贴片机过程能力指数cpk的验证

貼片機過程能力指數Cpk的驗證一個測量長期精度和可靠性的新方法戴弗.贛斯特(美)爲貼片機作品質接受試驗(QAT, Qaulity Acceptance Test)，其中的挑戰是保證所要測量的參數可以準確代表機器的長期性能。測量必須量化和驗證X軸、Y軸和q 旋轉偏移理想貼裝位置的偏移量。一種用來驗證貼裝精度的方法使用了一種玻璃心子，它和一個“完美的”高引腳數QFP的焊盤鑲印在一起，該QFP是用來機器貼裝的(看引腳圖)。通過貼裝一個理想的元件，這裏是140引腳、0.025”腳距的QFP，攝像機和貼裝芯軸兩者的精度都可被一致地測量到。除了特定的機器性能資料外，內在的可用性、生産能力和可靠性的測量應該在多台機器的累積資料的基礎上提供。在完成預先的幹迴圈和設定步驟之後，包括變換和校準，品質接收規範(QAC, Quality Acceptance Criteria)步驟開始了。八個階段的步驟QAC是貼片機必須滿足的準確的性能參數。八個階段的QAC步驟中的第一步是，最初的24小時的幹迴圈，期間機器必須連續無誤地工作。第二個階段要求元件準確地貼裝在兩個板上，每個板上包括32個140引腳的玻璃心子元件。主板上有6個全局基準點，用作機器貼裝前和視覺測量系統檢驗元件貼裝精度的參照。貼裝板的數量視乎被測試機器的特定頭和攝像機的配置而定，例如，機器有兩個貼片頭和兩個攝像機，那麽必須用總共256個元件(35,840個引腳)貼裝8塊板。這包括了貼片頭和攝像機的所有可能的組合。用所有四個貼裝芯軸，在所有四個方向：0 , 90 , 180 , 270 貼裝元件。跟著這個步驟，用測量系統掃描每個板，可得出任何偏移的完整列表。每個140引腳的玻璃心子包含兩個圓形基準點，相對於元件對應角的引腳佈置精度爲 0.0001”，用於計算X、Y和q 旋轉的偏移。所有32個貼片都通過系統測量，並計算出每個貼片的偏移。這個預定的參數在X和Y方向爲 0.003”，q 旋轉方向爲 0.2，機器對每個元件貼裝都必須保持。爲了通過最初的“慢跑”，貼裝在板面各個位置的32個元件都必須滿足四個測試規範：在運行時，任何貼裝位置都不能超出 0.003”或 0.2的規格。另外，X和Y偏移的平均值不能超過 0.0015”，它們的標準偏移量必須在0.0006”範圍內， q 的標準偏移量必須小於或等於0.047 ，其平均偏移量小於 0.06 ，Cpk(過程能力指數process capability index) 在所有三個量化區域都大於1.50。這轉換成最小4.5s 或最大允許大約每百萬之3.4個缺陷(dpm, defects per million)。通常，現在實現的性能係數超過2.0的過程能力指數，或大約每十億之2個缺陷(6s 性能)。這個測量步驟允許製造商測量其生産要求得到怎樣的滿足。累積完成後，單個的性能資料用來計算板上貼裝的所有元件的平均和標準偏移，再決定Cpk。最終的QAC總結應由測量系統提供，列出目標位置，偏移目標的量，計算出各種腳距的引腳到焊盤的覆蓋面積，單位：千分之一英寸，(圖一)Name: David GunsterPattern: STD DualCal#: 3Ambient temp: 67.8Board ID: 2S/W level: SpecTime: 16:03:02Comp: 356Spindles: AllDate: 08/08/95Pitch: 10Diag: offMach Type: GSM1Head Type: HFHHead Loc: FrtPEC InformationGlobal Fiducials: 6 pointSpecificationsUIC Tolerance% VoverageX, Y + - 0.003075% Theta + - 0.20LW= Pitch* .5PW=LW*1.25Span = 1.5Correction Matrix0.9999860.000592-1.49735-0.000550.99995222.76718Board #2 DataUIC P/FEST. % COVVWPLSPXNMYNMTNMXDEVYDEVTDEVX Y T MLTE2025301114100-0.00010.0030.00011001001002526100.0004-0.00010.03570.000910010010039371000.00020.00090.000210010010041349100.00030.00000.00110.000310010010053144180-0.0002-0.00030.01680.0005100100100672641800.0004-0.00070.06660.0016971001007113741800.0001-0.00020.0130.00041001001008154941800.0001-0.00020.01690.00041001001009214290-0.00030.00050.05620.001210010010010626290-0.0002-0.00020.07090.00111001001001110372900.00010.00000.0010.0001100100100121449290-0.00010.00010.00610.00021001001001341462700.0001-0.00050.03160.00091001001001482662700.0005-0.00050.05210.001210010010015123762700.0001-0.0001-0.00310.000110010010016164962700.0002-0.0001-0.01670.0004100100100171741420-0.00020.00010.03010.000610010010018183120-0.00010.0001-0.01950.0004100100100191921400-0.00010.04320.0007100100100202011440-0.0003-0.00010.0140.0005100100100212142190-0.0003-0.00010.02430.0006100100100222232290-0.0003-0.00030.02140.0006100100100232322490-0.0003-0.00040.06370.0012100100100242412690-0.0003-0.00050.01160.0007100100100252541111800.00020.0000-0.01640.0004100100100262631121800-0.00010.03170.000510010010027272114180-0.0002-0.00030.01390.000510010010028281116180-0.0003-0.00050.02830.00091001001002929412127000.00000.02250.000310010010030303122270-0.00050.00000.0110.0006100100100313121242700.0001-0.00040.04730.001100100100323211262700-0.00030.02070.0006100100100Summary Board #2ParameterNMeanSTD DEVMINMAXCPKX32-0.000030.00025-0.000480.000534.00477Y32-0.00016-0.000710.00053.79266Theta320.02188-0.019490.070862.49679Summary run #101ParameterNMeanSTD DEVMINMAXCPKX64-0.000030.00023-0.000480.000534.32489Y64-0.000040.00026-0.000710.00063.84329Theta640.021910.02174-0.019490.070862.7301Total Boards in Run: 2圖一: Final run QAC suymmary機器屬性運行在機器通過這些測試後，3000個元件的機器屬性運行開始了，貼裝全部規格的標準SMD，包括：0603，0805，1206片狀，SOT23，SOIC08，PLCC44和QFP100。是生産準備運行，沒有通過/失效的標準，它允許任何送料器或其他機械部分的重置。跟蹤到的缺陷可能包括上面朝下的元件、側立或豎立的元件，偏移的元件和任何焊盤覆蓋面積小於75%的元件。評估過程的下一步是另一個12小時的不停止幹迴圈。接下來是第二個玻璃心子元件運行，要求一塊32個玻璃元件的板，攝像機和貼片頭，和第二階段相同的過程。(貼片板的數量由頭和相機的組合總數決定。) 再一次，爲第一個玻璃元件所建立的要求必須得到滿足，以使機器繼續QAC。完成預定的QAC步驟後，機器必須經歷3000個元件貼裝的最後運行，只允許僅僅一個錯誤。如果不止一個貼裝錯誤，根源必須找到，並更正。在這個階段，機器的內在可用性不能低於98%。最後的12小時幹迴圈運行，不允許任何失效。最後一個貼裝系列，要求用140引腳的QFP玻璃心元件、攝像機和貼片頭來貼裝兩塊板，用測量系統掃描所有貼裝位置，記錄資料，作出圖表。過程能力指數板的設計幾何形狀和要求的品質等級，決定一個給定應用中的裝配設備的性能(精度和可重復性)要求。例如，考慮以下情況，元件引腳貼放在板的焊盤上(圖二)：基於其幾何形狀，貼裝過程(只在X方向)的參數限定是焊盤上準確中心定位的引腳的 Wp Wl)/2 + C (C 的單位是0.001”)。即，當焊盤上引腳貼放位置超出+X(規定上限)或-X(規定下限)方向上的規定限值，則板被不接受。圖二, Lead-to-pad coverage and deviation permitted一旦決定了板的最壞情況的規定限值，設備供應者提供的統計資料可以放入下式中：Cpk = minimum of (USL m ) / 3 s , (m - LSL) / 3 s 這裏，m 和s 分別是平均和標準偏差，通過設備在許多程式驅動的試驗中得到。這些資料和一個詳細的試驗方法說明一起提供，通過該試驗方法收集資料，以保證機器性能滿足所規定的性能要求。Cpk的結果數值是和標準偏差值成比例的，這個標準偏差值落在分佈平均值和最近的規定上和下限之間。Cpk是重要的，因爲它傳達了給定貼裝精度上的規定的缺陷率(圖三)。圖三, The distribution of deviation from normal X, Y and Theta.支援服務給客戶提供支援服務，對設備製造商是必須的，同樣提供保持通訊線開放的責任感，以得到機器的準確的、可理解的資訊。爲了滿足知情的需求，應該在發貨時提供完整的機器性能說明文件，應該包括含有所有在QAC測試期間收集的機器規格資料的表格，以及解釋術語和收集資訊類型的文件。爲了幫助顧客明白QAC過程和提供解答有關設備的技術問題的聯繫地址，文件中也必須包括直接參與QAC評估的人名及簽字。除這些資訊之外，操作、中斷、失效和總計修理時間加上總計貼片數量、貼片錯誤數量、內在可用性、內在生産量和在各PPM水平下的貼片性能、完整的技術術語解釋和統計關係的定義等也在機器性能文件包中。最後，提供設備長期處理性能的良好前景，以及設備製造商維持內部製造程序控制的能力，最新70台機器的歷史資料