PCBA組裝缺陷產生根源剖析及測量系統(tǒng)的Sigma探索

1、pcbafi裝缺陷產生根源剖析及測量系統(tǒng)的 6sigma探索1前言組裝缺陷如何產生？為什么組裝線生產的pcba-些功能滿足要 求，而另一些卻因多處組裝錯誤而無休止地返工和返修？組裝質量不同批次為何存在差異？更重要的是，從這些變異我們應 獲得哪些經(jīng)驗，在pcbas裝中應采取什么措施來排除變異。上述問題便是6 sigma生產的溯源，sigma是希臘字母，描述 任一過程參數(shù)的平均值的分布或離散程度，即標準偏差。6sigma是運用統(tǒng)計技術，通過對過程能力的測量，確定過程所 處的狀態(tài)，再通過比較分析，戰(zhàn)由影響過程能力的主要變量， 用過程優(yōu)化方法我由其變化規(guī)律，再對其予以消除或控制，通 過連續(xù)的測量一分析

2、一改善一控制循環(huán)，使過程能力不斷提高 并最終達到或超過6 sigma水平。12 6 sigma 和 pcbafi裝變異性指對產品質量有潛在負面影響的任何變異。 pc破計要 綜合考慮其電學和機械性能可靠性，如 元器件焊燃設計允差、 焊盤圖形設計等。其次，組裝pcbaffi元器件和材料的外形尺寸、質量等對組裝 質量也會產生影響。最后，組裝制程自身的變異也會影響 pcba 組裝質量。在pcba組裝中，變異是“敵人”。將設計和材料等變異明顯 根源排除后，余下的便是用pcbs、元器件、錫膏等制造pcba 制程自身的變異。屬性數(shù)據(jù)代表因制程變異產生的不容懷疑的、固定的缺陷，屬性數(shù)據(jù)通常為是/否，好/壞，i

3、/o類型的數(shù)據(jù)。變量數(shù)據(jù)記 錄制程變異程度，不直接表明為缺陷，為數(shù)字型、測量型等必須記錄且與屬性數(shù)據(jù)、 不容懷疑的缺陷或缺陷產生概率等相聯(lián) 系的數(shù)據(jù)。屬性數(shù)據(jù)檢查是觀察不可接受變異存在與否的首選辦法， 屬性數(shù)據(jù)的特征和頻率與變異產生的根源有關。 缺陷通常在在線測 試（ict）、功能測試（fbt）、自動光學圖像分析（aoi）或人工外 觀檢查（mvi）或其它辦法檢查pcba寸發(fā)現(xiàn)。pcbau造過程中的一些變異是不可避免的、需預先采取措施防 止其發(fā)生，稱為“可接受制程變異（apv）。apv常是組裝過 程允差或元器件、原材料等存在的可接受的機械差異。ap生變量數(shù)據(jù)，但并不變?yōu)樽罱K產品缺陷產生的根源，如

4、因 apv 而產生不容懷疑的缺陷或固定缺陷， 則必須對設計或制造問題進行先期完善。不可接受制程變異（upv）是指那些未檢測到、必然導致缺陷產生或缺陷產生概率極大的變異。今理的制程應接受apv檢測和剔除upv 6 sigma用來定義將apvf upve分的方法及必 要誤差。為識別變異并對變異及其產生缺陷提供連續(xù)測量，我們必須了解實際生產pcba寸變量數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的來源。為了實施測 量，對pcb勝產中測量變量數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的測量機理需要了解。屬性數(shù)據(jù)測試是 目前pcbafe產中檢查和測試的關鍵，現(xiàn)代pcbafi裝工廠通常 配備自動光學圖像分析（aoi）、在線測試儀（ict）、功能測試儀 等現(xiàn)代檢

5、測系統(tǒng)，對缺陷進行掃描檢測并將檢測結果報告給操 作者。3電子產品組裝中缺陷產生的主要根源因為所有變異均可能導致缺陷，故變異是生產的“敵人”。我 們結合pcbafe產流程，來主要探討smtk產中缺陷產流根源。結合錫膏印刷、貼片及 回流焊等缺隙產牛的主要制程.具休探 討如下：錫膏印刷：失誤（問題）：錫膏漏印、錫膏短路、錫膏沾污。差異（變異）:錫膏覆蓋面積、錫膏覆蓋高度、錫膏覆蓋體積、錫膏覆蓋圖形。檢驗：錫膏覆蓋量/缺少量、相鄰焊盤檢查、錫膏覆蓋區(qū)域檢 查。測量：錫膏覆蓋面積、錫膏覆蓋高度、錫膏覆蓋體積、錫 膏覆蓋圖形。貼片：失誤（問題）：元器件漏裝、元器件方向裝錯、元器件損 壞、元器件錯裝。差異咬

6、異）：x-y-z軸、元器件/焊盤套準、 組裝套準。檢驗：已貼/漏貼元器件、元器件方向標識/標志、元器件封裝形狀。 測量：x-y-z軸、元器件/焊盤對準、組裝對準?；亓飨ㄊд`（問題）：元器件放置特性、元器件直立、墓碑現(xiàn)象、焊錫珠、焊錫短路等。檢驗所有翼形引線焊接、所有 j形引線 焊接、焊接短路檢查、檢查分立元件（浮起）、元器件隨機沾污等。4自動光學圖像檢測在組裝過程中要不斷地檢驗半成品的焊膏多少和焊點形狀，山路裸板導線粗細、導線缺陷等情況，在線測試或功能測試一般 是測不由來的。目測檢驗失誤多、效率低，而自動光學圖像檢 測是所公認的最有效的方法，目前，自動光學圖像檢測（aoi）采用設計規(guī)則檢驗（d

7、rc刑圖形識別兩種方法。設計規(guī)則檢驗法（drc）是按照二些給定的規(guī)則，如所有連線應 以焊點為端點，所有引線寬度不小于0. 127mm所有引線之間的間隔不得小于0. 102mmk查電路圖形。這種方法可以從 算法上保證被檢驗電路正確性。圖形識別法是將存儲的數(shù)字化圖像與實際工作比較。檢查時或者按照檢查一塊完好的 印刷電路板或玻璃模型建立起來的檢 查文件進行，或者按照計算機輔助設計中編制的檢查程序進行。 精度取決于分辯率和所用的檢查程序。2現(xiàn)代自動光學圖像檢測（aoi）系統(tǒng)在檢測元器件放置特性時可 保證極細微的x、y、9 （轉動）位置偏離變異被測量并進行變異 跟蹤，檢查過程非常靈敏，對一些應剔除的變異

8、如位置、尺寸 及圖像等進行測量，而對一些可接受的制程變異如元件供應商 改變、標稱尺寸、標志或顏色等予以默認（允許）并記錄元件貼 裝過程的位置特性。5自動光學圖像檢測（aoi）系統(tǒng)的r&網(wǎng)究測量結果的重復性（repeatability） 指：在相同的測量條件下， 對同一被測量進行連續(xù)、多次測量所得結果之間的一致性。測量結果的復現(xiàn)性（reproducibity） 指：在改變了測量條件下， 同一被測量的測量結果之間的一致性。對現(xiàn)代aoi系統(tǒng)，測量結果的重復性相當重要。因為，用 aoi 系統(tǒng)識別關鍵變異是可能的，但要對變異的趨勢得由準確結論，則要求aoi系統(tǒng)的測量重復性好，以滿足將制程變異從測量系 統(tǒng)

9、自身變異中區(qū)分開來。根據(jù)對檢測能力指數(shù)的要求，標準器選擇通常遵循三分之一原 則，即標準器同被檢計量器具準確度比值應保持1/3比例。在機械行業(yè)零件檢驗中,測量極限誤差同公差的比值稱為精度 系數(shù)，通常應保持在1/31/10范圍內網(wǎng)。對aoi系統(tǒng)的測 量不確定度（rar）的詳細計算，在此將不羅列。現(xiàn)代 aoi系統(tǒng) 在置信因子為3時，測量不確定度優(yōu)于土 0.4mils ,此意味著 測量值的99. 73%落在上、下規(guī)格界限內。在實際6 sigma pcbat產中，aoi系統(tǒng)要求的測量不確定度是 多少呢？通常認為目前最小的sm航件為0201尺寸，如果要求 檢測到偏離焊盤50%,則要求的最小測量值為 0.

10、127mm利 用上述的1/10原則，則要求aoi測量系統(tǒng)的測量不確定度在 置信因子為3時，小于0.0127mm對目前最小的qfp1 寸裝ic, 其尺寸為0.4064mm 0.2032mn?同樣以偏離焊盤 50%為檢測 要求，即置信因子為3時，則要求aoi測量系統(tǒng)的測量不確定 度小于0. 01016mm上述提及的6 sigma pcba檢測即指以規(guī)格值為中心偏離土 3 sigma的變異均被認為ie?；蚩山邮堋弊儺悺?測量貼片（拾取-放置）能力 在貼片制程檢查時，為確保 6 sigam重復性，檢測標準如何選 取?下面以貼片制程能力為放置重復性為土 0. 0508mm置信因 子為3),間距為0. 5

11、08mm勺qfp040玩件，以偏離焊盤50% 為檢測要求的貼片制程檢查為例：首先，制定平均值，確定在 3 sigma置信因子時，貼片放置重 復性為o. 0508mm勺制程統(tǒng)計量的測量結果分布。以及隨時 間、溫度及維護周期等，平均值的分布漂移。此規(guī)格為設備的固有特性部分，其產生根源相當重要。如果此為設備特性，則用戶需要重新考慮它們。該特性是否代表己交付的，貼片制程的拾-放綜合特性，包括smds件尺寸、pc琳供應商、pc琳變形等變異，需要將其分解為實際的己交付設備特性或在不同的時間及溫度條件下，試驗一系列產品，計算試驗樣品不同批次的分布漂移。其次， 我們必須認識到， 偏離焊盤 50 檢測要求是貼片制程中拾放檢查應用的絕對極限， 許多產品實際生產坊繃 0 規(guī)定 30 或更低作為絕對容差。第三，應計算最小元件偏離焊盤50的偏離量，對0402qfp元件，偏離焊盤50%即代表0. 127mm勺偏離量，因此進行aoi 檢查時， aoi 測量系統(tǒng)測量不確定度應小于 0 0127mm。最后，可計算由，在置信因子為3時，對2mils的制程分布，以偏離焊盤50%為檢測要求，代表放置檢測極限為7 sigma（假設平均值分布保持穩(wěn)定）。7結論6 sigma pcb勝產將是我們追求的目標，將 6 sigma與現(xiàn)代自 動光學圖象 檢測設備相結合,pcb