SMT贴片机过程能力指数Cpk的验证

1、贴片机过程能力指数 Cpk的验证一个测量长期精度和可靠性的新方法戴弗.赣斯特（美）为贴片机作品质接受试验（QAT, Qaulity Acceptance Test），其中的挑战是保证所要测量的参数可以准确代表机器的长期性能。测量必须量化和验证X轴、Y轴和q旋转偏移理想贴装位置的偏移量。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

2、在多台机器的累积数据的基础上提供。在完成预先的干循环和设定步骤之后，包括变换和校准，品质接收规范（QAC, Quality Acceptance Criteria）步骤开始了。八个阶段的步骤QAC是贴片机必须满足的准确的性能参数。八个阶段的QAC步骤中的第一步是，最初的 24小时的干循环，期间机器必须连续无误地工作。第二个阶段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，例如，机器有两个贴片头和两个摄像机，那么必须用总共256个元件（3

3、5,840个引脚）贴装8块板。这包括了贴片头和摄像机的所有可能的组合。用所有四个贴装芯轴，在所有四个方向：0 , 90 , 180 , 270 贴装元件。跟着这个步骤，用测量 系统扫描每个板，可得岀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土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方向为土 0.003”，q旋转方向为土 0.2，机器对每个元件贴装都必须保持。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

4、不能超出土0.003”或土 0.2的规格。另外，X和Y偏移的平均值不能超过土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 ，其平均偏移量小于土0.06 ， Cpk（过程能力指数process capability index）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, defects per million） 。通常，现在实现的性能系数超过 2.0的过程能力指数，或大约每十亿之2个缺陷（6s性能）。这个测量步骤允许制造商测量其生产要求得到怎样的满足。累积完成后，单个的性能资料用来

5、计算板上贴装的所有元件的平均和标准偏移，再决定Cpk。最终的QAC总结应由测量系统提供，列岀目标位置，偏移目标的量，计算岀各种脚距的引脚到焊盘的覆盖面积，单位： 千分之一英寸，（图一）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 Informat

6、ionGlobal 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 TMLTE2C25301114100-0.00010.0030.000110C卜

7、01002526100.0004-0.00010.03570.00091001 10010039371000.00020.00090.0002100| 10010041349100.00030.00000.00110.0003100| 10010053144180-0.0002-0.00030.01680.00051001 100100672641800.0004-0.00070.06660.0016971001007113741800.0001-0.00020.0130.00041001001008154941800.0001-0.00020.01690.000410010010092142

8、90-0.00030.00050.05620.001210010010010626290-0.0002-0.00020.07090.00111001001001110372900.00010.00000.0010.00011001100100121449290-0.00010.00010.00610.00021001001001341462700.0001-0.00050.03160.00091001001001482662700.0005-0.00050.05210.001210010010015123762700.0001-0.0001-0.00310.000110010010016164

9、962700.0002-0.0001-0.01670.00041001100100171741420-0.00020.00010.03010.0006100110010018183120-0.00010.0001-0.01950.0004100110010019 1927400-0.00010.04320.000710C|10010020 20114 40-0.0003-0.00010.0140.000510C|100100212142190-0.0003-0.00010.02430.0006100|10010022 2232290-0.0003-0.00030.02140.0006100|1

10、0010023 232490-0.0003-0.00040.06370.001210010010024241690-0.0003-0.00050.01160.0007100100100252541111800.00020.0000-0.01640.0004100100100262631121800-0.00010.03170.000510010010027272114180-0.0002-0.00030.01390.0005100|10010028281116180-0.0003-0.00050.02830.0009100|1001002929412127000.00000.02250.000

11、3100|10010030303122270-0.00050.00000.0110.0006100|100100313121242700.0001-0.00040.04730.001100100100323211262700-0.00030.02070.0006100100100Summary Board #2ParameterNMeanSTD DEVMINMAXCPKX32-0.000030.00025-0.000480.000534.00477Y32-0.00016-0.000710.00053.79266Theta320.02188-0.019490.070862.49679Summar

12、y 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图一 ,Final run QAC suymmary机器属性运行在机器通过这些测试后，3000个元件的机器属性运行开始了，贴装全部规格的标准 SMD包括：0603, 0805,1206片状，SOT23 SOIC08, PLCC44和Q

13、FP100是生产准备运行，没有通过 /失效的标准，它允许任何送 料器或其它机械部分的重置。跟踪到的缺陷可能包括上面朝下的元件、侧立或竖立的元件，偏移的元件和 任何焊盘覆盖面积小于 75%勺元件。接下来是第二个玻璃心子元件运行，要求一块32个玻璃元件的板，摄像机和贴片头，和第二阶段相同的过程。（贴片板的数量由头和相机的组合总数决定。）再一次，为第一个玻璃元件所建立的要求必须得到满足，以使机器继续QAC完成预定的QAC步骤后，机器必须经历3000个元件贴装的最后运行，只允许仅仅一个错误。如果不止一个 贴装错误，根源必须找到，并更正。在这个阶段，机器的内在可用性不能低于98%最后的12小时干循环运行

14、，不允许任何失效。最后一个贴装系列，要求用140引脚的QFP玻璃心元件、摄像机和贴片头来贴装两块板，用测量系统扫描所有贴装位置，记录数据，作岀图表。过程能力指数板的设计几何形状和要求的品质等级，决定一个给定应用中的装配设备的性能（精度和可重复性）要求。例如，考虑以下情况，元件引脚贴放在板的焊盘上（图二）：基于其几何形状，贴装过程 （只在X方向）的参数限定是焊盘上准确中心定位的引脚的土 Wp - WI）/2 + C （C的单位是0.001 ”）。即，当焊盘上引脚贴放位置超出+X（规定上限）或-X（规定下限）方向上的规定限值，则板被不接受。丄图 二,Lead-to-pad coverage and

15、 deviation permitted一旦决定了板的最坏情况的规定限值，设备供应者提供的统计数据可以放入下式中:Cpk = minimum of (USL - m ) / 3 s , (m - LSL) / 3 s 这里，m和s分别是平均和标准偏差，通过设备在许多程序驱动的试验中得到。这些数据和一个详细的试验方法说明一起提供，通过该试验方法收集数据，以保证机器性能满足所规定的性能要求。 值是和标准偏差值成比例的，这个标准偏差值落在分布平均值和最近的规定上和下限之间。 因为它传达了给定贴装精度上的规定的缺陷率 （图三）OCpk的结果数Cpk是重要的,图三,The distribution of

16、 deviation from normal X, Y and Theta.支持服务给客户提供支持服务， 对设备制造商是必须的，同样提供保持通讯线开放的责任感，以得到机器的准确的、可理解的信息。为了满足知情的需求，应该在发货时提供完整的机器性能说明文件，应该包括含有所有在QAC测试期间收集的机器规格数据的表格，以及解释术语和收集信息类型的文件。QAC为了帮助顾客明白 QAC过程和提供解答有关设备的技术问题的联系地址，文件中也必须包括直接参与 评估的人名及签字。除这些信息之外，操作、中断、失效和总计修理时间加上总计贴片数量、贴片错误数量、内在可用性、内在生产量和在各PPM水平下的贴片性能、完整的技术术语解释和统计关系的定义等也在机器性能文件包中。最后，提供设备长期处理性能的良好前景， 以及设备制造商维持内部制造过程控制的能力， 最新 70 台机器 的历史数据也应提供。这个信息可以用以计算失效之间的、中断之间的、停机之间的平均时间，作为一个 延续的平均。 70台机器的数据可使总计贴片数从 10,000+