電路板制造商正在加大對檢測、測試和分析的投資，以滿足汽車等安全關鍵部門對可靠性日益嚴格的要求。這代表著與過去的重大轉變，過去人們對可靠性的關注主要針對連接到印刷電路板的設備。但隨著SoC因成本上升和擴展芯片的技術復雜性而被分解成高級封裝，安裝這些不同組件的電路板也變得越來越密集。線路和導線之間的空間正在縮小，而連接所有這些組件的高密度互連技術也變得越來越復雜。

其結果是對尖端芯片中同樣的先進監控技術的需求越來越大。這是汽車、醫療植入物、航空電子和一些工業應用的必備條件。然而，由于高密度互連（HDI）技術的敏感性，以及對社交媒體如何聚焦故障的擔憂，即使是智能手機和音頻/視頻控制盒等消費產品也開始要求更高的質量。對此，電子板制造商和組裝商加大了檢測力度，并投入更多的數據收集，這些數據可用于數據分析平臺。

Ansys新技術和新興技術產品管理總監Craig Hillman說：“有三個大的變化，首先是在PCB/PCBA制造過程的每個階段越來越多地使用檢測--特別是在最早的階段，比如模板印刷。第二，正在使用的自動光學檢測（AOI）越來越復雜。第三，不再依賴‘去/不去’的決定，而是越來越多地使用參數數據來預測異常的存在。”

需要HDI PCB技術的系統應用也有缺陷檢測的要求，遠遠超出了開路和短路的范圍。

“在過去的十年里，我們看到智能手機、通信、大數據服務器以及汽車PCB的新PCB技術有不斷增長的趨勢?！盞LA公司Orbotech的via formation產品營銷經理Micha Perlman說?！癙CB的線路質量缺陷可能會影響任何類型的電子產品，對于航空、醫療或汽車等行業來說尤為關鍵，因為這些行業的故障會給用戶及其周圍環境帶來高風險。智能手機和筆記本等消費類產品的制造商也在更加關注這類缺陷?！?/p>

對長期可靠性的要求也對電路板制造商對報廢成本的敏感度產生了影響?！叭蝿贞P鍵型應用現在不允許對電路板進行終端維修，”PDF Solutions業務發展總監Dave Huntley說。“在流程的早期發現和隔離問題對于減少廢品至關重要。擁有存儲并可與測試數據相關聯的組裝和耗材數據可以實現這一點?！?/p>

所有這些數據提供了一個更精細的設備視圖，這對可靠性有很大影響。它還可以用于在制造過程中更早地識別和隔離問題。

目前正在努力促進不同設備之間的數據共享，允許在多個過程中收集和關聯數據。因此，數據分析平臺不只是測試或檢查缺陷，而是更充分地讓工程師減少缺陷。

PCB缺陷類型

焊點仍然是在線和現場缺陷的首要來源，但這些不是唯一的問題領域。了解缺陷機理，可以從工程的角度來理解為什么簡單的開路和短電測試在缺陷檢測中是不夠的。

在電路板和元件之間，焊球連接需要對準，焊膏需要無污染。一個觸點可以通過電氣測試--簡單的短路/開路，但在現場卻由于對準不準或材料問題而失敗，并在現場變得更糟。例如，考慮一個電視機頂盒。

“這臺設備是在某人的家中出現故障的。使用它的機柜環境變得足夠熱，以至于焊點失效?！盇egis軟件公司新興產業戰略高級總監Michael Ford分享道?！霸碗娐钒搴副P之間發生了錯位，然而這只是在制造公差范圍內。但當你開始在一定的使用條件下通過它施加大量的功率，再加上比理想的溫度更高，故障就發生了?！?/p>

那么，在什么情況下，生產變化——一面黃色的旗幟——會導致失敗呢？如果沒有來自實地的反饋，幾乎不可能分辨。

“我們發現的大多數東西無法通過功能測試檢測出來，”Instrumental的首席執行官兼創始人Anna-Katrina Shedletsky說。“我們看的是那些可能難以實際測試的東西?？紤]到部分屏蔽層不能全部扣下來?！?/p>

然而焊接缺陷仍然可以通過，Instrumental在盒子構建時發現了這一點，當它查看數據的匯總時。該公司分析了400萬個客戶單位的10萬個缺陷?！捌渲幸粋€有趣的事情是，焊接是前10名中的第4名。因此，我們實際上看到了焊接缺陷的普遍性，這些缺陷能一直通過生產線末端檢查，這代表了有多大比例的缺陷可能會逃到現場。”

隨著HDI技術的發展，開放性缺陷和短缺陷也在增加。然而，對高質量痕跡的需求推動了計量和檢測需求。

“質量上的缺陷，如線路缺口、碟形缺陷或異常焊盤，在安全和可靠性是關鍵任務的行業中是非常關鍵的，如航空、醫療和汽車，”Orbotech的Perlman說?！斑@些質量缺陷的潛在風險遠遠大于開放性或短缺陷?！?/p>

HDI允許層與層之間有數以萬計的微小孔隙，這就轉化為同等數量的缺陷機會。

“由于組件組裝過程中或終端設備運行過程中的高應力，潛伏缺陷為未來的故障引入了高風險，”Perlman說?！耙虼?，十年前比較少見的激光通過檢測，如今已經比較普遍。對可靠性和安全性要求較高的汽車電子制造商對它的需求很大。幾位汽車PCB專家最近告訴我們，他們目前所處理的質量問題中，有很大一部分是由于HDI板通過激光孔隙的層間連接不良而導致的故障。盡管PCB在發貨前已經成功通過了所有的電氣測試，但這種情況還是發生了?！?/p>

檢查、收集、測試

電路板的制造過程，以及元件到電路板的組裝，主要是機械過程。為了找出缺陷，電路板制造商依靠視覺檢查和生產線末端測試。

三十多年來，光學檢測一直是PCB生產的一部分，無論是查看圖像以確定正確的焊點，還是在層壓前檢測電路板內層的問題。

“檢測已經從2D外觀缺陷發展到3D檢測和計量，”CyberOptics總裁兼首席執行官Subodh Kulkarni說?！皬暮细?不合格報告到定量測量，制造商現在不僅可以進行AOI和焊膏檢測（SPI），還可以通過在線坐標測量機（CMM）功能實現坐標測量，比傳統CMM系統快得多。對計量數據的需求不斷增加，因此他們不僅可以檢測關鍵缺陷，還可以測量關鍵參數。”

用于計量目的的成像系統已經變得越來越普遍?！爸苯映上瘢―I）可確保圖案與Z尺寸連接之間通過孔隙進行精確的登記，”Perlman說?！按送?，DI的圖案成像質量非常準確，沿板穩定，邊緣粗糙度最小。這支持了對要求苛刻的阻抗控制傳輸線的精確線路成像和蝕刻的需求?！?他補充說，用于激光孔道的AOI已經被越來越多的制造商實施。

雖然檢測一直是PCB質量控制的面包和黃油，但制造商已經開始更仔細地研究來自焊膏檢測、取放和電測試前的其他步驟的數據。

“從歷史上看，傳感器數據主要集中在去/不去的參數上，”Ansys的Hillman說?！巴?，更多參數化的傳感器數據可以直接輸入到可靠性預測中。例如，目前存在可以測量焊膏沉積量的系統?？梢蕴峁┖噶象w積實時測量的傳感器數據可以用來預測疲勞壽命。這將大有裨益，可以讓制造商在什么是好的，什么是壞的方面有更多的自由裁量權?！?/p>

獲取這些設備數據促使印制電路研究所（IPC）制定了一個名為 “互聯工廠交換”（CFX）的標準?！斑@是一個基于IIoT的數據交換機制，”Aegis的福特說?！拔覀円呀浂x了確切的數據字段，以及它們對每一種技術的含義，這樣，所有的機器通信都是根據它們的操作和能力進行數字化建模的?；旧?，任何發生的測量或事件，無論是視覺的還是電子的，都會通過CFX傳輸。

用于計量目的的成像系統已經變得越來越普遍?！敝苯映上瘢―I）可以確保圖案與Z維連接之間通過孔隙進行精確的登記，“Perlman說?！贝送猓珼I的圖案成像質量沿板非常準確和穩定，邊緣粗糙度最小。這支持了對要求苛刻的阻抗控制傳輸線的精確線路成像和蝕刻的需求。“ 他補充說，用于激光孔道的AOI已經被越來越多的制造商實施。

雖然檢測一直是PCB質量控制的面包和黃油，但制造商已經開始更仔細地研究來自焊膏檢測、取放和電測試前的其他步驟的數據。

”從歷史上看，傳感器數據主要集中在去/不去的參數上，“Ansys的Hillman說?！蓖?，更多參數化的傳感器數據可以直接輸入到可靠性預測中。例如，目前存在可以測量焊膏沉積量的系統。可以提供焊料體積實時測量的傳感器數據可以用來預測疲勞壽命。這將大有裨益，可以讓制造商在什么是好的，什么是壞的方面有更多的自由裁量權?！?/p>

獲取這些設備數據促使印制電路研究所（IPC）制定了一個名為 ”互聯工廠交換“（CFX）的標準?！边@是一個基于IIoT的數據交換機制，“Aegis的福特說?！蔽覀円呀浂x了確切的數據字段，以及它們對每一種技術的含義，這樣，所有的機器通信都是根據它們的操作和能力進行數字化建模的。基本上，任何發生的測量或事件，無論是視覺上的還是電子上的，都會通過CFX傳輸，在單一的‘即插即用’語言環境中被實時報告?！?/p>

這使工程師能夠對實時分析作出反應，它提供了一個更大的數據集，他們可以分析了解產量和現場故障。

電路板電氣測試為互連健康提供了關鍵的把關作用。除了對開路和短路進行簡單的連接性檢查外，還有機會進行參數測量--頻率、電壓、電流、電容、電阻和沉降時間，從而深入了解性能變化，并可與制造性能掛鉤。參數信息與系統測試數據/現場數據相結合，可以讓工程師更好地了解其制造性能指標。

由于對連接性的關注、信號獲取途徑的減少以及測試設備的限制，這種級別的數據一直是缺乏的。

”在當今的PCB制造生產線中，缺乏良好的豐富的參數測試數據，“PDF的Huntley說?！崩?，電路內測試機（ICTs）沒有記錄大部分可以記錄的測試數據。原因是，它大大影響了測試時間，這將造成生產線瓶頸。另外，在PCB線端（EOL）測試中，測試人員的技術并不成熟。不同測試機的測量精度差異很大。這導致廢品增加，出貨的零件質量差?！?/p>

板級制造之后就是測試箱的制造，這又會造成新的問題。將完全組裝好的板子封裝到容器中的機械過程會導致物理變化，從而對電氣性能產生影響。例如，考慮到在具有無線功能的產品中發現的精致天線陣列。通常被稱為 ”公主陣列“，一個微小的位置變化就會破壞WiFi性能。如果工程師未能在系統級測試中提供RF/Wifi測試，這些可能會變成客戶退貨。

連接生產步驟之間的數據

在每個生產環節收集的數據都有價值。事實上，將供應鏈上所有的數據連接起來，可以是相當強大的。但是存在一些障礙--缺乏標準、數據可用性、通過產品可追溯性連接數據，以及連接制造步驟的有意義的數據。

有了CFX提供的數據標準，工廠管理系統可以讓工程師找到電路板制造和組裝過程中的薄弱環節。從而提高產量和質量。

”在過去的兩年里，事情開始以一種新的和不同的方式改變，“福特說?！蔽覀儸F在不是依靠物理檢查來暴露缺陷，所有的缺陷在大多數情況下不能保證被發現，而是使用基于六西格瑪的情境化數據的趨勢分析來增強該檢查或測試過程。因此，在更早的階段，你可以從所有不同流程的變化中識別和消除潛在的缺陷原因，這就揭示了以前通過光學或電子測試孤立地隱藏的東西?！?/p>

將整個供應鏈的數據連接起來，使工程師能夠在源頭解決問題，而不是通過生產線末端的檢測來解決問題。

”我們已經創建了一個數據平臺，這樣我們的客戶就可以攝取可追溯的產品數據，“Shedletsky說?！睌祿ǜ鱾€階段的圖像、測試站數據以及ICT測試等性能測試。這個平臺就可以讓工程方或制造方的不同利益相關者在第一時間獲得實際解決問題所需的信息。“

對于復雜的供應鏈來說，發現問題的源頭往往可以在檢測問題的上游。將這些數據結合到一個分析平臺中，工程師就能從根本上解決問題，從而提高產量，減少廢品，提高質量。

然而，數據并不總是一致和可用的?！贝蠖鄶登闆r下，數據被塞進壁櫥（數據湖）中，沒有經過太多的分類，“NI旗下OptimalPlus汽車解決方案副總裁Sam Jonaidi說?！睌祿彩窃贖DD存儲可用的范圍內存儲在機械上。最壞的情況下，數據僅用于做出實時決策，然后被丟棄。我們規定了一個全面的數據工程紀律，在這個紀律中，整個數據宇宙被映射，高價值的數據元素被賜與數據束，并進行精確和監控治理。

SEMI和IPC都制定了產品可追溯性的標準，這有助于連接整個制造供應鏈的數據。然而跟蹤原材料也有價值，可以更快地對生產問題進行根源分析。

“這可以是簡單的跟蹤消耗品，如使用的焊膏批次，一直到分析生產線末端的測試數據，以找到逃過半導體測試過程的半導體工藝問題，”Huntley說。“事實證明，通過收集所有這些數據并進行關聯，可以將可靠性案例的避免率提高50%。”

結語

隨著新舊PCB技術的發展，制造商加大了對數據收集的投資，這反過來又刺激了對分析解決方案的需求，以充分利用數據。收集和存儲適當的數據可以導致檢測缺陷，而理解其根本原因可以導致減少缺陷。

這代表了電子行業這部分的重大轉變?！笆昵?，PCB制造主要是面向通過實施MES（制造執行系統）將正確的構建配方送入生產線，”Huntley說?！爸攸c是確保機器被正確設置，以將拼圖的所有部分組合在一起，最終形成一塊完整的電路板。從MES到機器的通信更多的是單方向的。如今，在機器學習和人工智能時代，這種流動是雙向的。然而，與半導體制造相比，仍然存在巨大的差距?，F在收集到的大量數據并沒有很好地存儲，也沒有以統一、一致、智能的方式收集，無法做到跨業務關聯。”

板卡制造工程師無法改變他們沒有測量到的東西。當它被測量時，工程師應該能夠分析它。
責任編輯:tzh