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深圳電路板廠優(yōu)化PCB檢測方案的三個要素

文章出處：http://wdfi.cn網(wǎng)責(zé)任編輯：恒成和電路板作者：恒成和線路板人氣：-發(fā)表時間：2014-05-20 10:33:00

[深圳電路板廠]生產(chǎn)成本和產(chǎn)品質(zhì)量是所有生產(chǎn)商努力控制的兩個要素，但復(fù)雜的產(chǎn)品設(shè)計和諸多無法控制的隨機因素卻令這二者成了供應(yīng)鏈上的兩大瓶頸。解決成本與質(zhì)量之間矛盾的關(guān)鍵在于提高效率，只有通過有的放矢的測試和控制，才能翻越成本和質(zhì)量這兩座大山。本文以PCB檢測方案為例，用非常簡單的事實和原則闡明了實現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化的三個要素。而如何混合和調(diào)配這三個要素使之能夠適用于不同的生產(chǎn)和測試系統(tǒng)，就是制造商實現(xiàn)“零缺陷”生產(chǎn)的基礎(chǔ)所在。

PCB制造業(yè)有一個夢想，期望有朝一日能從“近乎完美”的原料和設(shè)計開始，經(jīng)由“近乎完美”的設(shè)備來加工，最后產(chǎn)出“近乎完美”的產(chǎn)品，而這當中不必有任何既費時又花錢的測試和檢驗開銷。不幸的是，PCB產(chǎn)品復(fù)雜性的增加、瞬息萬變的市場動態(tài)以及來自企業(yè)內(nèi)部管理的挑戰(zhàn)、加上整個制造過程中諸多不確定的隨機因素，抵消了單純由原料、設(shè)計、設(shè)備和工藝進步所帶來的好處。

今天，一般PCB的一次性成品率仍徘徊在60％到90％之間，如果不經(jīng)測試或返修，這無疑會造成巨大的浪費；而一旦有超過5％的次品流入市場，其后果可能是災(zāi)難性的?？磥砩a(chǎn)“近乎完美”產(chǎn)品的夢想終將落空，制造商仍必需繼續(xù)在檢測設(shè)備上大筆花錢，它們還不得不購買新的設(shè)備，以便應(yīng)對新技術(shù)所帶來的新的測試挑戰(zhàn)。這一切似乎沒完沒了，掛在制造商脖子上的品質(zhì)獎?wù)掠鷣碛林亍?/div>

現(xiàn)在的問題是，能否合理地投資、配置和使用好昂貴的測試檢驗設(shè)備，以使它們的效益盡可能發(fā)揮到極致。這樣，當制造商大把大把從口袋里掏錢時，能稍微心安理得一些。幸運的是，的確存在讓制造商既花錢、又寬心的優(yōu)化檢測方案，它們的目標是同時控制生產(chǎn)成本和產(chǎn)品質(zhì)量。這些方案經(jīng)過實踐檢驗，行之有效，而究其精髓，卻只是建立在少數(shù)簡單的事實和原則之上：

1,控制缺陷傳播---產(chǎn)品缺陷越早發(fā)現(xiàn)則次品造成的經(jīng)濟損失越小。

2,降低冗余檢測---重復(fù)性缺陷檢測越少則檢測成本越低。

3,掌控質(zhì)量主敵---排序PCB缺陷比率，抑制頭號質(zhì)量殺手是事半功倍之舉。

這些簡單的事實和原則構(gòu)成了優(yōu)化PCB檢測方案的三要素，對它們的綜合應(yīng)用可以幫助構(gòu)造不同的檢測方案，制造商應(yīng)該利用實際的生產(chǎn)數(shù)據(jù)對方案進行定量分析，以評估方案的得失?，F(xiàn)在讓我們對以上三個方面作更詳盡的考察。

控制缺陷的傳播

如同水面上的擾動，其波及的范圍將隨著擾動的傳播而擴大，PCB制造中的缺陷，如不及時發(fā)現(xiàn)，其造成的損失也會隨PCB從制造線的上游到下游逐漸擴大。來自制造商的數(shù)據(jù)表明，對于中等復(fù)雜的PCB(譬如焊點在3,000左右，元件數(shù)在500左右)，如果缺陷躲過當前的檢測，而在下一步檢測時才被發(fā)現(xiàn)，則電路板返修的平均費用大約會增加6~7倍。同時，電路板報廢造成的損失也呈直線上升。

圖-2所示的簡單模型向我們揭示了合理利用測試檢驗設(shè)備，降低總體生產(chǎn)成本的一般思路。同時，該模型也列出了在檢測效益分析中需要考慮的一些主要因素。首先，檢測設(shè)備應(yīng)按各個生產(chǎn)工序所引進的缺陷類型合理配置，以便及時發(fā)現(xiàn)缺陷并為電路板返修提供盡可能準確的缺陷定位信息。其次，各檢測設(shè)備對相關(guān)缺陷的檢出率應(yīng)不低于某個下限，否則配置檢測設(shè)備將不會產(chǎn)生效益，可以根據(jù)工廠的利潤目標估算這個下限。最后，應(yīng)牢記在心的是，任何檢測設(shè)備都有可能在檢測過程中對電路板本身造成損害(如人工目檢時的靜電、ICT測試時的背面驅(qū)動電流等)，檢測過程亦可能使整個生產(chǎn)線的節(jié)奏放慢。在更精細的檢測效益分析中，可以考慮這些負面因素。

降低冗余的檢測

在PCB的故障缺陷“頻譜”中，并非每一種檢測設(shè)備只覆蓋一個“窄帶”。簡言之，一種檢測設(shè)備可能查出多種PCB的缺陷。圖1 是簡化的故障覆蓋分配表，該表顯示，每一類型的缺陷有可能被多次重復(fù)檢查。例如，當生產(chǎn)線上同時配有人工目檢(MVI)、自動X-射線檢測(AXI)、和在線測試(ICT)時，PCB的焊點開路缺陷將被重復(fù)檢查三次。對于軍用或醫(yī)用類的PCB來說，冗余的檢測可能是有用的，有時甚至必須這樣做，但對大多數(shù)民用類PCB來說，如此的冗余檢測可能是得不償失的。檢測設(shè)備供應(yīng)商和PCB制造商都已經(jīng)認識到，它們可以在這里做一些文章來降低檢測成本，同時還可以維持住產(chǎn)品的質(zhì)量。所謂的“分布式”測試、檢驗方案就是針對如何降低冗余檢測而言的。

分布式檢測方案，除了試圖減少冗余的測試外，還力求提高PCB總體的測試覆蓋率。做到這一點的關(guān)鍵在于對PCB缺陷分布規(guī)律有完全的了解、同時掌握各種測試技術(shù)的優(yōu)劣和PCB的CAD數(shù)據(jù)，從而使合適的測試手段在合適的生產(chǎn)階段被用于檢測合適的的故障類型。目前在市場上已有商用的軟件用于自動生成分布式檢測方案，如GenRad 公司的GR FORCE/Strategist。該軟件以PCB的CAD/BOM文件作為輸入，統(tǒng)籌包括自動光學(xué)檢測儀(AOI)、自動X-射線檢測儀(AXI)、飛針測試系統(tǒng)(FPT)、生產(chǎn)線缺陷分析儀(MDA)、在線測試系統(tǒng)(ICT)和功能測試系統(tǒng)(FCT)在內(nèi)的測試資源，輸出優(yōu)化的分布式檢測方案。

掌控質(zhì)量主敵

如同進行作戰(zhàn)，在和PCB 制造缺陷的較量中，必須了解清楚主要的對手。電子制造業(yè)有所謂的“80%-20%法則”，意思是說，百分之八十的質(zhì)量問題常常是因為20%的制造缺陷引起的，而這20%正是產(chǎn)品質(zhì)量的主要殺手。一個以效益和質(zhì)量并重的PCB檢測方案，應(yīng)該建立在對缺陷分布規(guī)律的完整認識上，抓住主要的問題對癥下藥。

圖-4所示的PCB缺陷分布具有一般性，但并非每一種PCB和制造工藝都會產(chǎn)生相同的缺陷分布。制造商必需根據(jù)具體的PCB及其工藝對缺陷分布作出更精細的量化。

目前PCB制造總的缺陷分布趨勢是：制造引進的結(jié)構(gòu)性缺陷(如焊點問題、貼裝偏差等)占七成左右，而元器件的電性能缺陷(如電參數(shù)偏差、IC功能失效等)占三成左右。正是這一缺陷分布趨勢，改變了過去以電性能測試為主的檢測方案，并使得以光學(xué)(包括X-射線)檢測為代表的結(jié)構(gòu)性缺陷測試設(shè)備被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)中。

深入而言，由于封裝技術(shù)的進步(μBGA、CSP等)和小型化的趨勢，電性能測試對PCB組裝中引進的近七成的結(jié)構(gòu)性缺陷已變得無能為力，因此檢測方案的著重點勢必以控制結(jié)構(gòu)性缺陷為主。

掌握缺陷控制的輕重緩急，對構(gòu)造合理的抽樣檢測方案亦至關(guān)重要。抽樣的頻度基本上正比于缺陷引起的失效頻度，由此產(chǎn)生的抽樣檢測開銷則趨于最低。

總結(jié)

我們已在此簡述了優(yōu)化PCB檢測方案的三要素，如何去混合這些要素，調(diào)配出滿意的方案則需大量采集來自生產(chǎn)線的數(shù)據(jù)并靜下心來仔細劃算。它們可能幫你定性或定量回答諸如這樣的問題：能否購置一臺貼封后的AOI設(shè)備，使得ICT測試的合格率提高5%？能否縮短10%的檢測時間，而次品率不至增加1%？但掌握了這些要素并不一定能準確回答有關(guān)PCB檢測方案所有的問題。因為即使針對“近乎完美”的制造過程，還會有不可避免亦不可救藥的隨機因素來模糊我們的估算，何況實際的制造過程可能充滿人為的誤差和影響產(chǎn)品質(zhì)量的額外要素。然而令人欣慰的是，前面提到的“80%-20%法則”在這里也成立，從而我們可以用較少的主要因素去幫助構(gòu)造PCB檢測方案，用來回答我們關(guān)心的大多數(shù)有關(guān)控制質(zhì)量和成本的問題。

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