SMB可测性设计问题探讨

摘  要：本文从工艺设计、电气设计和免清洗焊接工艺等方面探讨了SMB的可测性设计。
关键词：表面贴装电路板；可测性设计；表面贴装技术
               Design for Testability of Surface Mount Board
                      XIAN Fei
           (Fiberhome Telecommunication Co.,Ltd, Wuhan 430074,China)
Abstract: Design for testability of SMB are discussed from Processes Design、Electric Design and No-clean Soldering Process.
Keywords: SMB; DFT; SMT                            
    SMT的高组装密度使得传统的测试方法陷入困境，在电路和SMB设计阶段就进行可测性设计是当今业界所普遍采用的方法，其目的是提高产品质量，降低测试成本和缩短产品的制造周期。就可测性设计DFT（Design For Testability）的概念而言，是一个包括集成电路的可测性设计（芯片设计）、系统级可测试性设计、板级可测试性设计以及电路结构的可测试性设计等方面的新兴的系统工程。它与现代的CAD/CAM技术紧密地联系在一起，对电子产品的质量控制，提高产品的可制造性，降低产品的测试成本，缩短产品的制造周期起着至关重要的作用。SMT的可测性设计主要是针对目前ICT装备情况。将后期产品制造的测试问题在电路和表面安装印制板SMB设计时就考虑进去。
可测性设计的考虑
提高可测性设计要考虑工艺设计和电气设计两个方面的要求。
一、工艺设计的要求
定位的精度、基板制造程序、基板的大小、探针的类型都是影响探测可靠性的因素。
1．精确的定位孔。在基板上设定精确的定位孔，定位孔误差应在±0.05mm以内，至少设置两个定位孔，且距离愈远愈好。采用非金属化的定位孔，以减少焊锡镀层的增厚而不能达到公差要求。如基板是整片制造后再分开测试，则定位孔就必须设在主板及各单独的基板上。
2．测试点的直径不小于0.4mm，相邻测试点的间距最好在2.54mm以上，不要小于1.27mm。
3．在测试面不能放置高度超过6.4mm的元器件，过高的元器件将引起在线测试夹具探针对测试点的接触不良。
4．最好将测试点放置在元器件周围1.0mm以外，避免探针和元器件撞击损伤。定位孔环状周围3.2mm以内，不可有元器件或测试点。
5．测试点不可设置在PCB边缘4mm的范围内，这4mm的空间用以保证夹具夹持。通常在输送带式的生产设备与SMT设备中也要求有同样的工艺边。
6．所有探测点最好镀锡或选用质地较软、易贯穿、不易氧化的金属传导物，以保证可靠接触，延长探针的使用寿命。
7．测试点不可被阻焊剂或文字油墨覆盖，否则将会缩小测试点的接触面积，降低测试的可靠性。
二、电气设计的要求
1．要求尽量将元件面的SMC/SMD的测试点通过过孔引到焊接面，过孔直径应大于1mm。这样可使在线测试采用单面针床来进行测试，从而降低了在线测试成本。
2． 每个电气节点都必须有一个测试点，每个IC必须有POWER及GROUND的测试点，且尽可能接近此元器件，最好在距离IC 2.54mm范围内。
3．在电路的走线上设置测试点时，可将其宽度放大到40mil 宽。
4．将测试点均衡地分布在印制板上。如果探针集中在某一区域时，较高的压力会使待测板或针床变形，进一步造成部分探针不能接触到测试点。
5．电路板上的供电线路应分区域设置测试断点，以便于电源去耦电容或电路板上的其它元器件出现对电源短路时，查找故障点更为快捷准确。设计断点时，应考虑恢复测试断点后的功率承载能力。
    下图所示为测试点设计的一个示例。通过延伸线在元器件引线附近设置测试焊盘或利用过孔焊盘测试节点，测试节点严禁选在元器件的焊点上，这种测试可能使虚焊节点在探针压力作用下挤压到理想位置，从而使虚焊故障被掩盖，发生所谓的“故障遮蔽效应”。由于探针因定位误差引起的偏晃，可能使探针直接作用于元器件的端点或引脚上而造成元器件损坏。

图1  测试点设计示例
免清洗焊接工艺的考虑
    目前电子组装业大部分都采用免清洗焊接工艺。实行免清洗工艺，必须保证其与在线测试尤其是针床测试的兼容性，使探针能扎透助焊剂残留物。由于目前的免清洗焊膏绝大部分并不是针对双回流焊探针测试技术而开发，通常残留物在回流焊后会马上变硬/不粘手，在随后的在线测试中被探针扎透而变成碎屑，粘附在测试夹具及探针头上，使探针测试越来越困难，最终导致电气接触失效。因此，为与在线测试良好兼容，应选择面向双面回流焊技术的低残留焊膏，具体要求为：固态物质质量分数在3%以下；残留物应扩散一致，一般应无色透明；残留物经回流焊后应软而不粘，即使在某些焊点上有轻微残留物堆积，也不会影响探针测试；同时在选择探针上也要有所考虑，如对焊缝下凹的的互连通孔（VIA），因其易积聚残留物，所以应选择特殊的探针，一般应选择三点凿子型探针，以便探针能扎在镀通孔的外缘而不必去扎下凹焊缝内堆积的残留物。目前，已有与探针测试良好兼容的面向双回流焊技术的免清洗焊膏问世：在不清洗的前提下，一次接触完好率可达99%。
    在考虑到其它因素后，剩下的就是对探针进行定期清洗，一般3~4周，也可根据实际情况调整，以保证测试的良好接触。
结束语
    在具体的产品设计中会遇到许多不同情况，可依据前面所规定的设计原则去灵活运用。SMT的可测性设计工作还处探索之中，尚需广大科技人员和工艺技术人员努力去研究这一新课题。