AOI檢測設(shè)備的基本設(shè)置
信息來源于:互聯(lián)網(wǎng) 發(fā)布于:2024-06-25
基本優(yōu)化
每塊PCB可以采用光學(xué)或者X-ray技術(shù)并運(yùn)用適當(dāng)?shù)倪\(yùn)算法則來進(jìn)行檢查?;趫D像檢查的基本原理是:每個(gè)具有明顯對比度的圖像都是可以被檢查的。在AOI中存在的主要問題是,當(dāng)一些檢查對象是不可見的,或是在PCB上存在一些干擾使得圖像變得模糊或隱藏起來了。然而,實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和系統(tǒng)化測試都表明,這些影響是可以通過PCB的設(shè)計(jì)來預(yù)防甚至減少的。為了推動(dòng)這種優(yōu)化設(shè)計(jì),可以運(yùn)用一些看上去很古老的附加手段(這些方法仍在很多領(lǐng)域被推崇),它的優(yōu)點(diǎn)包括:
減少編程時(shí)間
最大限度地減少誤報(bào)?改善失效檢查。
制定設(shè)計(jì)方針,可以有效地簡化檢查和顯著地降低生產(chǎn)成本。ViscomAG和KIRRONGmbH&CoKG合作開發(fā)出一項(xiàng)特殊測試方案,目的是為了從根本上研究和證明這些設(shè)計(jì)在檢查中產(chǎn)生的效果?;贗PC-7350標(biāo)準(zhǔn)的PCB布局被推薦為針對這些測試的基準(zhǔn)。首先,為了探究每一種布局的檢查效果,建議在大量PCB布局上采用這種基準(zhǔn);之后,再有意地利用PCB錯(cuò)誤布局,使得它產(chǎn)生一些工藝中的缺陷,如立碑和引腳懸空等。
布局建議
針對AOI檢查的PCB整體布局
器件到PCB的邊緣應(yīng)該至少留有3mm(0.12”)的工藝邊。片式器件必須優(yōu)先于圓柱形器件。布局上建議考慮傳感器技術(shù),因?yàn)橛袝r(shí)檢查只能通過垂直(正交)角度,而其他時(shí)候又需要一個(gè)輔助的角度來進(jìn)行。
元器件
對一個(gè)穩(wěn)定的工藝過程來說,一個(gè)重要的因素是元器件,這不僅與PCB上直接的器件布局有關(guān),而且或多或少也與“工藝流程設(shè)計(jì)”有關(guān)。元器件的采購趨勢是盡可能地便宜,而不管它在顏色、尺寸等參數(shù)上的不同。不幸的是,這些選擇在日后對AOI或AXI檢查過程中造成的影響往往被忽略了。始終采用同樣的材料和產(chǎn)品能夠顯著地減少檢查時(shí)間和誤報(bào),而這些問題主要是通過元器件以及PCB的突然變化而出現(xiàn)的。
元器件尺寸
IPC-7350標(biāo)準(zhǔn)描述了器件的尺寸,并對某些焊盤的尺寸提出了建議。根據(jù)IPC標(biāo)準(zhǔn),器件的長度和引腳的寬度可以有一個(gè)較大變化范圍,相反,焊盤的尺寸卻是相對固定的。此外,PCB制造公差的影響相對于這些器件的變化來說也是是很小的。
PCB的顏色和阻焊
通常,設(shè)備能夠檢查出所有不同單板的顏色,盡管檢查中的某些細(xì)節(jié)處理是不倚賴于顏色的。例如,一塊白色和一塊綠色的PCB有著不同的對比度,因此設(shè)備需要一些特定的補(bǔ)償。在一種極端情況下,橋接在亮背景下呈現(xiàn)黑色,而在另一種極端情況下,橋接在黑背景下卻是呈現(xiàn)出亮色。這里我們建議使用無光澤的阻焊層。在我們的實(shí)踐中,焊盤間(甚至是細(xì)間距引腳)的區(qū)域也應(yīng)該覆蓋著阻焊層,這個(gè)建議也已經(jīng)被焊料供應(yīng)商所響應(yīng)。
印刷圖案
所有印有圖案的PCB也是能夠被檢查的,例如,當(dāng)元器件的邊框或元器
件本體上的字母單獨(dú)出現(xiàn)在組件的某個(gè)區(qū)域從而干擾對其他部分的檢查時(shí),可以手工調(diào)整檢查程序。盡管如此,在生產(chǎn)允許的范圍內(nèi),圖案的印刷范圍仍然有一個(gè)較大的選擇,因此,減少非反射性標(biāo)識(shí)印刷(黑或暗黃)值得加以考慮。另外一個(gè)可能出現(xiàn)的情況是需要有選擇地印刷標(biāo)識(shí):例如,當(dāng)某些特定的器件(如霍爾傳感器)正面向下時(shí)就必須印刷成白色;而另一種情況是印有極性標(biāo)志的有傾斜角的鉭電容器件;這樣能使標(biāo)識(shí)和背景形成鮮明的對比,使得檢查的圖像更加清晰。
基準(zhǔn)點(diǎn)
設(shè)備可以檢查所有類型的基準(zhǔn)點(diǎn),而且任何構(gòu)件都可以被定義成一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)。
雖然三個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)可以補(bǔ)償一塊單板的變形,但通常情況下只需要確定兩個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)就可以了。每個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)至少離單板邊緣5mm(0.2”)。十字形、菱形、星形等比較適用,并建議使用統(tǒng)一的黑背景。此外,十字形的基準(zhǔn)點(diǎn)特別有優(yōu)勢,他們在檢測光下的圖像十分穩(wěn)定且可以被快速和容易地判定。。
確認(rèn)壞板
設(shè)備有能力檢查所有已知類型的壞板標(biāo)識(shí)。板上的任何構(gòu)件都可以被定義為壞板標(biāo)識(shí)。這里建議采用與上述基準(zhǔn)點(diǎn)的判定相類似的方法,即在可能的情況下,首先通過檢查整板或已完成組裝的單板上的單個(gè)壞板標(biāo)識(shí)來進(jìn)行確認(rèn)。板上每個(gè)單獨(dú)的壞板標(biāo)識(shí)只有在整板的壞板標(biāo)識(shí)檢查失敗后才會(huì)被逐一檢查;整板的壞板標(biāo)識(shí)應(yīng)該定位于PCB的邊上。
避免焊點(diǎn)反射
焊點(diǎn)的形狀和接觸角是焊點(diǎn)反射的根源。焊點(diǎn)的形成依賴于焊盤的尺寸、器件的高度、焊錫的數(shù)量和回流工藝參數(shù)。為了防止焊接反射,應(yīng)當(dāng)避免器件對稱排列。
波峰焊
經(jīng)過波峰焊后,焊點(diǎn)所有的參數(shù)會(huì)有很大的變化,這主要是由于焊爐內(nèi)錫的老化導(dǎo)致焊盤反射特性從光亮到灰暗,因此,在檢查時(shí)算法上必須要包含這些變化。在波峰焊中,典型的缺
陷是短路和焊珠。當(dāng)檢測到短路時(shí),假如印刷的圖案或者無反射印刷這兩種情況的減少以及應(yīng)用阻焊層,就可以消除這些誤報(bào)。如果基準(zhǔn)點(diǎn)沒有被阻焊膜蓋住而過波峰焊,可能會(huì)導(dǎo)致一個(gè)圓形基準(zhǔn)點(diǎn)上錫成了一個(gè)半球,其內(nèi)在的反射特性將會(huì)發(fā)生改變;應(yīng)用十字型作為基準(zhǔn)點(diǎn)或者用阻焊層覆蓋基準(zhǔn)點(diǎn),可以防止這種情況的發(fā)生。
片式元件、MELF器件和C-leads器件
在片式元件和MELF器件上,彎月狀的焊點(diǎn)必須被正確地識(shí)別出來;而在器件本體兩側(cè)下方的焊點(diǎn)由于焊錫無爬升,很難檢查。另外,焊盤邊緣到焊端的間距Xc也需要注意。Xc(焊盤的外側(cè)間距)對Xi(焊盤的內(nèi)側(cè)間距)的比率應(yīng)選擇>1。同樣的規(guī)則也適用于C-leads器件的彎月型和器件本體兩側(cè)的焊盤設(shè)計(jì)。這里,我們建議Xc對Xi的比率稍微大于1.5。值得注意的是:任何元器件的長度變化也必須計(jì)算在內(nèi)。
“鷗翼”型引腳器件
通常,這類器件的判定標(biāo)準(zhǔn)可以通過對毛細(xì)效應(yīng)在垂直方向的作用的分析中找到。由于毛細(xì)力,焊錫從焊盤末端爬到引腳上形成焊點(diǎn)。由于工藝波動(dòng)和器件邊緣的阻擋作用,導(dǎo)致不能完全形成一個(gè)完整的上半月型焊點(diǎn)。盡管沒有形成一個(gè)上半月型的焊點(diǎn),但也可以被認(rèn)為焊接得很好?!苞t翼”型引腳焊錫的側(cè)面爬升情況由于器件變化或焊盤設(shè)計(jì)的原因,并不是經(jīng)常能夠被檢查出來,這是由于焊錫的爬升方向必須用同引腳方向垂直的角度去檢查。假如爬升很小,必須從其他角度來檢查,而只有通過這樣的輔助檢查,才能提供豐富的圖像信息去評估焊點(diǎn)的好壞。
斜角檢測:PLCCs型器件
PLCCs器件的引腳的焊盤有著不同設(shè)計(jì)。如果是一個(gè)長焊盤設(shè)計(jì),在PLCC引腳上焊錫的爬升效果是可以檢查的。如果焊盤保持明亮,那么焊錫已經(jīng)爬升到了引腳端,所以認(rèn)為器件是焊上了。假如遵循這個(gè)設(shè)計(jì)原則,可以通過垂直檢測來檢查出缺陷。
對于PLCC焊點(diǎn),有時(shí)會(huì)出現(xiàn)少錫的情況。由于引腳少錫的爬升情況和沒有焊錫時(shí)是一樣的,所以對PLCC焊點(diǎn)不能通過垂直檢測,而要通過斜角檢測的方式來檢查少錫缺陷。
布局建議
PCB的整體布局對于普通的AXI測試PCB布局,所有的焊盤都必須進(jìn)行阻焊處理。這是因?yàn)樽韬笇雍蛯?shí)際的焊盤并沒有真正地接觸到,在阻焊層和焊盤之間存在著一定的間隙。這樣做的好處是:焊錫受熱后就可以聚集在焊盤內(nèi),這也使得在XRAY影像中很容易再現(xiàn)焊料的爬升情況。
2Dx-ray
當(dāng)應(yīng)用2Dx-ray技術(shù)時(shí),所有的器件都需要被布置在PCB的正面。而用2Dx-ray去檢測這些器件時(shí),還必須再定義出一塊沒有器件的地方為“禁區(qū)”。對于有些BGAs,會(huì)推薦使
用一種淚滴型的不對稱焊盤設(shè)計(jì),這使得焊錫的成型性質(zhì)被系統(tǒng)錯(cuò)誤的判斷為一種幾何的連接形態(tài);此外,一些特殊的QFN向內(nèi)或向外的彎月型焊盤設(shè)計(jì)也同樣有這種情況。
QFN焊盤設(shè)計(jì)
QFN器件的焊盤尺寸、焊膏印刷面積與它的引腳尺寸是同樣大小的,而且器件的引腳是交錯(cuò)排列在封裝體底部的。
因此,QFN的焊盤設(shè)計(jì)建議為:焊盤伸出于器件引腳的外端,而
縮進(jìn)于器件的內(nèi)端,這樣使得在器件引腳的內(nèi)外形成彎月型焊盤。在這里很重要的一點(diǎn)是,在進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)必須考慮器件的公差范圍。
BGA設(shè)計(jì)
在BGA設(shè)計(jì)時(shí),焊點(diǎn)的形狀(如淚滴型)可以通過特別的布局使其成為可見的;就是說,淚滴型的焊點(diǎn)除了具有奇怪的形狀外,它的方向也是很隨意的。總而言之,在器件面的焊盤和在PCB上的焊盤正好和BGA焊球的大小是一樣的。在德國Erlangen大學(xué),學(xué)者做了大量的研究去評價(jià)單個(gè)焊盤形狀的模型;他們發(fā)現(xiàn),無論焊盤是圓形還是非圓形的,焊膏印刷圖形要保持為圓形不變。
結(jié)論
作為慣例,在生產(chǎn)中,測試系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)根據(jù)生產(chǎn)批量的要求建立并優(yōu)化。實(shí)際運(yùn)作中無數(shù)次地證明,僅這樣做是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。如果在兩周的生產(chǎn)時(shí)間內(nèi)要測試一個(gè)新批次的PCB,有可能會(huì)發(fā)生這樣的情況:ELKO的顏色突然由黑色變?yōu)榱它S色,或者晶體管的引腳變短了、是彎的;或是電阻的顏色由黃色變成了藍(lán)色的,等等。
AOI檢查程序必須而且能夠處理這些不同的變化所帶來的問題。但是,其中的一些變化需要花費(fèi)時(shí)間進(jìn)行處理,因?yàn)槲覀儾荒茴A(yù)先知道是否有一種新的元器件被使用,或是存在一個(gè)錯(cuò)誤的元器件布局。同時(shí),面對質(zhì)量方面的困難,大量允許的可能出現(xiàn)的情況也需要一個(gè)一致的,確實(shí)可行的說明。
始終采用同樣的材料和產(chǎn)品,再加上優(yōu)化的PCB設(shè)計(jì),正如上面所描述的那樣,可以減小由于產(chǎn)品的變更對AOI/AXI測試所造成的影響。在這里必須指出,比照所有用于AOI和AXI檢查的標(biāo)準(zhǔn),PCB布局的建議可使檢查工藝適當(dāng)簡化并更有效率。DFT可以提高缺陷的檢查率,減少誤報(bào),縮短編程時(shí)間和降低編程的難度,從而最終達(dá)到有效降低產(chǎn)品制造成本的目的。