X光测试的得失
By Colin Charette
本文介绍，怎样评估X光测试技术在你的PCBA制造工艺过程中的需要。
 今天的电子制造正面对变得越来越密的印刷电路板装配(PCBA,
printed circuit board assembly)，在线测试(ICT, in-circuit test)的可访问性大大减少了。这个受局限的测试访问意味着制造商必须扩展测试策略，而不只是视觉检查、ICT和功能测试。
一个针对受局限的访问性问题的迅速增长的测试技术是X光检查/测试。X光测试检查焊接点的结构完整性，查找开路、短路、元件丢失、极性电容反向、和冷焊锡点这类的缺陷。
X光测试的典型覆盖大约是工艺过程的、或机械的缺陷的97%，所有缺陷的70~90%。X光的覆盖范围补充和重叠传统的ICT技术(图一)。
了解X光测试
为了完整地理解X光测试的潜在的优点，考查X光检查系统的一些能力是重要的。从这些能力，可勾勒出X光测试的潜在优点。X光测试的能力包括：
- 工艺过程缺陷的高覆盖率，典型地97%
- 不管可访问性的高覆盖率
- 测试开发时间短，短至2~3小时
- 不要求夹具
- 对ICT既有补偿又有重叠
- 所找出的缺陷是其它测试所不能可靠地发现的，包括空洞(voiding)、焊点形状差和冷焊锡点。
- 测试设定成本通常比ICT程序和夹具的成本低得多。
- 自动化系统设计用于在线(in-line)使用
- 一次过测试单面或双面板的能力
- 工艺参数，如锡膏厚度、的有关信息
- 准确地定位缺陷，达到引脚位置水平，精确定位，提供快速、低成本的修复
表一列出使用X光测试的潜在优点和可能受益的电子制造商类型。
| 表一、使用X光测试的潜在优势 |
| 潜在优势 |
理由 |
制造商类型 |
| 减少在ICT和功能测试时失效板的数量，减少在ICT和功能测试时诊断和修理成本 |
X光具有良好的工艺缺陷覆盖，在ICT和功能测试之前使用X光，将筛选出工艺缺陷，结果减少在ICT和功能测试的失效、修理和诊断 |
将从减少在ICT或功能测试的返工数量受益的任何制造商 |
| 更少的现场失效 |
X光测试抓住那些任何其它测试技术所不能可靠地抓住的缺陷，包括冷锡、脚跟的少锡和空洞，抓住这些经常可减少现场失效 |
那些想减少现场失效的制造商，许多使用X光的已经报告现场失效大大降低 |
| 具有对所有板的高测试覆盖，独立于电子与视觉测试的可访问性 |
X光具有高覆盖率，不要求可访问性，电路板的密度越高，X光的系统性能越好 |
那些需要灵活的测试策略来出来受局限访问的板的任何制造商 |
| 降低原型试验成本，而增加测试覆盖，潜在地改进测试时间 |
使用X光的测试开发可以很快和不要求夹具，测试覆盖率高，与访问性无关，使用X光来作现在用ICT的原型测试或者ICT成本高的原型测试可实现节约 |
生产许多原型板的和现在ICT夹具与程序的成本高的制造商 |
| 在原型板中减少给设计者的缺陷 |
改进原型阶段测试的覆盖率可得到较少缺陷的板送给设计者 |
生产那些可能有缺陷板送给设计者的原型板制造商，通常，高混合的工厂 |
| 到达市场更快的时间 |
测试原型板更快和具有更高的覆盖率可得到原型板的更快发货，从而较快的市场时间 |
那些使用ICT作原型测试的和可能为原型ICT夹具等数周的制造商 |
| 更流畅的工艺流程 |
减少到ICT和功能测试的缺陷可得到这些测试阶段的较少瓶颈，从而使工艺流程更流畅 |
那些ICT或功能测试是瓶颈的制造商，那些想保证流畅工艺流程不受过程问题影响的制造商 |
| 减少过程中的工作(WIP) |
减少在ICT和功能测试的缺陷，使工艺流程流畅可帮助计划和减少过程中板的总数 |
那些可从减少其WIP或仓存成本的到经济价值的和那些有大量成本限制在ICT或功能测试的制造商 |
| 改进过程合格率 |
来自图象与测量的数据可用来改进过程合格率 |
那些想通过改进合格率来降低成本的制造商 |
| 以最高可靠性来发货 |
X光测试覆盖率是对ICT和功能测试的补充，也可抓住其它测试技术不能可靠地抓住的缺陷 |
有高度可靠性要求的制造商，包括电信、计算机、医疗、汽车和军队/航空 |
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X光系统的不同类型
一个分类X光系统不同类型的简单方法是分成手工(maual)与自动(automated)和透射(transmission)与截面(cross
sectional)系统。透射系统对单面板是好的，但在出来双面板时有问题。截面X光系统，本质上为锡点产生一个医疗的X体轴断层摄影扫描，适用于测试双面或单面电路板，但比透射系统的成本更高。表二说明了不同X光系统的优点和缺点。
| 表二、X光系统不同类型的优点与缺点 |
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自动 |
手工 |
| 截面成像 |
优点
- 对单面和双面PCBA都好
- 最高测试覆盖率
- 全自动，设计用于在线适用
- 测试决定不是主观的
- 高产量
- 设计用于100%的电路板测试
- 相当于ICT较低的原型测试
- 很高的可重复性和可靠性决定
- 测量数据对过程改进和控制有用
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注：对一个典型的手工系统，使用者手工
控制阶段：移动板、旋转板的角度和查找
缺陷与问题
优点
- 对单面和双面PCBA都好
- 成本中等
- 灵活性、使用简单
缺点
- 慢
- 决定主观，依靠使用者的技术与经验来解释
- 决定通常不可重复性，由于是主观的
- 只作板的点检查(多数情况)
- 劳动强度大，特别如果检查所有的板
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| 透射 |
优点
- 对单面PCBA好
- 在单面板上最高测试覆盖率
- 全自动，设计用于在线适用
- 高产量
- 相当于ICT较低的原型测试
- 测试决定完全自动，不是主观的
缺点
- 不能有效地处理双面板
- 要求有技术的人员对系统编程
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优点
- 对单面PCBA好
- X光系统中最低成本的
- 灵活性，使用简单
缺点
- 不能有效处理双面板
- 慢
- 决定主观，取决于使用者的技术与经验来解释
- 决定通常不可重复性，由于是主观的
- 只作板的点检查(多数情况)
- 劳动强度大，特别如果检查所有的板
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选择X光系统
不同的因素影响购买X光系统的决定。例子包括：
- 现在与未来在ICT和功能/系统测试的缺陷帕累托(pareto)
- 在ICT、功能测试和系统测试的合格率
- 在ICT、功能测试和系统测试的修理成本
- 在现在与未来技术上可访问性问题
- 购买设备的意图：实验室研究、确认焊接连接、重复地和可靠地抓住过程缺陷
- 预算
- 其它测试设备的成本与能力
- 现场失效率、失效pareto、失效成本
- 原型ICT成本
- 现在与未来板的产量和板的混合度
这些与其它因素是应该考虑的，在决定X光测试是否有意义和有成本效益时，以及在决定购买什么类型的系统时。例如，决定潜在受益的关键之一是你的缺陷pareto。如果你的最大失效是由于坏的或损伤的元件，那么X光测试将对这个问题不起作用。另一方面，如果你的最大问题是失效表面贴装连接器，那么X光测试可能很有优势，并为投资提供良好的回报。
为了决定一个X光系统是否有意义和经济上行得通，将你的特殊信息和情况与每一个型号的X光测试设备的能力和潜在优势结合起来。以下给出X光测试的成功用户的例子：
例子一：电信制造商
特征：高混合度、低到中等产量的复杂板
背景：该行业的一个强大趋势是向着受局限的访问性电路板。因此，访问性是一个主要问题。高品质与到达市场的时间也是该行业中很重要的。
测试策略：对访问受局限的板，使用100%的X光测试结合ICT。
受益：在ICT和功能测试的失效降低大约50%。对于100%X光测试的原型板，节省包括降低成本、更快速测试、更高品质的板送达设计者手中和更高的测试覆盖率。
例子二：笔记本电脑制造商
特征：高产量、低混合度
背景：笔记本电脑工业的特点是高产量、电路板没有测试访问性或者受局限。达到市场的时间是可获利的关键。另外，该行业具有非常高的计算机每年失效率
- 大约35%。对工厂内和现场失效的缺陷pareto进行的仔细分析显示，大部分的失效是工艺过程缺陷。
测试策略：使用100%ICT结合100%X光测试
受益：现场失效戏剧性地减低。另外，在ICT和功能测试发现的缺陷减少超过80%，结果在这些方面显著节约，减少WIP和更少报废板。
例子三：小型合约制造商
特征：高混合、高产量
背景：准时地以低成本发货高质量的板是该行业的关键成功因素。板经常有局限性的或没有ICT或视觉测试的访问性。
测试策略：使用100%X光测试
受益：不管访问性的问题如何，都可保证发货非常高品质的板给顾客。还有，如果有要求，可以更快地将产品发送给顾客。具有在ICT或功能测试准备就绪之前将试产的板发送给顾客的能力。这些板在顾客现场的合格率从90%的低合格率到使用X光测试的高于99.5%的合格率。
例子四：航空制造商
特征：高混合、低产量
背景：高品质是该工业的最关键的方面，因为失效可能是不寻常的昂贵。
测试策略：在现有的ICT、功能测试和视觉检查的测试策略中增加X光测试。
受益：在板的老化(burn in)阶段，失效降低70%。显著减少老化阶段的返工。
总结
在PCBA制造的现时趋势是更高密度和新型包装技术，经常造成视觉检查和ICT的可访问性减少。因此，一个测试策略必须有效地处理受局限访问的板。X光测试提供高测试覆盖率，不管测试的可访问性。因此，越来越多的公司正使用ICT与X光测试结合的测试策略来处理受局限访问的板。X光测试的其它重要能力是开发时间短、不要求夹具、和可靠地抓住其它测试方法经常错过和可能引起现场失效的缺陷的能力。
为了决定是否X光测试将使你的公司受益，理解X光测试设备的能力与潜在优势是重要的。将这个信息与你现在与将来的制造情况相结合。评估的一部分应该包括分析X光测试设备的各种类型，包括手工、自动、透射和截面X光设备。
Colin Charette, is the automated x-ray inspection product manager,
manufacturing test division - Hewlett-Packard Co., Loveland, CO; (970)
679-3126.
(A 02/27/2001)
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