board)包括500个元件,3500个焊接点和500~1000个电气节点;典型的例子是台式计算机的主板。最后,高复杂性的板(HCB, high-complexity board)有2500个元件,17500个焊接点,典型的3000~4000个节点。伺服器、路由器和高级电信的板归于这类。

各类型板的合格率

为了决定三种类型板的所希望的可靠的合格率,假设制造过程对元件和焊接点的缺陷水平是每百万分之200个缺陷(DPMO, Defect per million opportunities)。(对中和高复杂性的板,DPMO水平通常较高;200 DPMO用于所有三种情况是为了方便比较。)

N = 缺陷机会,合格率的公式为:合格率 = [ 1 - (DPMO/1000000)]N

低复杂性的板有400个缺陷机会(50个元件 + 350个焊接点);中等4000(500 + 3500);高20000(2500 + 17500)。应用到 公式 中,(SMT工艺)合格率结果为:低复杂程度92%,中等复杂程度45%,高复杂性的PCB只有2%。结论:几乎所有低复杂程度的板都将通过,而几乎所有高复杂程度的板将至少每个板上暴露出一个缺陷。

再假设对每个类型的板,SMT生产线每天运行24小时,每周五天,每年50周。对低复杂性的板,每年生产2,000,000块板,中等程度200,000,高等程度40,000。LCB的制造成本为$20;MCB为$400;HCB为$4,000。

测试:一个无增值的行为?

这个说法有时听得到,如果是真的,那只需要调整一个策略 - 一个非常简单的过/不过的测试。一个公司致力于只发货那些工作正常的板,可能对那些失效的板不作任何修理,它会发现扔掉更便宜。这项策略的经济效应可从表中看到。

测试与修理的调节"成本"

参数 LCB MCB HCB
每年板数(千块) 2,000 200 40
每块板成本 $20 $400 $4,000
(SMT)板合格率% 92 45 2
好板价值(百万美元) 36.8 36 3.2
报废价值(百万美元) 3.2 44 156.8
每年贴装元件(百万) 100 100 100
每年焊接点数(百万) 700 700 700
每年缺陷机会(百万) 800 800 800

使用报废失效品策略,可以看出对三种情况的报废成本有很大差别,甚至总的DPMO是相同的。如果测试和修理成本比报废成本低,那么测试将增加价值。表中所示,LCB比MCB用来开发与投资在测试和修理上的可用"空间"较小;而比HCB要小得多。

选择测试策略的指导性原则是,找到产生最高经济回报的结合方法。这是高缺陷覆盖(较低报废率)与最佳诊断方法(较低修理成本)之间的交替换位,考虑测试检查系统的固定成本,编程和夹具成本,和操作员与修理人员的事务成本。

低复杂性板。最佳的测试策略可能是手工视觉检查(MVI, manual visual inspection)或自动光学检查(AOI, automated optical inspection),跟着功能测试。如果假设每班次要求五个视觉检查员,并且MVI可发现和修理50%的所有缺陷,那么可节省$1.6百万。一个视觉检查员的年开支大约$30,000;这个方法的成本是每年450,000(每板5个检查员 x 3班 x $30,000 = $450,000)。一项$450,000的投资节省$1.6百万,似乎是一个好的策略。但是作为替换 - 使用AOI而不是MVI - 一个系统可跟上一条生产线的产量,产生的年成本会大大地低于$450,000。因此,在大多数情况下AOI是更好的策略。

如果MVI策略找出缺陷的效力是50%,功能测试的合格率应该是96%,这里剩下的缺陷的75%可以被测试并以少于每个$20来修理。(典型地,功能测试有95%的缺陷覆盖率。在低复杂情况,假设只有75%的所有查出的缺陷可以以少于$20的成本修理。如果测试和修理多于$20,那么报废板更便宜。)

应该加入在线测试(ICT, in-circuit test)吗?答案还不清楚,例如,如果板的种类很少,只需要开发一些夹具和测试程序;那么ICT可能是一个好的策略。可是,如果情况是需要很多程序和夹具,那ICT可能不是一个经济的策略。这个评估的关键是检查的合格率为96%。LCB情况如图一所示。

图一、对低复杂性板的手工视觉或自动光学检查加上功能测试的情况。

中等复杂性的板。大多数成本有效的策略可能是某种形式的检查,跟着ICT和功能测试(图二)。使用一个缺陷覆盖率为50%的检查策略,结果将得到73%的检查合格率 - 太低而不能直接供给功能测试。(原则上,到功能测试的合格率应该大于90%。) 如果,在这种情形,加入对剩下缺陷有75%覆盖率的ICT,那么将有41,250块板将在ICT检查和修理。如果假设平均修理费用,包括在ICT的附加诊断每板$6和功能测试的每板$36,那么节约为$1.2百万(41,250 x ($36 - $6))。ICT设备的年固定成本,程序开发和夹具成本可能要少得多。(注:几个选项,包括MVI,AOI或自动X光检查(AXI, automated X-ray inspection),可以是这种情况下的检查策略的可替换选择。阐述哪种最有经济效益已超出了本文的范围。)

图二、对中等复杂程度的板,最有经济效益的策略是某种形式的检查,跟着在线测试和功能测试。节约潜力达每年$1.2百万。

高复杂性的板。没有检查的生产合格率为2%。这里,对每块板17,500个焊接点,一个高缺陷覆盖率的策略(AXI)可能是最有经济效益的替代方法(图三)。对一个典型的缺陷谱,AXI可以检查到所有失效的80%,或80%的合格率,这还太低,不能直接去功能测试。因此,用ICT补足这个情况是一个好的策略,并以简化ICT测试的机会得到强调。因为AXI具有非常高的短路与开路缺陷覆盖率,ICT夹具可以减轻对已经被覆盖的缺陷的测试。使用这个策略可以大大节约ICT夹具和程序开发的成本。

图三、对高复杂性板的情形,使用自动X光检查的高缺陷覆盖率策略可能是最有经济效益的。

产品寿命周期

在引用的三个例子中,假设了稳定的生产状态。可是,这是不正常的。从方程式中忽略的是原型测试、生产攀升和成熟生产工艺的发展。还有,在许多情况下,及时到达市场(time-to-market)和适量到达市场(volume-to-market)可能是一个产品成功(或失败)的关键。为满足这些关键产品时期的特殊需要,可能要加入另外的测试步骤。例如,在原型测试中,应该选择具有高覆盖率和编程快的测试/检查技术。AXI,AOI和飞针系统(flying probe system)是好的替代手段。通常,在产量增加和缺陷水平还高的攀升阶段,有经济意识的应该准备尽可能多的测试策略。

缺陷谱

选择正确测试策略的另一个关键因素是,对缺陷水平和缺陷谱的了解。如果大多数缺陷是焊锡有关的,那么,策略中应包括一个具有对这些缺陷高覆盖率的测试系统。简单地说,如果贴装错误普遍,那么应该有一个对这个区域高覆盖率的测试系统。事实上,一个测试系统不可能覆盖全部的缺陷谱。可是,为了选择正确的策略,应该把方程中缺陷谱和缺陷水平以及板的复杂性和板的产量,作为关键的考虑因素,来完成经济运算。

总结

通过选择测试策略,作为PCB复杂性的函数,高复杂性板的潜在成本利益是比低复杂性板的高得多。鉴于元件数量与焊接点数量是关键的参数,重要的是记住,其它因素可能引起板的复杂性。板的密度,密间距元件,电气和视觉可达性,板的数量等,也是重要的,因为任何变化都可能重大的改变最优的测试策略。

STIG OREJO is a senior test strategy consultant at Hewlett-Packard Co., Manufacturing Test Div., 814 14th St. S.W., M/S AM 114 Loveland, CO 80537; (970) 679-3215; Fax: (970) 679-5990.

责任编辑: skylee
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