電子制造PCB挑戰(zhàn)測試與檢查分析(doc5)

1、PCB 挑戰(zhàn)測試與檢查本文介紹，一個電子制造服務(wù)(EMS) 提供商怎樣評估與實施自動光學(xué)檢查(AOI) 。印刷電路板 (PCB, Printed Circuit Board)制造商不斷地面臨測試與檢查的挑戰(zhàn)。電路板密度的增加挑戰(zhàn)著傳統(tǒng)的針床(bed-of-nails)在線測試 (ICT, in-circuit test)以及操作員的視覺檢查。改變電路板的尺寸大小提出更多的挑戰(zhàn)，因為它使手工檢查更加困難。為了對這些發(fā)展作出反應(yīng)， 越來越多的制造商開始評估自動光學(xué)檢查(AOI, automated opticalinspection)作為一個解決方案。AOI 策略在大批量和高復(fù)雜性的制造環(huán)境中，裝

2、配線上每個操作員工位的占地面積都代表著一個特殊的價值。對此，電子制造服務(wù)(EMS)提供商 * 希望檢查技術(shù)可以防止 "漏網(wǎng)之魚 "走出工廠，提高產(chǎn)品品質(zhì)。因此，該公司將AOI 作為一個工具，來幫助裝配線生產(chǎn)出持續(xù)的高品質(zhì)電路板。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，該公司預(yù)期得到幾項利益：* 早期發(fā)現(xiàn)缺陷將避免將壞板送到隨后的裝配階段* AOI 將減少修理成本* 將避免報廢不可修理的電路板表一、 AOI 在裝配線上檢查什么檢查頂面回流焊接元件檢查波峰焊接前通孔元件檢查波峰焊接之后的通孔及SMT 元件檢查壓入配合之前的連接器引腳檢查壓入配合

3、之后的連接器引腳在裝配線中使用AOI表一解釋了 AOI 在該裝配線上檢查什么。對該制造商，AOI 系統(tǒng)及其傳送帶是制成一體的，因此通過檢查的板可連續(xù)地通過裝配線。可是，如果發(fā)現(xiàn)失效的板，它被傳送到第二條傳送帶，返回到操作員工位進(jìn)行修理。在該制造商那里，AOI 提供全面的缺陷覆蓋，同時滿足每塊板2 - 2.5 分鐘的裝配線速度。特別有幫助的是，該系統(tǒng)可以在施加全部裝配壓力之前發(fā)現(xiàn)高密度壓力配合連接器的不對準(zhǔn)的引腳。由于連接器容易不對準(zhǔn)，在部分壓入之后、完全壓入之前，AOI 檢查這些 1000 個引腳單元，看其引腳尖是否到了通孔內(nèi)。 如果這時發(fā)現(xiàn)折彎的或不見的引腳，還可以進(jìn)行修理。在最后壓入之后的

4、第二次檢查確認(rèn)裝配的完整性。這里，AOI 用作缺陷預(yù)防與檢查工具。在該制造商的情況中， AOI 系統(tǒng)補(bǔ)充 ICT 與功能測試。通過在電氣測試之前掃描電路板， AOI 從裝配過程發(fā)現(xiàn)缺陷，提高電氣處理或功能測試階段的合格率(例如，焊接品質(zhì)問題，不可測試的元件，元件位置錯誤)，減少工廠的 " 漏網(wǎng)之魚 "。連接器壓入是最后的裝配步驟。如果連接器引針在壓入期間彎曲，裝配就全部損失。通過防止該類缺陷的發(fā)生，AOI 系統(tǒng)降低報廢成本。AOI 與人工檢查比較在 AOI 之前，由人工操作員來完成電路板的檢查。該過程涉及許多操作員在裝配線的工位上，使用顯微鏡和電路板覆蓋圖來找出丟失的元件、

5、錯誤的貼放位置和焊接缺陷。檢查板是通過四分區(qū)的程序，即，每個工位負(fù)責(zé)檢查板的四分之一。雖然檢查小板相對容易，但是隨著板的尺寸增加到 18"x20" ，成千個元件在上面，這項工作很快變成繁重的體力負(fù)擔(dān)。因為檢查最重要的因素是準(zhǔn)確性與可靠性，所以甚至在最好的環(huán)境中，手工檢查都有其局限性。對這個 EMS 提供商，人工檢查的進(jìn)一步挑戰(zhàn)就是時間。每一個檢查工位必須產(chǎn)生連續(xù)的板流，滿足裝配線的"節(jié)奏 "，以保持持續(xù)性。如果一個工位被耽誤，它將影響整個裝配線。并且對較大的板，檢查時間增加到視覺品質(zhì)評估簡直無法保持生產(chǎn)線速度的地部。最后，需要雇傭更多的操作員來處理較大的

6、板造成額外的人工成本和人力資源問題。AOI 與 X 光檢查比較該公司使用 X 光檢查來完成諸如球柵陣列 (BGA) 檢查的任務(wù)，作為 ICT 的補(bǔ)充?？墒牵紤]到自動檢查方案， X 光被排除了，因為它不能滿足電路板尺寸、厚度、重量和周期時間的要求。需要的是一臺可以在壓入之前檢查通孔中元件引腳的機(jī)器。評估與選擇一個 AOI 解決方案對系統(tǒng)的檢查要求包括，以裝配線速度 100%的視覺缺陷覆蓋、快速編程時間、低錯誤標(biāo)記率、快速轉(zhuǎn)換、可靠運(yùn)行、以及準(zhǔn)確的、可重復(fù)的和連續(xù)的結(jié)果。但是公司也有一些影響 AOI 評估與選擇的特殊需求。回流焊后及之外尋找一個單一的 AOI 系統(tǒng)，來跨越回流焊接和波峰焊接、手工

7、插件、和最終檢查等階段?；亓骱负髾z查表包括檢查丟失的、方向錯誤的和多余的元件；元件歪斜；豎立的元件；翹起的引腳；錫橋；少錫或多錫；錫球；表面缺陷；通孔元件引腳；和金手指污染。所選擇的系統(tǒng) * 包括如下特性：移動相機(jī)與移動板。評估過程特別集中在相機(jī)移動的AOI 機(jī)器。公司認(rèn)為，相機(jī)固定和板架移動的機(jī)器可能在檢查期間將歪斜的元件" 踢開 "。為了減少這個危險，只對板靜止和相機(jī)移動的 AOI 機(jī)器進(jìn)行評估。 這樣的安排允許整個機(jī)器的占地面積較小。 例如，為了處理 24"寬的板，接納板在固定相機(jī)下移動的機(jī)器要求 48"的最小寬度加上處理和移動的機(jī)構(gòu)所需的額外空間

8、。比較之下，移動相機(jī)的機(jī)器不要求太大的寬度，這樣允許縮小機(jī)器寬度，使整體占地面積更小。板的特性。決策過程中板的尺寸與高度是關(guān)鍵因素- 訂購大、重、高價品的電路板是常見的。板的尺寸 (與托架 )可達(dá) 24 x 24" ，重量11 lb。元件高度可達(dá) 2.5"；包裝尺寸為 0603 以上。 AOI 設(shè)備也需要在壓入配合的前后，接納高密度的1000 個引腳輸入 /輸出 (I/O) 的連接器。供應(yīng)商伙伴關(guān)系。最后一個標(biāo)準(zhǔn)是找到一個考慮成為伙伴關(guān)系的供應(yīng)商。公司希望很高的承約水平與支持，作為評估AOI 供應(yīng)商的關(guān)鍵因素。主要原因就是要進(jìn)入產(chǎn)品的發(fā)展周期，和保證其要求得以滿足。AOI

9、解決方案這個 AOI 評估使得該 EMS 提供商選擇到一個滿足其所有標(biāo)準(zhǔn)和要求的系統(tǒng)。所選擇的系統(tǒng)具有如下設(shè)計性能：結(jié)構(gòu)性燈光為每個清晰的檢查提供專用的照明，即，通過角度、方向和強(qiáng)度來調(diào)節(jié)燈光。結(jié)構(gòu)燈光檢查輪廓鏡面表面，如新的焊點(diǎn)，揭示真正的焊接點(diǎn)輪廓。該制造商的系統(tǒng)使用多達(dá) 400 個單獨(dú)控制的發(fā)光二極管 (LED) 安裝在一個精密的陣列中，全部聚焦在視覺區(qū)。照明頭的 LED 可為每一個相機(jī)的檢查類型，編程提供光的最佳結(jié)構(gòu)、角度、方向和強(qiáng)度。不象單個的氙閃光管或熒光燈，成百的 LED 提供可靠的焊接點(diǎn)檢查所需要的照明靈活性，同時控制光源保證可重復(fù)的缺陷檢查。照明使用多個視區(qū)以接納不同尺寸的元

10、件。相機(jī)。高速視頻相機(jī)與內(nèi)置電路板彎曲補(bǔ)償，檢查電路板的目標(biāo)區(qū)域。一個相機(jī)定位于直接下看，而其它相機(jī)都有角度。隨著優(yōu)化的檢查軟件運(yùn)算法則運(yùn)用到看到的區(qū)域，相機(jī)檢查元件或焊錫點(diǎn)表面。角度相機(jī)是檢查許多缺陷所必須的、對那些遮擋垂直相機(jī)的焊接點(diǎn)檢查區(qū)域是不可少的，如J 型引腳焊點(diǎn)、錫橋和開路。還有，如果沒有角度相機(jī)，一般不可能可靠地檢查到抬起的QFP 引腳。機(jī)械系統(tǒng)。精密的線性馬達(dá)提供長期的機(jī)械可靠性與可重復(fù)性。圖形子系統(tǒng)在 X/Y 軸上移動，而板保持靜止。這消除了板與圖形的振動和穩(wěn)定時間。圖形分析運(yùn)算法則。使用經(jīng)過證明的運(yùn)算法則進(jìn)行深入的分析，并不犧牲產(chǎn)量。一個窗口或 " 瞬態(tài)圖 &qu

11、ot;把特殊的檢查標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用到窗口內(nèi)的區(qū)域，以結(jié)構(gòu)照明突出缺陷，并簡化所要求的分析。表二顯示窗口分類 (運(yùn)算法則類型 )和它們怎樣用于檢查。圖形抓拍與分析體系結(jié)構(gòu)允許在一次單一的高速掠過板面中得到每個視區(qū) 10 個圖象。在這次掠過中得到每個元件的多個圖象，消除了再次掃描的需要。一個高速、直接到內(nèi)存的子系統(tǒng)將圖象直接輸入內(nèi)存，允許計算機(jī)進(jìn)行詳細(xì)的圖形分析，而對機(jī)器產(chǎn)量無影響。 AOI 將所有掃描圖形保存在內(nèi)存中，允許掃描期間的同步分析，加速整個機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)。掃描與圖形分析是與元件密度或焊接點(diǎn)數(shù)無關(guān)的，這允許對不同板類型的一致的機(jī)器輸出。 AOI 系統(tǒng)通過分立的智能外圍控制器控制馬達(dá)、光和相機(jī)，支持高速、一致的圖形數(shù)據(jù)處理。外圍控制器精確地同步系統(tǒng)運(yùn)行，保證準(zhǔn)確的定位和可重復(fù)性。軟件。所選擇的 AOI 系統(tǒng)使用基于 Windows NT 的軟件來編制程序，優(yōu)化和確認(rèn)。確認(rèn)檢查程序的覆蓋范圍的性能曲線提供在發(fā)放到生產(chǎn)之前