生產(chǎn)成本和產(chǎn)品質(zhì)量是所有生產(chǎn)商努力控制的兩個(gè)要素，但復(fù)雜的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和諸多無(wú)法控制的隨機(jī)因素卻令這二者成了供應(yīng)鏈上的兩大瓶頸。解決成本與質(zhì)量之間矛盾的關(guān)鍵在于提高效率，只有通過(guò)有的放矢的測(cè)試和控制，才能翻越成本和質(zhì)量這兩座大山。本文以PCB板檢測(cè)方案為例，用非常簡(jiǎn)單的事實(shí)和原則闡明了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化的三個(gè)要素。而如何混合和調(diào)配這三個(gè)要素使之能夠適用于不同的生產(chǎn)和測(cè)試系統(tǒng)，就是制造商實(shí)現(xiàn)“零缺陷”生產(chǎn)的基礎(chǔ)所在。

PCB制造業(yè)有一個(gè)夢(mèng)想，期望有朝一日能從“近乎完美”的原料和設(shè)計(jì)開(kāi)始，經(jīng)由“近乎完美”的設(shè)備來(lái)加工，最后產(chǎn)出“近乎完美”的產(chǎn)品，而這當(dāng)中不必有任何既費(fèi)時(shí)又花錢(qián)的測(cè)試和檢驗(yàn)開(kāi)銷(xiāo)。不幸的是，PCB板復(fù)雜性的增加、瞬息萬(wàn)變的市場(chǎng)動(dòng)態(tài)以及來(lái)自企業(yè)內(nèi)部管理的挑戰(zhàn)、加上整個(gè)制造過(guò)程中諸多不確定的隨機(jī)因素，抵消了單純由原料、設(shè)計(jì)、設(shè)備和工藝進(jìn)步所帶來(lái)的好處。

今天，一般PCB板的一次性成品率仍徘徊在60％到90％之間，如果不經(jīng)測(cè)試或返修，這無(wú)疑會(huì)造成巨大的浪費(fèi)；而一旦有超過(guò)5％的次品流入市場(chǎng)，其后果可能是災(zāi)難性的。看來(lái)生產(chǎn)“近乎完美”產(chǎn)品的夢(mèng)想終將落空，制造商仍必需繼續(xù)在檢測(cè)設(shè)備上大筆花錢(qián)，它們還不得不購(gòu)買(mǎi)新的設(shè)備，以便應(yīng)對(duì)新技術(shù)所帶來(lái)的新的測(cè)試挑戰(zhàn)。這一切似乎沒(méi)完沒(méi)了，掛在制造商脖子上的品質(zhì)獎(jiǎng)?wù)掠鷣?lái)愈沉重。

現(xiàn)在的問(wèn)題是，能否合理地投資、配置和使用好昂貴的測(cè)試檢驗(yàn)設(shè)備，以使它們的效益盡可能發(fā)揮到極致。這樣，當(dāng)制造商大把大把從口袋里掏錢(qián)時(shí)，能稍微心安理得一些。幸運(yùn)的是，的確存在讓制造商既花錢(qián)、又寬心的優(yōu)化檢測(cè)方案，它們的目標(biāo)是同時(shí)控制生產(chǎn)成本和產(chǎn)品質(zhì)量。這些方案經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)，行之有效，而究其精髓，卻只是建立在少數(shù)簡(jiǎn)單的事實(shí)和原則之上：

1.控制缺陷傳播---產(chǎn)品缺陷越早發(fā)現(xiàn)則次品造成的經(jīng)濟(jì)損失越小。

2.降低冗余檢測(cè)---重復(fù)性缺陷檢測(cè)越少則檢測(cè)成本越低。

3.掌控質(zhì)量主敵---排序PCB板缺陷比率，抑制頭號(hào)質(zhì)量殺手是事半功倍之舉。

這些簡(jiǎn)單的事實(shí)和原則構(gòu)成了優(yōu)化PCB板檢測(cè)方案的三要素，對(duì)它們的綜合應(yīng)用可以幫助構(gòu)造不同的檢測(cè)方案，制造商應(yīng)該利用實(shí)際的生產(chǎn)數(shù)據(jù)對(duì)方案進(jìn)行定量分析，以評(píng)估方案的得失。現(xiàn)在讓我們對(duì)以上三個(gè)方面作更詳盡的考察。

控制缺陷的傳播

如同水面上的擾動(dòng)，其波及的范圍將隨著擾動(dòng)的傳播而擴(kuò)大，PCB制造中的缺陷，如不及時(shí)發(fā)現(xiàn)，其造成的損失也會(huì)隨PCB板從制造線(xiàn)的上游到下游逐漸擴(kuò)大。來(lái)自制造商的數(shù)據(jù)表明，對(duì)于中等復(fù)雜的PCB板(譬如焊點(diǎn)在3,000左右，元件數(shù)在500左右)，如果缺陷躲過(guò)當(dāng)前的檢測(cè)，而在下一步檢測(cè)時(shí)才被發(fā)現(xiàn)，則PCB板返修的平均費(fèi)用大約會(huì)增加6~7倍。同時(shí)，PCB板報(bào)廢造成的損失也呈直線(xiàn)上升。

揭示了合理利用測(cè)試檢驗(yàn)設(shè)備，降低總體生產(chǎn)成本的一般思路。同時(shí)，也列出了在檢測(cè)效益分析中需要考慮的一些主要因素。首先，檢測(cè)設(shè)備應(yīng)按各個(gè)生產(chǎn)工序所引進(jìn)的缺陷類(lèi)型合理配置，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷并為電路板返修提供盡可能準(zhǔn)確的缺陷定位信息。其次，各檢測(cè)設(shè)備對(duì)相關(guān)缺陷的檢出率應(yīng)不低于某個(gè)下限，否則配置檢測(cè)設(shè)備將不會(huì)產(chǎn)生效益，可以根據(jù)工廠(chǎng)的利潤(rùn)目標(biāo)估算這個(gè)下限。最后，應(yīng)牢記在心的是，任何檢測(cè)設(shè)備都有可能在檢測(cè)過(guò)程中對(duì)電路板本身造成損害(如人工目檢時(shí)的靜電、ICT測(cè)試時(shí)的背面驅(qū)動(dòng)電流等)，檢測(cè)過(guò)程亦可能使整個(gè)生產(chǎn)線(xiàn)的節(jié)奏放慢。在更精細(xì)的檢測(cè)效益分析中，可以考慮這些負(fù)面因素。

降低冗余的檢測(cè)

在PCB板的故障缺陷“頻譜”中，并非每一種檢測(cè)設(shè)備只覆蓋一個(gè)“窄帶”。簡(jiǎn)言之，一種檢測(cè)設(shè)備可能查出多種PCB板的缺陷。上圖是簡(jiǎn)化的故障覆蓋分配表，該表顯示，每一類(lèi)型的缺陷有可能被多次重復(fù)檢查。例如，當(dāng)生產(chǎn)線(xiàn)上同時(shí)配有人工目檢(MVI)、自動(dòng)X-射線(xiàn)檢測(cè)(AXI)、和在線(xiàn)測(cè)試(ICT)時(shí)，PCB板的焊點(diǎn)開(kāi)路缺陷將被重復(fù)檢查三次。對(duì)于軍用或醫(yī)用類(lèi)的PCB來(lái)說(shuō)，冗余的檢測(cè)可能是有用的，有時(shí)甚至必須這樣做，但對(duì)大多數(shù)民用類(lèi)PCB來(lái)說(shuō)，如此的冗余檢測(cè)可能是得不償失的。檢測(cè)設(shè)備供應(yīng)商和PCB制造商都已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，它們可以在這里做一些文章來(lái)降低檢測(cè)成本，同時(shí)還可以維持住產(chǎn)品的質(zhì)量。所謂的“分布式”測(cè)試、檢驗(yàn)方案就是針對(duì)如何降低冗余檢測(cè)而言的。

分布式檢測(cè)方案，除了試圖減少冗余的測(cè)試外，還力求提高PCB板總體的測(cè)試覆蓋率。做到這一點(diǎn)的關(guān)鍵在于對(duì)PCB板缺陷分布規(guī)律有完全的了解、同時(shí)掌握各種測(cè)試技術(shù)的優(yōu)劣和PCB板的CAD數(shù)據(jù)，從而使合適的測(cè)試手段在合適的生產(chǎn)階段被用于檢測(cè)合適的的故障類(lèi)型。目前在市場(chǎng)上已有商用的軟件用于自動(dòng)生成分布式檢測(cè)方案，如GenRad 公司的GR FORCE/Strategist。該軟件以PCB板的CAD/BOM文件作為輸入，統(tǒng)籌包括自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)儀(AOI)、自動(dòng)X-射線(xiàn)檢測(cè)儀(AXI)、飛針測(cè)試系統(tǒng)(FPT)、生產(chǎn)線(xiàn)缺陷分析儀(MDA)、在線(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)(ICT)和功能測(cè)試系統(tǒng)(FCT)在內(nèi)的測(cè)試資源，輸出優(yōu)化的分布式檢測(cè)方案。

掌控質(zhì)量主敵

如同進(jìn)行作戰(zhàn)，在和PCB制造缺陷的較量中，必須了解清楚主要的對(duì)手。電子制造業(yè)有所謂的“80%-20%法則”，意思是說(shuō)，百分之八十的質(zhì)量問(wèn)題常常是因?yàn)?0%的制造缺陷引起的，而這20%正是產(chǎn)品質(zhì)量的主要?dú)⑹帧Ｒ粋€(gè)以效益和質(zhì)量并重的PCB板檢測(cè)方案，應(yīng)該建立在對(duì)缺陷分布規(guī)律的完整認(rèn)識(shí)上，抓住主要的問(wèn)題對(duì)癥下藥。

PCB板缺陷分布具有一般性，但并非每一種PCB和制造工藝都會(huì)產(chǎn)生相同的缺陷分布。制造商必需根據(jù)具體的PCB板及其工藝對(duì)缺陷分布作出更精細(xì)的量化。

目前PCB制造總的缺陷分布趨勢(shì)是：制造引進(jìn)的結(jié)構(gòu)性缺陷(如焊點(diǎn)問(wèn)題、貼裝偏差等)占七成左右，而元器件的電性能缺陷(如電參數(shù)偏差、IC功能失效等)占三成左右。正是這一缺陷分布趨勢(shì)，改變了過(guò)去以電性能測(cè)試為主的檢測(cè)方案，并使得以光學(xué)(包括X-射線(xiàn))檢測(cè)為代表的結(jié)構(gòu)性缺陷測(cè)試設(shè)備被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)中。

深入而言，由于封裝技術(shù)的進(jìn)步(μBGA、CSP等)和小型化的趨勢(shì)，電性能測(cè)試對(duì)PCB組裝中引進(jìn)的近七成的結(jié)構(gòu)性缺陷已變得無(wú)能為力，因此檢測(cè)方案的著重點(diǎn)勢(shì)必以控制結(jié)構(gòu)性缺陷為主。

掌握缺陷控制的輕重緩急，對(duì)構(gòu)造合理的抽樣檢測(cè)方案亦至關(guān)重要。抽樣的頻度基本上正比于缺陷引起的失效頻度，由此產(chǎn)生的抽樣檢測(cè)開(kāi)銷(xiāo)則趨于最低。

總結(jié)

我們已在此簡(jiǎn)述了優(yōu)化PCB板檢測(cè)方案的三要素，如何去混合這些要素，調(diào)配出滿(mǎn)意的方案則需大量采集來(lái)自生產(chǎn)線(xiàn)的數(shù)據(jù)并靜下心來(lái)仔細(xì)劃算。它們可能幫你定性或定量回答諸如這樣的問(wèn)題：能否購(gòu)置一臺(tái)貼封后的AOI設(shè)備，使得ICT測(cè)試的合格率提高5%？能否縮短10%的檢測(cè)時(shí)間，而次品率不至增加1%？但掌握了這些要素并不一定能準(zhǔn)確回答有關(guān)PCB板檢測(cè)方案所有的問(wèn)題。因?yàn)榧词贯槍?duì)“近乎完美”的制造過(guò)程，還會(huì)有不可避免亦不可救藥的隨機(jī)因素來(lái)模糊我們的估算，何況實(shí)際的制造過(guò)程可能充滿(mǎn)人為的誤差和影響產(chǎn)品質(zhì)量的額外要素。然而令人欣慰的是，前面提到的“80%-20%法則”在這里也成立，從而我們可以用較少的主要因素去幫助構(gòu)造PCB板檢測(cè)方案，用來(lái)回答我們關(guān)心的大多數(shù)有關(guān)控制質(zhì)量和成本的問(wèn)題。