PCBA測(cè)試整體步驟介紹

　　在印制電路板出現(xiàn)之前，電子元件之間的互連都是依靠電線(xiàn)直接連接而組成完整的線(xiàn)路。現(xiàn)在，電路面包板只是作為有效的實(shí)驗(yàn)工具而存在，而印刷電路板在電子工業(yè)中已經(jīng)成了占據(jù)了絕對(duì)統(tǒng)治的地位。

　　20世紀(jì)初，人們?yōu)榱撕?jiǎn)化電子機(jī)器的制作，減少電子零件間的配線(xiàn)，降低制作成本等優(yōu)點(diǎn)，于是開(kāi)始鉆研以印刷的方式取代配線(xiàn)的方法。三十年間，不斷有工 程師提出在絕緣的基板上加以金屬導(dǎo)體作配線(xiàn)。而最成功的是1925年，美國(guó)的Charles Ducas 在絕緣的基板上印刷出線(xiàn)路圖案，再以電鍍的方式，成功建立導(dǎo)體作配線(xiàn)。

　　直至1936年，奧地利人保羅·愛(ài)斯勒（Paul Eisler）在英國(guó)發(fā)表了箔膜技術(shù)[1]，他在一個(gè)收音機(jī)裝置內(nèi)采用了印刷電路板；而在日本，宮本喜之助以噴附配線(xiàn)法“メタリコン法吹著配線(xiàn)方法(特許 119384號(hào))”成功申請(qǐng)專(zhuān)利。[2]而兩者中Paul Eisler 的方法與現(xiàn)今的印刷電路板最為相似，這類(lèi)做法稱(chēng)為減去法，是把不需要的金屬除去；而Charles Ducas、宮本喜之助的做法是只加上所需的配線(xiàn)，稱(chēng)為加成法。雖然如此，但因?yàn)楫?dāng)時(shí)的電子零件發(fā)熱量大，兩者的基板也難以配合使用[1]，以致未有正式 的實(shí)用作，不過(guò)也使印刷電路技術(shù)更進(jìn)一步。(洗衣機(jī)智能主版自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng))

　　1941年，美國(guó)在滑石上漆上銅膏作配線(xiàn)，以制作近接信管。

　　1943年，美國(guó)人將該技術(shù)大量使用于軍用收音機(jī)內(nèi)。

　　1947年，環(huán)氧樹(shù)脂開(kāi)始用作制造基板。同時(shí)NBS開(kāi)始研究以印刷電路技術(shù)形成線(xiàn)圈、電容器、電阻器等制造技術(shù)。

　　1948年，美國(guó)正式認(rèn)可這個(gè)發(fā)明用于商業(yè)用途。

　　自20世紀(jì)50年代起，發(fā)熱量較低的晶體管大量取代了真空管的地位，印刷電路版技術(shù)才開(kāi)始被廣泛采用。而當(dāng)時(shí)以蝕刻箔膜技術(shù)為主流[1]。

　　1953年，Motorola開(kāi)發(fā)出電鍍貫穿孔法的雙面板。這方法也應(yīng)用到后期的多層電路板上。[1]

　　印刷電路板廣泛被使用10年后的60年代，其技術(shù)也日益成熟。而自從Motorola的雙面板面世，多層印刷電路板開(kāi)始出現(xiàn)，使配線(xiàn)與基板面積之比更為提高。(ATE)

　　1960年，V. Dahlgreen以印有電路的金屬箔膜貼在熱可塑性的塑膠中，造出軟性印刷電路板。[1]

　　1961年，美國(guó)的Hazeltine Corporation參考了電鍍貫穿孔法，制作出多層板。[1]

　　1967年，發(fā)表了增層法之一的“Plated-up technology”。[1][3]

　　1969年，F(xiàn)D-R以聚酰亞胺制造了軟性印刷電路板。[1]

　　1979年，Pactel發(fā)表了增層法之一的“Pactel法”。[1]

　　1984年，NTT開(kāi)發(fā)了薄膜回路的“Copper Polyimide法”。[1]

　　1988年，西門(mén)子公司開(kāi)發(fā)了Microwiring Substrate的增層印刷電路板。[1]

　　1990年，IBM開(kāi)發(fā)了“表面增層線(xiàn)路”（Surface Laminar Circuit，SLC）的增層印刷電路板。[1]

　　1995年，松下電器開(kāi)發(fā)了ALIVH的增層印刷電路板。[1]

　　1996年，東芝開(kāi)發(fā)了B2it的增層印刷電路板。[1]

　　就在眾多的增層印刷電路板方案被提出的1990年代末期，增層印刷電路板也正式大量地被實(shí)用化，直至現(xiàn)在。(產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)化測(cè)試)

　　為大型、高密度的印刷電路板裝配(PCBA, printed circuit board assembly)發(fā)展一個(gè)穩(wěn)健的測(cè)試策略是重要的，以保證與設(shè)計(jì)的符合與功能。除了這些復(fù)雜裝配的建立與測(cè)試之外，單單投入在電子零件中的金錢(qián)可能是很 高的 - 當(dāng)一個(gè)單元到最后測(cè)試時(shí)可能達(dá)到25,000美元。由于這樣的高成本，查找與修理裝配的問(wèn)題現(xiàn)在比其過(guò)去甚至是更為重要的步驟。今天更復(fù)雜的裝配大約18 平方英寸，18層；在頂面和底面有2900多個(gè)元件；含有6000個(gè)電路節(jié)點(diǎn)；有超過(guò)20000個(gè)焊接點(diǎn)需要測(cè)試。

　　在朗訊加速的制造工廠(chǎng)(N. Andover, MA)，制造和測(cè)試藝術(shù)級(jí)的PCBA和完整的傳送系統(tǒng)。超過(guò)5000節(jié)點(diǎn)數(shù)的裝配對(duì)我們是一個(gè)關(guān)注，因?yàn)樗鼈円呀?jīng)接近我們現(xiàn)有的在線(xiàn)測(cè)試(ICT, in circuit test)設(shè)備的資源極限(圖一)。我們現(xiàn)在制造大約800種不同的PCBA或“節(jié)點(diǎn)”。在這800種節(jié)點(diǎn)中，大約20種在5000~6000個(gè)節(jié)點(diǎn)范 圍?？墒?，這個(gè)數(shù)迅速增長(zhǎng)。

　　新的開(kāi)發(fā)項(xiàng)目要求更加復(fù)雜、更大的PCBA和更緊密的包裝。這些要求挑戰(zhàn)我們建造和測(cè)試這些單元的能力。更進(jìn)一步，具有更小元件和更高節(jié)點(diǎn)數(shù)的更大電 路板可能將會(huì)繼續(xù)。例如，現(xiàn)在正在畫(huà)電路板圖的一個(gè)設(shè)計(jì)，有大約116000個(gè)節(jié)點(diǎn)、超過(guò)5100個(gè)元件和超過(guò)37800個(gè)要求測(cè)試或確認(rèn)的焊接點(diǎn)。這個(gè) 單元還有BGA在頂面與底面，BGA是緊接著的。使用傳統(tǒng)的針床測(cè)試這個(gè)尺寸和復(fù)雜性的板，ICT一種方法是不可能的。

　　在制造工藝，特別是在測(cè)試中，不斷增加的PCBA復(fù)雜性和密度不是一個(gè)新的問(wèn)題。意識(shí)到的增加ICT測(cè)試夾具內(nèi)的測(cè)試針數(shù)量不是要走的方向，我們開(kāi)始 觀(guān)察可代替的電路確認(rèn)方法?？吹矫堪偃f(wàn)探針不接觸的數(shù)量，我們發(fā)現(xiàn)在5000個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)，許多發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤(少于31)可能是由于探針接觸問(wèn)題而不是實(shí)際制造 的缺陷(表一)。因此，我們著手將測(cè)試針的數(shù)量減少，而不是上升。盡管如此，我們制造工藝的品質(zhì)還是評(píng)估到整個(gè)PCBA。我們決定使用傳統(tǒng)的ICT與X射 線(xiàn)分層法相結(jié)合是一個(gè)可行的解決方案。

　　基材

　　基材普遍是以基板的絕緣部分作分類(lèi)，常見(jiàn)的原料為電木板、玻璃纖維板，以及各式的塑膠板。而PCB的制造商普遍會(huì)以一種以玻璃纖維、不織物料、以及樹(shù)脂組成的絕緣部分，再以環(huán)氧樹(shù)脂和銅箔壓制成“黏合片”（prepreg）使用。

　　而常見(jiàn)的基材及主要成份有：

　　FR-1 ──酚醛棉紙，這基材通稱(chēng)電木板（比FR-2較高經(jīng)濟(jì)性）

FR-2 ──酚醛棉紙，

　　FR-3 ──棉紙（Cotton paper）、環(huán)氧樹(shù)脂

　　FR-4 ──玻璃布（Woven glass）、環(huán)氧樹(shù)脂

　　FR-5 ──玻璃布、環(huán)氧樹(shù)脂F(xiàn)R-6 ──毛面玻璃、聚酯

　　G-10 ──玻璃布、環(huán)氧樹(shù)脂

　　CEM-1 ──棉紙、環(huán)氧樹(shù)脂（阻燃）

　　CEM-2 ──棉紙、環(huán)氧樹(shù)脂（非阻燃）

　　CEM-3 ──玻璃布、環(huán)氧樹(shù)脂

　　CEM-4 ──玻璃布、環(huán)氧樹(shù)脂

　　CEM-5 ──玻璃布、多元酯

　　AIN ──氮化鋁

　　SIC ──碳化硅

　　金屬涂層 (FCT 自動(dòng)化測(cè)試)

　　金屬涂層除了是基板上的配線(xiàn)外，也就是基板線(xiàn)路跟電子元件焊接的地方。此外，不同的金屬也有不同的價(jià)錢(qián)，不同的會(huì)直接影響生產(chǎn)的成本；不同的金屬也有不同的可焊性、接觸性，也有不同的電阻阻值，也會(huì)直接影響元件的效能。

　　常用的金屬涂層有：

　　銅

　　錫

　　厚度通常在5至15μm[4]

　　鉛錫合金（或錫銅合金）

　　即焊料，厚度通常在5至25μm，錫含量約在63%[4]

　　金

　　一般只會(huì)鍍?cè)诮涌赱4]

　　銀

　　一般只會(huì)鍍?cè)诮涌?，或以整體也是銀的合金

　　線(xiàn)路設(shè)計(jì)

　　印制電路板的設(shè)計(jì)是以電子電路圖為藍(lán)本，實(shí)現(xiàn)電路使用者所需要的功能。印刷電路板的設(shè)計(jì)主要指版圖設(shè)計(jì)，需要內(nèi)部電子元件、金屬連線(xiàn)、通孔和外部連接 的布局、電磁保護(hù)、熱耗散、串音等各種因素。優(yōu)秀的線(xiàn)路設(shè)計(jì)可以節(jié)約生產(chǎn)成本，達(dá)到良好的電路性能和散熱性能。簡(jiǎn)單的版圖設(shè)計(jì)可以用手工實(shí)現(xiàn)，但復(fù)雜的線(xiàn) 路設(shè)計(jì)一般也需要借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）實(shí)現(xiàn)，而著名的設(shè)計(jì)軟件有AutoCAD、OrCAD、PowerPCB、FreePCB等。 (功能測(cè)試)

　　基本制作

　　根據(jù)不同的技術(shù)可分為消除和增加兩大類(lèi)過(guò)程。

　　減去法

　　減去法（Subtractive），是利用化學(xué)品或機(jī)械將空白的電路板（即鋪有完整一塊的金屬箔的電路板）上不需要的地方除去，余下的地方便是所需要的電路。

　　絲網(wǎng)印刷：把預(yù)先設(shè)計(jì)好的電路圖制成絲網(wǎng)遮罩，絲網(wǎng)上不需要的電路部分會(huì)被蠟或者不透水的物料覆蓋，然后把絲網(wǎng)遮罩放到空白線(xiàn)路板上面，再在絲網(wǎng)上油上不會(huì)被腐蝕的保護(hù)劑，把線(xiàn)路板放到腐蝕液中，沒(méi)有被保護(hù)劑遮住的部份便會(huì)被蝕走，最后把保護(hù)劑清理。

　　感光板：把預(yù)先設(shè)計(jì)好的電路圖制在透光的膠片遮罩上（最簡(jiǎn)單的做法就是用打印機(jī)印出來(lái)的投影片），同理應(yīng)把需要的部份印成不透明的顏色，再在空白線(xiàn)路板上涂上感光顏料，將 預(yù)備好的膠片遮罩放在電路板上照射強(qiáng)光數(shù)分鐘，除去遮罩后用顯影劑把電路板上的圖案顯示出來(lái)，最后如同用絲網(wǎng)印刷的方法一樣把電路腐蝕。

刻印：利用銑床或雷射雕刻機(jī)直接把空白線(xiàn)路上不需要的部份除去。

　　加成法

　　加成法（Additive），現(xiàn)在普遍是在一塊預(yù)先鍍上薄銅的基板上，覆蓋光阻劑（D/F)，經(jīng)紫外光曝光再顯影，把需要的地方露出，然后利用電鍍把 線(xiàn)路板上正式線(xiàn)路銅厚增厚到所需要的規(guī)格,再鍍上一層抗蝕刻阻劑－金屬薄錫，最后除去光阻劑（這制程稱(chēng)為去膜），再把光阻劑下的銅箔層蝕刻掉。

　　積層法

　　[1] 積層法是制作多層印刷電路板的方法之一。是在制作內(nèi)層后才包上外層，再把外層以減去法或加成法所處理。不斷重復(fù)積層法的動(dòng)作，可以得到再多層的多層印刷電路板則為順序積層法。

　　內(nèi)層制作

　　積層編成（即黏合不同的層數(shù)的動(dòng)作）

　　積層完成（減去法的外層含金屬箔膜；加成法）

　　鉆孔

　　減去法

　　Panel電鍍法

　　全塊PCB電鍍

　　在表面要保留的地方加上阻絕層（resist，防以被蝕刻）

　　蝕刻

　　去除阻絕層

　　Pattern電鍍法

　　在表面不要保留的地方加上阻絕層

　　電鍍所需表面至一定厚度

　　去除阻絕層

　　蝕刻至不需要的金屬箔膜消失

　　加成法

　　令表面粗糙化

　　完全加成法（full-additive）

　　在不要導(dǎo)體的地方加上阻絕層

　　以無(wú)電解銅組成線(xiàn)路

　　部分加成法（semi-additive）

　　以無(wú)電解銅覆蓋整塊PCB

　　在不要導(dǎo)體的地方加上阻絕層

　　電解鍍銅

　　去除阻絕層

　　蝕刻至原在阻絕層下無(wú)電解銅消失

　　增層法

　　增層法是制作多層印刷電路板的方法之一，顧名思義是把印刷電路板一層一層的加上。每加上一層就處理至所需的形狀。

　　 ALIVH

　　ALIVH（Any Layer InterstitialVia Hole，Any Layer IVA）是日本松下電器開(kāi)發(fā)的增層技術(shù)。這是使用芳香族聚酰胺（Aramid）纖維布料為基材。

　　把纖維布料浸在環(huán)氧樹(shù)脂成為“黏合片”（prepreg）

　　雷射鉆孔

　　鉆孔中填滿(mǎn)導(dǎo)電膏

　　在外層黏上銅箔

　　銅箔上以蝕刻的方法制作線(xiàn)路圖案

　　把完成第二步驟的半成品黏上在銅箔上

　　積層編成

　　再不停重覆第五至七的步驟，直至完成

　　B2it

　　[1]B2it（Buried Bump Interconnection Technology）是東芝開(kāi)發(fā)的增層技術(shù)。

　　先制作一塊雙面板或多層板

　　在銅箔上印刷圓錐銀膏

　　放黏合片在銀膏上，并使銀膏貫穿黏合片

　　把上一步的黏合片黏在第一步的板上

　　以蝕刻的方法把黏合片的銅箔制成線(xiàn)路圖案

　　再不停重覆第二至四的步驟，直至完成

　　產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

　　由于印制電路板的制作處于電子設(shè)備制造的后半程，因此被成為電子工業(yè)的下游產(chǎn)業(yè)。幾乎所有的電子設(shè)備都需要印制電路板的支持，因此印制電路板是全球電 子元件產(chǎn)品中市場(chǎng)份額占有率最高的產(chǎn)品。目前日本、中國(guó)、臺(tái)灣、西歐和美國(guó)為主要的印制電路板制造基地。