01关于PCB锡膏检测
在传统电子行业中,PCB板采用插孔元件及导线连接的方式安装。
如今,在微电子组装行业中,元件变得越来越微型化、密集化,为了适应这种趋势,出现了自动化的表面贴装技术(SMT)。
它不仅能够提高安装的密度,还能减少元器件的体积,同时提高安装的可靠性。
锡膏印刷的过程中,焊膏、模板、印刷机、基板等都会对质量造成影响。
锡膏印刷的质量要求为:焊膏的厚度均匀、形状完整、具有清晰的边缘。焊膏的厚度控制在0.120mm 到0.125mm 之间,印刷的锡膏和焊盘形状及尺寸要匹配。
同时,需要印刷的锡膏能覆盖焊盘面积的75%以上,焊接好的锡膏表面必须平直,不能有大的颗粒及孔洞存在。
由于组件的间隔非常小,SMT 出现各种缺陷的可能性非常大,必须在生产过程中使用先进的自动化检测设备,及时评估锡膏印刷电路板的质量,并对印刷参数做出及时调整,降低不良产品的比例。
SMT 检测流程:来料检测->丝印焊膏(点贴片胶)->贴片->烘干(固化)->回流焊接->清洗->检测->返修。
首先,SMT 进行锡膏印刷;其次,贴片并进行回流焊处理;最后,进行清洗和测试。可见,锡膏的印刷质量直接影响着后续工艺。
统计表明,SMT 的密距缺陷52%-71%发生锡膏印刷工序,电子产品的缺陷和失效60%-80%来自锡膏印刷过程。焊接后,修复错误的焊点不仅流程复杂,而且耗费的成本也相当高。
在锡膏印刷阶段,进行锡膏检测有助于提高整个SMT 的生产效率,在发现问题后,及时处理(清洗印刷电路板),降低成本。
常见的锡膏印刷缺陷,主要有漏印、缺锡、少锡、偏移和连桥,等等。
锡膏位置发生偏移或者锡膏量过多容易造成焊点彼此连接,在回流焊后形成短路;少锡和缺锡容易导致虚焊。
锡膏检测的过程即对焊点进行量化检查,并通过统计过程控制工具,预测锡膏印刷的工艺趋势,在缺陷产生前及时调整印刷参数,既能提高印刷产品的一次通过率,又能降低返修成本。
02锡膏检测技术的发展
传统的检测方法是进行人工目检,即利用人眼和光学器件(如放大镜和电子显微镜等)相配合,对电路板上的焊点及贴片等进行检查。
人工目检易受个体经验及主观因素影响。长时间的观测,易引起视觉疲劳,造成误判,且速度慢。
数据表明,人工目检在单层板情况下,平均错误发现率可达90%,对于多层板(如6 层情况),错误发现率迅速降低到50%。即使在最容易观测的基层底板,错误发现率也不超过70%。
为满足引脚细密的器件快速、高精度的检测要求,自动化的光学检测设备应运而生。
随着机器视觉的快速发展,基于视觉技术的工业自动化检测开始流行起来。自动光学检测设备集成了光学、电子、计算机视觉和自动控制等一系列现代化技术,检测速度快、方法先进、自动化程度高。
根据实拍电路板图像,可以检测锡膏的面积、缺失、偏移等。但二维检测存在明显局限,在焊点面积相同的情况下,体积可能差异很大,导致锡膏印刷存在的缺陷不能彻底检查,同时,二维检测对于PCB 板弯、起翘和发生虚焊的情况无能为力。
三维的锡膏检测通过对锡膏的高度、面积和体积参数的测量,与标准文件对比,全面检测出锡膏的形状不良、位置偏移、连桥等信息。
三维的锡膏印刷质量检测设备在21 世纪初相继研制出来,由于国外的技术垄断,使得3D SPI设备价格昂贵。为打破锡膏检测技术的垄断,我国研制了自己的3D-SPI。
具备3D SPI设备,具备追溯系统及三点照合功能,且能配合印刷机实现闭环控制,与贴片机共享信息。
- 三点照合
实现炉前AOI,炉后AOI,SPI的统一监测。
- 配合印刷机实现闭环控制
传输漏印和XY轴偏移量等信息给印刷机,印刷机自动执行相应动作
- 与贴片机共享信息
坏板信息传给贴片机,贴片时直接跳过坏板进行贴片
- 数据可追溯
SPC系统与客户端MES系统连接
可检测缺陷实例:
锡膏检测设备基于计算机视觉理论,结合外部的光栅、激光光源,通过电荷耦合器件(Charged Coupled Device,CCD)相机成像,按不同算法生成被测物体三维形貌。
三维锡膏检测仪根据几何结构关系、照明方式的不同,可以分为两种,即被动视觉检测与主动视觉检测。
前者采用非结构光照明,根据被测点在不同的像平面上相关匹配结果,获得该点的世界坐标,如激光三角测量;后者,通过结构光在被测物点的精确定位来获得高度信息,如相位光栅测量。
主流3D-SPI 产品的检测原理有相位轮廓测量术(Phase Measuring Profilometry,PMP)和激光三角轮廓测量术。
浩圳3D SPI设备采用的是相位调制轮廓测量技术
全光谱的相位调制轮廓测量技术(PLSM PMP)
通过RGB对锡膏、白线、杂物进行过滤,有效避免锡膏桥接的伪判情况