项目二 SMT组装过程的质量检测与分析【专业教育】

1、项目二 SMT组装过程的质量检测与分析,贴片质量检测,MOUNT,1,正式稿件,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

2、体中浸渍5分钟，表面不产生任何不良， 并有良好的冲载性,2,正式稿件,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,3,正式稿件,电 容,MOUNT,4,正式稿件,MOUNT,电 阻,5,正式稿件,MOUNT,带引线的塑料芯片载体,6,正式稿件,MOUNT,薄型小尺寸封装,7,正式稿件,MOUNT,方型扁平式封装,8,正式稿件,MOUNT,球栅阵列,9,正式稿件,MOUNT

3、,10,正式稿件,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 （ceramic leaded chip carrier） 陶瓷密封带引线芯片载体,DIP（dual -in-line package）双列直插封装,SOP（small outline package）小尺寸封装,QFP(quad flat package) 四面引线扁平封装,BGA( ball grid array) 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,11,正式稿件,阻容元件识别方法 1元件尺寸公英制换算

4、（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,1206,0805,0603,0402,0201,3.21.6,50,30,25,25,12,1.27,0.8,0.65,0.5,0.3,2.01.25,1.60.8,1.00.5,0.60.3,MOUNT,12,正式稿件,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,0R5,010,11

5、0,471,332,223,513,0.5PF,1PF,11PF,470PF,3300PF,22000PF,51000PF,13,正式稿件,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”,14,正式稿件,MOUNT,来料检测的主要内容,15,正式稿件,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

6、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,16,正式稿件,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

7、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,17,正式稿件,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 24个真空吸嘴(较早机型)至56个真空吸嘴(现在机

8、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0.080.10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,18,正式稿件,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,19,正式稿件,M

9、OUNT,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

10、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,20,正式稿件,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

11、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,21,正式稿件,MOUNT,贴片机过程能力的验证,3 = 2,700 DPM4 = 60 DPM5

12、 = 0.6 DPM6 = 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,22,正式稿件,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。

13、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,23,正式稿件,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,24,正式稿件,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,25,正式稿件,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

14、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,26,正式稿件,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,27,正式稿件,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,28,正式稿件,4. 元器件,元器件越小，对贴片的精度要求就越高

15、，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,29,正式稿件,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,30,正式稿件,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,31,正式稿件,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AO

16、I,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,32,正式稿件,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,33,正式稿件,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

17、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,34,正式稿件,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,35,正式稿件,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,36,正式稿件,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,37,正式稿件,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,MOUNT,38,正式