华成培训研发管理系列课程之从样品到量产课后资料 06PCBA结构测试策略指南.doc

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1、PCBA结构测试策略指南 目 次1 范围和简介51.1 范围51.2 简介52 规范性引用文件53 术语和定义54 测试目标64.1 测试的目标64.2 最优化测试策略64.3 基本原则65 制定结构测试策略的主要因素和原则75.1单板产量与复杂度75.2 产品背景95.2.1 单板相关情况95.2.2重要度、成本与测试期望值95.3 加工路线与工艺难点：105.3.1 五种主流工艺路线：105.3.2 工艺难点125.4 测试覆盖125.4.1 故障谱与测试覆盖率125.4.2 缺陷模式分析145.4.3 超高复杂度单板155.5 测试效率与成本155.5.1 效率与时间155.5.2 测试

2、成本165.6 各种测试手段的应用策略175.6.1 ICT应用策略175.6.2 AXI和AOI的应用策略175.6.3 FLY（飞针ICT）应用策略195.6.4 MVI应用策略195.7 加载应用策略 205.8 测试手段在工艺路线中所处位置225.9 背板Test236 结构测试设备对PCBA的基本要求246.1 5DX 对板的要求246.2 AOI 对板的要求246.3 ICT自动线体对板的要求246.4 ICT对板的要求256.5 飞针ICT对板的要求257 结构测试的其他注意事项258 附录268.1 附录A：公司的测试设备268.2 附录B：结构测试与FT26PCBA结构测试策

3、略指南I. 范围和简介A. 范围本规范主要适用于单面/双面板研发、试制阶段单板结构检查方法的选择，并可作为确定单板测试策略等的依据之一。本规范对于批量生产单板结构检查方法的选择只给出一般的确定原则。B. 简介本规范详细地介绍了制定结构测试策略应该考虑的主要因素，并根据这些因素和各种结构测试的特点给出了一些应用原则。因为测试策略的制定需要考虑多方面因素，不是一个简单的因果关系，所以使用者在具体制定策略时，要在这些原则的指导下，综合权衡，以制定的一个有正确的覆盖、正确的使用位置、合适的测试成本的最优化生产测试策略。 对本文的理解，需要读者有一定的知识背景。 读者应当对生产制造过程、各种测试设备的特

4、点和性能有一定了解和认识。 对策略的制定者要求熟练掌握这些知识，因为，不了解制造过程，你就会对测试要求得过多或过少；不了解测试设备，你就不能以最小的花费做最多的测试。对此文的理解，可以结合测试设备与测试策略、在线加载应用等文进行。 此文虽给出了许多原则，但要严谨和科学地制定策略，一些方面需要具体量化，如成本分析、测试覆盖、测试时间等，目前我们有一些小工具可以辅助这些工作的开展。I. 规范性引用文件下列文件中的条款通过本规范的引用而成为本规范的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本规范，然而，鼓励根据本规范达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新

5、版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本规范。序号编号名称I. 术语和定义MVI：Manual Visual Inspection 人工目检FLY：Flying Probe ICT 飞针在线测试ICT：In-circuit Test 在线测试AOI：Automatic Optical Inspection 自动光学检测AXI：Automatic X-ray Inspection 自动X光检FT：Functional Test 功能测试ESS： Environmental Stress Screening 环境应力筛选，在我司通常指老化结构测试：本文中的结构测试是MVI、FLY、AOI、

6、AXI、ICT的总称全检：指对所有单板及板上所有可检查器件进行检查II. 测试目标A. 测试的目标 通过选择组合测试策略，达100的故障覆盖率。 在制造过程中尽早发现缺陷。 准确的检测报告以促进制造过程的改进。 发货零缺陷。B. 最优化测试策略在总体上以最小的花费，最短的测试时间达最大的测试故障覆盖。 在总体上最小的花费指在产品生命周期而不只是发生在工厂的制造和测试费用。Having the right test at The right place at the right cost is the key at a good test strategy.C. 基本原则 在制造过程中越早测试越

7、好，缺陷越早发现越好；缺陷越晚发现，发现和剔除它的成本越高，它产生的危害越大。 一个制造的过程或者一个部件只被测试一次。 如果单板的缺陷率很低，FT很完善和可靠，就不要再进行结构测试。焈在系统(整机)测试前必须有一种测试。焈在FT测试前至少有一种结构检测或制造过程控制手段。III. 制定结构测试策略的主要因素和原则单板结构测试策略的制定依据于产品、期望的覆盖率、单板的可测性、可用的测试设备和制造平台等诸多因素，主要从以下方面综合考虑：1）单板的产量与复杂度；2）产品背景；3）加工路线与工艺难点；4）测试覆盖；5）测试成本及效率；其中1）、4）、5)点是主要考虑的因素，其他是重要的参考因素。在制

8、定结构测试策略时，结构测试工程师基于以上因素，务求以尽可能小的成本达到最高的覆盖率及测试效率。制定测试结构测试策略时，也必须考虑FT测试，考虑FT的测试情况，测试的互补性。对我司生产而言，因单板做库存，也可能单板直接发货，要充分考虑这些因素。 A. 单板产量与复杂度产量、复杂度与测试策略的关系如图，产量越大，考虑ICT的可能越大；单板越复杂，用AXI的机会越大。单板的测试策略中，ICT/AXI一般可以作为唯一的工艺测试手段，而通常FLY/AOI需要与其他手段配合使用。按照上述原则细化，可以得到下表粗放的测试策略对应关系。表中，以红色表示主要测试手段，蓝色表示次选的测试手段，“/”表示从多种测试

9、手段中选择一种，也可组合使用。高产量HICTICT /AOIICT/AXI/AOI中等产量MICTmAOIAXI低产量LMVI/FLY/AOIAXI/AOIAXI产量V/复杂度Ci低复杂度L中等复杂度M高复杂度H产量V定义：低产量： V1500pcs中等产量： 1500 pcsV 4000pcs高产量： V4000pcs产量：一个稳定版本的整个生命周期的产量。策略制定时，通常产品人员会难以给出较准确的预测，应该以乐观的市场预测来进行。生命周期较难估计的，一般可按一年计算。单板的产量同时要考虑如借用关系、拼板情况，祥见5.2.1的描述。复杂度定义：公式：Ci = (#C + #J)/100) *

10、 S * M * D其中#C Number of components，板上元件总数 #J Number of joints，焊点总数 S Board sides，单面板 S=0.5； 双面板, S=1.0 MMix器件的混合程度。（制造角度以封装进行考虑，测试以程序难度进行考虑）低混合度0.5 ；高混合度1.0；D Density，单板焊点密度D= (#J /（L*W 平方英寸)/100) or (#J / L*W 平方厘米 / 15.5)，L 单板长度 ，W单板宽度。 低复杂度L： Ci50，中等复杂度M： 50Ci 125高复杂度H： Ci125单板的复杂度可以用上面的公式进行计算，而要

11、更准确的评估单板的复杂度，实际上还应参考其他一些因素。如单板上网络数、节点数、单板尺寸、器件封装、布局情况、局部密度等，从制造和测试角度，一般复杂度也有一定差异。基本原则： 1）单板总产量40000pcs，所需测试点1280点（网络数可能略大于此数）的，优先考虑ICT自动线测试。2）高产量的单板，原则上一定要做ICT。当Ci=L&M，一般只做ICT，AOI或AXI可作为工艺控制手段抽检。当CiH，若ICT测试覆盖不够； 单板器件密度、网络密度高，经过DFT设计也不能将测试点控制在2600点以内；此时应考虑组合测试，保证覆盖，降低DFT要求。3）中等产量的单板，参考其它因素，产量越大，则做考虑I

12、CT的可能就越大；在线加载需求强烈，则优选ICT。除此外，对中高复杂度单板，AXI测试有效性高，策略可为AXIFT。若测试覆盖差异不大，则优选顺序为AOIAXIICT。若单板生命周期短（从TR4开始计算，1年；TR6后，2600点的ICT夹具，接触导致的误测也是很头痛的事情，因此需用边界扫描手段、AXI/XOI的组合测试互补覆盖来省略些测试点，提高ICT测试的稳定性。一般这样的单板成本高，应用层次高，可靠性要求高，所以AXI是必选的手段，是否AXI全检需要参考其他因素。策略制定需要进行覆盖的分配，权衡总体的覆盖和效率，进行分布式测试。B. 测试效率与成本1. 效率与时间通常，用AOI和针床IC

13、T的测试效率高，5DX稍长，飞针ICT时间最长。但ICT开发周期长，且主要针对稳定的版本进行；其他手段程序开发周期短。 一般情况，各种测试手段的测试时间对比如下 ：5DXAOI飞针ICT针床ICT（不含加载）测试时间/板2-5分几十秒3分2-15分几秒-几十秒速度1600个焊点/分生产线速0.15S/步(一个电阻)，IC测试慢很快,毫秒级双面板一次测试两次测试两次测试一次测试夹具制作不需不需不需要专门夹具编程周期13天13天13天1530天（含夹具周期）从测试效率的角度来衡量，另外还要考虑FT测试时间，由于FT时间一般在几分钟到几十分钟，假如FT时间太长，可以考虑增加针床ICT测试，用以替代老

14、化前FT，节约整个测试时间和成本。考虑测试时间，还应考虑以下一些时间，一般以x小时/100单元(hours per 100 units)进行对比评估。 项目设置时间上下板时间测试时间重测率宽放直通率故障诊断时间通常情况及考虑因素程序夹具切换时间，一般计5分钟In-line与off-line的不同应提供0缺陷的理想时间ICT对高中低复杂度的单板重测率一般对应为30%20%/10%一般按20%计算直通率不影响AOI/AXI测试时间AOI=2分AXI=2分ICT=5分FT10分一般情况下，无需进行精确的测试时间计算。若需要，可按照下附123表格进行预测。 测试夹具或装备根据预测情况进行复制。测试时间

15、一般由感兴趣的部门（IE）发起并进行准确的测量，提出新增设备需求。对测试需要增加新型号设备，测试部门也应及时提出需求，进行采购。误测的不同，测试时间预估及测量需注意各测试手段误测的不同。对AOI/AXI，设备一次测试，报出的10个缺陷中可能只1个是故障中，需要确认，设备只测试一次。而对ICT/FT，通常是一次测试Fail，而下一次测试PASS，表现为设备的Retest rate高。1. 测试成本成本分析，需要考虑NRE费用、设备投资、每板测试费用、重测（retest）、误测（Faluse call）、维修、报废、漏测导致的现场维修费用等多方面因素。 不同的加载方式对加工成本的影响也较大，一般优

16、选考虑在ICT上加载。从维修成本考虑，结构测试一般故障定位准，相对FT而言，维修人员无需较高的专业水平，维修工时少，维修成本低。部分在FT后故障无法处理，有可能因为加入结构测试后变得可维修。NRE，Non-Recurring Engineering，对单板、产品的投资及费用，不能重复的利用，如单板的DFT费用，ICT夹具、程序费用，专用的FT测试装备费用等。ICT设备就是非NRE费用，它的投资可通过折旧转移到测试费用中。对于低产量单板，若NRE费用高，平均每板的测试费用会较高。通过计算分析表明：对多数单板，产量V4000pcs时，两者测试费用相当。实际成本分析表明：若设备的利用率很高，则平均每

17、板测试成本低，即使昂贵的设备投资，也是值得的；若设备利用率低，尽管设备便宜，其平均每板的测试费用也会很高。完善的测试成本的计算可利用Texpert中的经济模型模块进行。对于测试策略制定可利用下简易模型来进行计算。B. 各种测试手段的应用策略1. ICT应用策略ICT是通过接触式的电测试来发现制造缺陷的，其测试效率高，可对memory类器件进行ILDP（在线编程）。适合于高产量的大生产测试，但需制作夹具和对单板进行详细的DFT设计， ICT有严格的DFT设计要求，若不能很好满足，误测导致的测试成本会很高。其主要应用原则是：1) 产量考虑原则，如5.1所述。 对于归档前的单板，或已归档但即将升级的

18、单板，生命周期短（从TR4开始，1年；或TR6后10分钟/板）的单板，应考虑ICT代之。因与FT比较，ICT还有故障定位方面的效率考虑，以及因排除短路缺陷而对FT装备的保护。4）一体化测试。对于电源板、监控板、风扇板等易在ICT上实现功能测试的简单单板，主要考虑在ICT上进行ICTFT一体化测试，取消单独的FT测试。利用ICT标准化的平台，这样一般开发成本低，测试效率高，有事半功倍的效果。5）对于射频单板，通常其bottom面为地线层以及产品性能要求，PCB上增加测试点困难，且射频板大多为chip元件、模拟器件（小电容、小电感）、小规模IC，因此，中、低产量的优先考虑AOI，但对高产量（400

19、0pcs/年)的仍要充分考虑ICT测试，可在元件面布测试点及采用双面夹具。6）边界扫描。仅边界扫描测试有50%以上的覆盖，且主要器件已经覆盖到，在ICT环节可考虑只做PPT测试（边界扫描测试）。可采用FLY+PPT、AOI+PPT的测试方案。7) 对高复杂度、高密单板，因接触性访问需求，若经过ICT的DFT设计，仍不能满足测试覆盖需求，应考虑Aware Test XI或利用AOI/AXIICT的测试策略，有效地分配测试，保证有限的测试点下能达到要求的测试覆盖。 另外，在执行ICT测试时，要根据单板测试要求、不同ICT设备使用效率情况等选择具体的ICT设备型号。2. AXI和AOI的应用策略AX

20、I 是一种非接触式和非电气的、且无需夹具的无损测试技术。它采用的是层析的X光扫描技术，能够对焊点内部进行分层测试，特别适合对不可见焊点，如uBGA、BGA、CSP、Flip chip、MCP（Mutichip Package） 、MLF (Micro-Lead Frame)、LPP(Leadless Plastic Package)、BCC (Bump Chip Carrier)、PTH孔内上锡情况进行检查。其主要的特点是能够检查的焊点及缺陷种类多（如AXI不仅可以检查常规焊点，还可以检查压接连接器连接状况等）、利于提高焊点可靠性、有一定的检查速度、一次可同时检查单板两面等。 可以检测钽电容极

21、性，但对其他器件的正确性、方向基本不能识别； 检查片式电容的开路缺陷有一定的局限性。AXI设备价格昂贵，在一定程度上限制了其广泛使用。应用原则是：1) 产量考虑原则，如5.1所述。中、低产量单板AXI可全检；高产量的单板需要采用组合测试策略，如AXI+ICT等。2) 单板重要性原测，如5.2所述。AXI主要定位于高端产品、新单板（研发、中试状态重要单板）品质控制。此时可采用AXI全检方式。3) 工艺控制，BGA等不可见焊点单板，通孔器件的透锡检查，现场工艺人员可视工艺和设备情况，抽3-5pcs单板到AXI进行检测， 看工艺状况如何，及时调整工艺参数。对研发加工的小批量单板也可直接进行手动检查。

22、4) 单板工艺特性的考虑，单板AXI级别的确定见表三。根据单板上器件工艺特性，将单板分A、B、C三个级别，对于不同的级别采用不同检查策略。单板级别单板主要特征应用原则A单板上有较多0.8mm 间距及以下CSP器件、不可见焊点(例如LPP、QFP底部的散热焊盘焊接，不包括BGA)、插件引脚不出脚而又无法检验透锡状况的单板、0804的阻排；单板复杂度一般应大于80，单板复杂度大于125。因为加工难度高，而且单板价值高，需要用AXI全检；量大考虑组合测试。B单板上有1.0mm间距 BGA、单板一面的BGA数量超过10PCS、0.4mm间距QFP、0402 chip器件； 单板复杂度一般在50125之

23、间。可以重点检查BGA和细间距IC，其余器件是否测试根据其它测试手段是否覆盖而定，假如其它测试手段未覆盖则AXI一定要检查C单板上只有1.27mm间距BGA（数量小于10PCS）、0.5mm间距QFP(SOIC)。 单板复杂度一般低于50。 直通率一般较高，AXI主要做工艺控制，首检或抽检BGA和细间距IC部分。D单板上无不可见焊点，也无需检查通孔器件的透锡情况。不用AXI。AOI （此处指焊后AOI）也是一种非接触式和非电气的、且无需夹具的无损测试技术。它采用的是普通光学的CCD成像技术（分为黑白与彩色系统两种）。AOI主要用于检查SMT元件为主的单板，它能够快速地检查焊点外观，因此可以在线

24、使用代替MVI。其主要的特点是除了能够检查常规焊点的外观缺陷外，还可以检查器件的方向性，位置、封装是否贴错元件等。对双面板，AOI需两次，一次检查一面。因AOI设备价格相对便宜，因而得到了广泛的应用。应用原则是：1) 产量考虑原则，如5.1所述。低产量单板通常不用AOI检查（AOI不具备手动检查能力）；中、高产量的单板可以单独采用AOI全检或采用组合测试策略，如AOI+ICT等。2）AOI检查chip器件的能力强，AXI是对不可见焊点唯一的检查手段。若单板上chip元件多，较复杂，同时BGA、QFP等IC也很多，此时可用AOIAXI策略。因AXI检测慢，AOI可弥补；同时需考虑多一次上下板，单

25、板周转的影响。3) 单板工艺特性的考虑，单板AOI级别的确定见表四。根据单板上器件工艺特性，将单板分A、B、C三个级别，对于不同的级别采用不同检查策略。单板级别单板主要特征应用原则A单板上有较多的 0.4mm及其以下间距的QFP、SOIC、0402 chip器件；单板复杂度大于125。级别越高，则应用AOI检测的需求越高。若单板无不可见焊点，可以考虑只用AOI检查。B单板上主要是 0.5mm间距QFP、0603 chip器件； 单板复杂度一般在50125之间。若单板有不可见焊点，AOI做组合测试手段。C单板上主要是 0.5mm以上间距QFP、0805 chip器件； 复杂度一般小于50。在AO

26、I产能不足时可以用MVI代替AOI检查。由于AOI检测速度较快，一般都用全检，尤其是in-line使用，AOI可以达到生产线速，需尽量发挥AOI的性能，能检的全检。AOI的OCR功能可以识别器件的标示，但全部开启，误测很多，主要用于首检控制，避免批量性错料。AXI主要定位于高端产品新单板的工艺调制、成熟产品的工艺控制以及满足小批量生产单板测试策略需求；AOI主要定位于新单板的工艺调制、成熟产品的工艺控制以及满足批量生产单板测试策略需求。 1. FLY（飞针ICT）应用策略FLY 对为静态器件功能测试，模拟量测试较好、速度也较快，但对IC测试慢，不能测BGA，覆盖低。 4个探针与PCB上裸露的焊

27、点、焊盘进行，不需要制作夹具，编程简单，程序开发周期短（1-3天)。应用原则：1) 以分离器件为主、IC较少、产量小的单板，适于飞针测试。飞针主要针对低复杂度和低产量的单板。一些研发版本的单板，因为量少，可利用飞针测试保证加工质量，但要及时提供样板开发程序。 2) 对于高复杂度、低产量的单板可利用飞针与PPT、AOI、AXI进行组合测试。3) 对于高复杂度单板，若可测的chip元件多，FLY可应用于SMT的首检，提高首检效率。2. MVI应用策略MVI是工人用眼睛或借助放大镜观察被测电路板发现缺陷和故障的方法，主要对单板外观和较明显的缺陷进行检测。 检查缺陷的一致性差及可重复性较差，容易受检查

28、人员情绪波动的影响。单板外观包括：拉手条，条码和标签，螺栓定位柱等；较明显的缺陷有电解电容极性插反、较大器件装错（如电源模块和连接器）、单板上有大片的锡球等。 单板生产后都有各工段的质量检测人员进行目检。对中产量和以上的单板不需要每块单板检测，或可以减少检测时间，具体的检测时间和抽检单板的数量以不影响单板交接时间为准。重要度高的单板，应增加检测时间。 IPQC（MVI）与AOI检查优缺点比较如下。工序优势劣势 IPQC目检1、器件脚后跟不上锡检出能力强（AOI测试受限）； 2、IC、变压器等AOI测试受限器件的焊接质量检出能力强；因在线检查时间短，易疲劳，故对chip器件的缺陷检出能力低；AO

29、I测试对SMT的chip元件的开焊、漏贴、 贴翻、侧立、墓碑、飞料、偏位、形状错的缺陷检出能力强1、器件脚后跟不上锡测试受限；2、部分IC的Toe端不上锡，开焊检测受限。 应用原则： 1) 在我司单板的生产中，MVI是质量过程控制不可缺的手段，贯穿于生产加工的多个环节。因此，不管测试策略中是否有专门的MVI，其都将贯穿在生产制造过程中。MVI主要起工艺控制、故障筛选的作用。2) AOI、AXI、ICT不能检查的缺陷，如插件器件方向反向、连接器抬高等一些只有人工目检才可以检出得缺陷必须使用MVI。 3) 波峰焊、选择性波峰焊的缺陷通常较明显，又没有其他测试手段，MVI即成为品质保证的重要手段。因

30、此在波峰焊后面必须使用MVI。 4）有AOI时，对AOI测试受限的器件（如部分IC、变压器的开焊、连锡）IPQC首检、过程检验时重点检验，同时借助辅助工具放大镜检验；对阻容类焊接质量、漏贴、贴翻、飞料、侧立IPQC不检验，利用AOI的检测优势进行控制。5) 有AXI时， MVI要重点检查器件的正确性和方向性，元件值、IC标示、器件方向等，做好首检控制。6）AOI、AXI检查后所报出的缺陷必须经过MVI确认。7) 复杂度很低（Ci50）、产量少的简单单板，可能的制造故障人眼都可发现，可只采用MVI。A. 加载应用策略 几种主要的加载方式和特点： 编程器烧写JTAGStudio加载器ICT在线编程（ILDP）后台加载软件驱动CPU读写应用条件（局限性）1.一