【正文】 (leading edge)不斷變化，隨著材料、元件和裝配方法的引入，以減少成本和改進(jìn)產(chǎn)品性能。在許多情況中，可以對現(xiàn)有的生產(chǎn)方法進(jìn)行工藝研究，著眼于進(jìn)一步改進(jìn)效率。重點(diǎn)放在變量　　錫膏檢查通常把重點(diǎn)放在那些是焊點(diǎn)質(zhì)量的最佳預(yù)測值的變量上面：錫膏的量、高度、面積、位置和是否錫膏弄臟。另一個(gè)要求是，該工具不僅完成通過/失效的檢查，而且進(jìn)行測量。一個(gè)沒有所要求精度的系統(tǒng)可能影響產(chǎn)品品質(zhì)。更小的封裝與間距　　表面貼裝元件(SMD)的兩個(gè)發(fā)展也推動(dòng)對錫膏檢查的需求。只有在最近幾年內(nèi)0402和0201無源(passive)元件的引入才在新設(shè)計(jì)中變得普遍起來。每一個(gè)尺寸減少都意味著必須正確地使用甚至更少的錫膏沉積(deposit)，在剩下的裝配與運(yùn)輸期間將零件固定在板上。CSP是陣列類型的(arraytype)元件，即其錫點(diǎn)是位于封裝的下面，使得檢查更加困難。另外，CSP比其相應(yīng)的高引腳數(shù)的元件更小。由于這些原因，CSP已經(jīng)是有關(guān)其在表面貼裝應(yīng)用中可靠性的幾個(gè)研究的目標(biāo)。這意味著對先進(jìn)封裝的錫膏印刷是更加困難的。并且隨著間距和焊盤尺寸的縮小，開孔的面積減少比其孔壁面積快得多。監(jiān)測錫膏印刷工藝過程也變得更加困難，由于沉積的尺寸減少加上其在PCB上的數(shù)量增加。除了檢查系統(tǒng)外，它包括編程、維護(hù)的成本和監(jiān)測的結(jié)果。在較新和較小的封裝類型情況中，更緊密的工作區(qū)域和更高的精度將要求用于返工，返工經(jīng)常必須在更脆弱的板和元件上進(jìn)行。當(dāng)出現(xiàn)有底部灌充材料的CSP的時(shí)候，情況更是如此。如果制造商選擇后者，只有改進(jìn)對缺陷最多數(shù)量有關(guān)的工藝步驟才有意義，即，最常見的是，錫膏印刷工藝2。可靠性　　可靠性是所有產(chǎn)品的一個(gè)重要考慮，但對醫(yī)療、汽車、手提通信和便攜式計(jì)算機(jī)，可靠性有全新的重要性。因此焊接點(diǎn)的完整性無疑是窄小系統(tǒng)的重要考慮。錫膏的量在所有焊接點(diǎn)的可靠性中起關(guān)鍵的作用。一個(gè)可以測量錫膏體積的在線錫膏檢查系統(tǒng)可用于生產(chǎn)期間跟蹤這個(gè)參數(shù)。結(jié)論　　對于在今天的SMT制造中通常所見的高生產(chǎn)量，在線錫膏檢查可得到有吸引力的收獲。因?yàn)殄a膏印刷工藝內(nèi)來難以控制，常見的不僅是隨機(jī)的而且是系統(tǒng)的缺陷，其中許多連續(xù)產(chǎn)生缺陷的板可能通過。　　在線錫膏檢查提供比其它檢查方法多的好處。進(jìn)一步，SPC可幫助操作員看到其造成缺陷之前在工藝中的趨勢。最后，自動(dòng)錫膏檢查可幫助改進(jìn)FPY和減少返工成本。 關(guān)鍵詞：三維檢測；焊膏沉積；印刷檢測設(shè)備 隨著電子組裝的更高密度、更小尺寸、更復(fù)雜的PCB混合技術(shù)的縱深發(fā)展，使得用肉眼對印刷后的質(zhì)量進(jìn)行檢測已成為歷史。此外，在沉積焊膏過程中產(chǎn)生的漏印、焊料過多或過少等缺陷會(huì)給隨后的工序(元件貼裝)帶來橋接、短路和墓碑現(xiàn)象，使最終生產(chǎn)出來的產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性得不到保證。目前，表面組裝檢測設(shè)備制造廠家提供了幾種不同的印刷后檢測方法及各種不同的焊膏沉積檢測設(shè)備，從價(jià)格相當(dāng)?shù)土氖止ぁ⒚摍C(jī)檢測設(shè)備到100000美元的高檔、高速在線檢測設(shè)備。1　檢測使成本上升電子行業(yè)專家們一致認(rèn)為焊接缺陷是由焊膏印刷不良造成的。1．1　盡早發(fā)現(xiàn)缺陷 經(jīng)對在線測試階段所檢測的有缺陷的電路板的返修或報(bào)廢品所帶來的成本進(jìn)行了大概統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)控制印刷工藝會(huì)給焊膏印刷帶來很多顯著的優(yōu)點(diǎn)。但是，事實(shí)上在電路板成本沒有增加之前，在加工過程中進(jìn)行檢測，以求得盡早識(shí)別缺陷，的確能夠降低由缺陷所帶來的額外成本，提高一次性檢驗(yàn)合格率對基礎(chǔ)生產(chǎn)線起到很大作用。在在線測試后修復(fù)同樣缺陷的成本近似30美元。因此，在加工過程中盡早發(fā)現(xiàn)缺陷不是什么麻煩事，而是節(jié)約成本的一個(gè)良好契機(jī)。 其次，焊膏量不足也有可能形成易破裂的焊點(diǎn)，雖然當(dāng)時(shí)能夠通過在線測試，可是以后也會(huì)斷裂。 成品中存在的這些問題會(huì)使用戶不滿意或使保修費(fèi)很高。而在一些合同組裝廠，是根據(jù)用戶的要求才增設(shè)檢測步驟。2　選擇檢測設(shè)備 可在幾個(gè)制造廠家中選購焊膏檢測設(shè)備。2．1視覺檢測 長期以來一直使用視覺檢測這種簡單的方法就足以確定樣品“合格或不合格”，直到今天更小器件、更高引線數(shù)和更細(xì)間距元件的問世，才使得這種方法不適用了。視覺檢測在工藝監(jiān)測中是成本最低的一種方法，而且在印刷工藝中其校正操作步騾的成本是最合理的。視覺檢測工具沒經(jīng)過校準(zhǔn)，不能夠給出工藝控制所需的數(shù)據(jù)。2．2　人工激光檢測 為減少缺陷，下一步的操作是使用人工臺(tái)式艙機(jī)檢測設(shè)備。通過對操作人員稍微進(jìn)行一下培訓(xùn)，這些設(shè)備通常就可產(chǎn)生一致性的結(jié)果，不會(huì)由于操作人員的不同而使檢測結(jié)果也不同。這種設(shè)備可報(bào)告在激光束所照射到的焊盤上的某個(gè)點(diǎn)時(shí)測量的單一焊膏高度，通常為焊盤的中心。然后，將面積測量值乘以高度測量值，即可計(jì)算出體積測量值。新的PC式的檢測設(shè)備可將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來，提供給SPC(統(tǒng)計(jì)工藝控制)進(jìn)行分析?！?nèi)置于印刷機(jī)中的自動(dòng)檢測系統(tǒng) 幾家印刷機(jī)制造廠推出了內(nèi)置式二維和三維焊膏檢測系統(tǒng)或故障查找系統(tǒng)。 大多數(shù)內(nèi)置式檢測系統(tǒng)都使用攝相視覺技術(shù)來評(píng)價(jià)焊膏面積、覆蓋率和校準(zhǔn)。 一些印刷機(jī)制造廠家給印刷機(jī)增設(shè)了體積測量功能，其方法是將激光束高度測量與視覺系統(tǒng)相結(jié)合，這樣，將面積乘以一個(gè)中等焊盤高度測量值，即可計(jì)算出體積。2．4自動(dòng)三維在線樣品檢測設(shè)備 與內(nèi)置在印刷機(jī)中的檢測系統(tǒng)相比，自動(dòng)在線樣品檢測設(shè)備有兩個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)。其次，樣品檢測設(shè)備的測量性能使你能夠獲得精確的、可重復(fù)的測量結(jié)果。由IBM公司的一名工藝開發(fā)工程師進(jìn)行的一項(xiàng)研究證明將樣品檢測設(shè)備用于BGA焊盤是綽綽有余的。 印刷后常用的樣品檢測設(shè)備是在線上設(shè)計(jì)，安裝在傳送帶上，緊接在絲網(wǎng)印刷機(jī)后面，連續(xù)檢測印刷工藝中用戶要求檢測的樣品(通常為細(xì)間隙或BGA)。 樣品檢測設(shè)備不同于激光臺(tái)式和整塊印制板掃描設(shè)備，其使用了配置有探測器的光敏器件，能連續(xù)拍攝目標(biāo)焊膏印記的快印圖片。先求出所有高度數(shù)據(jù)的總和，并乘以己知的圖像面積即可計(jì)算出焊膏體積。首先，能夠在幾分鐘之內(nèi)對其進(jìn)行預(yù)置并編程，而整塊印制板掃描設(shè)備可能需要幾個(gè)小時(shí)進(jìn)行預(yù)置。收集的數(shù)據(jù)自動(dòng)顯示在監(jiān)視器上供操作人員觀看，并以標(biāo)準(zhǔn)格式存儲(chǔ)起來以便進(jìn)一步的分析。最后，配置的燈技術(shù)可對有缺陷傾向的位置進(jìn)行精確的測量。在規(guī)則的圖形中不會(huì)出現(xiàn)定義的偶然缺陷；當(dāng)使用樣品檢測技術(shù)時(shí)，仍然有可能存在漏檢的現(xiàn)象。這種設(shè)備成本高，不過速度非?？臁⒉⑶夷軌驒z測在生產(chǎn)線上運(yùn)行的整塊印制板。這種設(shè)備可檢驗(yàn)各種不同類型的印記，包括偶然出現(xiàn)的缺陷，如；由模板開口堵塞引起的焊盤漏印。 整塊印制板檢測設(shè)備的主要優(yōu)點(diǎn)是：實(shí)際上能夠指出每個(gè)印刷缺陷的位置，并能夠收集板上每個(gè)焊盤的實(shí)際高度、面積和體積數(shù)據(jù)。應(yīng)用于汽車、軍事或航空領(lǐng)域的印制電路板必須滿足高可靠性技術(shù)要求，常常需要100％的檢測。其每小時(shí)可檢測100000多個(gè)元件，也就是說在線AOI設(shè)備可對板上的沉積點(diǎn)進(jìn)行100％的檢測。應(yīng)用了標(biāo)準(zhǔn)的CAD和Gerber　file編程。其與自動(dòng)在線整塊PCB檢測設(shè)備有很多相似的功能。 　在SMT生產(chǎn)線中放置AOI系統(tǒng)By Ray P. Prasad　　本文介紹幾種檢查方法，分析了如何選擇在SMT生產(chǎn)線放置AOI系統(tǒng)的位置。視覺檢查方法是最普通和低成本的，但非常依靠操作員的。自動(dòng)光學(xué)檢查(AOI, automated optical inspection)速度較快但價(jià)格昂貴。本文，我將討論視覺和AOI方法。的所有元件使用2~4倍的檢查。更高的放大系數(shù)應(yīng)該只用作參考。例如，如果相同的裝配給不同的檢察員，他們將報(bào)告不同的品質(zhì)水平。自動(dòng)光學(xué)檢查(AOI)　　由于電子工業(yè)元件進(jìn)入到更密間距個(gè)球柵陣列(BGA)元件，錫點(diǎn)的視覺檢查已經(jīng)變得或者很困難或者不可能。因此，工業(yè)已經(jīng)轉(zhuǎn)移到自動(dòng)檢查系統(tǒng)。新的機(jī)器不斷介紹到市場。例如，你想機(jī)器指出丟失的元件、元件的極性、貼裝精度、錫膏印刷或焊點(diǎn)的品質(zhì)嗎？重要的是記住，多數(shù)AOI機(jī)器當(dāng)用來確認(rèn)錯(cuò)誤極性或丟失的元件時(shí)工作正常，但用來精確地確認(rèn)焊錫點(diǎn)的品質(zhì)可能是具挑戰(zhàn)性的?！　∮袝r(shí)，錯(cuò)誤認(rèn)為自動(dòng)檢查系統(tǒng)可用來過程控制，通過改變適當(dāng)?shù)淖兞縼韺?shí)時(shí)地糾正缺陷。　　實(shí)時(shí)地控制焊接點(diǎn)品質(zhì)的唯一方法是，假如焊接與檢查系統(tǒng)集成在一起。在在傳統(tǒng)的回流焊接工藝如對流中簡直不可能?？墒?，沒有真正可以指出一個(gè)給定缺陷和確認(rèn)其原因的系統(tǒng)。例如，自動(dòng)檢查系統(tǒng)很大程度上依靠焊點(diǎn)的質(zhì)量和密度(少錫、多錫或無錫)。少錫可能由空洞、焊接圓角不足或錫膏不足所引起。檢查主導(dǎo)思想　　有兩種檢查主導(dǎo)思想：缺陷防止或缺陷發(fā)現(xiàn)。在這樣一個(gè)方法中，AOI機(jī)器或者放在SMT生產(chǎn)線的錫膏印刷機(jī)之后，或者放在元件貼裝之后。這是制造工藝中的最后步驟，以保證沒有壞品逃出工廠。如果你同意這個(gè)思想，那么你應(yīng)該在生產(chǎn)線哪里放置AOI系統(tǒng)呢？　　第一個(gè)選擇是將AOI系統(tǒng)放在錫膏印刷正后面。這樣一個(gè)系統(tǒng)應(yīng)該監(jiān)測什么呢？只有錫膏的XY尺寸，包括誤印或錫膏體積(XYZ)？錫膏體積測量將比XY測量慢，但提供更有用的數(shù)據(jù)。例如，對于陶瓷排列包裝，錫膏體積對達(dá)到所希望的焊點(diǎn)品質(zhì)非常關(guān)鍵。這里，可檢查誤放或放錯(cuò)的小元件，包括電阻和電容，以及BGA和密間距元件的錫膏品質(zhì)與體積，這些元件是用生產(chǎn)線內(nèi)射片機(jī)之后的不同的貼片機(jī)貼裝的?！　〉谌齻€(gè)選擇是將AOI系統(tǒng)放在密間距和BGA貼裝機(jī)器后面(回流之前)，來檢查誤放的密腳、BGA和其它大元件。這些是對于預(yù)防哲學(xué)主張者的選擇。這對于那些想要保證不可接受的焊點(diǎn)在發(fā)貨給最終用戶之前發(fā)現(xiàn)到的公司是一個(gè)好方法。這個(gè)選擇可能是供不起的。如果只購買一臺(tái)AOI系統(tǒng)，你可能想要把它直接放在射片機(jī)之后，你可以檢查兩個(gè)主要問題 較小元件的誤貼裝或錯(cuò)誤和BGA與密腳元件的錫膏品質(zhì)與體積。結(jié)論　　錫點(diǎn)檢查是一個(gè)事后的步驟。即，實(shí)施過程控制來保證問題不發(fā)生。檢查將不得不繼續(xù)完成缺陷收集的反饋，以監(jiān)測工藝過程和實(shí)施改進(jìn)行動(dòng)，因此問題不會(huì)發(fā)生?！　τ诮裉煸絹碓綇?fù)雜的PCB和固體元件，傳統(tǒng)的ICT與功能測試編程正變得費(fèi)力和費(fèi)時(shí)。為復(fù)雜的板編寫功能測試程序是一個(gè)令人敬畏的任務(wù)，這些板的測試夾具的制造也是昂貴和費(fèi)時(shí)的。人力檢察員還完成大部分的檢查，但是越來越小的電路板特性已經(jīng)使得手工檢查不可靠、主觀和容易產(chǎn)生與手工裝配有關(guān)的成本和質(zhì)量問題。由于這些原因，AOI逐漸地在裝配線上取代人為檢查。元件與其下面PCB的形狀、尺寸、顏色和表面特征是輪廓分明的，元件可以在板的表面上可預(yù)見的位置找到?！　」δ軓?qiáng)度的AOI技術(shù)證明是對傳統(tǒng)測試方法的經(jīng)濟(jì)、可靠的補(bǔ)充。實(shí)際的優(yōu)點(diǎn)包括：檢查和糾正PCB缺陷，在過程監(jiān)測期間進(jìn)行的成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于在最終測試和檢查之后進(jìn)行的成本，通常達(dá)到十幾倍。沒有早期檢查，重復(fù)的太多有相同缺陷的板將在功能測試和最后檢查期間被拒絕。 回流焊接后的AOI比用于焊點(diǎn)缺陷，如錫橋、破裂焊點(diǎn)、干焊點(diǎn)和其它缺陷，檢查的X射線檢查成本低。 傳統(tǒng)AOI系統(tǒng)的局限　　基本上，所有AOI方法可描述為，通過一列攝像機(jī)或傳感器獲得一塊板的照明圖象并數(shù)字化，然后分析和與前面定義的“好”圖象進(jìn)行比較。今天，有許多完善的圖象分析技術(shù)，包括：模板比較(templatematching)(或自動(dòng)對比autocorrelation)、邊緣檢查(edgedetection)、特征提取(feature extraction)、灰度模型(gray modeling)、傅里葉分析(Fourier analysis)、形狀、光學(xué)特征識(shí)別(OCR, optical character recognition)、還有許多。模板比較(Templatematching)　　模板比較決定一個(gè)所希望的物體圖像平均地看上去象什么，如片狀電容或QFP，并用該信息來產(chǎn)生一個(gè)剛性的基于像素的模板。當(dāng)有關(guān)區(qū)域的所有點(diǎn)評(píng)估之后和找出模板與圖像之間有最小差別的位置之后，停止搜尋。因?yàn)樵苌賱偤闷ヅ淠０澹０迨怯靡欢〝?shù)量的容許誤差來確認(rèn)匹配的，只要當(dāng)元件圖像相當(dāng)接近模板。如果模板松散到接受大范圍的可能變量，也會(huì)導(dǎo)致誤報(bào)。在有許多元件的復(fù)雜板上，這可能造成眾多的不同運(yùn)算法則，要求工程師在需要改變或調(diào)整時(shí)作大量的重新編程。還有，相同元件類型的外形可能變化很大，一個(gè)不同一個(gè)?！　±纾粋€(gè)0805片電容，可以分類為具有一定尺寸和矩形形狀，兩條亮邊中間包圍較黑色的區(qū)域。圖一、0805片電容的外形變化　　傳統(tǒng)的、基于運(yùn)算法則的AOI方法經(jīng)常太過嚴(yán)格，以致于不能接納合理的變化，如對比度、尺寸、形狀和陰影。還有，因?yàn)榭山邮芘c不可接受圖像的差別相當(dāng)細(xì)小，運(yùn)算法則不能區(qū)分，引起“錯(cuò)誤接收”，真正缺陷不能發(fā)現(xiàn)。還有，傳統(tǒng)的AOI要求不斷的和廣泛的再編程。所有這些可花上一到兩天作細(xì)小的扭轉(zhuǎn)，甚至幾周，當(dāng)對一個(gè)新板設(shè)計(jì)與優(yōu)化一個(gè)檢查程序時(shí)。一個(gè)方法*是設(shè)計(jì)將用戶從運(yùn)算法則的復(fù)雜性分開。不象基于運(yùn)算法則的方法，統(tǒng)計(jì)外形建模技術(shù)(SAM)使用自調(diào)性、基于知識(shí)的軟件來計(jì)算出變量。事實(shí)上，這個(gè)方法通常返回誤報(bào)率比現(xiàn)有的AOI方法好10~20倍。當(dāng)它檢查更多樣板的時(shí)候，軟件不斷地調(diào)整其估量，該物體應(yīng)該象什么？由于自然尺寸、形狀、顏色和表面圖案的變化，其外形可怎樣地合理變化？不象現(xiàn)有的處方方法，它需要基于用戶認(rèn)為他們了解元件變化的運(yùn)算法則，SAM是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)方法，不要求使用者的內(nèi)在理解或檢查系統(tǒng)的決定。通過觀察，SAM軟件立即建立在一個(gè)可接受的物體中尋找什么的詳細(xì)模型。這允許該AOI系統(tǒng)找出元件變化和未來可能變化方式的特征。如果元件的外形在模型內(nèi)變化方式所定義的極限之內(nèi)，軟件肯定元件的存在，并且比較其位置的公差。這也增加系統(tǒng)區(qū)分可接受與不可接受圖像的能力，使得誤報(bào)率隨著系統(tǒng)的學(xué)習(xí)越多而改善。在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，SAM系統(tǒng)必須看大約20塊PCB，才可看到它將要遇到的大部分變化。軟件將標(biāo)記看上去要失效的邊界線元件，要求使用者確認(rèn)，以便SAM模型可以相應(yīng)調(diào)整。一旦邊緣找到，利用這些邊緣的對稱模型通常產(chǎn)生元件在板表面上的坐標(biāo)。因?yàn)樵吘壊皇峭耆本€的，將一條直線去配合這種邊緣的企圖都是有問題的?！　∠袼夭荒茏銐蛐?，以避免一些像素分割的影響，像素分割就是一個(gè)物體的細(xì)節(jié)坐落在兩個(gè)像素之間。可是，SAM技術(shù)提供標(biāo)準(zhǔn)偏差相當(dāng)于20分之一像素的可重復(fù)性。