一、PCB典型的制造流程

使用應(yīng)變測試可以定量地評估和識(shí)別出潛在大應(yīng)力引起的有害的流程，但是需要在執(zhí)行這些流程前識(shí)別出它是否有害。

談到PCB測量的必要性，我們先儀器了解一下“1-10-100”法則，它講的是在設(shè)計(jì)階段花1塊錢能解決的問題，在制造階段要用至少10倍成本來糾錯(cuò)。如果缺陷流出到客戶端，則至少要花100倍成本來糾錯(cuò)。也就是說，發(fā)現(xiàn)缺陷晚了一步，需要花費(fèi)的成本將成指數(shù)倍上升。

根據(jù)IPC/JEDEC-9704標(biāo)準(zhǔn)文件，典型制造的流程被分為：

1.SMT（表面貼裝技術(shù)）裝配流程

**切板（直線切割和弧線切割）流程

**所有的人工操作流程

**所有重做于潤飾流程

**連線安裝

**部件安裝

2.板子測試流程

**電路板在線測試（ICT）

**電路板功能測試（BFT）或其他類似的功能測試

3.機(jī)械安裝

**散熱片裝配板子支架裝配

**系統(tǒng)電路板組裝或系統(tǒng)裝配

**外圍部件互連（PCI）或子卡安裝

**雙列直插內(nèi)存模塊（DIMM）安裝

4.運(yùn)輸環(huán)境

二、應(yīng)變測試的步驟

在PCB制造流程中，分板、ICT、BFT、DIP和打螺絲裝配等都是典型的最大應(yīng)變/應(yīng)變率的操作，但是其他流程的應(yīng)力同樣會(huì)對PCB板有潛在的危害，所以最好對盡量多的流程進(jìn)行應(yīng)變測試。

對PCB板的應(yīng)變測試有四個(gè)步驟：1.選擇應(yīng)變片；2.準(zhǔn)備要測試的PCB板和粘貼應(yīng)變片；3.測出應(yīng)變；4.分析記錄數(shù)據(jù)。

1.選擇應(yīng)變片

PCB應(yīng)變測試原理就是利用應(yīng)變片阻值的變化將機(jī)械應(yīng)力量化。IPC/JEDEC-9704標(biāo)準(zhǔn)指引文件推薦位PCB板進(jìn)行應(yīng)變測試時(shí)使用三軸應(yīng)變片，但是目前行業(yè)中，不同客戶根據(jù)自己實(shí)際情況單軸、雙軸和三軸都有運(yùn)用到。

根據(jù)IPC/JEDEC-9704標(biāo)準(zhǔn)，推薦的應(yīng)變片的詳細(xì)說明如下：

**三向直角扇形排列應(yīng)變片。

**1.0mm2至2.0mm2的敏感柵大小。

**120Ω或350Ω的應(yīng)變片。

**應(yīng)變片的一端連有引線或?qū)Ь€。

2.準(zhǔn)備要測試的PCB板和粘貼應(yīng)變片

SMT的回流焊之前PCB板的機(jī)械應(yīng)變很有限，而且更重要的是因?yàn)楹更c(diǎn)是在回流焊加工后成形的，所以應(yīng)變特性在SMT的回流焊之后的裝配和測試操作中時(shí)很重要的。

PCB板的準(zhǔn)備包括選擇應(yīng)變片粘貼的位置。如果在板子上沒有足夠的空間粘貼應(yīng)變片，就應(yīng)該拆掉零器件騰出空間來貼敷應(yīng)變片。準(zhǔn)備板子是測量流程中至關(guān)重要的一步，恰當(dāng)?shù)販?zhǔn)備好板子有助于恰當(dāng)?shù)卣迟N應(yīng)變片和后面測試值的精準(zhǔn)度。在IPC/JEDEC-9704標(biāo)準(zhǔn)文件中能找到更多的關(guān)于板子準(zhǔn)備、應(yīng)變附件、導(dǎo)線接法的詳細(xì)說明。

下面為貼好應(yīng)變片的電路板的示意圖和需要測量的器件：

BGA器件：

要求選取27*27mm以上的BGA，包括但不限于FCBGA、CBGA。如果板上沒有大于27*27mm的BGA，優(yōu)先選擇板上最大的BGA或者應(yīng)力集中的BGA進(jìn)行測試。

應(yīng)力敏感器件：

根據(jù)板上分布的應(yīng)力風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)識(shí)別，選取以下應(yīng)力敏感器件進(jìn)行評估：

**0402及以上封裝的陶瓷電容和普通電容（不含軟端子電容），ICT/BST等工序測試陶瓷電容為1206及以上封裝。

**貼片電阻、陶瓷晶振、電感、磁珠、PLO模塊、氣體放電管、保險(xiǎn)管套件等。

三、測出應(yīng)變

在準(zhǔn)備好板子和粘貼好應(yīng)變片后，PCB板應(yīng)變測試的第三步是把傳感器通過轉(zhuǎn)接盒與應(yīng)變測試儀和電腦連接上，并且運(yùn)行測試軟件E-strain進(jìn)行測試。測試時(shí)間的長短可根據(jù)自己所需要進(jìn)行的測試制程來把控。

IPC/JEDEC-9704推薦測試在運(yùn)行時(shí)關(guān)注以下幾個(gè)參數(shù)：掃描頻率（采樣率）、通道數(shù)目和同步采集、主應(yīng)變匹配和橋接完成。

1.掃描頻率

掃描頻率，或稱采樣率，是每秒在樣品數(shù)目單位下采樣得到數(shù)據(jù)的頻率（Hz）。對于PCB板應(yīng)變測試，推薦最低掃描頻率為500Hz，而一般的掃描頻率的范圍是從500Hz到2KHz。這樣的采樣頻率保證能捕捉到任何高頻率的動(dòng)態(tài)變化，TSK應(yīng)變測試儀采樣率1-10KHz（根據(jù)測試場景）。

2.通道數(shù)目和同步采集

儀器的通道數(shù)目限制了一遍測量的數(shù)目。例如，至少12個(gè)測量通道才可以滿足測量一個(gè)BGA芯片的四個(gè)角的需要，而當(dāng)沒有足夠的通道時(shí)可以測量多遍，但是這樣操作起來會(huì)比較麻煩，對測試結(jié)果的精確度也會(huì)有一定的影響。

TSK-64是一款便攜式應(yīng)力測試儀，主要用于PCBA生成SMT和DIP應(yīng)變測試、分板應(yīng)力測試、ICT應(yīng)力測試、FCT應(yīng)力測試、組裝應(yīng)力測試和跌落應(yīng)力測試等。儀器體積小，方便攜帶，軟件操作簡單、上手方便，能快速進(jìn)行測量并根據(jù)IPC/JEDEC-9704標(biāo)準(zhǔn)一鍵自動(dòng)生成報(bào)告。儀器通道數(shù)可以根據(jù)模塊8通道、16通道、24通道、32通道、40通道、48通道、56通道、64通道選配。

3.主應(yīng)變匹配和橋接完成

根據(jù)測試點(diǎn)位選擇好通道數(shù)目之后進(jìn)行主應(yīng)變一鍵匹配核算主應(yīng)變值。

在一塊扇形應(yīng)變片組中的每一片應(yīng)變片采用的是四分之一橋接法，需要橋路完成和激勵(lì)電壓。對于四分之一橋接法應(yīng)變片傳感器，橋路完成包括提供惠斯通電橋四臂中的三臂，其中應(yīng)變片充當(dāng)?shù)谒谋?，因?yàn)镻CB材料的導(dǎo)熱率低，應(yīng)變片會(huì)因?yàn)?a href="http://m.makelele.cn/tags/電流/" target="_blank">電流通過而很容易升溫。而使用三線的接法與四分之一電橋可以減少這種影響，應(yīng)該考慮信噪比（SNR）來平衡激勵(lì)電壓。

上圖是一張完整建好的測試環(huán)境照片：

貼好應(yīng)變片的電路板放在被測治具上，通過轉(zhuǎn)接盒連接儀器。

滿足IPC/JEDEC-9704標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)變測量儀TSK-32-32C，32通道同時(shí)設(shè)置頻率、同步采集。

通過電腦內(nèi)的e-strain應(yīng)變采集軟件進(jìn)行采集并一鍵生成報(bào)告。

四、分析記錄數(shù)據(jù)

正如上圖所示：根據(jù)采集的原始應(yīng)變數(shù)據(jù)，可以開始PCB板應(yīng)變測試的最后一步了。分析這些數(shù)據(jù)并計(jì)算在測試期間板子所受的有關(guān)應(yīng)力（最大應(yīng)力和最小應(yīng)力）?？梢酝ㄟ^測試軟件在測試期間在線完成這些分析，或者在測試完畢之后一鍵轉(zhuǎn)化成結(jié)合IPC標(biāo)準(zhǔn)的報(bào)告（EXCEL格式）。記錄了全部數(shù)據(jù)方便進(jìn)行離線分析。分析的方向是，測試結(jié)果尅計(jì)算應(yīng)變片軸向應(yīng)變的峰值（最大值和最小值）和值產(chǎn)生時(shí)間，在此基礎(chǔ)上可以進(jìn)行核算，計(jì)算對應(yīng)的應(yīng)變率和最大（最?。┲鲬?yīng)變等值，可以根據(jù)設(shè)置的極限標(biāo)準(zhǔn)（±500ue）來判斷測試室“Pass”還是“Fail”。結(jié)合IPC/JEDEC-9704標(biāo)準(zhǔn)上支出的被測板的厚度允許的最大應(yīng)變值進(jìn)行分析。

審核編輯 黃宇