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生产没有缺陷的高质量产品，是永远要面对的挑战 。这个行业正转到无铅工艺，需要做更多的测试和检查才能满足各种不同的要求。
生产没有缺陷的高质量产品，是永远都要面对的挑战。随着电路板变得更复杂，降低成本的压力越来越大，这个挑战只会越来越强 。这个行业面临过渡到无铅工艺的重大变化，为了满足各种不同要求，需要做更多的测试和检查。在确定最理想的测试方法时，必须考虑各种因素，例如缺陷的数量、电路板的复杂性、缺陷的范围、测试效果以及缺陷出现在什么地方。对于批量大、复杂程度低的电路板，最好的测试方法与批量小、十分复杂性的电路板是不同的。对于每一种生产环境，重要的是在下面两种主要测试方法之间作出的平衡：防止出现缺陷以及把缺陷控制在一定范围内。转到无铅也会影响测试和检查。
主要动力
在选择最优测试方法时，最重要的问题是，出现缺陷的程度、在生产过程中什么地方产生“缺陷”、测试与检查的效果，以及与电路板有关的问题，例如：它的复杂程度、产量，是不是可以用目视检查，是否能够进行电气测量。
出现缺陷的程度通常用一百万个缺陷机会中的缺陷数（DPMO）来表示，这也就是PPM。一个焊点是一个出现缺陷的机会，有可能出现开路、焊料桥接、焊料不足等缺陷。一个元件和它的放置也可能会出现缺陷，例如，元件是坏的、元件的数值不正确、元件没有放正，等等。在生产一百块电子印刷电路板总成（PCBA）时，其中每块电路板有10,000个可能出现缺陷的机会，整批产品的缺陷机会就是一百万个。如果这些电路板（在所有测试和检查工序中）总共检查出150个缺陷，那么DPMO就等于150。我们可以使用下面的公式估算合格率：
合格率 = (1 - DPMO/1,000,000)N
式中，DPMO是DPMO值，N是出现缺陷机会的数量，如果一块电路板有10,000个出现缺陷的机会，DPMO值为10,100 和1,000，我们来计算合格率。相应的合格率为90%、37%和0%。如果未经任何检测的原始合格率预计为90%和0%，毫无疑问，测试方法应该是不同的。重要的是必须知道平均DPMO值。这是指不同类型和不同日或不同星期的电路板平均DPMO值。不应该使用你在过去得到的最好的值，不是你也许会使用的“市场推广”值。这个数字应该力求真实。行业内典型的DPMO 值在100 和1,000之间。 另外，清楚地了解缺陷的类型也很重要。例如，假定在所有的缺陷中，40%是开路，30% 是桥接、15%是焊料不足，还有12%是元件缺失。 在决定最理想的测试检查方法之前，我们必须了解缺陷出现在哪里，是不是可以检测出来。举个例子，有几个缺陷是在选择性波峰焊接工艺中出现，如果检测是在这道工序之前做的，那我们就不可能发现这些缺陷。但从另一个角度看，早点检测缺陷是有好处的。如果在元件贴片时把一个元件的方向放错了，那么，最好能够在回熔工艺之前就发现，对贵重的元件尤其是这样。如果我们能够在进行回熔之前就发现这种问题，在大多数情况下，这些元件都可以再次使用。 但是，如果是在回熔之后才发现，这些元件肯定全部报废。
总的来说，不同的测试和检查系统找出不同类型缺陷的有效性，是与电路板无关的。最好是定期研究测试的有效性。测试有效性的研究一般是针对数量不多的一组电路板（大约20到100块电路板）进行。把所有的缺陷分为真正的缺陷和测试错误两类，也可以把工艺识别符号的错误检查出来。如果在研究中包括回熔焊接之前的焊膏检查（SPI）和自动光学检查（AOI），我们还可以把可能存在的缺陷找出来。在测试有效性研究中，不对缺陷进行返修，这样在进行最后的测试和检查时，有机会把所有的缺陷都找出来。
在研究中，每一个检测到的缺陷都应该有准确的记录。当所有系统完成了全部电路板的检查时，就可以计算每个系统的测试有效性。
与电路板有关的问题
电路板的特点决定着最合适的测试方法。需考虑的最重要因素有：电路板的复杂程度、计划生产的产品产量、单面版还是双面版、是否看得到、是否可以进行电气连接，以及元件的具体问题，例如成本或者未知的质量问题。在这些因素中，复杂性也许是最重要的。随着电路板复杂程度的增加，在制造电路板时，合格率越来越难达到很高。下面列出用于计算复杂性指数的公式。最好用这个公式或者类似的公式。复杂性指数是一个粗略的办法，它是根据确定的属性来衡量复杂程度。它给出的是电路板复杂性的一个近似值。
复杂性指数=[(元件数量+焊点数量)/100]×S×M×D
其中：S=电路板的面数（对于双面电路板，S=1；对于单面电路板，S=1/2）；M=混合程度（混合程度高时，M=1；混合程度低时，M=1/2）；D=密度，（（焊点数/每平方英寸）/100）或者（焊点数/每平方厘米）/15.5）
如果复杂性指数＜50，那么电路的复杂程度属于低；如果复杂性指数≧50而且＜125 ，电路板的复杂程度属于中等；如果复杂性指数≧125，那么电路板属于高度复杂。
出现缺陷机会的数量（元件加焊点）在很大程度上影响了复杂性指数。如果我们运用上面的合格率公式， 可以清楚地看到出现缺陷机会和合格率之间的关系。
举一个简单的例子。假设有三种不同类型的电路板：第一种有100个缺陷机会，第二种有1,000个，第三种有10,000个。如果假设这三种电路板的DPMO为200，那么每种电路板的合格率是多少呢？对于有100个缺陷机会的电路板，合格率计算结果是98%，有1,000个的是82%，有10,000个的是14%。在这个例子中，有10,000个缺陷机会的电路板需要有比“100个”缺陷机会的电路板更详细的检测方法。
在选择检测方法时，电路板的产量大小也是一个因素。对于数量非常少的电路板，尤其是当电路板不怎么复杂时，手工或者目测检验加上功能测试就足够了。而对于高度复杂、产量为中等至大量的电路板，需要自动化测试与检查方法，它们的缺陷覆盖率要很高。电气连接受到限制（包括边界扫描）的电路板）的电路板更需要使用自动化检查。如果目视检查受到限制，那么就要用X射线测试。
缺陷的预防
缺陷预防是指通过检查的方法掌握生产过程中的系统性问题，以及根据这些发现所采取的矫正工作。通过减少系统性的缺陷，可以有效地降低缺陷的数量。最适合进行缺陷预防的地方是可制造性设计（DFM），在设计电路板时考虑到制造，这样设计出来的电路板易于生产，而且缺陷数量少。还有一个可以预防缺陷的地方是在回熔之前。在这个地方下功夫的理由主要有两个。首先，它可以早早地在生产过程中，把带有缺陷的电路板的数量减少到最低。第二，回熔过程掩盖了印刷焊膏和元件贴片的低效率。
在生产线末尾进行测试和检查，对得到的数据进行分析，对一些缺陷的预防也是有帮助的。SPI和回熔焊之前的AOI能够为预防缺陷提供有价值的信息。例如，SPI能够能够发现模板没有对正、模板上的孔堵塞、焊膏形状不整齐这些问题。用三维SPI也能够发现焊膏数量方面的问题。产生大部分这些问题的根本原因是可以找出来的，而且都是可以改正的。在回熔焊接之前进行AOI检查，能够发现元件丢失、元件的方向不对和没有对正的元件。元件的方向不对有可能是因为元件料盘放得不正确。调整贴片机往往可以把元件没有对正和丢失元件的问题改正过来。
对于数量很大的电路板生产，使用缺陷预防技术来对生产过程进行优化，效果是最好的。
缺陷控制
有了完善的缺陷预防措施仍然不够，我们还需要有缺陷控制的方法。研究表明，许多缺陷是在生产过程的后期产生的。在波峰焊或者有选择的波峰焊中更是如此。对于在生产过程早期出现的其他缺陷，也只能在回熔焊接之后才能检查出来。对于处理随机出现和后期出现的缺陷，一个好的缺陷控制方法是十分重要的。普遍采用手动/视觉检查（一般在回熔焊之后进行AOI检查）、自动X射线检查（AXI），以及通电测试，例如ICT，加上边界扫描测试，或者飞针测试，用于数量小的电路板。 某些功能测试也是需要的——或者是最终产品通电，样品通电测试，或者对电路板进行功能测试。有时候用某些类型的老化测试和（或者）环境筛选（ESS）来配合这些测试。整个缺陷控制测试和检查的目的是，尽可能在产品出厂之前发现缺陷，把产品的保修成本和废品率降到最低。
新的挑战：无铅
一年之内，许多电子产品都必须达到无铅法规的要求。现在，焊膏、元件和空白的电路板中是使用了铅的。在这些地方把铅去掉，对生产过程而言，是个巨大的改变。根据经验，我们知道，在改变工艺时，缺陷的数量会上升，有时增加很多。正如前面讲的，缺陷数量上升意味着成品率下降，存在更多的缺陷，测试和检查也就变得更加重要。在这个转变过程中，生产商也许必须进行更多测试和检查。只有缺陷数量能降低到工艺转变以前的水平，才能调整测试和检查方面的工作。对于某些类型的电路板，尤其是不很复杂的电路板，缺陷数量不会增加很多。然而，对于非常复杂的电路板，上面有很多元件，而且元件的种类很多，缺陷数量很可能会增加很多。
作出经济的决定
最后，在决定测试方法时应该以经济实用为基础。国际电子制造业协会（iNEMI）的测试方法计划开发了一个不错的例子，它是使用电子数据表格的一种工具，用于建立测试方法的经济模型，来比较各种测试方法。利用这个模型，可以按照生产过程、电路板数量、电路板的价钱，得到成品率或者DPMO的数值，然后计算不同方法的总成本。国际电子制造业协会（iNEMI）在他们的网页上（www.inemi.org/cms/projects/ba/test_strat.html）免费提供这个工具。
结论
在选择和实行测试和检查方法时，需要分析许多因素。缺陷的数量、电路板的复杂性、产量、不同的测试办法、测试效果和期望的质量水平，这些都会影响最理想方案的选择。最好是缺陷预防和缺陷控制两者并举。
作者简介
Stig Oresjo是Agilent科技公司的高级测试方法顾问，电话：(1) 970-679-3215，电子邮件：stig_oresjo@agilent.com。
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