PCB(毕业设计论文)

1、南京信息职业技术学院毕业设计（论文）作者 丰彬学号 30712P24系部微电子学院专业电子电路设计与工艺题目 PCB生产质量检测与管理指导教师陈和祥评阅教师完成时间：2010年 5月 6日ii题目：PCB生产质量检测与管理摘要 ：在印制电路板生产的整个工序中， 质量检测对于生产的重要性。 因为只有 时刻追踪产品质量才可以保证最终产品的合格性，要达到时刻出现问题解决问 题，这样才会达到更高的生产要求和产品的最高工艺性。 本文主要关于印制电路 板在整个生产中的质量追踪， 通过不同的物理检测方法保证产品的质量控制， 以 时刻检测作为产品的保证， 通过发现问题解决问题的形式保证产品质量。 通过论 文的

2、完成，加深对PCB生产质量检测与管理的理解，掌握一些专业技术性标准数 据，锻炼解决实际问题的能力。关键字： 质量 检测 管理17Title ： PCB production quality testing and managementAbstract ：In the printed circuit board production in the entire process, the importance of quality control for production. Because only moments to track product quality, can guarantee

3、 the final product eligibility, To achieve always a problem to solve the problem, so that will achieve higher production requirements and products of the highest technology.This paper is mainly on the printed circuit board production, the quality of the entire track, through different physical detec

4、tion methods to ensure product quality control to time test as a product guarantee for finding problems and solving problems in the form of guaranteed product quality. Through the completion of papers to enhance production quality of the PCB testing and management to understand and grasp some of the

5、 professional technical standards for data, exercise to solve practical problems.Keywords：qualitytesting management目录1 引言2 质量管理的基本理论及重要性2.1 质量检测理论2.2 质量控制理论2.3 质量保证理论2.4 质量监督理论3 物理实验室的基本检测3.1 热负荷测试3.1.1 漂锡测试3.1.2 TG 测量 (DSC)3.1.3 Tg 和 Z 轴膨胀系数( TMA)3.2 机械负荷测试2.2.1 小刀测试2.2.2 十字砍测试2.2.3 铅笔测试2.2.4 簧秤测试3

6、.3 其他测试3.3.1 X-Ray 测试3.3.2 背光测试3.4 金相切片 结论 致谢 参考文献1 引言现代质量管理在其生产和发展的历程中， 吸收和借鉴了现代科学技术、 应用 数学及管理科学等内容， 其理论日趋完善， 实践日益丰富， 已形成了比较完善的 理论体系。奥地利技术及系统技术公司（简称 AT&S成立于1987年，是现今欧洲与印 度最大的印刷电路板生产商，在高密度微通互联印刷电路板领域（HDI）， AT&S已经跻身世界顶尖行列， 我们的目标是成为全球最佳的印刷电路板制造商， 而所 谓最佳主要体现在客户的成功。在通讯 / 电子便携产品、汽车、工业以及医学等 诸多产业中，

7、AT&S始终将自己视为客户强有力的合作伙伴，为其提供专业的技 术支持。作为全球知名的企业， 质量保证是其立根之本， 因此时刻控制产品质量 及对其时刻检测是十分重要。 只有发现问题， 才能更好的解决问题。 我们物理及 可靠性实验室属于质量部， 更是其质量的保证， 负责生产的检测与控制。 我们通 过实验结果告诉各个部门的工程师以便他们更好的管理好每个部门的生产。 在此 我通过介绍我们整个实验的实验方法以便大家更好的理解我们的工作。2 质量管理的基本理论及重要性 质量管理理论主要包括：质量检测理论，质量控制理论，质量保证理论， 质量监督理论。2.1 质量检测理论质量检测理论的定义，现分述如下

8、：（1）检测：通过观察与判断，适当结合测量、实验所进行的符合性评价。（ 2）试验：按照程序确定一个或多个特性。（3）验证：通过提供客观证据，对规定要求已得到满足的认定。（4）确定：通过提供客观证据，对规定的预期用途或应用要求已得到满足 的认定。质量检测的功能体现在如下几个方面：（1）鉴别功能。质量检测功能的结果要作出符合性的结论，以判定产品过 程及体系是否符合检测准则的要求。（2）“把关”功能。质量检测最重要的功能是把关，做到不合格的原材料不投产，不合格的零件不转序质量检测的功能是通过质量检测过程所形成的。 质量检测的过程包括：定位、 测量、比较、判断、处置和改进等六个步骤。2.2质量控制理论

9、组织的质量控制基于三个基本原理：质量控制就是控制和协调系统质量过程 以及系统的输入与输出；确定系统质量过程输出的控制标准：纠正系统质量过程 实际输出与控制标准之间所谓偏差。质量控制的类型主要包括目标控制与过程控制，反馈控制与前馈控制，全面控制与重点控制，程序控制、追踪控制和自适应控制，内部控制与外部控制，统 计控制、技术控制和管理控制。2.3质量保证理论质量保证作为质量管理的一部分，致力于提供质量要求会得到满足的信任。 当今世界，经济全球化进程的日益深入，各国建的经济交流与合作规模不断扩大， 自然产生了质量保证的国际化标准。质量保证的产生和发展主要取决于三个方 面：科学发展，市场需求的变化及经

10、济的全球化。质量保证的就是对实物产品的性能符合规定要求的承诺，即组织保证向顾客 提供“合格产品”。其目的最终还是在于赢得顾客的信任。我们实验室所测量的 基本数据都是顾客参考的标准。还有出货报告等等都是我们对于产品质量的产品 与保障。2.4质量监督理论激励和监督是管理学中两个基本的推动力。监督可以分为事前监督和事后监 督。事前监督实际上就是控制，事后监督是对结果的评价。全面实施市场准入制 度和建立完善的质量监督体制是为来的发展趋势。质量监督理论是指为了确保满足规定的要求，对产品、过程或体系的状况进行连续的监视和验证，并记录进行分析。质量监督可以从不同的角度进行分类， 如表1所示。表1质量监督分类

11、表项目分类监督范围内部监督、外部监督监督主体国家监督，社会组织监督、消费者监督监督时间事前监督、事后监督监督方式行政监督、技术监督、法律监督、舆论监督3物理实验室基本检测理论与实践的结合才是实事求是的最基本准则。我们了解了质量管理的基本 理论，其实更家的有助于工作的进行。物理实验室又称可靠性实验室。它要求我 们严格遵守客观，真实，及时，有效的方针。只有这样我们才能更好的保证产品 的质量。使顾客满意，达到生产利益的最大化。物理实验室的主要工作内容：显微镜，检查和测量切片；X-RAY测量镍厚和金后厚；DSC/TMA测量物料的玻璃转化温度；拉力测试，测试铜箔的附着力； MUST II，检查产品的可焊

12、性；热循环测试，在一定的温度下，对产品施加一定 应力电压，持续数百次检查产品的可靠性。由于检测工作就是辅助铜线的生产， 做金相切片，检查铜厚，还有出货报告， 来料检验。其中几乎每个试验都用到做金相切片， 因此，金相切片是日常检测中 最重要的工作。3.1热负荷测试3.1.1漂锡测试漂锡测试是为了验证PCB能否经受在后续封装，返工，修复工艺中的极高热 应力影响。由于电路板在进行表面贴装，焊接原器件时要经过高温等环境， 在进 行漂锡测试检查产品在一定温度下是否会产生分层，导线断裂等影响产品质量的基本问题。测试样品应包括至少3个通孔/盲孔/填盲孔。要求样品边缘到需要检验的孔 边缘的距离为2.54mm我

13、们基于以下原因更改为1mm我们使用小型捞机捞下样 品，此方法产生的机械应力很小。即使直接沿着孔中心捞下样品，也没有明显的 机械应力损伤。在2.54mm的距离下，要磨到一排所有孔的中心位置是非常困难设备和辅助材料包括以下:(1) 锡炉。需要电加热，可控温，足够尺寸的锡炉，可容纳至少0.9kg的 锡。温度控制传感器应在表面以下(19 ± 6.4)mm的位置。对于新配的锡炉，推荐 在锡炉中加入一些铜箔或铜球使锡炉中铜离子达到饱和的状态以减少对样品的 蚀刻。锡炉必须能保持温度在设定温度的土 5C以内。但是基于以下原因，我们使 用纯锡：我们的制程是无铅制程。在漂锡测试中，锡的作用是作为热传递的

14、介质， 不是装配。(2) 显微镜。可使用50倍、100倍、200倍、500倍的目镜。(3) 助焊剂。松香助焊剂Alpha100 (在漂锡测试中，使用助焊剂的主要目 的不是帮助焊锡，而是作为热传递的媒介)。(4) 秒表。(5) 取样铣床。(6) 钳子。(7) 纵切片制作辅助材料。漂锡测试步骤：首先，让锡炉加热并稳定在设定的温度。用取样铣床制作样 本。用钳子将样品浸入助焊剂，然后让多余的助焊剂在垂直方向上流下。除掉锡 炉表面的残渣。根据以下条件将样本漂在锡浴的表面。 备注：不允许把样品浸入 锡浴的表面以下，并精确地控制时间(T=28吃5C, t=10-0/+1s )。然后，从锡炉 上取下样品并冷却

15、至室温(至少 2分钟)。制作切片并碾磨到通孔/盲孔/填盲孔 的中心位置。抛光后，超声波清洗切片 2至3分钟。微蚀切片。使用显微镜进行 观察。最后，检查样品无材料分层情况；检查样品无铜层断裂情况；检查样品无 内层连接分层情况。3.1.2 TG 测量(DSC)TG测量的应用方法为DSC,即动态差动扫描测热法,这是基于样本和参照 物间温度差的测量测量特性是热流动。TG测量的设备和辅助材料：DSC 821e from Mettler Toledo ，实验室天平， 斜口钳，镊子，铝制坩锅套，坩锅套压工具。TG测量的参数主要分为三情况，具体如下所示。(1)对于Tg在130C至U 140C之间的材料，使用低

16、 Tg程序“AT&S 170':50170 C20C /min170170 C15.0min17050 C-20C /min50170 C20C /min(2)对于Tg在141T到159C之间的材料，使用中Tg 程序 “AT&S190”：50190 C20C /min190190 C15.0min19050 C-20C /min50190 C20C /min(3)对于Tg在160C到190C之间的材料，使用高Tg 程序 “AT&S220”：50220 °C20C /min220220 C15.0min22050 C-20C /min50220C20C

17、/min测试过程去样品重量为15-25 mg ;具体测试方法：首先，将样品在105C条件下烘烤 2 小时。对于有金属覆层的层压板和印制板， 保留其金属覆层， 去除其 绿油覆层。 用斜口钳小心地将样品按要求的重量剪下。 用砂纸将样品边缘打磨平 滑并保证无毛刺。 然后，把样品放入坩锅利用压合器将锅底和锅盖压紧。 用针将 坩锅的盖子扎出两个透气孔。 用小铁棒的头部或尾部将坩锅的盖子压扁平。 根据 材料的规范选择正确的测试程序， 开始测试， 最后，测试结束根据得到的曲线计 算出 Tg。3.1.3 Tg 和 Z 轴膨胀系数（ TMA）Tg和Z轴膨胀系数测试是被用来以TMA测定玻璃转化温度（Tg）和印刷线

18、路 板中介质层Z轴热膨胀系数的。试验同样也是检测材料的质量，只有严格控制每 个步骤才能更好的保证产品质量。Tg和Z轴膨胀系数测试的设备和辅助材料：梅特勒TMA/SDTA84Q斜口钳， 砂纸，干燥器，烘箱，螺旋测微器。Tg和Z轴膨胀系数测试的参数主要分为三情况，具体如下所示。（1）对Tg < 160 C的材料，选择程序“ AT&S 190'(2) 对Tg >= 160 C的材料，选择程序“ AT&S 220'(3) 对CTE测量,选择程序 “ AT&S-CTE。Tg和Z轴膨胀系数测试的样品尺寸为6.35 X 6.35mm样品厚度为 0.5-2.

19、36mm (1.6mm 最佳)。Tg和Z轴膨胀系数测试具体方法如下所示。(1) 样品准备：首先应该在没有金属涂覆的样品上测试。从多层板上取下 的样品应该不含有内层金属层。如果样品有外层金属涂覆，需用砂纸打磨干净。 用斜口钳小心地将样品剪下大约 6.35mm*6.35m m的大小以将机械应力和热应力 减小到最低。测试样品的厚度最少为 0.51mm 0.76mm更好，1.6mm更佳。 如果 被测材质的厚度小于0.51mm那就用样品叠合的方式达到最少0.51mm的厚度要 求，即使这样会使测试的错误概率大幅度增加。样品的最大厚度不能超过 2.36mm0.093 in以避免在样品内部发生热度倾斜的可能性

20、。用砂纸将样品边缘 打磨平滑并保证无毛刺，必须小心的打磨以最小化对样品的机械应力和热应力。 样品应该做如下预处理：105± 2C下烘烤2±0.25小时，然后再干燥器中冷却至 室温。(2) 测试步骤：对TMA勺位置和长度进行校零。将样品放入 TMA的载物台， 然后放下探头和箱体。根据材料的规范和测试目的选择正确的测试程序。在本测试程序中，第一个温度循环是为了去除测试样品内部应力的， 所以我 们在第二个温度循环中做数据测量。 从TMA勺曲线上记录如下四点的温度(见图 2): A为 30°C、B为 Tg-5 °C、C为 Tg+5°C、D为 250C。

21、图1 Tg和Z轴膨胀系数测试用“ TMA>Glass Transition ”命令计算出 Tg。用“ TMA>Expans.Mear”命令计算从 A点到B点的Tg前的CTE用“ TMA>Expans.Mean”命令计算从C点到D点的Tg后的CTE用“TMAExpans.Mear”命令计算从 A点到D点总的CTE （见图2）图2 Tg和Z轴膨胀系数测试对于Tg,根据半固化片，基材，背胶铜箔技术资料和材料规范。对于CTE,根 据客户要求。3.2机械负荷测试3.2.1小刀测试小刀测试中不完全的涂层硬化导致了涂层的移位-脱离和/或污点。油墨是保护电路，防止氧化，保护电路连接。如果在进

22、行涂覆油墨时出现问题，同样会对 产品质量产生影响，就会无法达到它本来的目的。因此质量检测控制很重要。小刀测试的设备和辅助材料:TU刀，显微镜（6.4-40放大）。小刀测试测试方法：用TU刀沿着导体的边缘划开一条最少 25.4 mm长度的 口，使用显微镜的X 16倍进行观察，质量控制检测，检查产品涂层最大能在其 左右两边有0.5 mm的变色和/或移位的规范要求。3.2.2十字砍测试十字砍测试是检查涂层的粘合度。油墨在涂覆于板面，如果粘合度不够， 就很容易脱落，尤其在高温情况下，因此粘合度控制很重要。十字砍测试设备和辅助材料：带有6边的每边为1 mm距离的多切口装置 刷子，放大镜，显微镜（6.4-

23、40放大）。十字砍测试方法：格子切口测试被用于全部覆盖铜表面的涂层。使用切口设备能得到切口条纹，带有6边的多切口装置在横纵两边接触到地后，得到了 25 个正方形的区域，切口必须有规律的按 2-5 cm/sec的速度制成，切口必须接触 到地，但不要穿的太深，可用放大镜控制，切口设备必须应用到其两边的点，即 边缘的装置，以保证规律性，完成格子的切口后，应用刷子在其切口的区域上来 回用轻微的力刷，使用放大镜估量格子的切口。十字砍测试方法评价格子根据如表 2所示。（如果格子的切口介于两张图片 的之间，格子切口特性值能用附加的纸来表达，使用显微镜的X 16倍进行观 察）。表2十字砍测试方法评价格子格子切

24、口特性值描述图片Gt 0切口的边缘是完全的平滑的，没有缺口的涂料-Gt 1在交叉点有小的涂料碎片是有缺口的，有缺口的区域占总面积的5%di | |，5 RR BMP- <_L ri 'F * -; 4 1 7* 11 i1 - B I 1Gt 2有缺口的涂料沿着切口的边缘和/或沿着父叉点，有缺口的区域大约占总面积的 15%m壬Gt 3有缺口的涂料沿着切口的边缘部分或全部的脱落，和/或部分或全部的独立的地方有缺口，其有缺口的区域大约占总面积的35%IGt 5Chipped off area amounts to more tha n 65 % of thepart有缺口的区域超过总

25、面积的65%3.2.3弹簧秤测试当剥力测试仪（AT&S编号881022）发生故障后,弹簧秤将被用来作为应 急反应行动，任何背离此实验的操作，即使是短时间的，必须经实验室主管的 授权。剥力测试就是检测铜箔与基材的黏合度，防止在进行生产时对质量产生影 响，分层等弹簧秤测试的设备和辅助材料：切断剪床，丙烷燃气，砂纸，尺。弹簧秤测试的测试步骤：样本条宽度为25.4 X 100mm将样本的两边纵轴放 在砂皮纸上磨平，将样本用丙烷气体燃烧一端至2cm的树脂挥发并使其冷却几分 钟，把样本放入弹簧秤内并夹拢，从弹簧秤上读出测试值F1，用力拉弹簧秤3至4cm,在拉力的测试过程中，铜箔应保持不损坏的状态，

26、否则重复该测试。从 弹簧秤上读出测试值F2，测量样本宽度 W根据公式计算剥力F。3.2.4铅笔测试铅笔测试方法用来评估绿油表面的硬度和它的磨损抗力。这个测试主要检查 表面的硬度和它的磨损抗力，因为油墨作为电路板最外面的保护层，他要接受各 种环境的要求。顾而质量控制十分必要，如果硬度或磨损抗力不够，严重、影响 产品质量。铅笔测试设备和辅助材料：标准硬度铅笔（由软至硬，分别为4B, 3B、2B、 B、B、H、2H、3H 4H、5H 6H），测试板。铅笔测试的方法：将测试板置于牢固的水平面上，由最硬的铅笔开始，将铅笔呈45度角度牢固的置于绿油上，使用一致的向下，向前的力，推动铅笔在表 面划出大约6.

27、4mm的痕迹，继续用下一个软度的铅笔进行测试，直至不能进入或 刻出痕迹在绿油上，记录铅笔测试的硬度值（即不能进入或刻出痕迹在绿油上的 值）。3.3其他测试3.3.1 X-Ray 测试X-Ray测试非破坏的测量Au、Ni、Pd Ag或其他表面金属镀层的厚度。X-Ray 测试设备和辅助材料:Fischer X-Ray XDVM-，Fischer X-Ray XDVM-PX-Ray测试测试步骤：样品板/卡应该平整，无翘屈。选择一个直径大于0.30 毫米的适当测试区域，将此点对准红外线测试点进行检测。根据表面处理的类型 选择对应的测试程序（见表3）。表3 X-Ray测试程序X-Ray类型表面处理类型测

28、试程序X-Ray I (XDVM-W)AgAg/(Cu)/EpoxyHigh Phosphor Ni/AuAu/NiP/Cu;Br(High P)Medium Phosphor Ni/AuAu/NiP/Cu;Br(Medium P)X-Ray ll(XDVM-P)AgAg/(Cu)/EpoxyHigh Phosphor Ni/AuAu/NiP/Cu;Br(High P)Medium Phosphor Ni/AuAu/NiP9/Cu;Br(Medium P)Hard Gold Ni/AuAu/Ni/Cu;Br(Hard Gold)Ni/Pd/AuAu/PdP4/NiP9/Cu;BrSnSn ;B

29、r将测试件放在测试平台上，测量试样的中心位置一般要求每个面要沿对角 线测取三个点，两面共六个点，取平均值，参考规范要求，判定是否合格。332背光测试背光测试的目的是检查通孔的无电镀铜情况。背光测试是每次铜线进行生产时必须进行的测试，通孔的无电镀铜情况，防止镀液中有杂质。背光测试设备和辅助材料：取样铣床，碾磨机，显微镜（50-500倍）。背光测试测试方法：用取样铣床选取样本，然后用碾磨机将一边的通孔磨至 中心位置处，最后将另一边剪或碾磨至离通孔边缘1-1.5 mm处，用显微镜50倍进行背光观察（见图3）。图3背光测试背光测试测试方法评价标准如图4所示，其中图中D10和D9符合要求，D1 至D8不

30、符合要求。图4背光测试测试方法评价标准3.4金相切片金相切片是通过制作纵切片和平面切片可以得到极微小区域产品的质量。金相切片是整个试验室最基本的测量方法。这是技术员最基本的技能，整个流程都 是要求每个人掌握，从切板，灌浇，到磨切片都要求我们去操作，到测量，都是 最基本的方法。金相切片设备和辅助材料：取样铣床或冲床 ，金属棒，埋入辅助材料， Technovit 4004 粉末和液体，压力锅，研磨机，砂纸 60,180和1200,显微镜 （6.4-40放大），显微镜（50-500倍），抛光机，抛光膏及其液体，双面胶。（1）纵切片的制作打开取样铣床，在指定的位置用取样铣床取样，利用金属棒连接样本并利 用埋入辅助材料将其放入像皮内，按 1： 2的比例混合Technovit粉末和液体并 埋入切片，将切片放入压力锅内并打开空气压力，固化大约10mi n。固化后将切片从像皮中取出，打开研磨机，研磨切片的另