PCB和PCBA是什么？

印制電路板(Printed circuit board，簡(jiǎn)稱PCB)是組裝電子零件用的基板，是在通用基材上按預(yù)定設(shè)計(jì)形成點(diǎn)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(yù)定電路的連接，起中繼傳輸?shù)淖饔?，是電子產(chǎn)品的關(guān)鍵電子互連件。

印制電路板的制造品質(zhì)，不但直接影響電子產(chǎn)品的可靠性，而且影響系統(tǒng)產(chǎn)品整體競(jìng)爭(zhēng)力，因此PCB被譽(yù)為“電子產(chǎn)品之母”。

目前各式各樣的電子產(chǎn)品如個(gè)人計(jì)算機(jī)、手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、電子儀器、車輛衛(wèi)星導(dǎo)航器、汽車驅(qū)動(dòng)零件等電路，都使用著PCB產(chǎn)品，在我們?nèi)粘Ｉ钪须S處可見。

隨著電子產(chǎn)品功能多樣化、體積小型化及質(zhì)量輕量化的設(shè)計(jì)趨勢(shì)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(yīng)用變得復(fù)雜。

PCB空板經(jīng)過SMT（表面貼裝技術(shù)）上件，或經(jīng)過DIP（雙列直插封裝）插件的整個(gè)制程，簡(jiǎn)稱PCBA（Printed Circuit Board Assembly）。

為什么要對(duì)PCBA進(jìn)行應(yīng)變測(cè)試？

為適應(yīng)國(guó)際對(duì)環(huán)保的日益重視，PCBA從有鉛制程改為無(wú)鉛制程，并應(yīng)用了新的層壓板材料，這些改變都會(huì)造成PCB電子產(chǎn)品焊點(diǎn)性能的改變。由于元器件焊點(diǎn)對(duì)應(yīng)變失效非常敏感，因此通過應(yīng)變測(cè)試了解PCB電子產(chǎn)品在最惡劣條件下的應(yīng)變特性顯得至關(guān)重要。

對(duì)于不同的焊料合金、封裝類型、表面處理或?qū)訅喊宀牧?，過大的應(yīng)變都會(huì)導(dǎo)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(guān)的粘合失效（焊盤翹起）或內(nèi)聚失效（承墊坑裂）和封裝基板開裂（見圖1-1）。經(jīng)證實(shí)，運(yùn)用應(yīng)變測(cè)量來控制印制板翹曲對(duì)電子工業(yè)是有利的，而且其作為一種識(shí)別和改進(jìn)生產(chǎn)操作的方法也被逐漸地認(rèn)可。

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

應(yīng)變測(cè)試可以對(duì)SMT封裝在PCBA組裝、測(cè)試和操作中受到的應(yīng)變和應(yīng)變率水平進(jìn)行客觀分析，為印制板翹曲測(cè)量和風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估提供了量化的方法。

應(yīng)變測(cè)量的目標(biāo)是描述所有涉及機(jī)械荷載的組裝步驟的特性。

測(cè)試原理

利用金屬導(dǎo)體的應(yīng)變效應(yīng)，通過貼附在PCBA上的strain gage（應(yīng)變花）隨著PCBA變形而機(jī)械變形時(shí)自身阻值的變化來量化PCBA的應(yīng)變，從而通過這個(gè)量化的應(yīng)變與極限應(yīng)變比較來判斷PCBA的變形對(duì)元器件或者元器件錫點(diǎn)破裂的風(fēng)險(xiǎn)，為PCBA制程的改善措施提供方向。

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

應(yīng)變花為含有3個(gè)獨(dú)立敏感柵的應(yīng)變片，它們相互堆疊于一個(gè)公共點(diǎn)，用來測(cè)量一個(gè)公共點(diǎn)處沿它們各自軸向的應(yīng)變。

應(yīng)變定義為（長(zhǎng)度變化）/（原始長(zhǎng)度），是一個(gè)無(wú)量綱的物理量，在PCBA應(yīng)變測(cè)試中，由于應(yīng)變數(shù)值極小，通常用微應(yīng)變（με）描述，按照106*（長(zhǎng)度變化）/（原始長(zhǎng)度）來定義微應(yīng)變。

在PCBA應(yīng)變測(cè)試中，PCBA所受的應(yīng)變狀態(tài)為平面應(yīng)變狀態(tài)，應(yīng)變測(cè)試分析系統(tǒng)可通過測(cè)量應(yīng)變花的三個(gè)方向的實(shí)時(shí)應(yīng)變值計(jì)算出PCBA制程過程中的主應(yīng)變及應(yīng)變率，來判斷制程的產(chǎn)品應(yīng)變是否超標(biāo)。

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

其中主應(yīng)變?yōu)橐粋€(gè)平面中最大和最小的正交應(yīng)變，互相垂直且所在方向上的切應(yīng)變?yōu)榱?。在PCBA應(yīng)變測(cè)試中通常通過測(cè)量計(jì)算主應(yīng)變作為臨界度量判據(jù)；應(yīng)變率則表示了單位時(shí)間內(nèi)應(yīng)變變化的快慢，用以衡量元器件的破壞風(fēng)險(xiǎn)。

圖2 Strain gage應(yīng)變花 出處：IPC_JEDEC-9704A圖3 應(yīng)變測(cè)試分析系統(tǒng)

測(cè)試過程

PCBA應(yīng)變測(cè)量包括把應(yīng)變片貼在印制板上指定的元器件附近，隨后使裝有應(yīng)變片的印制板經(jīng)受不同的測(cè)試、組裝以及人工操作。

根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)IPC_JEDEC-9704A，需要進(jìn)行應(yīng)變測(cè)量的典型制造步驟如下：1）SMT組裝制程、2）印制板測(cè)試過程、3）機(jī)械組裝、4）運(yùn)輸及處理。

圖4 印制板組裝應(yīng)變測(cè)量? 出處：IPC_JEDEC-9704A圖5 系統(tǒng)組裝應(yīng)變測(cè)量? 出處：IPC_JEDEC-9704A

經(jīng)典案例分享

廣電計(jì)量在PCBA應(yīng)變測(cè)試領(lǐng)域具有豐富的經(jīng)驗(yàn)，配有根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)IPC_JEDEC-9704A制作的應(yīng)變測(cè)試分析系統(tǒng)，可進(jìn)行典型制造步驟的應(yīng)變測(cè)量，以下為經(jīng)典案例分享。

1) V-cut制程應(yīng)變測(cè)試

在前期測(cè)試超標(biāo)的情況下，與客戶多次商討以改善PCB拼板設(shè)計(jì)、V-cut設(shè)備改裝及操作改善，最終測(cè)試合格。

改善前測(cè)試結(jié)果與改善后測(cè)試結(jié)果對(duì)比

2) ICT制程應(yīng)變測(cè)試

典型ICT制程的PCBA應(yīng)變測(cè)試。

3) 組裝制程應(yīng)變測(cè)試