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          PCBA檢測工藝流程和檢測技術光學檢測設備

          文章出處:托普科責任編輯:托普科人氣:16-發表時間:2021-12-27 14:37:13【
          名詞/術語

          1、SPI:Solder Pasting Inspection的簡稱,即焊膏涂敷檢測。

          2、AOI:Automated Optical Inspection的簡稱,即自動光學檢查。

          3、AXI:Automatic X-ray Inspection的簡稱,俗稱X-ray,即自動X射線檢查。

          4、ICT:In—Circuit—Tester的簡稱,即自動在線檢測儀。

          5、FP:Flying Probe的簡稱,即飛針檢測。

          6、FT:FunctionalTester的簡稱,即功能檢測。

          7、比對卡:一種檢查PCB插件或焊接結束后缺件、錯件、極性相反等組裝缺陷的簡易工裝,在薄片狀防靜電材料上對應于PCB通孔插裝器件的位置打上相應形狀的孔,將其放在插裝完成的PCB板上便可以簡易地目測插裝器件的正確與否。

          一、PCBA檢測工藝流程

          PCBA檢測工藝總流程如圖所示:

          PCBA檢測工藝總流程

          注:各種檢測方法對應的檢測設備及安裝布局一般分為在線(串聯在流水線中)和離線(獨立于流水線外)兩種。在以下條件前提下應優先采用在線檢測工藝布局以提高檢測效率和流水線作業效率:

          二、檢測技術∕工藝概述

          適用于PCBA產品的檢測技術主要可以分為:焊膏涂敷檢測SPI、自動光學檢查AOI、自動X光檢測AXI、在線檢測ICT、飛針檢測FP,以及功能檢測FT等。

          1、自動光學檢查(AOI)

          檢測原理:AOI檢測儀自動檢測時,機器通過攝像頭自動掃描PCB,采集圖像,檢測的焊點與數據庫中的合格的參數進行比較,經過圖像處理,檢查出PCB上缺陷,并通過顯示器或自動標志把缺陷顯示/標示出來,供維修人員修整;

          檢測的功能與特點:

          1)自動光學檢查(AOI) 運用高速高精度視覺處理技術自動檢測PCB板上各種不同貼裝錯誤及焊接缺陷。PCB板的范圍可從細間距高密度板到低密度大尺寸板,并可提供在線檢測方案,以提高生產效率及焊接質量;

          2)通過使用AOI作為減少缺陷的工具,在裝配工藝過程的早期查找和消除錯誤,以實現良好的過程控制。早期發現缺陷將避免將不合格產品送到隨后的裝配階段,AOI將減少修理成本,避免報廢不可修理的PCB。

          2、AOI 檢查內容:

          1)檢查頂面回流焊接元件;

          2)檢查波峰焊接前通孔元件;

          3)檢查波峰焊接之后的通孔及SMD/SMC;

          4)檢查壓入配合之前的連接器引腳;

          5)檢查壓入配合之后的連接器引腳。

          3、檢測監控點的設置。

          AOI可應用于生產線上的多個檢測點,但有三個檢測點是主要的,即焊膏印刷之后、回流焊前、回流焊后:

          1)焊膏印刷之后。如果焊膏印刷過程滿足要求,由印刷缺陷引起的焊接缺陷將大幅度減少。典型的印刷缺陷包括以下幾點:

          焊盤上焊膏不足;焊盤上焊膏過多;焊膏對焊盤的重合不良;焊盤之間的焊錫橋。

          此檢測點的檢查最直接地支持過程跟蹤。這個階段的定量過程控制數據包括印刷偏移和焊錫量信息及有關印刷焊膏的定性信息;

          2)回流焊前。此檢測點的檢查是在元件貼裝完成后和PCB送入回流爐之前完成的。這是一個典型的檢測點,可發現來自焊膏印刷以及機器貼放的大多數缺陷。在這個位置產生的定量的過程控制信息,提供高速片機和細間距元件貼裝設備校準的信息。

          這個信息可用來修改元件貼放數據或表明貼片機需要校準。這個檢測點的檢查滿足過程跟蹤的目標。

          3)回流焊后。此檢測點在SMT工藝過程的最后步驟進行檢查,是AOI最主要的檢測點,可發現全部的裝配錯誤?;亓骱负髾z查可提供高度的安全性,可識別由焊膏印刷、元件貼裝和回流過程引起的錯誤。

          雖然各個檢測點可檢測不同特點的缺陷,但AOI檢查設備應放到一個可以盡早識別和改正最多缺陷的檢測位置。

          三、在線檢測 (ICT)

          1、檢測原理。

          ICT 檢測主要是檢測探針接觸PCB編排出來的檢測點來檢測PCBA的線路開路、短路、所有元器件的焊接情況。并能準確標識PCBA的故障位置(對組件的焊接檢測有較高的識別能力)。

          2、檢測的功能與特點:

          1)能夠在短短的數秒鐘內,全檢出組裝電路板上的元器件:電阻、電容、電感、電晶體、FET(場效應管)、LED(發光二極管)、普通二極管、穩壓二極管、光藕、IC等,是否符合設計要求;

          2)能夠先期找出制程不良所在,如線路短路、斷路、組件漏件、反向、錯件、空焊等問題,回饋到制程的改善;

          3)能夠通過打印機將上述檢測到的故障或錯誤信息打印輸出,這些信息主要包括故障位置、零件標準值、檢測值,以供維修人員參考??梢杂行Ы档腿藛T對產品技術依賴度,不需對產品線路了解,同樣有維修能力;

          4)能夠檢測缺陷信息并統計輸出,生產管理人員加以分析,便可以找出各種不良的產生原因,包括人為的因素在內,使之逐個解決、完善、指正,從而提升PCBA制造能力。

          三、飛針檢測(FP)

          1、檢測原理:

          1)飛針檢測的開路檢測原理和ICT的檢測原理是相同的,通過兩根探針同時接觸網絡的端點進行通電,所獲得的電阻與設定的開路電阻比較,從而判斷開路與否。但短路檢測原理與ICT的檢測原理是不同的;

          2)由于檢測探針有限(通常為40032根探針),同時接觸板面的點數非常?。ㄏ鄳?0032點),若采用電阻測量法,測量所有網絡間的電阻值,那么對具有N個網絡的PCB而言,就要進行N2/2次檢測,加上探針移動速度有限,一般為10點/秒~50點/秒,故飛針檢測的效率相對比較低。

          2、檢測的功能與特點:

          1)檢測密度高,最小間距可達0.05mm甚至更??;

          2)無夾具成本;

          3)檢測針容易損壞;

          4)檢測速度慢;

          5)耐壓無法檢測,高層次高密度板檢測有較大風險。

          3、飛針檢測可以通過消除傳統檢測夾具方法的需要,減少生產裝配到達市場的時間。

          通過取消夾具,飛針檢測儀消除了夾具硬件與軟件開發的高成本。飛針檢測對于原型裝配的檢測和減少從小批量到大批量的時間,是一個非常好的方法。

          四、自動X射線檢查(AXI )

          1、檢測原理:

          當PCBA沿導軌進入機器內部后,位于線路板上方有一X射線發射管,其發射的X射線穿過線路板后被置于下方的探測器(一般為攝像機)接受,由于焊點中含有可以大量吸收X射線的鉛,因此與穿過玻璃纖維、銅、硅等其它材料的X射線相比,照射在焊點上的X射線被大量吸收,而呈黑點產生良好圖像,使得對焊點的分析變得相當直觀,故簡單的圖像分析算法便可自動且可靠地檢驗焊點缺陷;

          2、檢測的功能與特點:

          1)AXI技術的3D檢驗法可對線路板兩面的焊點獨立成像;

          2)3D X射線技術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,從而極大地保證了焊點連接質量;

          3)AXI技術是相對比較成熟的檢測技術,其對工藝缺陷的覆蓋率很高,通常達97%以上;而工藝缺陷一般要占總缺陷的80%~90%,并可對不可見焊點進行檢查;

          4)AXI技術不能檢測電路電氣性能方面的缺陷和故障。

          五、功能檢測 (FT)

          1、功能檢測可以檢測整個系統是否能夠實現設計目標,它將線路板上的被測單元作為一個功能體,對其提供輸人信號,按照功能體的設計要求檢測輸出信號。這種檢測是為了確保線路板能否按照設計要求正常工作。所以功能檢測最簡單的方法,是將組裝好的專用線路板連接到該設備的適當電路上,然后加電壓,如果設備正常工作,就表明線路板合格。這種方法簡單、投資少,但不能自動診斷故障。

          六、焊膏涂敷檢測(SPI)

          1、焊膏涂敷檢測(SPI),用于檢測焊膏印刷質量,通常的檢測設備為2D/3D焊膏涂敷檢測儀(因3D焊膏涂敷檢測儀在實際運用中比2D焊膏檢測儀獲取的檢測信息更全面、控制更有效,故在條件許可的前提下,通常優先選用3D焊膏涂敷檢測儀)。

          七、其它檢測方法

          1、在檢測工藝過程中,對產品制程和產品質量不產生負面影響的前提下,允許使用其它非常規檢測方法;

          八、組合檢測工藝方案

          1、每種檢測技術都有各自的長處和短處。

          選擇合適的組合檢測方案是對時間-市場,時間-產量以及時間-利潤等諸多因素的綜合考慮,在產品的不同生產周期要求有不同的檢測工藝方案;

          2、PCBA生產可大致分為三個周期:新產品原型制造、試生產、批量生產,這三個周期的檢測工藝方案應分別制定;

          新產品原型制造

          新產品原型的檢測一般結合工藝參數調整、時間性、經濟性、可靠性進行規劃

          1)焊膏涂覆檢查(SPI):利用2D/3D焊膏檢測儀(優先采用3D焊膏檢測儀)對全部或關鍵焊膏涂覆點(如細間距、超細間距器件)進行檢測,并提取、記錄焊膏參數值。原型制造階段,在時間短促的情況下允許使用目檢代替SPI檢測設備檢測。

          2)飛針檢測(FP):原型產品生產數量有限,時間要求緊,而飛針式在線檢測儀不用制作針床、夾具,省去了這個環節的工作和時間,可直接從CAD系統接受PCB設計數據自動生成相應的檢測程序,最適宜進行組裝焊接后檢查工作。

          3)功能檢測(FT):功能檢測主要是驗證產品設計指標并加以調試,可以發現元器件失效、電原理設計合理性等問題。

          對于有BGA、flip-chip(倒裝芯片)封裝器件產品的原型生產,應在能力允許條件下在飛針檢測前再利用X光檢測儀對該類型器件的焊點或關鍵焊點進行檢測,以保證焊點內在質量。

          3、試生產

          試生產的主要目的是驗證工藝參數穩定性,原型產品生產的檢測完全適用于試生產階段。

          4、批量生產

          批量生產可分為大、中、小三類,在數量概念上沒有確切的規定。

          大批量生產

          1)大批量的生產是最經濟的生產模式,在完成組裝生產所有準備條件后,應當用較高級的自動檢測設備代替人工檢測工作,保證產品組裝質量受到嚴格監測,提高生產線和檢測效率,增加投資回報率。若沒有類似BGA、flip-chip(倒裝芯片)封裝器件組裝的產品生產,AOI可以取代X光檢測降低生產及檢測成本;

          2)對于組裝產品工藝要求焊膏印刷質量嚴格控制情況下,還應在X光自動檢測前面設置3D焊膏涂敷檢測儀,對每塊PCB焊膏印刷情況進行檢查,以保證絲印機印刷效果的一致性,保障印刷工藝參數隨時根據情況進行調整。

          中、小批量生產:

          中、小批量生產的產品生產周期縮短,檢測方案從可靠性、可信度、質量、經濟性角度出發,針對一般元器件組裝產品和特殊封裝器件組裝產品兩大類分別進行考慮,通常含有特殊封裝器件的產品應優先采用較高級別的檢測方法,如AXI等。此兩類器件的分類如下;

          1)一般元器件組裝產品:最復雜器件為細間距、超細間距QFP(四側引腳扁平封裝器件)等;

          2)特殊封裝器件組裝產品:包括BGA、flip-chip(倒裝芯片)等表面看不到焊點或平均焊點密度很高,無檢測電路存在。
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