专利名称：电路板组装工艺质量评估试验组件及其设计方法
技术领域：
本发明涉及电子产品可靠性测试技术领域，特别是涉及一种电路板组装工艺质量评估试验组件及其设计方法。
背景技术：
印制电路板组件上，互连焊点(焊球)的主要功能是实现电子元器件之间的电气连接以及形成元器件在电路板上的机械支撑。焊点的功能虽然简单，但其影响却至关重要，统计表明在电子产品的故障原因中，互连焊点失效是电子组件、设备和整机系统故障的主 要原因之一。因此，如何有效评估电子产品中的印制电路组件组装工艺质量是保证产品质量和保证应用要求的必要条件。目前，对印制电路组件上组装焊点的质量和可靠性评价一般采取以下两种途径I、通过检测设备进行筛选通常采用外部目检和X-Ray检测等方法进行抽样检测，剔除有明显质量缺陷的产品，如焊点内部气泡、反润湿、虚焊、浸润性差等，该方法在组装工艺不稳定的情况下尤其常用。2、通过加速试验检验产品的可靠性根据产品的应用条件，通过加严的工作应力和环境应力条件加速产品的失效，以达到对产品可靠性的快速评估。该种方法涉及到试验样品的问题，目前常用的方法是在批量生产的产品中抽样作为试验样品。试验过程中，通过定时进行功能检测来判断产品是否失效。第I种方法具有以下不足之处首先，通过检测设备进行筛�。荒芄鄄斓接忻飨灾柿咳毕莸淖樽凹矣捎谌宋蛩氐贾滤嬉庑院筒ǘ院艽螅保怨ひ瘴榷�、组装工艺缺陷不明显的，该方法并不适用。第2中方法对实际产品进行可靠性试验，能够合理地反应产品的组装工艺质量，但是存在几个技术缺点1)试验结果是对实际产品可靠性的综合反映，包含了许多非组装工艺质量引起的问题，仅凭试验结果无法区分工艺质量和原材料引起的产品失效问题；2)焊点导通电阻很�。傅憧训贾碌缏房非榭鐾猓薹ㄓ行Ъ觳獾ヒ缓傅愕耐嘶贾碌淖柚当浠虼耍薹ㄓ行Ф科兰圩樽昂傅憧煽啃裕�3)无法在试验过程中对焊点退化过程进行在线实时监测。
发明内容
基于上述情况，本发明提出了一种电路板组装工艺质量评估试验组件及其设计方法，对本试验组件进行检测，可以对电路板组装工艺质量进行准确定量的评估。一种电路板组装工艺质量评估试验组件的设计方法，包括步骤分析待评估电路板的焊点形态及分布，选定评估区域；分析整理所述评估区域内的元器件类型及封装形式；
按照所述评估区域内元器件的封装形式设计试验用器件，并按照电路板组装工艺质量评估要求设计所述试验用器件的引脚互连结构；按照所述待评估电路板设计试验用电路板，并按照电路板组装工艺质量评估要求设计所述试验用电路板的焊盘互连结构，使所述引脚互连结构与所述焊盘互连结构相互咬合形成串联回路；采用与所述待评估电路板相同的组装工艺，将所述试验用器件封装到所述试验用电路板上，得到对所述待评估电路板进行组装工艺质量评估的试验组件。一种电路板组装工艺质量评估试验组件，包括试验用器件与试验用电路板，所述试验用器件上具有与待评估电路板的评估区域对应的引脚互连结构，所述引脚互连结构符合电路板组装工艺质量评估要求，所述试验用器件的封装形式与所述待评估电路板待评估区域的元器件的封装形式一致；
所述试验用电路板上具有与待评估电路板的评估区域对应的焊盘互连结构，所述焊盘互连结构符合电路板组装工艺质量评估要求；所述试验用器件封装在所述试验用电路板上，封装工艺与所述待评估电路板的封装工艺相同，所述引脚互连结构与所述焊盘互连结构相互咬合形成串联回路。本发明电路板组装工艺质量评估试验组件，包括器件和组装板，器件的封装形式与待评估电路板的封装形式相同，器件与组装板的组装工艺与待评估电路板的组装工艺相同，器件的相邻焊球互连，组装板的相邻焊盘互连，互连的焊球与互连的焊盘相互咬合形成串联回路，串联回路与待评估电路板上需要重点评估的区域对应。如此，待评估电路板上待评估区域的组装工艺反映到本试验组件上，以本试验组件为试验对象，即可准确定量地了解待评估电路板的组装工艺质量。采用本发明电路板组装工艺质量评估试验组件的设计方法，即可得到上述试验组件。
图I为本发明电路板组装工艺质量评估试验组件的设计方法的流程示意图；图2为建立焊球互连结构的BGA器件示意图；图3为建立焊盘互连结构的组装板示意图；图4为BGA器件组装到组装板上形成的试验组件示意图。
具体实施例方式本发明提出了一种用于定量评估电路板组装工艺质量的试验组件及其设计方法，采用该方法设计的试验组件，可以实现对印制电路组件组装工艺质量的准确、快速、定量评估，并能够实现焊点失效过程的全程监测，根据失效过程判断导致失效的主要工艺质量问题。下面结合附图与实施例详细解释本发明。本发明电路板组装工艺质量评估试验组件的设计方法，如图I所示，包括步骤步骤SI、分析待评估电路板的焊点形态及分布，选定评估区域；步骤S2、分析整理所述评估区域内的元器件类型及封装形式；步骤S3、按照所述评估区域内元器件的封装形式设计试验用器件，并按照电路板组装工艺质量评估要求设计所述试验用器件的引脚互连结构；
步骤S4、按照所述待评估电路板设计试验用电路板，并按照电路板组装工艺质量评估要求设计所述试验用电路板的焊盘互连结构，使所述引脚互连结构与所述焊盘互连结构相互咬合形成串联回路；步骤S5、采用与所述待评估电路板相同的组装工艺，将所述试验用器件封装到所述试验用电路板上，得到对所述待评估电路板进行组装工艺质量评估的试验组件。采用本设计方法，首先如步骤S I所述，对实际产品即待评估电路板进行分析，了解板上存在的主要焊点形态及其分布，确定板上局部机械或热应力集中的区域，如电路板周边的装配位置，同时，确定实际产品中需要重点关注的焊点类型及其位置，如球栅整列封装(BGA)类高密度封装焊点。然后针对选定的评估区域，设计所需监测焊点的串联回路布局，根据总体的布局要求，分别对试验用器件和试验用电路板进行互连走线设计。最后，按照与实际产品相同的组装工艺对试验用器件和试验用电路板进行组装。串联回路的设计是试验组件设计的关键，以100个引脚的球栅整列封装(BGA)器件为例。首先，以2个焊球为一组，将BGA器件的100个焊球引脚分为50组，每组的两个焊 球通过封装基板上的覆铜层实现互连，形成如图2所示的BGA器件互连结构，同时，对应BGA器件的互连结构，在组装板上设计能与器件互连结构相互咬合形成串联回路的覆铜层导通结构，如图3所示，最后，采用与实际产品相同的组装工艺将试验用器件封装到试验用电路板上，形成如图4所示的焊点可靠性试验组件，组件内同一器件上的所有焊点形成一个完整的串联回路。实际产品需要重点评估的区域可能不止一个，则最终形成的串联回路也不止一条。在整个互连焊点的串联回路中，导通材料均是良好导体，串联电阻较�。虼耍傅懔蕉擞ι杓瞥伤南叻ǖ缱璨馐远丝凇⑼ü⑴芳萍嗖獯芈纷柚�。本发明电路板组装工艺质量评估试验组件即为采用上述设计方法设计出的试验组件，如图4所示，包括试验用器件与试验用电路板。所述试验用器件上具有与待评估电路板的评估区域对应的引脚互连结构，所述引脚互连结构符合电路板组装工艺质量评估要求，所述试验用器件的封装形式与所述待评估电路板待评估区域的元器件的封装形式一致；所述试验用电路板上具有与待评估电路板的评估区域对应的焊盘互连结构，所述焊盘互连结构符合电路板组装工艺质量评估要求；所述试验用器件封装在所述试验用电路板上，封装工艺与所述待评估电路板的封装工艺相同，所述引脚互连结构与所述焊盘互连结构相互咬合形成串联回路。所述焊球互连结构的具体结构为相邻两个焊球为一组，每组两个焊球通过所述器件封装基板上的覆铜层相连；所述焊盘互连结构的具体结构为相邻两个焊盘为一组，每组两个焊盘通过所述组装板上的覆铜层相连。在所述焊球互连结构与所述焊盘互连结构相互咬合形成的串联回路的两端具有四线法电阻测试端口。本试验组件的其他技术特征与上述设计方法相同，在此不予赘述。采用上述设计方法设计的试验组件具有以下优点I、能客观反映实际产品的组装工艺质量，避免人为因素对质量评价的影响；2、只针对组装工艺质量进行评价，排除了其他质量因素对评价结果的影响，使工艺质量评价结果更为准确；3、采用串联回路的设计方法，实现了对组装焊点退化的定量检测，达到了定量评估的目的；4、可以通过计算机实现数据的实时采集，实现对焊点互连状态的在线监测，准确记录组装焊点的退化过程。以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并 不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
权利要求
1.一种电路板组装工艺质量评估试验组件的设计方法，其特征在于，包括步骤 分析待评估电路板的焊点形态及分布，选定评估区域； 分析整理所述评估区域内的元器件类型及封装形式； 按照所述评估区域内元器件的封装形式设计试验用器件，并按照电路板组装工艺质量评估要求设计所述试验用器件的引脚互连结构； 按照所述待评估电路板设计试验用电路板，并按照电路板组装工艺质量评估要求设计所述试验用电路板的焊盘互连结构，使所述引脚互连结构与所述焊盘互连结构相互咬合形成串联回路； 采用与所述待评估电路板相同的组装工艺，将所述试验用器件封装到所述试验用电路板上，得到对所述待评估电路板进行组装工艺质量评估的试验组件。
2.根据权利要求I所述的电路板组装工艺质量评估试验组件的设计方法，其特征在于， 所述引脚互连结构的具体结构为两个焊球为一组，每组两个引脚通过所述试验用器件封装基板上的覆铜层或键合引线实现互连； 所述焊盘互连结构的具体结构为两个焊盘为一组，每组两个焊盘通过所述试验用电路板上的覆铜层实现互连。
3.根据权利要求I或2所述的电路板组装工艺质量评估试验组件的设计方法，其特征在于，还包括步骤 在所述引脚互连结构与所述焊盘互连结构相互咬合形成的串联回路的两端设计四线法电阻测试端口。
4.一种电路板组装工艺质量评估试验组件，其特征在于，包括试验用器件与试验用电路板， 所述试验用器件上具有与待评估电路板的评估区域对应的引脚互连结构，所述引脚互连结构符合电路板组装工艺质量评估要求，所述试验用器件的封装形式与所述待评估电路板待评估区域的元器件的封装形式一致； 所述试验用电路板上具有与待评估电路板的评估区域对应的焊盘互连结构，所述焊盘互连结构符合电路板组装工艺质量评估要求； 所述试验用器件封装在所述试验用电路板上，封装工艺与所述待评估电路板的封装工艺相同，所述引脚互连结构与所述焊盘互连结构相互咬合形成串联回路。
5.根据权利要求4所述的电路板组装工艺质量评估试验组件，其特征在于， 所述引脚互连结构的具体结构为两个引脚为一组，每组两个引脚通过所述试验用器件封装基板上的覆铜层或键合引线相连； 所述焊盘互连结构的具体结构为相邻两个焊盘为一组，每组两个焊盘通过所述试验用电路板上的覆铜层相连。
6.根据权利要求4或5所述的电路板组装工艺质量评估试验组件，其特征在于，在所述引脚互连结构与所述焊盘互连结构相互咬合形成的串联回路的两端具有四线法电阻测试端口。
全文摘要
本发明公开了一种电路板组装工艺质量评估试验组件的设计方法，包括试验用器件和试验用电路板的设计。采用与待评估电路板上的实际器件相同的封装形式设计试验用器件，并按照待评估电路板设计试验用电路板，再按照评估要求设计试验用器件的引脚互连结构和试验用电路板的焊盘互连结构，使互连的引脚与焊盘相互咬合形成串联回路，最后按照待评估电路板的组装工艺将试验用器件封装到试验用电路板上，得到试验组件。如此，待评估电路板上待评估区域的组装工艺反映到本试验组件上，以本试验组件为可靠性试验对象，即可准确定量地了解待评估电路板组件的组装工艺质量。采用本发明电路板组装工艺质量评估试验组件的设计方法，即可得到上述试验组件。
文档编号G01R31/28GK102809724SQ201210274088
公开日2012年12月5日 申请日期2012年7月31日 优先权日2012年7月31日
发明者陆裕东, 冯敬东, 肖庆中, 邱宝军, 尧彬, 万明 申请人:工业和信息化部电子第五研究所
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