IPCJEDEC-9704印制板应变测试指南讲座

IPC JEDEC 9704印制板应变测试指南讲座 史洪宾2010 08 26 纲要 范围参考文件通用要求 指南数据分析和报告附录 范围 1 1目的1 2背景1 3术语及定义1 4未来研究 范围 本文件对印制板 PWB 制造过程中印制板组件的应变测试制定了详细的准则 这些制造过程包括组装 测试 系统集成和印制板的周转 运输 本文件建议的程序使得印制板组装者 企业能独立进行所需的应变测试 并为印制板翘曲测量和风险等级评估提供了一种量化的方法 范围 本文件所涵盖的主题包括 测试设置和设备要求 应变测量 报告格式本文件中所提到的器件均假定为表面贴装器件 其典型代表有BGA SOP和CSP 分立式SMT器件 如 电容 电阻等 则不在此文件范围内 范围需进行应变测量的典型元器件 BGA CSP SOP POP 范围无需进行应变测量的典型元器件 SMT电阻 SMT电容 SIP DIP 1 1目的 应变测试可以对SMT封装在PWB组装 测试和操作中受到的应变和应变率水平进行客观分析 由于元器件焊点对应变失效非常敏感 因此PWB在最恶劣条件下的应变鉴定显得至关重要 对所有表面处理方式的封装基板 过大的应变都会导致焊点的损坏 这些失效包括在印制板制造和测试过程中的焊球开裂 线路损坏 焊盘起翘和基板开裂 1 1目的过大应变导致的焊点失效模式 焊球开裂 线路损坏 图1 1焊盘起翘 基板开裂 1 2背景 运用应变测量来控制印制板翘曲已被证实对电子工业是非常有利的 而且其做为一种甄别有害制造工艺的方法也被不断地认可 然而 随着互连密度的增加且变得更脆 翘曲导致损坏的可能性也在增大 许多印制板组装者 企业现在被要求在其客户或元器件供应商指定的应变水平下进行操作 随着应变测量技术的成熟 不同的方法应运而生 应变测量方法的差异阻碍了数据的可靠采集和企业 行业间的数据对比 本文件对 1 2背景 应变片贴装 应变片位置 实验设计 数据采集系统参数和应变度量体系中的差异进行了讨论 印制板应变测量包括把应变片应用在印制板上规定的元器件 然后让贴装好应变片的印制板经受不同的测试和组装操作 超出应变极限的测试和组装步骤被视为应变过大 并进行确认以便采取改善措施 应变极限可以来自客户 元器件供应商或者企业 行业内部众所周知的习惯做法 应变测量标准的例子如附录A所示 1 2背景 通过对制造变动敏感区域的确认 应变测试为产量的提升指明了方向 应变测量成为未来工艺改进的基准 并可对调整的效果进行量化 需要进行应变测量的典型制造步骤如下 SMT组装过程 分板 裁板 过程 所有人工操作过程 所有返工和修正过程 1 2背景 连接器安装 元器件安装 印制板测试过程 在线测试 ICT 印制板功能测试 BFT 或等效的功能测试 机械组装 散热片组装 印制板的支持物 增强板组装 1 2背景 系统印制板集成或系统组装 PCI 外设部件互连总线 或者子卡安装 运输环境 1 2背景 组装流程因印制板和组装者 企业的不同而异 例如ICT和BFT等测试在本文件中被当作是通用术语 不同的工厂在专业术语命名上可能会不同 因此 在这些情况下 应对等效的测试过程采用相同的要求 总之 应变测量的目的是描述所有涉及机械载荷的组装步骤特征 不要把测试局限于以上所列的步骤 或者仅应用于已知的高风险区域 这些测试中得到的数据将作为将来参考的基准 1 3术语及定义 此处使用的所有的术语的定义都应当与 IPC T 50电子电路互连与封装术语及定义 保持一致且定义如下 元器件封装好的半导体器件互连用于电气互连的导电部件 比如 焊球 引线等 微应变无量纲单位 106 长度变化 原始长度 主应变一个平面中最大和最小的正交应 1 3术语及定义 变 互相垂直且所在方向上的切应变为零 应变花含有2个或以上独立敏感栅的应变片 这些敏感栅用来测量一个公共点处沿它们各自轴向上的应变 堆叠花形应变片由相互堆叠于一个公共点的敏感栅构成的花形应变片 应变无量纲单位 长度变化 原始长度 应变率应变的变化量除以这个变化被测 1 3术语及定义 量到的时间间隔 应变片粘附于基底的平面金属膜图案 在受到应变时其电阻值会发生变化 应变片单元由蛇形金属敏感栅图案构成的应变片敏感区域 2 范围 2 1IPC2 2其它出版物 2参考文件 在本文指定的范围内 下列文件是适用的并构成此规范的一部分 这些文件的后续和修订版本也将成为此规范的一部分 文件按来源分类为IPC www ipc org 电子器件工程联合会 JEDEC 美国试验与材料学会 ASTM www astm org 和其它 2 1IPC IPC T 50电子电路互联与封装术语及定义IPC D 279可靠的表面贴装技术印制板组件设计指南IPC 7095BGA设计及组装工艺实施IPC 9701表面贴装焊接连接性能试验方法和鉴定要求 IPC JEDEC 9702板级互连的单向弯曲特性鉴定 2 2其它出版物 ASTME1561 93 2003版 应变花数据分析标准规程电阻应变片安装操作规程 英国应变测量学会 www bssm org 3 总体要求 指南 3 1应变测量板3 2元器件3 3应变片3 4应变片粘贴3 5引线3 6测量设备3 7测量校正3 8人工模拟3 9运输包装测试 3总体要求 指南 印制板和系统组装应变测量过程的概观见图3 1和3 2 通常应该进行应变测量的生产组装和测试步骤如图3 1和3 2中的应变测量标记所示 每个工序的多次重复或动作可以帮助鉴定相关的制程变异 同时也能对复杂弯曲处的状况有很好的了解 3总体要求 指南图3 1印制板组装应变测量过程 3总体要求 指南图3 2系统组装应变测量过程 3 1应变测量板 由于SMT回流焊前印制板受到的机械应变有限 更重要的是焊点只有在回流焊后才会形成 故应变鉴定只需对SMT回流焊后的组装及测试操作进行即可 通常至少要装配2片测试板 测试板不需要有电功能 但其机械结构必须能代表最新的设计 以下两种类型的测试板至少应该被评估 只有SMT元器件 SMT回流焊后 既有SMT也有通孔元器件 波峰焊后 3 1应变测量板 以上是最低要求 系统组装过程的鉴定可能需要另外的测试板 第一片装配板代表通过SMT回流焊 将要波峰焊前的PWBA 范例见图3 3和3 4 在这个阶段 印制板上只有SMT元器件 其目的在于鉴定人工操作 连接器和其它通孔元器件插装以及任何波峰焊前进行的电气测试过程中的应变 应变率 此印制板不可用于波峰焊后组装步骤的鉴定 3 1应变测量板图3 3和图3 4只有SMT元器件的印制板 3 1应变测量板 第二片装配板应该与完成波峰焊后的PWBA相似 范例见图3 5 此印制板装有所有SMT及通孔元器件 用来鉴定最终的回流焊后的以下所有组装步骤 在适用情况下 分板 裁板 印制板的支撑物 加固物组装 最终系统组装 PCI卡插入 3 1应变测量板 DIMM模组插入 子卡插入 散热片粘附 测试操作 ICT BFT BGA及通孔元器件的返工虽然ICT和BFT是典型的高应变 应变率操作 但任何其它步骤也有可能造成损坏 图3 6是一个典型的ICT应变测试装置 3 1应变测量板图3 5既有SMT也有通孔元器件的印制板 3 1应变测量板图3 6ICT治具应变测试装置 3 1应变测量板FCT治具应变测试装置 3 1应变测量板 所有的组装步骤都应该被鉴定 使用机械治具的工序也应该引起重视 例如支撑治具 压合治具 锁螺丝治具等 使用到货架或者托盘的场所 比如存储和印制板运输工序也应该考虑到 强烈建议无论有治具与否 组装步骤中的任何人工操作都要进行鉴定 如果人工操作步骤类似 可以将这些操作测试合并到一个能代表最差情况的操作 此人工操作模拟的细节必须在测试报告中加以记录 3 1应变测量板 只要所有机械负荷的特性要求都满足 使用替代的印制板就是可接受的 但印制板上必须有以下的元器件 大物理尺寸和 或质量的元器件 对印制板有机械约束的元器件 例如汇流条 长连接器等 建议在装配前先检查下测试板是否有过大的翘曲 另外可能需要考量的是焊料老化的影响在解释结果时必须要考虑到这点 3 2元器件 建议任何尺寸大于或等于27 27mm的BGA器件都进行测量 例如载带球栅阵列 TBGA 倒装芯片球栅阵列 FCBGA 增强型球栅阵列 eBGA 陶瓷球栅阵列 CBGA 和满足此条件的低抬起高度BGA元器件都必须要鉴定 虽然一些工业研究表明电镀镍金基板相对于用其它表面处理的封装基板 如化学镀镍 浸金 ENIG 较不易受到焊点失效的影响 但其也应该被鉴定 3 2元器件需进行应变测量的BGA器件 TBGA EBGA FCBG