iNEMI解决电路板的质量问题

      由公司组成的国际电子制造商联盟（iNEMI）启动了三个项目，旨在帮助制造商改进印刷电路板（PCB）的质量。其中一个项目是为了建立一种评估功能测试故障覆盖率的标准方法，第二个项目是为了鼓励元件制造商更广泛地采用边界扫描技术，第三个项目是为了建立一种测试印刷电路组装的机械性能的方法。

　　iNEMIS表示，其使命是发现技术差距，并通过鼓励加快部署新技术、开发行业基础设施、推广有效的商业实践及鼓励采用标准来弥补这些技术差距。该联盟通过技术综合组（TIG）开展项目，这些TIG是围绕评估行业最重要需求的iNEMI路线图中确定的特定领域组织的。图1显示了该路线图的基本项目模型。电路板级项目通过惠普的Rosa Reinosa和英特尔的J.J. Grealish主持的电路板和系统生产测试TIG开展。

　　评估功能测试的故障覆盖率

　　iNEMI的电路板测试TIG麾下开展的第一个项目是力求创建一个量化模型，来估算和预测功能测试的故障覆盖率。英特尔的测试开发工程师Tony Taylor最初于2006年在台湾提出了建立电路板制造商和设备供应商论坛的想法。论坛参与者希望得到行业更广泛的反馈意见以便制定一致的指导方针，他们还建议Taylor与iNEMI合作。该项目由Taylor主持，涉及大量在其他领域激烈竞争的企业，这些企业维持着一种合作氛围，意识到他们的工作成果将使每一个人受益。　[page]

　　Taylor评论说：“我们从一开始就理解，功能测试与在线测试[ICT]和自动化光学检测 [AOI]等结构性测试技术有着根本的区别。那些方法依靠比较可预测的标准，并使用供应商提供的设备，所以允许采用相当一致的故障覆盖方法。”

　　他补充说：“功能测试需要在产品的本地环境中高速运行。如果使用不同供应商的具有不同功能的传统堆架式仪器或仪器卡来监测电路板的性能，则不可避免地产生多种不同的结果。此外，在功能测试中，可将问题范围缩小到执行某个特定功能的电路元件，但是不一定缩小到单个元件的状况或特性。这样无法进行完全自动的故障覆盖分析。”

　　该组在初期就认识到，尽管各种电路板测试技术在一定程度上有所重叠，但是功能测试可提供结构性测试不能提供的电路性能信息。目的是尽可能以结构等效术语重新解释功能测试，添加功能测试独有的覆盖功能，以及建立一种整个行业的企业均可用作参考的框架。iNEMI将发布结果。

　　Taylor继续说：“我们希望代表电路板测试领域所有观点的企业都能参与。参与者将为我们带来独特的观点和大量经验。项目将首先确立方法的基础。然后，各公司将实施方法，并提供关于方法有效性方面的反馈。”

　　创建方法方面的一个关注点是确定评估标准。工程师分析电路板原理图和测试代码的初步理论分析，将提供关于如何确定一项测试计划是否涵盖一种电路板关键功能的一次通过率规范。一般而言，单是理论分析对于主要采用稳定技术的低成本或低利润率的电路板就足够了。将电路板与实际仪器挂钩监测测试可增强对理论分析的信心，但是也增加了所需的时间和成本。测试预算可能不允许在低成本电路板、有大量元件（大幅度增加评估时间）和高度复杂电路（导致确定故障覆盖率既耗时又模糊不清）的电路上进行这些额外操作。

　　如果产品可以保证提供高度可信的故障覆盖评估，可能需要采取额外步骤注入故障，以确定在具有已知缺陷的电路板上运行测试是否能够发现缺陷。理论分析可能预测出测试将覆盖某些故障，但是监测可能显示当实际运行测试时预测的故障覆盖率无效。

　　来看看采用耦合电容器的交流耦合差分对。在某些电路中，拆除耦合电容器不会导致测试失败。有开口的差分线可采用电容方式跨接其他线路或连接器/元件引脚耦合，尽管信号完整性较差，但仍可到达差分接收器。理论分析可预测故障，但是尽管有故障，实际测试却可以通过。在实际使用中，这种电路板可能出现间歇性运行故障。

　　另一种情况是，跟踪一段测试代码可能表明一定程度的覆盖，但是由于编码错误，该段代码实际上永远不会执行。同样，理论分析预测的是不存在的覆盖。

　　该TIG提出了一种包含以下内容的方法：
　　* 以现有的结构性覆盖术语重新解释功能测试，
　　* 引进功能测试独有的新覆盖元素，
　　* 以有意义和可重现的方式报告功能测试覆盖。

　　该组将运用这种方法测试三种全然不同的产品，包括可植入医疗产品、光网络电路板和PC服务器电路板，这些测试采用多种不同的技术，具有不同的复杂性并可产生多种不同的故障结果。

　　Taylor接着说：“我们将在这些产品上实施我们的初步测试方法，然后用汲取的经验来调整方法，如此反复，使它成为一种有用的框架。我们将发布关于提议解决方案和测试结果的足够信息，在不透露任何专有信息的情况下允许非参与企业利用我们的工作成果。”

　　他提醒说：“我们的意图不是为了简化流程，而是实现行业的统一。最初，我们将运行统计报告来确立基准点。该信息将有助于我们评估优势与劣势，以及哪些数据真正有意义。”

      如果一切按照计划进行，该TIG到年底就可得到最终结论。[page]

　　推广边界扫描技术

　　边界扫描技术的演变几乎可追溯到二十年前，其目的是为了解决拥挤复杂的PCB上逻辑节点的访问空间（access）不断减少的问题（图2）。由于该技术的设计时间长，占用大量宝贵的空间，加之人们认为采用边界扫描对电路板“性能”的影响即使难以确定，也是不利影响，所以设计者一直抵制使用该技术。

　　电路板技术的演变日益迫使测试工程师在电路板设计中采用边界扫描。因此，电路板测试TIG启动一个项目，以期确定元件制造商的接受程度，并制定策略来提高接受程度和鼓励元件级方案的标准化。由于思科产品和流程的本质决定，很久之前边界扫描就成为其一个重中之重的问题，所以该公司的Steve Butkovich被选为项目负责人。其他参与者包括原始设备制造商（OEM）和合同制造商等各家公司的代表。

　　Butkovich评论说：“当被问到他们为什么不更热情地支持这一技术时，元件供应商称没有市场，客户没有足够的需求。我们项目的目的之一就是在行业论坛中向供应商提出对该技术的需求，而非只是由几家个别公司提出。通过采用这种方式，我们赋予这种技术更大的意义。”

　　Butkovich表示，器件技术的进步大大减弱设计者早期争论的有效性。他说：“开始，一些实施边界扫描技术的元件供应商做得不太好。额外电路可能使器件增加四五千个门，但是当门减少时，边界扫描占用的空间就失去了意义。自动化工具使设计者的时间缩短为几天。曾经高达15%的额外成本已降到添加边界扫描根本不会增加器件成本的程度。”

　　Butkovich称，在行业论坛中将对边界扫描的需求摆在供应商的面前，被提到了一个新的高度，强调的是这种能力对于许多产品测试都是必不可少的。厂商不应将包含边界扫描元件看作是一项竞争优势，而是看作所有产品制造商都应支持的一项基本要求。

　　他继续说：“我们都看到，在达到足够的测试覆盖率方面，传统的ICT方法已变得空前困难和不实用。由于我们生产的产品类型（图3）的原因，许多电路中几乎没有包括传统的访问空间。检测没有提供任何有效的解决办法。我们需要有效的电气测试。”

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　　该项目的初步任务是调查12到15家公司，分析收集的信息，以调整对多达100家企业的更大范围的调查。调查的范围将有助于使电路板和系统制造商知道他们并非孤军奋战，对于他们购买的器件中的功能需求并非一家公司的问题，也不是少数几家公司的问题，实际上是整个行业的问题。

　　Butkovich坚持说：“这是每个人的事情。我们希望这一项目能够鼓励供应商获得适当的工具进行过渡，通过让器件设计者自身行动起来而使边界扫描设备的常规生产尽可能简便。我们看看市场上已有的产品，就知道设计者两年前做了什么。该调查将让我们了解到目前这一供应领域的现有产品。”

　　第一份调查已经发出了。Butkovich预计数据收集阶段将于9月底结束，之后将大规模向行业分发数据。他指出，公布的结果将只包括趋势和统计数据，不包括个人的意见，以保护匿名参与者。

　　如同Taylor一样，Butkovich发现与这些在其他领域激烈竞争的企业合作营造了一种高度合作和相互支持的氛围。他评价说：“这些企业可能互相竞争，但是测试工程师一般不这样看待他们自己。该项目与专有信息无关，而是要提供一种所有人都可使用的方法，帮助所有人提高质量。通过让iNEMI的参与，我们创造了一个非对垒区，推动行业整体向前发展。这也是企业加入iNEMI的原因之一。”

　　电路板的弯曲方式

　　转向无铅焊接，再加上当前PCB上的电路密度和元件类型，致使电路板可能在生产、处理和正常使用期间发生变形。测量电路板易受弯曲损害影响的标准（IPC/JEDEC 9702和9704）也需要更新，以反映这些技术变化。此外，制造商应用现有应变测试方法的途径不一致造成评估损害风险的混乱。这些问题催生了电路板弯曲标准化项目，由惠普的Reinosa和英特尔的Alan McAllister共同主持。

　　Reinosa解释说，项目的首要目标之一是将球面弯曲测试方法（图4）整合到标准中，以验证电路板的机械性能。她说：“目前的IPC/JEDEC 9702标准概括了四点弯曲技术，但是不包括球面弯曲测试方法。英特尔开发的方法更加准确地监测最坏情况的弯曲测试条件，惠普和其他企业已经采用。球面弯曲将有助于元件制造商更加准确地判断特定封装的应力限制。IPC可利用我们的结果修改现有标准，也可决定引进它作为一项单独的标准。”

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　　电路板弯曲项目还计划解决制造商提出的应变规范的方法问题。Reinosa说：“表达最大应变的方法有两种，分别是主应变和对角线应变。客户可能不理解这两者之间的区别。制造商和供应商对应变限制的表达和使用必须一致。”
通过部分引进新的应变测量标准或修改现有标准，可了解影响电路板应变的因素。一些参与公司已开始开展这方面的调查。Reinosa说：“我们将看到各种材料和电路板功能的效果，例如，电路板层压材料、BGA 封装尺寸以及焊垫的尺寸和类型。结果取决于焊接类型。无铅焊料比各种有铅焊料更不易弯曲。当电路板变形时，转移到电路板层压材料的负荷要多于锡铅焊料的情况，所以制造商需要降低最大容许应变，以确保电路板的质量。”

　　Reinosa强调说：“我们无论向标准组织提出什么建议，都不会规定对特定电路板、元件或技术的实际应变限制。每家公司都需要决定每种电路板或产品可承受的最高风险级别。元件制造商可能对他们生产的每种BGA规定不同的应变限制，因此电路板的限制取决于该电路板的设计、材料和BGA组合。即使在一家公司内部，这种限制都可能取决于每种产品的使用。例如，笔记本和手机中的主板可能比台式电脑中的主板经受更多的周期应变。”

　　此外，项目参与者可能对故障标准达成一致意见，也可能达不成一致意见。确定哪些测试结果证明电路板测试失败将取决于每种产品、产品线以及特定公司指导方针的特征。Reinosa指出：“对于一种产品，一家公司可能将任何损坏都视为故障。另一种产品或另一家公司可能有不同的故障标准。”

　　为了成功地推动标准向前发展，该项目需要生成、分析和提出许多数据。“IPC和JEDEC不会修改他们的标准，除非提议的修改与制造商的实际体验相符。参与的企业需要共享他们的实验数据。向公众提供的信息可能比较笼统，但是如果没有具体数据，委员会将不会采取必要的行动。”

　　与其他电路板级项目一样，弯曲项目的时间安排也比较紧凑。该TIG计划到2008年底向IPC和JEDEC提交调查结果。Reinosa预计这两家机构做出决定的速度比标准争论中通常的速度要快得多。

　　她说：“通过借助于iNEMI开展工作，到我们提出建议时，已经整合了大量相互对立的观点。这类项目还将对所讨论问题拥有不同经验的企业召集到一起。一家公司可能比较了解层压，另一家企业可能比较了解封装尺寸，而第三家可能精通焊点特性。如果他们中的每家公司都提交自己的结果，那么我们建议的标准将尽可能体现各家公司的一致意见。”

　　Reinosa继续说：“我们不会强制要求甚至也不会推荐电路板厚度、材料或制造工艺本身任何其他具体方面的最大应变水平标准。我们的目标只是提供一种证实有效的方法来确定应变限制。目前，OEM可能为同一合同制造商指定不同的验收标准。我们希望通过提供一组反映先前的标准采用以来电路板技术和方法演变的新标准，帮助制造商为客户提供一致、可预测的电路板性能与可靠性。”