- 元件检查能力
- 检查技术
- 摄像机系统
- 激光元件检查系统
- 降低成本
为保证当今电子产品的品质以及降低生产厂商的废品和返修成本,SMT组装过程中的在线检查正在成为一种需要。在SMT组装过程中主要有三种检查:元件贴放前的锡膏检查、回焊前的贴片检查以及回焊后检查,回焊后检查通常都包括了一些焊点的检查。
随着元件尺寸不断缩小,板子变得更小更密,元件贴放速度更快以及生产周期更短,元件贴放的线上检查也变得更加普遍。象元件对位不准、漏件及元件角度不正确等错误造成的缺陷通常会占到焊后所出现缺陷的一半以上。
作为这样的做法,检查过程花费的时间对于在线式应用而言是很重要的。用人工检查每块板的组装情况已经落伍,在线式自动系统在规定时间内应该能够足以完成这项工作。很多人都不愿意增加总体制造时间来做检查。因为产品的生命周期变得越来越短,而且一条SMT生产线上要生产多个不同的产品,所以更短的编程时间和产品换线时间都是很重要的。
元件检查能力
对任何检查系统来讲一个重要的方面是系统的检查能力。如今的线路通常在一块板上有上千个元件,如果检查的结果报告了很多错误,线上操作员就不得不要经常地对系统的结果作第二次检查,造成时间耽误。元件贴放检查能力不够通常是由于板子或元件的变化造成的。那些对PCB的颜色或镀层变化敏感或者严重依赖特殊光照技术的系统,都可能在颜色或光线发生改变时出问题。
一个检查系统至少应该能测量出每个元件的XY位置及θ角度,并能检查器件的极性。每个器件的位置应该再和CAD数据相对比,以判断元件位置是否在容许的范围内。检查结果在容许误差范围之外的元件应该标识出来,并且将测量值收集汇总以便更新SPC图。
亚洲(包括日本)制造厂商的发展方向一直都是朝向在板子焊接完后才使用的焊点检查工具。最近,许多生产商也认识到在回焊前检查每块板并发现问题的成本要更低一些。这些厂商开始采用焊锡膏和元件贴放检查系统。
检查技术
目前,有两类技术可以用来作在线式元件贴放检查。
摄像机系统
摄像机可以拍取PCB的影像,然后进行分析以判断在各区域是否存在缺陷。摄像机系统运行动作很快,但是由于它要依赖PCB反射光线的亮度,因此这种系统对光照情况的变化或材料改变比较敏感。
大多数采用摄像机影像拍摄的系统都有可编程光照功能,可以对每个位置或元件生成最佳影像。随着板子复杂程度增加,光线反差或阴影带来的问题也会增多。由于每个图像变得更加复杂,图像处理也变得更为困难,而且过程时间也会延长。
激光元件检查系统
这种检查系统采用一个激光扫描器生成一幅PCB三维立体图像。这幅三维图像是根据PCB表面及元件的高度作出的,对元件颜色的改变没有那么敏感。这种扫描系统还可产生类似于CCD摄像机产生的那种二维灰度图像,可以用来识别一些几乎没有高度差别的物体,比如板子的基准点,或者用来鉴别锡膏内的元件引脚。
激光扫描可以提供非常准确的元件位置测量值,这些测量值非常重要,有助于减少出错报告的数量,而且还可以为最佳过程控制提供所需的信息。
降低成本
在线式元件贴放检查系统的作用表现在几个方面。在元件贴放后立刻检查出来的缺陷比回焊后再发现的同样缺陷更容易修复,且修复成本也更低。在回焊之前很容易将元件移动到正确位置上,或者添加一个遗漏的元件。而在焊锡膏回焊以后进行返修则需要特殊的工具和训练,在某些情况下还会有损坏PCB和元器件的危险。
能够正确地标识出每块PCB上的缺陷是很重要的,但是工艺控制能力有助于消除元件贴放发生缺陷的成因,以及减少实际产生的缺陷数量。如果焊锡膏的涂敷和元件贴放都符合规范的话,在回焊炉内就只会产生很少的缺陷。实时SPC图可以显示出贴放的位置,指示出系统何时发生漂移,或者贴放变得不很准确。
目前,SMT板子要求高速高精度的元件贴放。在线式元件贴放检查系统需要能够在缺陷发生时就将其发现,减少高成本的焊后返修。在线式检查工具还能加强对贴片工艺的认识以及提高SMT生产率。有了对焊锡膏和元件缺陷的探测就可以无需再用到昂贵的焊后检查系统。
如欲了解更多信息,请联系作者Harikrishna Bhat:
E-mail: bhath@和David Clark: Fax: 1-734-9757799; E-mail: clarkdi@
附栏1
选择正确的位置作在线检查
实际上SMT制造过程中出现的所有缺陷都可归结于焊锡膏印刷不良或元件贴放不良。很多人都发现取得最佳效益的关键是在可能发生缺陷的工序后面尽快安排检查。如果PCB上主要的焊点问题是由焊锡膏印刷不良造成的,那么焊膏检查有助于在缺陷产生时就将其发现,消除了后续工艺的返修成本。如果是元件贴放缺陷比如漏件或错件造成的问题,那么在元件贴片机之后回焊炉之前的在线式系统可在这些缺陷易于修复时就发现它们。
在既有焊膏检查又有元件贴放检查的情况下,用一种在线式系统可以在修复成本最低时发现缺陷。另外,在重要工序后面立刻进行检查可以缩短反馈回路,使工程师及操作员尽快纠正错误。与之相反,虽然在生产线末端的回焊后检查系统可用来检查最终产品的质量,但是回流焊以后发现的任何缺陷修理起来都会更加困难,费用更高。元件贴放错误或丝网印刷问题会在回焊后的检查发现问题之前,就已经造成很多有缺陷的板子。由于在造成缺陷和发现问题的工序之间存在时间滞后,因此回焊后检查对于实时工艺控制不是很有效。
附栏2
用于元件贴放检查的3D激光扫描
图1:激光扫描系统在检查中测量反射光束来判断对象的高度。
图1是一个采用激光扫描器进行元件贴放检查的在线式系统示意图。在检查过程中,板子保持静止,检查装置将一束能量很低的激光投射到PCB上,利用位敏探测器测量反射光束的位置。激光扫描器移过整块PCB,并收集高度测量值以生成每幅3D图像。
图2:板子图像用3D高度数据显示出它的特征,高的地方明亮,低的地方灰暗。用激光得出高度数据而生成的检查结果,不会随颜色和光线的改变而变化。
图3:图2显示的3D数据也可以用2D形式表现,生成的图像类似于用黑白照相机照出的图像。
图2和图3是用激光扫描器得出的图像,图2是一幅3D图像,图3是用同种检查数据得到的二维灰度图像。在图2中,高的物体显得较亮。PCB的颜色或反射率对于它在图像中显示的效果没有影响。图中元件身体显得最亮的就是最高的物体。焊锡膏、铜焊盘和连线都没有那么亮,而PCB材料是最暗的。
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