项目二 SMT组装过程的质量检测与分析.ppt

项目二SMT组装过程的质量检测与分析 贴片质量检测 MOUNT MOUNT 表面贴装对PCB的要求 第一 外观的要求 光滑平整 不可有翘曲或高低不平 否者基板会出现裂纹 伤痕 锈斑等不良 第二 热膨胀系数的关系 元件小于3 2 1 6mm时只遭受部分应力 元件大于3 2 1 6mm时 必须注意 第三 导热系数的关系 第四 耐热性的关系 耐焊接热要达到260度10秒的实验要求 其耐热性应符合 150度60分钟后 基板表面无气泡和损坏不良 第五 铜铂的粘合强度一般要达到1 5kg cm cm 第六 弯曲强度要达到25kg mm以上 第七 电性能要求 第八 对清洁剂的反应 在液体中浸渍5分钟 表面不产生任何不良 并有良好的冲载性 MOUNT 表面贴装元件具备的条件 元件的形状适合于自动化表面贴装 尺寸 形状在标准化后具有互换性 有良好的尺寸精度 适应于流水或非流水作业 有一定的机械强度 可承受有机溶液的洗涤 可执行零散包装又适应编带包装 具有电性能以及机械性能的互换性 耐焊接热应符合相应的规定 电容 MOUNT MOUNT 电阻 MOUNT 带引线的塑料芯片载体 MOUNT 薄型小尺寸封装 MOUNT 方型扁平式封装 MOUNT 球栅阵列 MOUNT MOUNT 表面贴装元件的种类 有源元件 陶瓷封装 无源元件 单片陶瓷电容 钽电容 厚膜电阻器 薄膜电阻器 轴式电阻器 CLCC ceramicleadedchipcarrier 陶瓷密封带引线芯片载体 DIP dual in linepackage 双列直插封装 SOP smalloutlinepackage 小尺寸封装 QFP quadflatpackage 四面引线扁平封装 BGA ballgridarray 球栅阵列 SMC泛指无源表面安装元件总称 SMD泛指有源表面安装元件 阻容元件识别方法1 元件尺寸公英制换算 0 12英寸 120mil 0 08英寸 80mil Chip阻容元件 IC集成电路 英制名称 公制mm 英制名称 公制mm 1206 0805 0603 0402 0201 3 2 1 6 50 30 25 25 12 1 27 0 8 0 65 0 5 0 3 2 0 1 25 1 6 0 8 1 0 0 5 0 6 0 3 MOUNT MOUNT 阻容元件识别方法2 片式电阻 电容识别标记 电阻 电容 标印值 电阻值 标印值 电阻值 2R2 5R6 102 682 333 104 564 2 2 5 6 1K 6800 33K 100K 560K 0R5 010 110 471 332 223 513 0 5PF 1PF 11PF 470PF 3300PF 22000PF 51000PF MOUNT IC第一脚的的辨认方法 IC有缺口标志 以圆点作标识 以横杠作标识 以文字作标识 正看IC下排引脚的左边第一个脚为 1 MOUNT 来料检测的主要内容 MOUNT 贴片机的介绍 拱架型 Gantry 元件送料器 基板 PCB 是固定的 贴片头 安装多个真空吸料嘴 在送料器与基板之间来回移动 将元件从送料器取出 经过对元件位置与方向的调整 然后贴放于基板上 由于贴片头是安装于拱架型的X Y坐标移动横梁上 所以得名 这类机型的优势在于 系统结构简单 可实现高精度 适于各种大小 形状的元件 甚至异型元件 送料器有带状 管状 托盘形式 适于中小批量生产 也可多台机组合用于大批量生产 这类机型的缺点在于 贴片头来回移动的距离长 所以速度受到限制 MOUNT 对元件位置与方向的调整方法 1 机械对中调整位置 吸嘴旋转调整方向 这种方法能达到的精度有限 较晚的机型已再不采用 2 激光识别 X Y坐标系统调整位置 吸嘴旋转调整方向 这种方法可实现飞行过程中的识别 但不能用于球栅列陈元件BGA 3 相机识别 X Y坐标系统调整位置 吸嘴旋转调整方向 一般相机固定 贴片头飞行划过相机上空 进行成像识别 比激光识别耽误一点时间 但可识别任何元件 也有实现飞行过程中的识别的相机识别系统 机械结构方面有其它牺牲 MOUNT 转塔型 Turret 元件送料器放于一个单坐标移动的料车上 基板 PCB 放于一个X Y坐标系统移动的工作台上 贴片头安装在一个转塔上 工作时 料车将元件送料器移动到取料位置 贴片头上的真空吸料嘴在取料位置取元件 经转塔转动到贴片位置 与取料位置成180度 在转动过程中经过对元件位置与方向的调整 将元件贴放于基板上 一般 转塔上安装有十几到二十几个贴片头 每个贴片头上安装2 4个真空吸嘴 较早机型 至5 6个真空吸嘴 现在机型 由于转塔的特点 将动作细微化 选换吸嘴 送料器移动到位 取元件 元件识别 角度调整 工作台移动 包含位置调整 贴放元件等动作都可以在同一时间周期内完成 所以实现真正意义上的高速度 目前最快的时间周期达到0 08 0 10秒钟一片元件 这类机型的优势在于 这类机型的缺点在于 贴装元件类型的限制 并且价格昂贵 MOUNT 对元件位置与方向的调整方法 1 机械对中调整位置 吸嘴旋转调整方向 这种方法能达到的精度有限 较晚的机型已再不采用 2 相机识别 X Y坐标系统调整位置 吸嘴自旋转调整方向 相机固定 贴片头飞行划过相机上空 进行成像识别 MOUNT 贴片机过程能力的验证 第一步 最初的24小时的干循环 期间机器必须连续无误地工作 第二步 要求元件准确地贴装在两个板上 每个板上包括32个140引脚的玻璃心子元件 主板上有6个全局基准点 用作机器贴装前和视觉测量系统检验元件贴装精度的参照 贴装板的数量视乎被测试机器的特定头和摄像机的配置而定 第三步 用所有四个贴装芯轴 在所有四个方向 0 90 180 270 贴装元件 一种用来验证贴装精度的方法使用了一种玻璃心子 它和一个 完美的 高引脚数QFP的焊盘镶印在一起 该QFP是用来机器贴装的 看引脚图 通过贴装一个理想的元件 这里是140引脚 0 025 脚距的QFP 摄像机和贴装芯轴两者的精度都可被一致地测量到 除了特定的机器性能数据外 内在的可用性 生产能力和可靠性的测量应该在多台机器的累积数据的基础上提供 MOUNT 贴片机过程能力的验证 第四步 用测量系统扫描每个板 可得出任何偏移的完整列表 每个140引脚的玻璃心子包含两个圆形基准点 相对于元件对应角的引脚布置精度为 0 0001 用于计算X Y和q旋转的偏移 所有32个贴片都通过系统测量 并计算出每个贴片的偏移 这个预定的参数在X和Y方向为 0 003 q旋转方向为 0 2 机器对每个元件贴装都必须保持 第五步 为了通过最初的 慢跑 贴装在板面各个位置的32个元件都必须满足四个测试规范 在运行时 任何贴装位置都不能超出 0 003 或 0 2的规格 另外 X和Y偏移的平均值不能超过 0 0015 它们的标准偏移量必须在0 0006 范围内 q的标准偏移量必须小于或等于0 047 其平均偏移量小于 0 06 Cpk 过程能力指数processcapabilityindex 在所有三个量化区域都大于1 50 这转换成最小4 5s或最大允许大约每百万之3 4个缺陷 dpm defectspermillion MOUNT 贴片机过程能力的验证 3 2 700DPM4 60DPM5 0 6DPM6 0 002DPM 在今天的电子制造中 希望cmk要大于1 33 甚至还大得多 1 33的cmk也显示已经达到4 工艺能力 6 的工艺能力 是今天经常看到的一个要求 意味着cmk必须至少为2 66 在电子生产中 DPM的使用是有实际理由的 因为每一个缺陷都产生成本 统计基数3 4 5 6 和相应的百万缺陷率 DPM 之间的关系如下 在实际测试中还有专门的分析软件是JMP专门用于数据分析 这样简化了整个的过程 得到的数据减少了人为的错误 贴片质量分析 贴片机是典型的光 机 电 气高度集成的一体化设备 其制造要求比较高 目前我国尚无能力制造高档贴片机 相对SMT工序环节 贴片质量对贴片机的性能依赖更大 与人的因素相对较小 影响贴片质量的关键因素包括 贴片力 贴片的速度 加速度 贴片机的贴片精度 元器件 焊膏与PCB MOUNT 1 贴片力 贴片是在贴片头拾取元器件 然后运动要贴装的位置正上方一定高度后 释放元器件 元器件在重力的作用下 贴装到指定位置 在实际贴片过程中 贴片头一般可分为无对中爪贴片头和有对中爪贴片头两种 MOUNT 无对中爪贴片头 对于无对中爪贴片头而言 由于贴片头只有真空吸嘴 所以对元器件的机械损伤较小 MOUNT 有对中爪贴片头 而对于有对中爪贴片头来说 在贴片头上装有机械对中爪 使得在贴装过程中 由于对中爪的加持作用 对元器件产生较大的加持力 这就很有可能造成尺寸较小或引脚的元件的损坏 MOUNT 2 贴片高度 贴片高度也就是元器件释放时吸嘴距离PCB板面的高度 在没有额外施加力的情况下 贴片高度将直接影响元器件对PCB的冲击力 高度越高 冲击力就越大 从而造成焊膏坍塌等 MOUNT 3 贴片速度与加速度 贴片速度与加速度不仅影响生产率 而且影响贴片质量 如果PCB工作台在工作过程中快速移动 元器件质量越大 受的冲击越大 从而造成移位 降低贴装精度 MOUNT 4 元器件 元器件越小 对贴片的精度要求就越高 很小的旋转误差或平移就会使元器件贴偏甚至完成偏离焊盘 在实际的生产线 一般都配置了至少两台贴片机 即高速贴片机 高精度贴片机 MOUNT 5 焊膏 焊膏在焊接后提供预期的电气与机械连接 它还在贴装过程中要求提供足够的黏附力固定元器件 焊膏印刷后就应该及时进行贴片工序 否则 因为助焊剂的迅速挥发而黏性下降 MOUNT 6 贴装精度 1 基板精度 2 基板定位精度 3 XY轴平移误差 4 Z轴运动误差 5 元器件定位精度 6 元器件定位精度 MOUNT 贴片质量检测 最基本的质量检测安排是在高速贴片机之后与再流焊之前配置AOI 对贴片质量进行检测 检测的内容包括 1 元器件贴片精度 2 控制细间距器件与BGA的贴装 3 再流焊之前的各类缺陷 4 运用字符识别软件读取元器件的数值或极性识别 判断是否贴错或反贴 MOUNT 贴片缺陷分析 贴片缺陷大致包括以下几种 元器件漏贴 元器件贴错 元器件极性贴反 没满足最小电气间隙 元器件贴偏等 MOUNT 1 元器件漏贴 在贴装过程中 一般采用真空检测器检测元器件是否被拾取 如果元器件已经被拾取 则会在贴装头中形成真空 真空检测器感觉到真空后就显示已经被拾取 但是如果吸嘴被杂质堵住 贴片头内业会形成真空 这时真空检测器也会显示元器件被拾取 但实际并没有拾取元器件 那么就造成漏贴 MOUNT 2 元器件错贴 贴片机将元器件贴装到了不应该属于它的位置 而属于它的位置被别的元器件代替 即出现错贴 元器件错贴很可能是喂料器的位置错了 或者是在编写贴装程序时将元器件数据填错了 或者是程序设定与喂料器不匹配 MOUNT 3 元器件极性贴反 对于无源器件来说 没有极性问题 但是对于二极管 三极管 集成电路等有源器件来说 元器件引脚必须严格按照正负极性进行贴装 否则 即使元器件准确贴装在焊盘上也不能满足有效的电气连接 这种缺陷很可能跟喂料器 贴装程序有关 MOUNT 4 没有满足最小电气间隙 有些元器件在贴装时发生了很小的偏移 就单个元器件来说这种偏移是可以接受的 但是当相临两个元器件相对偏移时 这种很小的偏移可能不满足最小电气间隙 而这种情况往往让人们忽略 造成严重的后果 MOUNT 5 元器件贴偏 元器件贴偏一般是由于贴片机精度不够或振动冲击造成的 包括X Y轴的传动误差 Z轴的旋转精度 视觉系统及其分辨率 PCB的精度等因素有关 MOU