一、PCB典型的制造流程

使用應變測試可以定量地評估和識別出潛在大應力引起的有害的流程，但是需要在執行這些流程前識別出它是否有害。

談到PCB測量的必要性，我們先儀器了解一下“1-10-100”法則，它講的是在設計階段花1塊錢能解決的問題，在制造階段要用至少10倍成本來糾錯。如果缺陷流出到客戶端，則至少要花100倍成本來糾錯。也就是說，發現缺陷晚了一步，需要花費的成本將成指數倍上升。

根據IPC/JEDEC-9704標準文件，典型制造的流程被分為：

1.SMT（表面貼裝技術）裝配流程

**切板（直線切割和弧線切割）流程

**所有的人工操作流程

**所有重做于潤飾流程

**連線安裝

**部件安裝

2.板子測試流程

**電路板在線測試（ICT）

**電路板功能測試（BFT）或其他類似的功能測試

3.機械安裝

**散熱片裝配板子支架裝配

**系統電路板組裝或系統裝配

**外圍部件互連（PCI）或子卡安裝

**雙列直插內存模塊（DIMM）安裝

4.運輸環境

二、應變測試的步驟

在PCB制造流程中，分板、ICT、BFT、DIP和打螺絲裝配等都是典型的最大應變/應變率的操作，但是其他流程的應力同樣會對PCB板有潛在的危害，所以最好對盡量多的流程進行應變測試。

對PCB板的應變測試有四個步驟：1.選擇應變片；2.準備要測試的PCB板和粘貼應變片；3.測出應變；4.分析記錄數據。

1.選擇應變片

PCB應變測試原理就是利用應變片阻值的變化將機械應力量化。IPC/JEDEC-9704標準指引文件推薦位PCB板進行應變測試時使用三軸應變片，但是目前行業中，不同客戶根據自己實際情況單軸、雙軸和三軸都有運用到。

根據IPC/JEDEC-9704標準，推薦的應變片的詳細說明如下：

**三向直角扇形排列應變片。

**1.0mm2至2.0mm2的敏感柵大小。

**120Ω或350Ω的應變片。

**應變片的一端連有引線或導線。

2.準備要測試的PCB板和粘貼應變片

SMT的回流焊之前PCB板的機械應變很有限，而且更重要的是因為焊點是在回流焊加工后成形的，所以應變特性在SMT的回流焊之后的裝配和測試操作中時很重要的。

PCB板的準備包括選擇應變片粘貼的位置。如果在板子上沒有足夠的空間粘貼應變片，就應該拆掉零器件騰出空間來貼敷應變片。準備板子是測量流程中至關重要的一步，恰當地準備好板子有助于恰當地粘貼應變片和后面測試值的精準度。在IPC/JEDEC-9704標準文件中能找到更多的關于板子準備、應變附件、導線接法的詳細說明。

下面為貼好應變片的電路板的示意圖和需要測量的器件：

BGA器件：

要求選取27*27mm以上的BGA，包括但不限于FCBGA、CBGA。如果板上沒有大于27*27mm的BGA，優先選擇板上最大的BGA或者應力集中的BGA進行測試。

應力敏感器件：

根據板上分布的應力風險點識別，選取以下應力敏感器件進行評估：

**0402及以上封裝的陶瓷電容和普通電容（不含軟端子電容），ICT/BST等工序測試陶瓷電容為1206及以上封裝。

**貼片電阻、陶瓷晶振、電感、磁珠、PLO模塊、氣體放電管、保險管套件等。

三、測出應變

在準備好板子和粘貼好應變片后，PCB板應變測試的第三步是把傳感器通過轉接盒與應變測試儀和電腦連接上，并且運行測試軟件E-strain進行測試。測試時間的長短可根據自己所需要進行的測試制程來把控。

IPC/JEDEC-9704推薦測試在運行時關注以下幾個參數：掃描頻率（采樣率）、通道數目和同步采集、主應變匹配和橋接完成。

1.掃描頻率

掃描頻率，或稱采樣率，是每秒在樣品數目單位下采樣得到數據的頻率（Hz）。對于PCB板應變測試，推薦最低掃描頻率為500Hz，而一般的掃描頻率的范圍是從500Hz到2KHz。這樣的采樣頻率保證能捕捉到任何高頻率的動態變化，TSK應變測試儀采樣率1-10KHz（根據測試場景）。

2.通道數目和同步采集

儀器的通道數目限制了一遍測量的數目。例如，至少12個測量通道才可以滿足測量一個BGA芯片的四個角的需要，而當沒有足夠的通道時可以測量多遍，但是這樣操作起來會比較麻煩，對測試結果的精確度也會有一定的影響。

TSK-64是一款便攜式應力測試儀，主要用于PCBA生成SMT和DIP應變測試、分板應力測試、ICT應力測試、FCT應力測試、組裝應力測試和跌落應力測試等。儀器體積小，方便攜帶，軟件操作簡單、上手方便，能快速進行測量并根據IPC/JEDEC-9704標準一鍵自動生成報告。儀器通道數可以根據模塊8通道、16通道、24通道、32通道、40通道、48通道、56通道、64通道選配。

3.主應變匹配和橋接完成

根據測試點位選擇好通道數目之后進行主應變一鍵匹配核算主應變值。

在一塊扇形應變片組中的每一片應變片采用的是四分之一橋接法，需要橋路完成和激勵電壓。對于四分之一橋接法應變片傳感器，橋路完成包括提供惠斯通電橋四臂中的三臂，其中應變片充當第四臂，因為PCB材料的導熱率低，應變片會因為電流通過而很容易升溫。而使用三線的接法與四分之一電橋可以減少這種影響，應該考慮信噪比（SNR）來平衡激勵電壓。

上圖是一張完整建好的測試環境照片：

貼好應變片的電路板放在被測治具上，通過轉接盒連接儀器。

滿足IPC/JEDEC-9704標準的應變測量儀TSK-32-32C，32通道同時設置頻率、同步采集。

通過電腦內的e-strain應變采集軟件進行采集并一鍵生成報告。

四、分析記錄數據

正如上圖所示：根據采集的原始應變數據，可以開始PCB板應變測試的最后一步了。分析這些數據并計算在測試期間板子所受的有關應力（最大應力和最小應力）。可以通過測試軟件在測試期間在線完成這些分析，或者在測試完畢之后一鍵轉化成結合IPC標準的報告（EXCEL格式）。記錄了全部數據方便進行離線分析。分析的方向是，測試結果尅計算應變片軸向應變的峰值（最大值和最小值）和值產生時間，在此基礎上可以進行核算，計算對應的應變率和最大（最小）主應變等值，可以根據設置的極限標準（±500ue）來判斷測試室“Pass”還是“Fail”。結合IPC/JEDEC-9704標準上支出的被測板的厚度允許的最大應變值進行分析。

審核編輯 黃宇