SMT第8章表面組裝檢測工藝

第8章表面組裝檢測工藝

機(jī)械工業(yè)出版社同名教材何麗梅主編第一頁，共四十三頁。表面組裝檢測工藝內(nèi)容包括組裝前來料檢測、組裝工藝過程檢測（工序檢測）和組裝后的組件檢測三大類，檢測項目與過程如圖8-1所示。檢測方法主要有目視檢驗、自動光學(xué)檢測（AOI）、自動X射線檢測（X-Ray或AXI）、超聲波檢測、在線檢測（ICT）和功能檢測（FCT）等。具體采用哪一種方法，應(yīng)根據(jù)SMT生產(chǎn)線的具體條件以及表面組裝組件的組裝密度而定。

第二頁，共四十三頁。表面組裝檢測項目與過程

第三頁，共四十三頁。8.1來料檢測

來料檢測的對象主要有PCB、元器件和焊膏。

PCB的質(zhì)量檢測包括：

PCB尺寸測量，外觀缺陷檢測和破壞性檢測，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)實際確定檢測項目，其中應(yīng)特別注意PCB的邊緣尺寸是否符合漏印的邊對準(zhǔn)精度要求；阻焊膜是否流到焊盤上；阻焊膜與焊盤的對準(zhǔn)如何。還要注意焊盤圖形尺寸是否符合要求。第四頁，共四十三頁。

元器件的檢測：引線共面性、可焊性和片式元件的制造工藝。

焊錫膏的檢測：焊錫膏的金屬百分比、粘度、粉末氧化均量，焊錫的金屬污染量，助焊劑的活性、濃度，粘結(jié)劑的黏性等。第五頁，共四十三頁。8.2.1目視檢驗?zāi)恳暀z驗簡便直觀，是檢驗評定焊點外觀質(zhì)量的主要方法。目檢是借助帶照明、放大倍數(shù)2～5倍的放大鏡，用肉眼觀察檢驗印刷、貼片及SMA焊點質(zhì)量。目視檢查可以對單個焊點缺陷乃至線路異常及元器件劣化等同時進(jìn)行檢查，是采用最廣泛的一種非破壞性檢查方法。但對空隙等焊接內(nèi)部缺陷無法發(fā)現(xiàn)，因此很難進(jìn)行定量評價。目視檢查的速度和精度同檢查人員對焊接有關(guān)知識和識別能力有關(guān)。該方法優(yōu)點是簡單、成本低；缺點是效率低、漏檢率高，還與操作人員的經(jīng)驗和認(rèn)真程度有關(guān)。但無論具備什么檢測條件，目視檢驗是基本檢測方法，是SMT工藝和檢驗人員必須掌握的內(nèi)容之一。

第六頁，共四十三頁。1.印刷工藝目視檢驗標(biāo)準(zhǔn)

焊錫膏印刷質(zhì)量要執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)SJ/T10670-1995中6.1.1.2的規(guī)定。一般要求焊錫膏印刷要與焊盤圖形重合，并呈立方體；焊盤上至少有75%的面積有焊錫膏，焊錫膏超出焊盤，不應(yīng)大于焊盤尺寸的10%。第七頁，共四十三頁。

2.貼裝工藝目視檢驗標(biāo)準(zhǔn)

元器件貼裝位置精度要求執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)SJ/T10670-1995中6.3.1的規(guī)定。元器件電極應(yīng)與相應(yīng)焊盤對準(zhǔn)，片式元件焊端寬度至少有一半或一半以上處于焊盤上，器件引腳應(yīng)全部處于焊盤上。第八頁，共四十三頁。理想狀況第九頁，共四十三頁?？膳袨楹细竦谑?，共四十三頁。第十一頁，共四十三頁。不合格第十二頁，共四十三頁。第十三頁，共四十三頁。3.再流焊工藝目視檢驗標(biāo)準(zhǔn)

由于諸多因素的影響，SMA經(jīng)再流焊后，有可能出現(xiàn)橋接、短路等缺陷，影響SMA的性能和可靠性，所以在焊接后，應(yīng)對SMA進(jìn)行全檢，焊點質(zhì)量的評定執(zhí)行SJ/T10666-1995標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。一般要求在焊盤上形成完整、均勻、連續(xù)的焊點，接觸角不大于90°，焊料量適中，焊點表面圓滑，元器件焊端或引腳在焊盤上的位置偏差應(yīng)在規(guī)定范圍內(nèi)。第十四頁，共四十三頁。第十五頁，共四十三頁。8.2.2自動光學(xué)檢測（AOI）

SMT電路的小型化和高密度化，使檢驗的工作量越來越大，依靠人工目視檢驗的難度越來越高，判斷標(biāo)準(zhǔn)也不能完全一致。目前，生產(chǎn)廠家在大批量生產(chǎn)過程中檢測SMT電路板的焊接質(zhì)量，廣泛使用自動光學(xué)檢測（AOI）或自動X射線檢測（X-Ray）。自動光學(xué)檢測（AOI）主要用于工序檢驗；包括焊膏印刷質(zhì)量、貼裝質(zhì)量以及再流焊爐后質(zhì)量檢驗。第十六頁，共四十三頁。

1．A0I分類AOI中文含義為自動光學(xué)檢測，可泛指自動光學(xué)檢測技術(shù)或自動光學(xué)檢查設(shè)備。AOI設(shè)備一般可分為在線式（在生產(chǎn)線中）和桌面式兩大類。（1）根據(jù)在生產(chǎn)線上的位置不同，AOI設(shè)備通常可分為三種。①放在焊錫膏印刷之后的AOI?？梢杂脕頇z測焊錫膏印刷的形狀、面積以及焊錫膏的厚度。②放在貼片機(jī)后的AOI?？梢园l(fā)現(xiàn)元器件的貼裝缺漏、種類錯誤、外形損傷、極性方向錯誤，包括引腳（焊端）與焊盤上焊錫膏的相對位置。③放在再流焊后的AOI。可以檢查焊接品質(zhì)，發(fā)現(xiàn)有缺陷的焊點。第十七頁，共四十三頁。AOI在生產(chǎn)線中不同位置的檢測示意圖最常見的檢測位置

第十八頁，共四十三頁。（2）根據(jù)攝像機(jī)位置的不同，AOI設(shè)備可分為垂直式相機(jī)和傾斜式相機(jī)的AOI。（3）根據(jù)AOI使用光源情況的不同可分為兩種：①使用彩色鏡頭的機(jī)器，光源一般使用紅、綠、藍(lán)三色，計算機(jī)處理的是色比；②使用黑白鏡頭的機(jī)器，光源一般使用單色，計算機(jī)處理的是灰度比。第十九頁，共四十三頁。2．A0I的工作原理AOI基本有設(shè)計規(guī)則檢測（DRC）和圖形識別兩種方法。AOI通過光源對PCB板進(jìn)行照射，用光學(xué)鏡頭將PCB的反射光采集進(jìn)計算機(jī)，通過計算機(jī)軟件對包含PCB信息的色彩差異或灰度比進(jìn)行分析處理，從而判斷PCB板上焊錫膏印刷、元件放置、焊點焊接質(zhì)量等情況，可以完成的檢查項目一般包括元器件缺漏檢查、元器件識別、SMD方向檢查、焊點檢查、引線檢查、反接檢查等。在記錄缺陷類型和特征的同時通過顯示器把缺陷顯示/標(biāo)示出來，向操作者發(fā)出信號，或者觸發(fā)執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動取下不良部件送回返修系統(tǒng)。第二十頁，共四十三頁。AOI的工作原理模型第二十一頁，共四十三頁。彩色攝像機(jī)成像原理：

焊點處成光滑平面，大量的紅光和綠光照射在焊點的斜坡面上被反射出去，而藍(lán)光照射在斜面上，經(jīng)斜面反射剛好進(jìn)入攝像頭，所以在顯示器上焊點呈現(xiàn)藍(lán)色。元件本體比較粗糙，紅綠藍(lán)三色照射在上面產(chǎn)生漫反射，由于紅綠藍(lán)三色疊加組合成白光，所以相當(dāng)于白光照射在元件本體上，故元件本體呈黃白色。第二十二頁，共四十三頁。彩色攝像機(jī)成像原理示意圖第二十三頁，共四十三頁。8.2.3自動X射線檢測（X-ray）AOI系統(tǒng)的不足之處是只能進(jìn)行圖形的直觀檢驗，檢測的效果依賴光學(xué)系統(tǒng)的分辨率，它不能檢測不可見的焊點和元器件，也不能從電性能上定量地進(jìn)行測試。X-Ray檢測是利用X射線可穿透物質(zhì)并在物質(zhì)中有衰減的特性來發(fā)現(xiàn)缺陷，主要檢測焊點內(nèi)部缺陷，如BGA、CSP和FC中Chip的焊點檢測。尤其對BGA組件的焊點檢查，作用無可替代，但對錯件的情況不能判別。第二十四頁，共四十三頁。1.X-ray檢測工作原理X射線透視圖可以顯示焊點厚度、形狀及質(zhì)量的密度分布；能充分反映出焊點的焊接質(zhì)量，包括開路、短路、孔、洞、內(nèi)部氣泡以及錫量不足，并能做到定量分析。X-ray檢測最大特點是能對BGA等部件的內(nèi)部進(jìn)行檢測。第二十五頁，共四十三頁。當(dāng)組裝好的線路板（SMA）沿導(dǎo)軌進(jìn)入機(jī)器內(nèi)部后，位于線路板下方有一個X射線發(fā)射管，其發(fā)射的X射線穿過線路板后被置于上方的探測器（一般為攝像機(jī)）接受，由于焊點中含有可以大量吸收X射線的鉛，照射在焊點上的X射線被大量吸收，因此，與穿過其他材料的X射線相比，焊點呈現(xiàn)黑點產(chǎn)生良好圖像，使對焊點的分析變得相當(dāng)直觀，故簡單的圖像分析算法便可自動且可靠地檢驗焊點缺陷。第二十六頁，共四十三頁。2D檢驗法為透射X射線檢驗法，對于單面板上的元件焊點可產(chǎn)生清晰的視像，但對于目前廣泛使用的雙面貼裝線路板，效果就會很差，會使兩面焊點的視像重疊而極難分辨。而3D檢驗法采用分層技術(shù)，即將光束聚焦到任何一層并將相應(yīng)圖像投射到一高速旋轉(zhuǎn)的接受面上，由于接受面高速旋轉(zhuǎn)使位于焦點處的圖像非常清晰，而其它層上的圖像則被消除，故3D檢驗法可對線路板兩面的焊點獨立成像，其工作原理如圖10-7所示。第二十七頁，共四十三頁。X射線發(fā)射管PCBCCD攝像機(jī)圖像增強(qiáng)設(shè)備第二十八頁，共四十三頁。3DX-ray技術(shù)除了可以檢驗雙面貼裝線路板外，還可對那些不可見焊點如BGA等進(jìn)行多層圖像“切片”檢測，即對BGA焊接連接處的頂部、中部和底部進(jìn)行徹底檢驗。同時利用此方法還可測通孔焊點，檢查通孔中焊料是否充實，從而極大地提高焊點連接質(zhì)量。第二十九頁，共四十三頁。8.3ICT在線測試ICT是英文InCircuitTester的簡稱，中文含義是“在線測試儀”。ICT可分為針床ICT和飛針I(yè)CT兩種。飛針I(yè)CT基本只進(jìn)行靜態(tài)的測試，優(yōu)點是不需制作夾具，程序開發(fā)時間短。針床式ICT可進(jìn)行模擬器件功能和數(shù)字器件邏輯功能測試，故障覆蓋率高；但對每種單板需制作專用的針床夾具，夾具制作和程序開發(fā)周期長。在SMT實際生產(chǎn)中，除了焊點質(zhì)量不合格導(dǎo)致焊接缺陷以外，元器件極性貼錯、元器件品種貼錯、數(shù)值超過標(biāo)稱值允許的范圍，也會導(dǎo)致產(chǎn)品缺陷，因此生產(chǎn)中不可避免的要通過ICT進(jìn)行性能測試，檢查出影響其性能的相關(guān)缺陷，并根據(jù)暴露出的問題及時調(diào)整生產(chǎn)工藝。第三十頁，共四十三頁。8.3.1針床式在線測試儀1.針床式在線測試儀的功能與特點針床式在線測試儀是通過對在線元器件的電性能及電氣連接進(jìn)行測試來檢查生產(chǎn)制造缺陷及元器件不良的一種標(biāo)準(zhǔn)測試手段。ICT使用專門的針床與已焊接好的線路板上的元器件焊點接觸，并用數(shù)百mV電壓和10mA以內(nèi)電流進(jìn)行分立隔離測試，從而精確地測量所裝電阻、電感、電容、二極管、可控硅、場效應(yīng)管、集成塊等通用和特殊元器件的漏裝、錯裝、參數(shù)值偏差、焊點連焊、線路板開、短路等故障，并將故障是哪個元件或開路位于哪個點準(zhǔn)確告訴用戶。第三十一頁，共四十三頁。由于ICT的測試速度快，并且相比AOI和AXI能夠提供較為可靠的電性能測試，所以在一些大批量生產(chǎn)電子產(chǎn)品的企業(yè)中，成為了測試的主流設(shè)備。

第三十二頁，共四十三頁。針床式在線測試儀的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

第三十三頁，共四十三頁。8.3.2飛針式在線測試儀

1.飛針測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能飛針式測試儀是對傳統(tǒng)針床在線測試儀的一種改進(jìn)，它用探針來代替針床，在x－y機(jī)構(gòu)上裝有可分別高速移動的4～8根測試探針（飛針），最小測試間隙為0.2mm。工作時在測單元（UUT）通過皮帶或者其他傳送系統(tǒng)輸送到測試機(jī)內(nèi)，然后固定，測試儀的探針根據(jù)預(yù)先編排的坐標(biāo)位置程序移動并接觸測試焊盤（testpad）和通路孔（via），從而測試在測單元的單個元件，測試探針通過多路傳輸系統(tǒng)連接到驅(qū)動器（信號發(fā)生器、電源等）和傳感器（數(shù)字萬用表、頻率計數(shù)器等）來測試UUT上的元件。第三十四頁，共四十三頁。飛針測試儀可以檢查電阻器的電阻值、電容器的電容值、電感器的電感值、器件的極性，以及短路（橋接）和開路（斷路）等參數(shù)。第三十五頁，共四十三頁。

2.飛針測試儀的特點

①較短的測試開發(fā)周期，系統(tǒng)接收到CAD文件后幾小時內(nèi)就可以開始生產(chǎn)，因此，原型電路板在裝配后數(shù)小時即可測試。②較低的測試成本，不需要制作專門的測試夾具。③由于設(shè)定、編程和測試的簡單與快速，一般技術(shù)裝配人員就可以進(jìn)行操作測試。④較高的測試精度，飛針在線測試的定位精度（10μm）和重復(fù)性（±10μm）以及尺寸極小的觸點和間距，使測試系統(tǒng)可探測到針床夾具無法達(dá)到的PCB節(jié)點。與針床式在線測試儀相比，飛針式ICT在測試精度、最小測試間隙等方面均有較大幅度的提高。第三十六頁，共四十三頁。⑤飛針測試缺點：因為測試探針與通路孔和測試焊盤上的焊錫發(fā)生物理接觸，可能會在焊錫上留下小凹坑。對于某些客戶來說，這些小凹坑可能被認(rèn)為是外觀缺陷，造成拒絕接受；因為有時在沒有測試焊盤的地方探針會接觸到元件引腳，所以可能會檢測不到松脫或焊接不良的元件引腳。⑥飛針測試時間過長是另一個不足，傳統(tǒng)的針床測試探針數(shù)目有500～3000只，針床與PCB一次接觸即可完成在線測試的全部要求，測試時間只要幾十秒，針床一次接觸所完成的測試，飛針需要許多次運動才能完成，時間顯然要長的多。飛針測試儀要求操作員測試完一面，然后翻轉(zhuǎn)再測試另一面，由此看出飛針測試并不能很好適應(yīng)大批量生產(chǎn)的要求。第三十七頁，共四十三頁。3.飛針式在線測試儀的維護(hù)保養(yǎng)1）每天檢查設(shè)備的清潔程度，特別是Y軸。應(yīng)該使用真空吸塵器進(jìn)行大型部件清潔，并使用酒精浸泡小型部件。不要使用壓縮空氣進(jìn)行清潔，以避免將灰塵吹入設(shè)備內(nèi)部而影響使用。2）周期性的檢查過濾器狀態(tài)。檢查頻率應(yīng)根據(jù)設(shè)備使用的空氣類型而定，空氣含有雜質(zhì)越多檢查應(yīng)越頻繁，并偶爾更換過濾器。為評價過濾器工作狀態(tài)，關(guān)閉開關(guān)并擰開外殼。過濾器應(yīng)干燥并顏色一致。如有痕跡表示有油或水。如果污染痕跡比較明顯，更換過濾器并檢查氣源。第三十八頁，共四十三頁。3）通過運行自檢程序能夠檢查系統(tǒng)狀態(tài)。從VIVA主窗口，點擊SELFTEST圖標(biāo)啟動該程序。將顯示出左邊的對話窗口。在這個窗口中，操作者可以設(shè)置不同的選項來檢查設(shè)備。4）定期檢查探針及探針座的磨損情況，將其更換后，必須執(zhí)行校準(zhǔn)程序。5）Y軸上出現(xiàn)油或其他液體痕跡，表示空氣過濾器出現(xiàn)問題。應(yīng)停止設(shè)備操作并聯(lián)系設(shè)備維護(hù)人員。6）重要的計算機(jī)軟件及數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)有備份；不得在計算機(jī)內(nèi)安裝其他應(yīng)用軟件；使用外盤應(yīng)進(jìn)行殺毒，防止計算機(jī)被病毒感染，確保計算機(jī)與主機(jī)連線正確可靠。第三十九頁，共四十三頁。8.4功能測試（FCT）ICT能夠有效地查找在組裝過程中發(fā)生的各種缺陷和故障，但不能夠評估整個SMA所組成的系統(tǒng)在時鐘速度時的性能。功能測試就是測試整個系統(tǒng)是否能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計目標(biāo)。功能檢測就是：將表面組裝組件或表面組裝組件上的被測單元作為一個功能體輸入電信號，然后按照功能體的設(shè)計要求檢測輸出信號，大多數(shù)功能檢測都有診斷程序，可以鑒別和確定故障。功能測試儀（FunctionalTester）通常包括三個基本單元：加激勵、收集響應(yīng)并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)組件的響應(yīng)評價被測試組件的響應(yīng)。通常采用的功能測試技術(shù)有以下兩種。第四十頁，共四十三頁。1.特征分析(SA)測試技術(shù)SA測試技術(shù)是一種動態(tài)數(shù)字測試技術(shù)，SA測試必須采用針床夾具，在進(jìn)行功能測試時，測試儀通常通過邊界連接器(Edge