电子组装检测设备的搭配策略.doc

天马行空官方博客：/tmxk_docin ；QQ:1318241189；QQ群：175569632电子组装检测设备的搭配策略SMT的技術發展已有相當長的時間了，因此對大部分的SMT設備而言，產品週期已經是進入相當成熟的階段，但是對SMT檢測設備而言，目前正處於起飛的階段，各種不同的檢測設備依然保有特定的市場成長空間，主要的設備有以下四類： (一)人工視覺檢測設備：MVI雖然是最傳統的檢測技術加上對先進封裝產品如BGA等，是無法以視覺直接目視檢測，因此也限制了MVI的應用領域。但由於MVI設備價格便宜，因此對消費性電子產品製造商而言是具有較優勢的成本效率的檢測設備，尤其是亞洲地區的製造商接受的意願較高，加上自動化設備尚無法突破感測死角的技術能力，使得人工視覺設備市場仍有獲利的空間存在。 (二)自動光學檢測設備：自動光學檢測設備是近年來相當具有市場潛力的檢測設備，在整條SMT生產線中使用AOI的流程包含回銲(Reflow)後檢測、網印(Screen printer)後檢測、以及元件放置後(Post-placement)檢測，估計2000年銷售的AOI中有20.8%用於網印後檢測，21.3%用於元件放置後檢測，其他的57.9%則是用於回銲後檢測，但是一般製造商對於表面粘著的重工(Rework)及修補(Repair)的成本損耗相當重視，尤其是印刷電路板的損失，因此有更多廠商越來越重視網印及元件取放的檢測，可預期的是AOI在這兩方面的應用比例將會逐年增加。 (三)雷射檢測設備：雷射檢測設備也是近年來逐漸成長的設備市場，主要是用在於偵測錫膏(Solder paste)的高度及寬度，也是因為錫膏塗佈的高度及厚度受到製程工程師相當高的要求，因此帶動了雷射檢測設備的高速成長。由於會有更多廠商對回銲前銲點錫膏量的測量日益重視，因此預估在未來五年中，雷射檢測設備市場仍會有穩定成長的實力。目前全球投入雷射檢測設備製造的廠商數不多，主要是因為開發雷射檢測設備的成本過高所致。 (四)X-ray檢測設備：X-ray檢測設備正值快速成長的階段，主要是因為先進封裝產品(如BGA)運用於電子產業的比重逐年增加所致，先進封裝產品接點的錫球或是凸塊只能以X-ray透視電子元件以檢測接點的缺損，其他的檢測設備則無此能力，因此預估未來隨著其他先進封裝產品(如CSP、Flip Chip)的普及，X-ray檢測設備市場仍將會有成長的空間。 以上是各種檢測設備的市場趨勢，而整體SMT檢測設備市場將隨著無導線架(Lead-free)封裝產品對檢測設備的需求增加而成長，主要是因為無導線架封裝必須在高溫下將電子元件粘著於印刷電路板上，高溫容易對印刷電路板及電子元件產生熱衝擊而造成傷害，所以檢測設備的角色便更加的重要。 另外，將檢測設備整合在SMT設備中也是未來發展的趨勢，雖然這個趨勢將會威脅到單機檢測設備的市場，但是在目前的生產流程中整合設備的績效並不顯著，加上產速較慢，目前尚無法獲得電子組裝廠的青睞，但是未來如果將檢測機構嵌入SMT設備中，進而改善現有生產流程，勢必會是單機市場的強大競爭者，另一方面也將為檢測設備製造商創造新的市場商機。 在電子組裝檢測設備的搭配策略方面，除了生產缺陷分析(MDA)、線上測試(ICT)和功能測試及組合測試之外，最近幾年，更增加了自動視覺檢測(AVI)、自動光學檢測(AOI)和自動X-Ray檢測(AXI)，它們可提供電路板的靜態圖像及不同平面上的X射線電路板的分層圖像，從而確定虛焊及焊點橋接缺陷。 組裝印刷電路板測試面臨著微封裝(0402，0201)及“不可見”焊點(如BGA、CSP和Flip Chip)的挑戰。同時，隨著技術的發展，組裝與焊接的難度也日益增加，迫使測試技術必須由ICT轉化到其他新測試技術上，最明顯的是功能測試技術的崛起，然而ICT在逐漸退出主流的時候，部分缺陷便需要藉由檢測監控功能來填補，最普遍的方式是自動X-Ray檢測與自動光學檢測AOI。 組裝印刷電路板的檢測包含焊墊測試、佈局檢查及電性測試等方式(如圖二所示)，各自有其功能及侷限性，因此缺陷覆蓋率也各有高低。ICT的長處是電氣缺陷測試，如元件的功能不正常或錯值；X-Ray檢驗可對許多焊墊進行綜合檢驗；而AOI系統可以X-Ray系統通常達不到的速度，對元件黏著位置和多種焊墊缺陷進行檢驗。 (一)AOI搭配 ICT 自動光學檢查(AOI)已成為生產流程控制的有效工具,使用AOI的好處有很多，例如可以提高在線測試(ICT)或功能測試的良率、降低目檢和ICT的人工成本、避免使ICT成為產能瓶頸甚至取消ICT、縮短新產品產能提升週期以及藉由統計製程控制(SPC)和統計品質控制(SQC)改善制程良率等等。已經有許多OEM和EMS成功導入了AOI。整體而言，AOI對缺陷檢測及良品率改善等可獲得良好的績效。 AOI可執行的檢測有兩類，包含缺陷檢測(傳統意義的AOI應用)和整批PCB的差異測量。其中差異測量對即時SPC應用非常重要，根據AOI系統類型及它所處生產線位置的不同而不同。對生產流程控制而言，許多廠商已經意識到快速獲取設備狀態資訊以及採取立即糾正措施，是有效達到即時管控的重要方式。AOI具有生產線上收集數據的能力，可提高訊息傳輸率和流程最佳化，並能融入到工廠管理系統以取得更好的效果。 生產製程越多，誤判的可能性就越大，這是由於製程變化非常大時，缺陷檢測的複雜程度也越大。因此選擇在錫膏印刷、貼片、回焊後或者波焊後進行檢查，誤判率會有明顯的不同。一般來說，誤判率的高低取決於製程的變化以及組裝板的複雜程度。缺陷通常包含有缺件、空焊、零件移位和錫量不足等，每一種缺陷都有其判定範圍，用戶可能對缺陷的容忍度有不同的看法，此時必須仔細地設定檢查參數，使設備不會產生誤判。也可以從統計的觀點來看這種給定範圍的誤判，此時應該在既能滿足保護要求又能使總體檢測成本最低的情況下，選擇最佳檢測參數。 在生產線上使用AOI可能有四種選擇： (1)Pick & Place之後，控制錫膏印刷製程中的元件黏著； (2)焊前模式，放在Pick & Place之後，回焊爐之前； (3)焊前模式，放在錫膏印刷機之後； (4)焊後模式，放在回焊爐之後。 (二)AXI搭配Functional Tester 組裝印刷電路板自動X-Ray檢驗具有許多優點和獨特的性能，可滿足目前乃至未來所面臨的挑戰。自動X射線檢驗系統的運作流程是：在PCBA上方的X射線管中產生X射線，X射線穿過PCBA，被置於測試板下面的探測器所接收。由於焊點中通常都包含有鉛，而鉛可以大量地吸收X射線，因此與穿過玻璃纖維、銅、矽及其它PCBA材料的X射線相比，照射在焊點上的X射線被大量吸收，從而產生良好“訊號”(焊點)與“噪音”(PCB、器件等)比的X射線視像。這是PCBA的X射線檢驗的基本優點，即只有焊點本身可在X射線視像中顯示，從而使得分析變得相當簡單。元件、導線、各層PCB、焊墊等在X射線視像中基本上看不見。因此簡單的圖像分析算法便可自動而且可靠地檢驗焊點的缺陷。 隨著組裝電路板數量的增加，特別是在可攜式消費電子產品中的應用，設計時對於ICT測試節點僅留有很小的空間，甚至被取消。這就意味著你將面臨大量的潛在問題，對於複雜的電路板，直接從SMT生產線送至功能測試，不僅會導致合格率的下降、重工量與故障診斷費用的增加，而且會造成生產的延誤。此時，可用X射線檢驗取代ICT，保持高的功能測試的產出率，並減少故障診斷與重工的負擔。值得注意的是，X射線檢驗可以查出許多原由ICT檢驗的結構缺陷，因此這些缺陷在射線檢驗過程中不會被漏掉。同時，雖然X射線不能查出元件的電氣缺陷，但這些缺陷卻可在功能測試中檢出。總之，不會漏掉製造過程產生的任何缺陷。更好的是，X射線檢驗還能夠查出一些ICT查不出的缺陷。 就實際經濟效益上講，使用AXI對廠商會有非常積極的回報，除了減少潛在的現場故障外，一些用戶也指出使用AXI的好處：降低ICT和功能測試的返修率 、加快產品面市時間、縮短製造周期、降低ESS故障率 、取消ESS 、樣機測試成本更低、覆蓋率更高。使用AXI的經濟效益取決於產品、規模、可靠性要求、各測試段維修成本、現場故障率、故障造成的後果以及其它因素，一般來說，板面越大、越複雜，或者探查困難，AXI在經濟上的回報就越大。AXI可取代人工視覺檢驗，並能更有效地找出缺陷，所以不良焊點的維修費用也非常低，而且AXI檢驗時也不需要接觸到PCB。這些原因再加上近幾年AXI設備的改進，為AXI帶來更優良的經濟效益。 調整測試組合的目的在於找到適合某一種產品的必不可少的組合測試方案。在開始設計製程前，要定義實施所需測試的簡單策略。在產品研發周期的早期考慮產品的可測性問