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    蘇州眾拓自動化科技有限公司

    AOI檢測設備的基本設置

    2020-09-05

    基本優化

    每塊PCB可以采用光學或者X-ray技術并運用適當的運算法則來進行檢查?;趫D像檢查的基本原理是:每個具有明顯對比度的圖像都是可以被檢查的。在AOI中存在的主要問題是,當一些檢查對象是不可見的,或是在PCB上存在一些干擾使得圖像變得模糊或隱藏起來了。然而,實際經驗和系統化測試都表明,這些影響是可以通過PCB的設計來預防甚至減少的。為了推動這種優化設計,可以運用一些看上去很古老的附加手段(這些方法仍在很多領域被推崇),它的優點包括:

    減少編程時間

    限度地減少誤報?改善失效檢查。

    制定設計方針,可以有效地簡化檢查和顯著地降低生產成本。ViscomAG和KIRRONGmbH&CoKG合作開發出一項特殊測試方案,目的是為了從根本上研究和證明這些設計在檢查中產生的效果?;贗PC-7350標準的PCB布局被推薦為針對這些測試的基準。首先,為了探究每一種布局的檢查效果,建議在大量PCB布局上采用這種基準;之后,再有意地利用PCB錯誤布局,使得它產生一些工藝中的缺陷,如立碑和引腳懸空等。

    布局建議

    針對AOI檢查的PCB整體布局

    器件到PCB的邊緣應該至少留有3mm(0.12”)的工藝邊。片式器件必須優先于圓柱形器件。布局上建議考慮傳感器技術,因為有時檢查只能通過垂直(正交)角度,而其他時候又需要一個輔助的角度來進行。

    元器件

    對一個穩定的工藝過程來說,一個重要的因素是元器件,這不僅與PCB上直接的器件布局有關,而且或多或少也與“工藝流程設計”有關。元器件的采購趨勢是盡可能地便宜,而不管它在顏色、尺寸等參數上的不同。不幸的是,這些選擇在日后對AOI或AXI檢查過程中造成的影響往往被忽略了。始終采用同樣的材料和產品能夠顯著地減少檢查時間和誤報,而這些問題主要是通過元器件以及PCB的突然變化而出現的。

    元器件尺寸

    IPC-7350標準描述了器件的尺寸,并對某些焊盤的尺寸提出了建議。根據IPC標準,器件的長度和引腳的寬度可以有一個較大變化范圍,相反,焊盤的尺寸卻是相對固定的。此外,PCB制造公差的影響相對于這些器件的變化來說也是是很小的。

    PCB的顏色和阻焊

    通常,設備能夠檢查出所有不同單板的顏色,盡管檢查中的某些細節處理是不倚賴于顏色的。例如,一塊白色和一塊綠色的PCB有著不同的對比度,因此設備需要一些特定的補償。在一種極端情況下,橋接在亮背景下呈現黑色,而在另一種極端情況下,橋接在黑背景下卻是呈現出亮色。這里我們建議使用無光澤的阻焊層。在我們的實踐中,焊盤間(甚至是細間距引腳)的區域也應該覆蓋著阻焊層,這個建議也已經被焊料供應商所響應。

    印刷圖案

    所有印有圖案的PCB也是能夠被檢查的,例如,當元器件的邊框或元器

    件本體上的字母單獨出現在組件的某個區域從而干擾對其他部分的檢查時,可以手工調整檢查程序。盡管如此,在生產允許的范圍內,圖案的印刷范圍仍然有一個較大的選擇,因此,減少非反射性標識印刷(黑或暗黃)值得加以考慮。另外一個可能出現的情況是需要有選擇地印刷標識:例如,當某些特定的器件(如霍爾傳感器)正面向下時就必須印刷成白色;而另一種情況是印有極性標志的有傾斜角的鉭電容器件;這樣能使標識和背景形成鮮明的對比,使得檢查的圖像更加清晰。

    基準點

    設備可以檢查所有類型的基準點,而且任何構件都可以被定義成一個基準點。

    雖然三個基準點可以補償一塊單板的變形,但通常情況下只需要確定兩個基準點就可以了。每個基準點至少離單板邊緣5mm(0.2”)。十字形、菱形、星形等比較適用,并建議使用統一的黑背景。此外,十字形的基準點特別有優勢,他們在檢測光下的圖像十分穩定且可以被快速和容易地判定。。

      
    確認壞板

    設備有能力檢查所有已知類型的壞板標識。板上的任何構件都可以被定義為壞板標識。這里建議采用與上述基準點的判定相類似的方法,即在可能的情況下,首先通過檢查整板或已完成組裝的單板上的單個壞板標識來進行確認。板上每個單獨的壞板標識只有在整板的壞板標識檢查失敗后才會被逐一檢查;整板的壞板標識應該定位于PCB的邊上。

    避免焊點反射

    焊點的形狀和接觸角是焊點反射的根源。焊點的形成依賴于焊盤的尺寸、器件的高度、焊錫的數量和回流工藝參數。為了防止焊接反射,應當避免器件對稱排列。

    波峰焊

    經過波峰焊后,焊點所有的參數會有很大的變化,這主要是由于焊爐內錫的老化導致焊盤反射特性從光亮到灰暗,因此,在檢查時算法上必須要包含這些變化。在波峰焊中,典型的缺

    陷是短路和焊珠。當檢測到短路時,假如印刷的圖案或者無反射印刷這兩種情況的減少以及應用阻焊層,就可以消除這些誤報。如果基準點沒有被阻焊膜蓋住而過波峰焊,可能會導致一個圓形基準點上錫成了一個半球,其內在的反射特性將會發生改變;應用十字型作為基準點或者用阻焊層覆蓋基準點,可以防止這種情況的發生。

    片式元件、MELF器件和C-leads器件

    在片式元件和MELF器件上,彎月狀的焊點必須被正確地識別出來;而在器件本體兩側下方的焊點由于焊錫無爬升,很難檢查。另外,焊盤邊緣到焊端的間距Xc也需要注意。Xc(焊盤的外側間距)對Xi(焊盤的內側間距)的比率應選擇>1。同樣的規則也適用于C-leads器件的彎月型和器件本體兩側的焊盤設計。這里,我們建議Xc對Xi的比率稍微大于1.5。值得注意的是:任何元器件的長度變化也必須計算在內。

    “鷗翼”型引腳器件

    通常,這類器件的判定標準可以通過對毛細效應在垂直方向的作用的分析中找到。由于毛細力,焊錫從焊盤末端爬到引腳上形成焊點。由于工藝波動和器件邊緣的阻擋作用,導致不能完全形成一個完整的上半月型焊點。盡管沒有形成一個上半月型的焊點,但也可以被認為焊接得很好?!苞t翼”型引腳焊錫的側面爬升情況由于器件變化或焊盤設計的原因,并不是經常能夠被檢查出來,這是由于焊錫的爬升方向必須用同引腳方向垂直的角度去檢查。假如爬升很小,必須從其他角度來檢查,而只有通過這樣的輔助檢查,才能提供豐富的圖像信息去評估焊點的好壞。

    斜角檢測:PLCCs型器件

    PLCCs器件的引腳的焊盤有著不同設計。如果是一個長焊盤設計,在PLCC引腳上焊錫的爬升效果是可以檢查的。如果焊盤保持明亮,那么焊錫已經爬升到了引腳端,所以認為器件是焊上了。假如遵循這個設計原則,可以通過垂直檢測來檢查出缺陷。

    對于PLCC焊點,有時會出現少錫的情況。由于引腳少錫的爬升情況和沒有焊錫時是一樣的,所以對PLCC焊點不能通過垂直檢測,而要通過斜角檢測的方式來檢查少錫缺陷。

    布局建議

    PCB的整體布局對于普通的AXI測試PCB布局,所有的焊盤都必須進行阻焊處理。這是因為阻焊層和實際的焊盤并沒有真正地接觸到,在阻焊層和焊盤之間存在著一定的間隙。這樣做的好處是:焊錫受熱后就可以聚集在焊盤內,這也使得在XRAY影像中很容易再現焊料的爬升情況。

    2Dx-ray

    當應用2Dx-ray技術時,所有的器件都需要被布置在PCB的正面。而用2Dx-ray去檢測這些器件時,還必須再定義出一塊沒有器件的地方為“禁區”。對于有些BGAs,會推薦使

    用一種淚滴型的不對稱焊盤設計,這使得焊錫的成型性質被系統錯誤的判斷為一種幾何的連接形態;此外,一些特殊的QFN向內或向外的彎月型焊盤設計也同樣有這種情況。

    QFN焊盤設計

    QFN器件的焊盤尺寸、焊膏印刷面積與它的引腳尺寸是同樣大小的,而且器件的引腳是交錯排列在封裝體底部的。

    因此,QFN的焊盤設計建議為:焊盤伸出于器件引腳的外端,而

    縮進于器件的內端,這樣使得在器件引腳的內外形成彎月型焊盤。在這里很重要的一點是,在進行設計計算時必須考慮器件的公差范圍。

    BGA設計

    在BGA設計時,焊點的形狀(如淚滴型)可以通過特別的布局使其成為可見的;就是說,淚滴型的焊點除了具有奇怪的形狀外,它的方向也是很隨意的??偠灾?,在器件面的焊盤和在PCB上的焊盤正好和BGA焊球的大小是一樣的。在德國Erlangen大學,學者做了大量的研究去評價單個焊盤形狀的模型;他們發現,無論焊盤是圓形還是非圓形的,焊膏印刷圖形要保持為圓形不變。

    結論

    作為慣例,在生產中,測試系統應當根據生產批量的要求建立并優化。實際運作中無數次地證明,僅這樣做是遠遠不夠的。如果在兩周的生產時間內要測試一個新批次的PCB,有可能會發生這樣的情況:ELKO的顏色突然由黑色變為了黃色,或者晶體管的引腳變短了、是彎的;或是電阻的顏色由黃色變成了藍色的,等等。

    AOI檢查程序必須而且能夠處理這些不同的變化所帶來的問題。但是,其中的一些變化需要花費時間進行處理,因為我們不能預先知道是否有一種新的元器件被使用,或是存在一個錯誤的元器件布局。同時,面對質量方面的困難,大量允許的可能出現的情況也需要一個一致的,確實可行的說明。


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