iNEMI解決電路板的質(zhì)量問題

由公司組成的國際電子制造商聯(lián)盟（iNEMI）啟動了三個項目，旨在幫助制造商改進(jìn)印刷電路板（）的質(zhì)量。其中一個項目是為了建立一種評估功能測試故障覆蓋率的標(biāo)準(zhǔn)方法，第二個項目是為了鼓勵元件制造商更廣泛地采用邊界掃描技術(shù)，第三個項目是為了建立一種測試印刷電路組裝的機(jī)械性能的方法。

iNEMIS表示，其使命是發(fā)現(xiàn)技術(shù)差距，并通過鼓勵加快部署新技術(shù)、開發(fā)行業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施、推廣有效的商業(yè)實踐及鼓勵采用標(biāo)準(zhǔn)來彌補(bǔ)這些技術(shù)差距。該聯(lián)盟通過技術(shù)綜合組（TIG）開展項目，這些TIG是圍繞評估行業(yè)最重要需求的iNEMI路線圖中確定的特定領(lǐng)域組織的。圖1顯示了該路線圖的基本項目模型。電路板級項目通過惠普的Rosa Reinosa和英特爾的J.J. Grealish主持的電路板和系統(tǒng)生產(chǎn)測試TIG開展。

1 評估功能測試的故障覆蓋率

iNEMI的電路板測試TIG麾下開展的第一個項目是力求創(chuàng)建一個量化模型，來估算和預(yù)測功能測試的故障覆蓋率。英特爾的測試開發(fā)工程師Tony Taylor最初于2006年在臺灣提出了建立電路板制造商和設(shè)備供應(yīng)商論壇的想法。論壇參與者希望得到行業(yè)更廣泛的反饋意見以便制定一致的指導(dǎo)方針，他們還建議Taylor與iNEMI合作。該項目由Taylor主持，涉及大量在其他領(lǐng)域激烈競爭的企業(yè)，這些企業(yè)維持著一種合作氛圍，意識到他們的工作成果將使每一個人受益?！?br />
Taylor評論說：“我們從一開始就理解，功能測試與在線測試[ICT]和自動化光學(xué)檢測 [AOI]等結(jié)構(gòu)性測試技術(shù)有著根本的區(qū)別。那些方法依靠比較可預(yù)測的標(biāo)準(zhǔn)，并使用供應(yīng)商提供的設(shè)備，所以允許采用相當(dāng)一致的故障覆蓋方法?！?br />
他補(bǔ)充說：“功能測試需要在產(chǎn)品的本地環(huán)境中高速運(yùn)行。如果使用不同供應(yīng)商的具有不同功能的傳統(tǒng)堆架式儀器或儀器卡來監(jiān)測電路板的性能，則不可避免地產(chǎn)生多種不同的結(jié)果。此外，在功能測試中，可將問題范圍縮小到執(zhí)行某個特定功能的電路元件，但是不一定縮小到單個元件的狀況或特性。這樣無法進(jìn)行完全自動的故障覆蓋分析。”

該組在初期就認(rèn)識到，盡管各種電路板測試技術(shù)在一定程度上有所重疊，但是功能測試可提供結(jié)構(gòu)性測試不能提供的電路性能信息。目的是盡可能以結(jié)構(gòu)等效術(shù)語重新解釋功能測試，添加功能測試獨(dú)有的覆蓋功能，以及建立一種整個行業(yè)的企業(yè)均可用作參考的框架。iNEMI將發(fā)布結(jié)果。

Taylor繼續(xù)說：“我們希望代表電路板測試領(lǐng)域所有觀點(diǎn)的企業(yè)都能參與。參與者將為我們帶來獨(dú)特的觀點(diǎn)和大量經(jīng)驗。項目將首先確立方法的基礎(chǔ)。然后，各公司將實施方法，并提供關(guān)于方法有效性方面的反饋?！?br />
創(chuàng)建方法方面的一個關(guān)注點(diǎn)是確定評估標(biāo)準(zhǔn)。工程師分析電路板原理圖和測試代碼的初步理論分析，將提供關(guān)于如何確定一項測試計劃是否涵蓋一種電路板關(guān)鍵功能的一次通過率規(guī)范。一般而言，單是理論分析對于主要采用穩(wěn)定技術(shù)的低成本或低利潤率的電路板就足夠了。將電路板與實際儀器掛鉤監(jiān)測測試可增強(qiáng)對理論分析的信心，但是也增加了所需的時間和成本。測試預(yù)算可能不允許在低成本電路板、有大量元件（大幅度增加評估時間）和高度復(fù)雜電路（導(dǎo)致確定故障覆蓋率既耗時又模糊不清）的電路上進(jìn)行這些額外操作。

如果產(chǎn)品可以保證提供高度可信的故障覆蓋評估，可能需要采取額外步驟注入故障，以確定在具有已知缺陷的電路板上運(yùn)行測試是否能夠發(fā)現(xiàn)缺陷。理論分析可能預(yù)測出測試將覆蓋某些故障，但是監(jiān)測可能顯示當(dāng)實際運(yùn)行測試時預(yù)測的故障覆蓋率無效。

來看看采用耦合電容器的交流耦合差分對。在某些電路中，拆除耦合電容器不會導(dǎo)致測試失敗。有開口的差分線可采用電容方式跨接其他線路或連接器/元件引腳耦合，盡管信號完整性較差，但仍可到達(dá)差分接收器。理論分析可預(yù)測故障，但是盡管有故障，實際測試卻可以通過。在實際使用中，這種電路板可能出現(xiàn)間歇性運(yùn)行故障。

另一種情況是，跟蹤一段測試代碼可能表明一定程度的覆蓋，但是由于編碼錯誤，該段代碼實際上永遠(yuǎn)不會執(zhí)行。同樣，理論分析預(yù)測的是不存在的覆蓋。

該TIG提出了一種包含以下內(nèi)容的方法：

* 以現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)性覆蓋術(shù)語重新解釋功能測試，

* 引進(jìn)功能測試獨(dú)有的新覆蓋元素，

* 以有意義和可重現(xiàn)的方式報告功能測試覆蓋。

該組將運(yùn)用這種方法測試三種全然不同的產(chǎn)品，包括可植入醫(yī)療產(chǎn)品、光網(wǎng)絡(luò)電路板和PC服務(wù)器電路板，這些測試采用多種不同的技術(shù)，具有不同的復(fù)雜性并可產(chǎn)生多種不同的故障結(jié)果。

Taylor接著說：“我們將在這些產(chǎn)品上實施我們的初步測試方法，然后用汲取的經(jīng)驗來調(diào)整方法，如此反復(fù)，使它成為一種有用的框架。我們將發(fā)布關(guān)于提議解決方案和測試結(jié)果的足夠信息，在不透露任何專有信息的情況下允許非參與企業(yè)利用我們的工作成果?！?br />他提醒說：“我們的意圖不是為了簡化流程，而是實現(xiàn)行業(yè)的統(tǒng)一。最初，我們將運(yùn)行統(tǒng)計報告來確立基準(zhǔn)點(diǎn)。該信息將有助于我們評估優(yōu)勢與劣勢，以及哪些數(shù)據(jù)真正有意義?！?

如果一切按照計劃進(jìn)行，該TIG到年底就可得到最終結(jié)論。


2 推廣邊界掃描技術(shù)

邊界掃描技術(shù)的演變幾乎可追溯到二十年前，其目的是為了解決擁擠復(fù)雜的上邏輯節(jié)點(diǎn)的訪問空間（access）不斷減少的問題（圖2）。由于該技術(shù)的設(shè)計時間長，占用大量寶貴的空間，加之人們認(rèn)為采用邊界掃描對電路板“性能”的影響即使難以確定，也是不利影響，所以設(shè)計者一直抵制使用該技術(shù)。

電路板技術(shù)的演變?nèi)找嫫仁箿y試工程師在電路板設(shè)計中采用邊界掃描。因此，電路板測試TIG啟動一個項目，以期確定元件制造商的接受程度，并制定策略來提高接受程度和鼓勵元件級方案的標(biāo)準(zhǔn)化。由于思科產(chǎn)品和流程的本質(zhì)決定，很久之前邊界掃描就成為其一個重中之重的問題，所以該公司的Steve Butkovich被選為項目負(fù)責(zé)人。其他參與者包括原始設(shè)備制造商（OEM）和合同制造商等各家公司的代表。

Butkovich評論說：“當(dāng)被問到他們?yōu)槭裁床桓鼰崆榈刂С诌@一技術(shù)時，元件供應(yīng)商稱沒有市場，客戶沒有足夠的需求。我們項目的目的之一就是在行業(yè)論壇中向供應(yīng)商提出對該技術(shù)的需求，而非只是由幾家個別公司提出。通過采用這種方式，我們賦予這種技術(shù)更大的意義?！?br />
Butkovich表示，器件技術(shù)的進(jìn)步大大減弱設(shè)計者早期爭論的有效性。他說：“開始，一些實施邊界掃描技術(shù)的元件供應(yīng)商做得不太好。額外電路可能使器件增加四五千個門，但是當(dāng)門減少時，邊界掃描占用的空間就失去了意義。自動化工具使設(shè)計者的時間縮短為幾天。曾經(jīng)高達(dá)15%的額外成本已降到添加邊界掃描根本不會增加器件成本的程度。”

Butkovich稱，在行業(yè)論壇中將對邊界掃描的需求擺在供應(yīng)商的面前，被提到了一個新的高度，強(qiáng)調(diào)的是這種能力對于許多產(chǎn)品測試都是必不可少的。廠商不應(yīng)將包含邊界掃描元件看作是一項競爭優(yōu)勢，而是看作所有產(chǎn)品制造商都應(yīng)支持的一項基本要求。

他繼續(xù)說：“我們都看到，在達(dá)到足夠的測試覆蓋率方面，傳統(tǒng)的ICT方法已變得空前困難和不實用。由于我們生產(chǎn)的產(chǎn)品類型（圖3）的原因，許多電路中幾乎沒有包括傳統(tǒng)的訪問空間。檢測沒有提供任何有效的解決辦法。我們需要有效的電氣測試?！?br />

該項目的初步任務(wù)是調(diào)查12到15家公司，分析收集的信息，以調(diào)整對多達(dá)100家企業(yè)的更大范圍的調(diào)查。調(diào)查的范圍將有助于使電路板和系統(tǒng)制造商知道他們并非孤軍奮戰(zhàn)，對于他們購買的器件中的功能需求并非一家公司的問題，也不是少數(shù)幾家公司的問題，實際上是整個行業(yè)的問題。

Butkovich堅持說：“這是每個人的事情。我們希望這一項目能夠鼓勵供應(yīng)商獲得適當(dāng)?shù)墓ぞ哌M(jìn)行過渡，通過讓器件設(shè)計者自身行動起來而使邊界掃描設(shè)備的常規(guī)生產(chǎn)盡可能簡便。我們看看市場上已有的產(chǎn)品，就知道設(shè)計者兩年前做了什么。該調(diào)查將讓我們了解到目前這一供應(yīng)領(lǐng)域的現(xiàn)有產(chǎn)品?！?br />
第一份調(diào)查已經(jīng)發(fā)出了。Butkovich預(yù)計數(shù)據(jù)收集階段將于9月底結(jié)束，之后將大規(guī)模向行業(yè)分發(fā)數(shù)據(jù)。他指出，公布的結(jié)果將只包括趨勢和統(tǒng)計數(shù)據(jù)，不包括個人的意見，以保護(hù)匿名參與者。

如同Taylor一樣，Butkovich發(fā)現(xiàn)與這些在其他領(lǐng)域激烈競爭的企業(yè)合作營造了一種高度合作和相互支持的氛圍。他評價說：“這些企業(yè)可能互相競爭，但是測試工程師一般不這樣看待他們自己。該項目與專有信息無關(guān)，而是要提供一種所有人都可使用的方法，幫助所有人提高質(zhì)量。通過讓iNEMI的參與，我們創(chuàng)造了一個非對壘區(qū)，推動行業(yè)整體向前發(fā)展。這也是企業(yè)加入iNEMI的原因之一。”

3 電路板的彎曲方式

轉(zhuǎn)向無鉛焊接，再加上當(dāng)前上的電路密度和元件類型，致使電路板可能在生產(chǎn)、處理和正常使用期間發(fā)生變形。測量電路板易受彎曲損害影響的標(biāo)準(zhǔn)（IPC/JEDEC 9702和9704）也需要更新，以反映這些技術(shù)變化。此外，制造商應(yīng)用現(xiàn)有應(yīng)變測試方法的途徑不一致造成評估損害風(fēng)險的混亂。這些問題催生了電路板彎曲標(biāo)準(zhǔn)化項目，由惠普的Reinosa和英特爾的Alan McAllister共同主持。

Reinosa解釋說，項目的首要目標(biāo)之一是將球面彎曲測試方法（圖4）整合到標(biāo)準(zhǔn)中，以驗證電路板的機(jī)械性能。她說：“目前的IPC/JEDEC 9702標(biāo)準(zhǔn)概括了四點(diǎn)彎曲技術(shù)，但是不包括球面彎曲測試方法。英特爾開發(fā)的方法更加準(zhǔn)確地監(jiān)測最壞情況的彎曲測試條件，惠普和其他企業(yè)已經(jīng)采用。球面彎曲將有助于元件制造商更加準(zhǔn)確地判斷特定封裝的應(yīng)力限制。IPC可利用我們的結(jié)果修改現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)，也可決定引進(jìn)它作為一項單獨(dú)的標(biāo)準(zhǔn)?！?br />

電路板彎曲項目還計劃解決制造商提出的應(yīng)變規(guī)范的方法問題。Reinosa說：“表達(dá)最大應(yīng)變的方法有兩種，分別是主應(yīng)變和對角線應(yīng)變。客戶可能不理解這兩者之間的區(qū)別。制造商和供應(yīng)商對應(yīng)變限制的表達(dá)和使用必須一致。”

通過部分引進(jìn)新的應(yīng)變測量標(biāo)準(zhǔn)或修改現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)，可了解影響電路板應(yīng)變的因素。一些參與公司已開始開展這方面的調(diào)查。Reinosa說：“我們將看到各種材料和電路板功能的效果，例如，電路板層壓材料、BGA 封裝尺寸以及焊墊的尺寸和類型。結(jié)果取決于焊接類型。無鉛焊料比各種有鉛焊料更不易彎曲。當(dāng)電路板變形時，轉(zhuǎn)移到電路板層壓材料的負(fù)荷要多于錫鉛焊料的情況，所以制造商需要降低最大容許應(yīng)變，以確保電路板的質(zhì)量?！?br />
Reinosa強(qiáng)調(diào)說：“我們無論向標(biāo)準(zhǔn)組織提出什么建議，都不會規(guī)定對特定電路板、元件或技術(shù)的實際應(yīng)變限制。每家公司都需要決定每種電路板或產(chǎn)品可承受的最高風(fēng)險級別。元件制造商可能對他們生產(chǎn)的每種BGA規(guī)定不同的應(yīng)變限制，因此電路板的限制取決于該電路板的設(shè)計、材料和BGA組合。即使在一家公司內(nèi)部，這種限制都可能取決于每種產(chǎn)品的使用。例如，筆記本和手機(jī)中的主板可能比臺式電腦中的主板經(jīng)受更多的周期應(yīng)變。”

此外，項目參與者可能對故障標(biāo)準(zhǔn)達(dá)成一致意見，也可能達(dá)不成一致意見。確定哪些測試結(jié)果證明電路板測試失敗將取決于每種產(chǎn)品、產(chǎn)品線以及特定公司指導(dǎo)方針的特征。Reinosa指出：“對于一種產(chǎn)品，一家公司可能將任何損壞都視為故障。另一種產(chǎn)品或另一家公司可能有不同的故障標(biāo)準(zhǔn)?！?br />
為了成功地推動標(biāo)準(zhǔn)向前發(fā)展，該項目需要生成、分析和提出許多數(shù)據(jù)?！癐PC和JEDEC不會修改他們的標(biāo)準(zhǔn)，除非提議的修改與制造商的實際體驗相符。參與的企業(yè)需要共享他們的實驗數(shù)據(jù)。向公眾提供的信息可能比較籠統(tǒng)，但是如果沒有具體數(shù)據(jù)，委員會將不會采取必要的行動?！?br />
與其他電路板級項目一樣，彎曲項目的時間安排也比較緊湊。該TIG計劃到2008年底向IPC和JEDEC提交調(diào)查結(jié)果。Reinosa預(yù)計這兩家機(jī)構(gòu)做出決定的速度比標(biāo)準(zhǔn)爭論中通常的速度要快得多。

她說：“通過借助于iNEMI開展工作，到我們提出建議時，已經(jīng)整合了大量相互對立的觀點(diǎn)。這類項目還將對所討論問題擁有不同經(jīng)驗的企業(yè)召集到一起。一家公司可能比較了解層壓，另一家企業(yè)可能比較了解封裝尺寸，而第三家可能精通焊點(diǎn)特性。如果他們中的每家公司都提交自己的結(jié)果，那么我們建議的標(biāo)準(zhǔn)將盡可能體現(xiàn)各家公司的一致意見?！?br />
Reinosa繼續(xù)說：“我們不會強(qiáng)制要求甚至也不會推薦電路板厚度、材料或制造工藝本身任何其他具體方面的最大應(yīng)變水平標(biāo)準(zhǔn)。我們的目標(biāo)只是提供一種證實有效的方法來確定應(yīng)變限制。目前，OEM可能為同一合同制造商指定不同的驗收標(biāo)準(zhǔn)。我們希望通過提供一組反映先前的標(biāo)準(zhǔn)采用以來電路板技術(shù)和方法演變的新標(biāo)準(zhǔn)，幫助制造商為客戶提供一致、可預(yù)測的電路板性能與可靠性?！?br>