PCB和PCBA是什么？

印制電路板(Printed circuit board，簡稱PCB)是組裝電子零件用的基板，是在通用基材上按預定設計形成點間連接及印制元件的印制板。PCB的主要功能是使各種電子器件形成預定電路的連接，起中繼傳輸的作用，是電子產品的關鍵電子互連件。

印制電路板的制造品質，不但直接影響電子產品的可靠性，而且影響系統產品整體競爭力，因此PCB被譽為“電子產品之母”。

目前各式各樣的電子產品如個人計算機、手機、數碼相機、電子儀器、車輛衛星導航器、汽車驅動零件等電路，都使用著PCB產品，在我們日常生活中隨處可見。

隨著電子產品功能多樣化、體積小型化及質量輕量化的設計趨勢要求，PCB上增加了更多的小型器件，使用了更多層板，器件的使用密度也隨之增加，使得PCB的應用變得復雜。

PCB空板經過SMT（表面貼裝技術）上件，或經過DIP（雙列直插封裝）插件的整個制程，簡稱PCBA（Printed Circuit Board Assembly）。

為什么要對PCBA進行應變測試？

為適應國際對環保的日益重視，PCBA從有鉛制程改為無鉛制程，并應用了新的層壓板材料，這些改變都會造成PCB電子產品焊點性能的改變。由于元器件焊點對應變失效非常敏感，因此通過應變測試了解PCB電子產品在最惡劣條件下的應變特性顯得至關重要。

對于不同的焊料合金、封裝類型、表面處理或層壓板材料，過大的應變都會導致各種模式的失效。失效包括焊料球開裂、線路損傷、層壓板相關的粘合失效（焊盤翹起）或內聚失效（承墊坑裂）和封裝基板開裂（見圖1-1）。經證實，運用應變測量來控制印制板翹曲對電子工業是有利的，而且其作為一種識別和改進生產操作的方法也被逐漸地認可。

圖1：焊點損壞實例（頂部圖：承墊坑裂，左下圖：焊點本體失效，右下圖：焊接界面斷裂） 出處：IPC_JEDEC-9704A

應變測試可以對SMT封裝在PCBA組裝、測試和操作中受到的應變和應變率水平進行客觀分析，為印制板翹曲測量和風險等級評估提供了量化的方法。

應變測量的目標是描述所有涉及機械荷載的組裝步驟的特性。

測試原理

利用金屬導體的應變效應，通過貼附在PCBA上的strain gage（應變花）隨著PCBA變形而機械變形時自身阻值的變化來量化PCBA的應變，從而通過這個量化的應變與極限應變比較來判斷PCBA的變形對元器件或者元器件錫點破裂的風險，為PCBA制程的改善措施提供方向。

應變測試系統通過惠斯通電橋來檢測出由于應變片阻值的變化而帶來的電壓的變化，然后通過應變測試軟件中的程序，把電壓的變化換算成應變。

應變花為含有3個獨立敏感柵的應變片，它們相互堆疊于一個公共點，用來測量一個公共點處沿它們各自軸向的應變。

應變定義為（長度變化）/（原始長度），是一個無量綱的物理量，在PCBA應變測試中，由于應變數值極小，通常用微應變（με）描述，按照106*（長度變化）/（原始長度）來定義微應變。

在PCBA應變測試中，PCBA所受的應變狀態為平面應變狀態，應變測試分析系統可通過測量應變花的三個方向的實時應變值計算出PCBA制程過程中的主應變及應變率，來判斷制程的產品應變是否超標。

超出應變極限的步驟被視為應變過大，并進行確認以便采取糾正措施。應變極限可以來自客戶、元器件供應商或者企業/行業內部眾所周知的慣例（來源于IPC_JEDEC-9704A）。

其中主應變為一個平面中最大和最小的正交應變，互相垂直且所在方向上的切應變為零。在PCBA應變測試中通常通過測量計算主應變作為臨界度量判據；應變率則表示了單位時間內應變變化的快慢，用以衡量元器件的破壞風險。

圖2 Strain gage應變花 出處：IPC_JEDEC-9704A圖3 應變測試分析系統

測試過程

PCBA應變測量包括把應變片貼在印制板上指定的元器件附近，隨后使裝有應變片的印制板經受不同的測試、組裝以及人工操作。

根據行業標準IPC_JEDEC-9704A，需要進行應變測量的典型制造步驟如下：1）SMT組裝制程、2）印制板測試過程、3）機械組裝、4）運輸及處理。

圖4 印制板組裝應變測量? 出處：IPC_JEDEC-9704A圖5 系統組裝應變測量? 出處：IPC_JEDEC-9704A

經典案例分享

廣電計量在PCBA應變測試領域具有豐富的經驗，配有根據行業標準IPC_JEDEC-9704A制作的應變測試分析系統，可進行典型制造步驟的應變測量，以下為經典案例分享。

1) V-cut制程應變測試

在前期測試超標的情況下，與客戶多次商討以改善PCB拼板設計、V-cut設備改裝及操作改善，最終測試合格。

改善前測試結果與改善后測試結果對比

2) ICT制程應變測試

典型ICT制程的PCBA應變測試。

3) 組裝制程應變測試