PCB制造能力，质量和可靠性的数据化分析
21世纪我们迈入高度信息化社会，各种电子设备层出不穷，电子设备向着高性能，高速度，轻薄短小化发展，而作为信息产业中极为重要的一环，PCB面临着线路图形微细化，图像高密度化，微小孔径化的压力。这样的变化趋势必然提高了PCB的制造困难。在一块PCB 中将容纳比以往更多的线路和导通孔，因此需要比以往更低的缺陷密度制造才能保持以往的良率。随着制造难度的提高，各工厂的表现差异可能会很大。而采购印制线路板必须管理工艺、交期、价格，使他们能在考虑到每个供应商的能力和采购的板子的质量的情况下对采购负责。同时工厂也需要清楚的认识自己的制造能力、产品质量和可靠性。因此需要有一种方法可以方便快捷的评估线路板制造的过程能力，质量和相关可靠性，为了方便不同工厂间比较，同一工厂的不同时间做比较，评估的结果最好是数据化的。
PCQR2项目提供给了解决方案，通过分析测试板据产生的数据可以得到不同PCB工厂的详细结果，比较不同工厂的能力，消除对工厂的多余需求。
什么是PCQR2
PCQR2（Process Capability, Quality, and Relative Reliability）是通过统计分析的方法数据化的评估制造印制线路板的过程能力，质量和相关可靠性的方法。其中能力表示制造线路线宽、间距和导通孔等的能力，质量表示制造完成后他们满足规范的程度，可靠性表示他们在外界环境下的长期表现。PCQR2过
程能力测试板设计是由CAT授权IPC提供给IPC会员和印制线路板团体使用的。PCQR2除了可以帮助采购员做出关于供应商能力、质量和可靠性的决策，把过低的制造良率导致的交期延迟的可能性降到最低，同时保证最高的质量和可靠性，线路板用户还可以从供应商处搜集的能力、质量和可靠性数据可以用于优化可制造性设计。通过减少或者消除制造困难，供应商可以将设计以更高的良率、更低的成本、更高的质量和可靠性以及最小的交期延迟风险制造出来。当设计者遵循基于供应商的能力、质量和可靠性的设计规则时，采购方和供应商将双赢。
PCQR2项目的一般流程：
•下载测试板设计
二手路由器•按照工厂的标准流程制造测试板并提交给CAT*
•CAT分析所有数据生成所有报告。
六顶帽子思考法* Conductor Analysis Technologies, Inc. (CAT) 是一家提供和管理过程能力测试板设计，测试方法，数据分析技术和数据库相关的知识产权的公司。
为了使PCQR2达到预期的效果要考虑三大要素：
参考过程能力测试板设计的重复线路板特性的特殊的测试图形。
测量完整的测试板产生原始能力、质量和可靠性数据的测量方法。
产生相关统计分析的数据分析技术。
测试图形和测量方法
过程能力测试板由不同的测试模块组成，用于印制线路板制造过程收集数据的测试图形应该尽可能的接近他们打算评估的产品。包括线路和间距尺寸、导通孔、孔盘和网格尺寸、对位和阻抗要求、层数、叠构、板厚和材料。
一系列在从一定的特性尺寸范围内收集过程能力、质量和可靠性数据的特殊设计的测试图形。当它们分布整板区域和有足够的数量时，可以提供相关的统计偏移量和制造过程的能力、质量和可靠性描述。表1详述了每个测试图形可以获得的信息。
线宽间距模块
导通孔对位模块
导通孔孔形模块
阻焊对位模块
表1测试模块统计属性
测线路开短路的缺陷，通过测试导线电阻，反推导线的线宽，间距和铜厚。
导通孔对位模块：这个模块由导通孔和不同尺寸的空环构成，通过电阻测试侦测导通孔和空环的位置关系。如果电阻测试结果为导通的则对位fail，如果测试结果为开路的则对位OK。导通孔孔形模块：这个模块由不同的孔径和空环组成，通过电阻测试侦测导通孔的质量。如果测试结果为导通则导通孔孔形OK，否则为fail。
阻焊对位模块：这个模块由不同的阻焊开窗与线路间距的图形构成，测试前先印刷导电炭浆，然后测量电阻。如果测试结果是开路则OK，否则fail
受控阻抗模块：这个模块由不同结构和设计值得阻抗构成，通过时域反射仪测量不同点的阻抗值
导通孔可靠性模块：这个模块通过不同的导通孔连接两层线路，记录可靠性测试失效的循环次数来评价导通孔的可靠性。
CAF测试模块：这个模块由不同空环的孔组成，这个模块会被取下来进行CAF测试，记录Fail的时间。
一个PCQR2测试板设计的示意图如下：
数据分析技术
过程能力测试板由工厂按照常规生产条件生产，通过电学的（导通性、精密电阻、电容、电感、时域反射等）、光学的（显微镜、X射线、切片等）以及其它特殊技术测试得到完整的测试板产生原始能力、质量和可靠性数据，再使用一系列的数据分析技术进一步分析测试数据得到更为直观的结果。在PCQR2项目中用到数据分析技术主要有以下几种：
缺陷密度分析粤语谚语
缺陷密度是指每单位数量或者尺寸的产品特性发生缺陷的数量，比如每1000英寸线路中开路发生的次数。。通过能力数据计算得到的缺陷密度标准化了缺陷产生的概率，可以用于预测产品生产时的良率。缺陷密度可以分别由线路，间距和导通孔的能力数据计算。公式1用于通过过程能力测试板的能力数据计算线路缺陷密度。
λc=−ln(Y
100
)
l公式1
Y=线路良率
I=独立线路长度
λc=线路缺陷密度
类似的公式用于计算间距和导通孔的缺陷密度。
良率预测
通过缺陷密度以及每个单元上某产品特性的数量可以预测有这缺陷限导致产品失效的良率。由于线路开路导致的产品失效的良率通过公式2计算
Y fo=e−λc L c公式2
λc=过程能力测试板测得开路缺陷密度
L c=产品的总线路长度
与此类似，由于线路短路导致的产品部分良率通过公式3计算
Y fs=e−λs L s公式3
λs=过程能力测试板测得短路缺陷密度
L s=产品的总线路长度
由于线路开路导致的产品部分良率和由于线路短路导致的产品部分良率通过公式4计算得到由于线路开路和短路导致的产品部分良率
Y p=100Y fo Y fs公式4
图2过程能力测试板测试模块分布示意图
过程能力指数Cp计算
壶口瀑布过程能力指数是指过程能力满足产品质量标准要求（规格范围等）的程度。也称工序能力指数，是指工序在一定时间里，处于控制状态（稳定状态）下的实际加工能力。控制指数为特定制造过程的特性制造能力提供了一个数据化的结果。过程能力指数Cp（见公式5）是指过程满足技术要求的能力，常用客户满意的偏差范围除以六倍的西格玛的结果来表示。过程能力指数越大表示制造过程有更大的潜力提供规格限以内的产品。
C p=USL−LSL
6σ公式5
过程能力指数CPK计算
特色烤鱼
过程能力指数Cpk（公式6）是指过程平均值与产品标准规格发生偏移（ε）的大小，常用客户满意的上限偏差值减去平均值和平均值减去下限偏差值中数值小的一个，再除以三倍的西格玛的结果来表示。实际过程能力指数永远小于等于过程能力指数。要是均值在规格上限和规格下限的中心，那实际过程能力指数等于过程能力指数，否则实际过程能力指数小于过程能力指数。实际过程能力指数越大数据落在规格限内的可能性越大。
C pk=min{USL−μ
3σ,μ−LSL
3σ
}公式6
变异系数计算
变异系数（公式7）是将将标准差作为算数平均数的百分率来表示，以说明样本的分散程度。因此，标准差越小变异系数越小，产品的表现越好。
Cov=100(σ
μ
)公式7
生意对联大全集崩盘概率计算
崩盘概率度量导通孔对孔盘的偏移大于孔环的机会。崩盘概率通过公式8计算每一个空环的崩盘概率。
服务行业P bi=100(N fi
N ti马的品种
)公式8
Nfi=空环i的失效数量
Nti=空环i的总数
威布尔分布计算
