监测表面贴装元件贴装

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1、监测表面贴装元件的贴装在PCB上增加电路密度的愿望继续是表面贴装装配线技术发展水平进步的主要推动力之一。这个进步包括0201片状包装、密间距QFP、高输入/输出BGA、CSP和倒装芯片(flipchip)的使用。这些元件的使用给装配工艺过程提出了很严厉的要求。特别是，要达到所希望的效率与可靠性很大程度上取决于元件贴装工艺过程。越来越多的表面贴装线正在使用自动的、在线式、贴装后的检查工具，来监测贴装过程的状态。贴装后的检查可以发现诸如元件丢失、极性交换和元件位置超出所规定误差等缺陷。　　除了查找缺陷之外，贴装后的检查工具也可以检

2、查影响精度、质量和装配过程效率的工艺更改情况。如果可以通过监测元件贴装精度来发现和确认更改工艺情况，那么马上可以采取改正行动，以使其对效率的影响最小。这个能力要求分析测量数据的诊断工具的应用，诊断的使用要求对贴装过程中错误的可能根源的全面了解。　　模板印刷工艺　　贴装错误的一个可能根源是模板印刷过程。特别是，锡膏块的高度、面积或体积可能影响贴装精度，由于贴装期间引脚落到锡膏里面时的元件横向运动。为了检验这个推测，通过位于乔治亚工学院(GeorgiaTech,Atlanta,GA)电路板装配研究中心(CBAR,Centerfor

3、BoardAssemblyResearch,Sidebar)的表面贴装/倒装芯片装配线，处理了大量的板。在运行期间，改变模板印刷机的刮板压力、印刷速度、脱离(snap-off)间隔和脱离速度以得到锡膏块的高度、面积和体积的一个范围值。使用商业上可购买到的检查工具，我们测量了印刷后锡膏块的高度、面积和体积，以及贴装后元件的X和Y的偏差。　　图一和图二显示了X和Y偏差图，它们是0402元件和0.4mm间距的LQFP元件的锡膏块高度、面积与体积的函数。如果在偏移与锡膏参数之间存在很强的关联，图一与图二中的图表将揭示这个关系。但是，从

4、图表上看到，该图由一簇簇的点所组成，没有显示明显的关系。对于0402元件，图形显示X与Y的偏移随着高度的增加而有些分散，但是数值的分散是由于较大高度值的数据点占多数。从测得的数据计算的互相关值很低，进一步证实了贴装精度与锡膏块高度、面积和体积之间没有重要的关系。　　在双面胶带上贴装　　该试验没有包括由于锡膏块与焊盘位置之间的偏离或由于奇形怪状的或非矩形的锡膏块所造成的对贴装精度的可能影响。为了消除涉及锡膏块的任何因素，我们作了另一个试验，印刷之后用双面胶带覆盖一半的板面。基准点(fiducial)留下没有覆盖。然后元件贴装在胶

5、带上，这样锡膏就不会影响贴装精度。将胶带贴在印有锡膏的板上对我们贴装后的检查工具的适当运作是必须的。板的另一半是以正常的方式处理的，元件贴装在锡膏内。　　试样结果在图三和图四中提供，其显示出X偏移的平均值和标准偏差，是对正常板和双面胶带板的元件类型的一个函数。注意，标准偏差对于双面胶的板较小，除两个元件之外，X偏移的平均值对双面胶的板较小。　　这些结果显示，将元件贴放在锡膏内对贴装精度有一些影响，但是从图三和图四中的图形看到，该影响是很小的。因此，该结果与第一个试验是一致的。模板印刷工艺对贴装精度没有重要影响。这个说法不是意味

6、着模板印刷工艺的品质对结果没有影响，特别是，印刷后锡膏块的量是决定回流后焊接点品质的主要因素。　　其它错误根源　　贴装错误可能是由于贴装设备的问题，包括：元件吸取、元件到正确位置的移动、和元件贴装。　　在元件吸取中，送料器(feeder)的设定错误可能造成位置偏移，将影响到贴装精度。虽然贴装机器可能使用视觉系统来检查吸取后的元件位置，但错误还可能由于成像系统的有限解析度或成像过程中的缺陷而发生。元件到正确位置的移动要求机器正确地校准，并且拱架系统(gantrysystem)不产生偏移错误。元件的正确定位也要求贴装吸嘴(nozz

7、le)的正常运作。元件吸取、移动或贴装的问题可以通过分析元件偏移错误来检查。　　贴装错误分析　　三个参数在分析贴装偏移错误中是有益的：　　一块板上一系列元件的偏移平均值　　一块板上一系列元件偏移的标准偏差　　一块板上一系列元件中偏移超出界限的次数　　一个相对大的平均值表示诸如失去校准的工艺过程中存在一个偏差。标准偏差提供贴装精度可变化程度的一个测量参数。超出某界限的偏移数量提供有关偏移值分布“拖尾”的信息。　　在贴装过程中一个问题的存在可以随着板在生产线上的移动，通过分析这些参数来发觉。另外，一个问题的根源可以通过分析板上特定

8、元件组合的这些参数来确认。例如，一个送料器的问题可以通过计算和分析来自不同送料器位置的元件组合的这些参数来发觉。一个贴装吸嘴的问题可以通过计算和分析由不同吸嘴贴装的元件组合的这些参数来发觉。这些参数作为吸嘴标号的函数，对其计算可以结合吸嘴贴装真空压力，以提高对问题的觉察。