印刷后的三维检测及检测设备

印刷后的三维检测及检测设备

       本文简要论述了焊膏沉积后使用的检测方法，并将二维检测技术与三维检测技术进行了比较，通过比较重点介绍了三维检测技术的优点及各种检测设备的技术性能。关键词：三维检测；焊膏沉积；印刷检测设备随着电子组装的更高密度、更小尺寸、更复杂的PCB混合技术的纵深发展，使得用肉眼对印刷后的质量进行检测已成为历史。尽管工艺设备更加先进，仍强调要对 PCB的质量严格把关，因为在电子组装过程中产生的缺陷中有70％的缺陷源自焊膏印刷工艺，在沉积较细间距的组件时更是如此。此外，在沉积焊膏过程中产生的漏印、焊料过多或过少等缺陷会给随后的工序(组件贴装)带来桥接、短路和墓碑现象，使最终生产出来的产品的质量和可靠性得不到保证。为此，人们越来越重视印刷后的焊膏检测。目前，表面组装检测设备制造厂家提供了几种不同的印刷后检测方法及各种不同的焊膏沉积检测设备，从价格相当低廉的手工、脱机检测设备到100000美元的高档、高速在线检测设备。应在充分了解和权衡比较二维检测设备和三维检测设备之间、脱机检测设备和在线检测设各之间、样品检测和整块板子检测之间的利弊后，为你自己的组装生产线选择适用的焊膏检测设备。

　　1　检测使成本上升

　　电子行业专家们一致认为焊接缺陷是由焊膏印刷不良造成的。因此，提高印刷质量、或减少进入下一步工序的有缺陷电路板的数量，将有助于提高最终的质量，并通过降低返修量和减少废品率可实现降低成本的目的。

 　　1．1　尽早发现缺陷经对在线测试阶段所检测的有缺陷的电路板的返修或报废品所带来的成本进行了大概统计，发现控制印刷工艺会给焊膏印刷带来很多显着的优点。任何一种缺陷都会消耗资金，而印刷后检测只能帮助减少缺陷数量，并不能彻底消除缺陷。但是，事实上在电路板成本没有增加之前，在加工过程中进行检测，以求得尽早识别缺陷，的确能够降低由缺陷所带来的额外成本，提高一次性检验合格率对基础生产线起到很大作用。清洗电路板以便再利用要比返修或重新测试的成本低得多。在印刷后对缺陷进行修复的成本估计为0.45美元，在在线测试后修复同样缺陷的成本近似30美元。不考虑美元比价，这种关系仍保持不变。因此，在加工过程中尽早发现缺陷不是什么麻烦事，而是节约成本的一个良好契机。

 　　1．2提高可靠性在印刷工艺中附加检测工序可提高组装后电路板的可靠性，原因有两个：首先，检测减少了返修量，此外；返修后的焊点易于损坏，并且比合格的焊点更易破裂。其次，焊膏量不足也有可能形成易破裂的焊点，虽然当时能够通过在线测试，可是以后也会断裂。有这两种问题的电路板虽都能通过最后的测试，却容易在运行时发生故障。成品中存在的这些问题会使用户不满意或使保修费很高。

 　　1．3必要的检测由于更密的引线间距、更小的球栅阵列焊球和更精确的印刷间隙的要求，使更多的PCB组装厂家在组装工艺中增加了焊膏检测工序。而在一些合同组装厂，是根据用户的要求才增设检测步骤。 根据技术要求，而必须实施焊膏检测时，那么下一步就是确定哪一种检测设备最适合于特定的应用。

　　2　选择检测设备

　　可在几个制造厂家中选购焊膏检测设备。每个制造厂家都提供有不同速度、性能和价格的检测设备，不过都报导了焊膏高度、体积和面积的测量结果(表 1) 印刷后的检测设备主要有两类：人工脱机检测设备，包括视觉检测和台式测量工具；自动在线检测设备，包括内置于印刷机中的样品检测系统和整块印制板扫描检测设备。

 　　2．1视觉检测长期以来一直使用视觉检测这种简单的方法就足以确定样品“合格或不合格”，直到今天更小器件、更高引线数和更细间距组件的问世，才使得这种方法不适用了。使用发光的放大镜或校准的显微镜，由经培训的操作人员检查样品印制板，并确定什么时候需进行校正操作。视觉检测在工艺监测中是成本最低的一种方法，而且在印刷工艺中其校正操作步骡的成本是最合理的。但是，视觉检测方法带有人们的主观意识：操作人员与操作人员之间的检测结果是不同的。视觉检测工具没经过校准，不能够给出工艺控制所需的数据。从实际情况来看，随着超细间距与 BGA器件的不断普及，也就不再使用视觉检测方法，因为它已不再是监测印刷工艺的行之有效方法。

 　　2．2　人工激光检测 为减少缺陷，下一步的操作是使用人工台式舱机检测设备。这些测量工具使用了非接触式激光技术来测量焊膏高度和记录。通过对操作人员稍微进行一下培训，这些设备通常就可产生一致性的结果，不会由于操作人员的不同而使检测结果也不同。

 　　激光三维检测设备使用激光束建立测量的参考点。这种设备可报告在激光束所照射到的焊盘上的某个点时测量的单一焊膏高度，通常为焊盘的中心。这种类型的测试仪还可用焊盘的长度乘以焊盘的宽度得出面积测量值。然后，将面积测量值乘以高度测量值，即可计算出体积测量值。脱机检测设备使用的基本工艺控制是将样品电路板从生产线中卸下来，进行标准测量，并记录下检测的结果数据。新的PC式的检测设备可将数据存储起来，提供给 SPC(统计工艺控制)进行分析。然而，在印刷其它有缺陷的电路板之前，脱机检测设备还不能立即查出缺陷。

　　2.3　内置于印刷机中的自动检测系统几家印刷机制造厂推出了内置式二维和三维焊膏检测系统或故障查找系统。然而，内置于印刷机中的检测系统与丝网印刷机共享硬件，由于丝印机必须在暂停的状态下才能进行检测，所以降低了印刷速度。大多数内置式检测系统都使用摄相视觉技术来评价焊膏面积、覆盖率和校准。除了检测印记外，还可用这个摄相机检查丝网，查看模板开口是否阻塞和焊膏过多。

 　　一些印刷机制造厂家给印刷机增设了体积测量功能，其方法是将激光束高度测量与视觉系统相结合，这样，将面积乘以一个中等焊盘高度测量值，即可计算出体积。这种方法可重复性差，有时可监测到可能会产生在焊盘末端的焊盘缺陷，但不能识别砖形焊料的不规则性。

　　2．4自动三维在线样品检测设备与内置在印刷机中的检测系统相比，自动在线样品检测设备有两个主要优点。首先，由于这种设备是独立的系统，所以可以不利用印刷机的硬件，不需要停机就可进行检测。其次，样品检测设备的测量性能使你能够获得精确的、可重复的测量结果。

　　而印刷后的在线检测设备不能测量每块印制板上的每个焊盘，为收集SPC数据，这种设备应用有效的统计技术可检测出很多板子上的现场操作出现的关键问题。由IBM公司的一名工艺开发工程师进行的一项研究证明将样品检测设备用于BGA焊盘是绰绰有余的。但仍然存在有偶然发生缺陷的可能性，实际上，缺陷率比末经检测的缺陷率低得多。印刷后常用的样品检测设备是在线上设计，安装在传送带上，紧接在丝网印刷机后面，连续检测印刷工艺中用户要求检测的样品(通常为细间隙或BGA)。检测设备可将实际的焊盘测量值与预置的参数进行比较，并通知操作人员焊膏印记何时偏离预先规定的范围。

　　样品检测设备不同于激光台式和整块印制板扫描设备，其使用了配置有探测器的光敏器件，能连续拍摄目标焊膏印记的快印图片。该图像可建立检测区域的高分辨率外观图。先求出所有高度数据的总和，并乘以己知的图像面积即可计算出焊膏体积。

　　与整块印制板扫描设备比较，样品检测设备有几个优点。首先，能够在几分钟之内对其进行预置并编程，而整块印制板扫描设备可能需要几个小时进行预置。设置后，经培训的人员就能监测样品检测设备，不需具备工程技能。收集的数据自动显示在监视器上供操作人员观看，并以标准格式存储起来以便进一步的分析。其次，可根据检测速度与生产线速度的匹配情况调节检测样品的数量，这样在检测中就不会花费太多的时间。最后，配置的灯技术可对有缺陷倾向的位置进行精确的测量。

　　其缺点是：由于样品检测设备不能检测每块印制板上的每个位置，缺陷漏检的机会高。在规则的图形中不会出现定义的偶然缺陷；当使用样品检测技术时，仍然有可能存在漏检的现象。

　　2．5自动在线整块印制板检测设备高速整块印制板检测设备是这一领域的最高档设备，其能评估每块印制板上的每个检测点。这种设备成本高，不过速度非常快、并且能够检测在生产线上运行的整块印制板。

　　整块印制板检测设备利用激光束进行逐条生产线上的整块印制板的扫描，收集每个焊盘的所有测量数据，并将实际测量值与须置的合格极限值进行比较。这种设备可检验各种不同类型的印记，包括偶然出现的缺陷，如；由模板开口堵塞引起的焊盘漏印。全扫描还可显示出焊膏沉积图形的印记，包括坍塌、凹陷和焊料隆起。

　　整块印制板检测设备的主要优点是：实际上能够指出每个印刷缺陷的位置，并能够收集板上每个焊盘的实际高度、面积和体积数据。对于潜在成本较高的缺陷或是单元成本高的情况，整块印制板检测是比较适用的。应用于汽车、军事或航空领域的印制电路板必须满足高可靠性技术要求，常常需要100％的检测。

　　2.6　自动光学检测(AOI)设备自动光学检测设备是目前唯一的一种能够与组装生产线保持同步速度并行操作检测焊膏沉积质量的设备。其每小时可检测100000多个组件，也就是说在线 AOI设备可对板上的沉积点进行100％的检测。这种设备采用了图像分析软件、测量组件、确认其值及极性和保证贴装精度的边缘视觉技术。应用了标准的 CAD和Gerber　file编程。还应用了统计工艺控制(SPC)软件工具，并建立了数据库，而且与返修工作站建立了网络联系。其与自动在线整块 PCB检测设备有很多相似的功能。它最显着的特点是用途广泛，不仅可以检测印刷质量，还可检测其它工序的质量，如：贴装机的精度等。