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何時(shí)以及如何檢測印制電路板
及時(shí)檢測,即實(shí)時(shí)結(jié)果分析和及時(shí)糾正差錯(cuò),可以避免廢品,改善質(zhì)量和降低損耗。但印制電路板的裝配需要許多連續(xù)的操作。您不禁要問:“在哪個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行檢測最有利?每個(gè)步驟采用何種檢測技術(shù)最好?”典型的印制電路板裝配工作始于一塊裸板,然后上焊劑和安置元器件進(jìn)行紅外線軟熔焊接,也可能手工焊些附加的元器件,具體的操作順序可隨產(chǎn)品性能而變更。
檢測的重點(diǎn)如下: 摞板:確保沒有短路和開路之處,互連線應(yīng)具有適當(dāng)?shù)碾娏鞒惺苣芰?保證金屬化孔的完整性。 焊劑:焊劑量要適當(dāng),不宜太多,要共面、均勻、位置正確。 元器件布局:每個(gè)元器件應(yīng)定位準(zhǔn)確,排列整齊。 焊接質(zhì)量:焊點(diǎn)的電氣和機(jī)械性能應(yīng)良好,沒有漏焊或虛焊。上述考慮不是一成不變的,一種能很好完成某種檢測任務(wù)的系統(tǒng)或許不能很好地完成其他的檢測任務(wù),有些系統(tǒng)確實(shí)具有完善的檢測功能,但代價(jià)高昂,用于某些特殊的生產(chǎn)環(huán)境。
雖然同一個(gè)設(shè)備可以用來完成若干不同類型的檢測任務(wù),但對于一個(gè)特定的檢測任務(wù),往往還需相應(yīng)的特殊技術(shù)。
X射線及渦流
在多層電路板的生產(chǎn)過程中,敷銅的厚度必須符合規(guī)范,層與層之間的定位必須準(zhǔn)確。定向的X射線設(shè)備如FeinFocus公司的FXS-100.82以及Optek公司的透視系統(tǒng)能夠提供多層電路援內(nèi)部各層的布局以及扭曲和壓縮等情況,從而確保沒有定位方面的錯(cuò)誤。
Optek公司負(fù)責(zé)銷售與市場的副總裁羅杰·布賴恩先生說:“例如,HP公司在科羅拉多州拉夫蘭的設(shè)備使用了實(shí)時(shí)可編程CAD控制,自動(dòng)X射線系統(tǒng)檢測多層電路板層與層之間的定位情況,這個(gè)過程快捷和富有特色,能及時(shí)分析各種參數(shù),它不僅使得最優(yōu)化的疊層后鉆孔變得容易,而且在疊層前直接改善了生產(chǎn)控制過程�！�
保證足夠低的阻抗和避免過多的熱消耗的關(guān)鍵在于內(nèi)部連線銅的重量是否合理。在蝕刻前后可以用MRX系統(tǒng)和CMI設(shè)備來完成對敷銅板厚度的測量,這種設(shè)備將渦流和微阻技術(shù)相結(jié)合,提供了材料厚度的直接讀數(shù)。
雖然完成印制電路板裝配的公司希望一開始就完成裸板定位和含銅量的檢測,但通孔鍍層的完整性通常是在后續(xù)的檢測中加以驗(yàn)證。CMI公司的PTX探頭用于完成這個(gè)任務(wù),它和MRX系統(tǒng)的微電阻原理相同,也工作于同樣的渦流.不論板的厚度如何,它都可以將通孔鍍層厚度以3位LCD準(zhǔn)確顯示。
光束和影像
正確的元器件布局和上焊料的位置是很容易由二維圖象檢查的,可以直接得出結(jié)論,也可借助電視攝像機(jī)、掃描器或幀接收器進(jìn)行自動(dòng)圖象分析跟蹤后得出結(jié)論�？墒窃诘谌S中要充分地評價(jià)焊劑質(zhì)量以及測量其份量,往往需要大量的信息。通常用來獲得三維信息的方法,包括從變化的各個(gè)方向照亮物體,測量陰影,分析反射以及三角測量。光源可采用特制的燈或激光束,接收器采用光電管或電視攝像機(jī)。
元器件和焊料的檢查可以組合采用二維電視成像分析和三維激光厚度測量完成,也可單獨(dú)采用三維激光成像完成。無論哪一種情況,數(shù)據(jù)的采集和處理都應(yīng)快速完成,因?yàn)榧词故遣槐匾?通常還是要檢查所有的焊盤、引線和接頭。
Machine Vision Products公司的總工程師湯姆·特羅佐先生說:“攝像機(jī)在一個(gè)畫面上可捕捉到許多特征,而畫面可以50次/s、100次/s、甚至200次/s的速率被捕捉下來。一幅畫面的特征,可由通用計(jì)算機(jī)并行操作,高速處理.價(jià)格不太昂貴的設(shè)備,每秒掃描20~30平方英寸,可檢查400個(gè)焊點(diǎn)或接頭.電視系統(tǒng)的可重復(fù)性在0.5mil范圍內(nèi),錯(cuò)誤檢出率超過99%,錯(cuò)誤報(bào)告在50到500ppm范圍內(nèi),它取決于處理的穩(wěn)定性以及是否檢查焊接接頭或者更普通的特征,如預(yù)焊元件的安置”。
高速三維激光掃描儀可以以每秒一平方英寸到幾平方英寸的速度覆蓋一塊電路板。激光掃描技術(shù)通常的速度大約為30pads/s(QFP)到200pads/s(BGA)。若采用全景系統(tǒng),存在一個(gè)檢查速度、分辨率和準(zhǔn)確度之間折衷的問題。因而,在檢查期間,系統(tǒng)能改變分辨率,僅以高分辨率提高關(guān)鍵區(qū)域的測量精度,而以低分辨率高速度覆蓋電路板的剩余部分。通常,三維激光系統(tǒng)能在生產(chǎn)線的生產(chǎn)周期中完整地檢查一塊印制電路板。
關(guān)于激光和影像技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn),特羅佐先生指出:“垂直軸的觀察能觀察彎曲板且能辨別高元件間低矮的元件。激光技術(shù)能提供高精度的評估,但每次采樣僅能捕獲很小范圍內(nèi)的信息且測量精度受電路板彎曲度的影響�！�
對大量或高速的生產(chǎn)操作來說，自動(dòng)檢查是必不可少的,但不要忽視人工檢查。一些軍用的和國家宇航局的合同就要求這樣做.其實(shí),利用簡易影像系統(tǒng)或光學(xué)顯微鏡比用自動(dòng)系統(tǒng)成本要小得多。
光學(xué)系統(tǒng)也能提供非常高的分辨率,例如,密特朗(Metron)三維掃描儀在放大四倍時(shí),分辨率為57線/mm,放大10倍時(shí),分辨率為141線/mme在這種場合,高智能的傳感器人眼和人腦也能發(fā)揮一些優(yōu)勢。Metron Optics公司的總裁保羅·肯普特先生認(rèn)為:“在檢查高密度板時(shí)人工操作是特別有效的。因?yàn)槿祟悘男】吹木褪峭暾奈矬w,而機(jī)器看的只是線條,對人類來說,邊緣檢查也不成問題�！�
Metron對高密度印制電路板提供了電路板比較器,它為正確的母板和生產(chǎn)的新板提供鏡像比較,在一個(gè)高分辨率屏幕上顯示活動(dòng)圖象且可放大四倍、七倍或十一倍觀察。光學(xué)母板可代替實(shí)際的PCB母板作為標(biāo)準(zhǔn)樣板。對大量不同的電路板,特別是對根據(jù)合同裝配生產(chǎn)的電路板來說.為每個(gè)設(shè)計(jì)都存儲一塊母板是不太現(xiàn)實(shí)的,而雙面光學(xué)母板易于制作且易于存儲于很小的空間之中�！�
用于焊接質(zhì)量檢查的X射線
在各種類型的視覺系統(tǒng)中短路通常易被發(fā)現(xiàn)，但虛焊或漏焊,如在BGA情況下就不一定能被發(fā)現(xiàn)了。這時(shí),必須依靠能穿透物體和發(fā)現(xiàn)隱患的X射線技術(shù)。三種形式的X射線器具被用于PCB檢查:1.點(diǎn)X射線源及由圖象增強(qiáng)器或電影構(gòu)成的探測器平面。2.一個(gè)大型X射線掃描源及按反轉(zhuǎn)幾何X射線技術(shù)安置的點(diǎn)探測器。3.就象用于X射線分層法的旋轉(zhuǎn)裝置。
點(diǎn)源X射線器具如今常用于醫(yī)療和工程分析中,盡管它有一個(gè)向下的側(cè)面,但難于解釋在X,Y平面互相重疊,在Z軸方向處于不同位置的物體的圖象，如雙面PCB上的元件。同時(shí)，因?yàn)榱Ⅲw的信息通常借助于從灰度標(biāo)度推斷得出,故也是難以快速得到的。
可是,點(diǎn)源X射線器具在許多普通的PCB檢查中是非常有用的,有些系統(tǒng)如Glenbrook技術(shù)公司的RTX Mini系統(tǒng),由于小而輕,因而很容易從一條生產(chǎn)線拿到另一條生產(chǎn)線使用。
要增強(qiáng)一些具有并發(fā)的影像檢查設(shè)備的X射線系統(tǒng)的使用價(jià)值和應(yīng)用潛能，Glenbrook Dual一VU系統(tǒng)可以使得一塊PCB表面的圖象被放大15倍后顯示于一個(gè)監(jiān)控器上,而同一區(qū)域的X射線圖形顯示于第二個(gè)監(jiān)控器上。
X射線分層法
當(dāng)上述許多技術(shù)和系統(tǒng)應(yīng)用于特殊的檢驗(yàn)任務(wù)時(shí),沒有必要包括所有的評估整個(gè)裝配過程質(zhì)量所需的功能，HP的顧問史蒂夫·魯克斯先生說:“自動(dòng)化的激光三角測量系統(tǒng)能在安置元件前有效地
檢查焊劑鍍層的情況,但它不能檢查焊劑粘合的質(zhì)量。同樣,自動(dòng)化的光學(xué)檢驗(yàn)系統(tǒng)能理想地識別丟失和弄錯(cuò)的元件,但由于尾部焊接時(shí)可靠性的關(guān)鍵在它們視線之外,故它們不能恰當(dāng)?shù)卮_定小間距的QFP焊接的質(zhì)量。
X射線分層法能夠在Z平面的任意高度用截面的X射線圖象分離和測量關(guān)鍵的焊接接縫的特征。魯克斯先生說產(chǎn)分析由X射線分層法系統(tǒng)如HP的4pi5DX系統(tǒng)得到的焊接接縫的測量結(jié)果就能描述和改善整個(gè)裝配過程的每一步。例如,對于穿過單層PCB的焊接接頭或多層PCB中的焊接接頭,偏離平均焊料厚度或體積偏差的大小直接反映了粘貼一一印制過程中出現(xiàn)錯(cuò)誤的來源以及程度.類似地,管腳到焊盤偏移的變化提供了元件安置過程的信息,尾部焊點(diǎn)形狀的變化提供了熱熔焊接過程中的數(shù)據(jù)。
故障檢測和避免
在生產(chǎn)流程中選擇最有利的檢測階段前，首先應(yīng)考慮兩個(gè)問題：
1.如果不加以適當(dāng)?shù)谋O(jiān)測，哪一個(gè)環(huán)節(jié)最可能失控？
2.考慮到節(jié)約返工的花費(fèi),避免碎屑,顧客滿意,潛在責(zé)任的限制等諸多因素,哪一種檢測方法在檢測設(shè)備和勞動(dòng)花費(fèi)上能提供最高的回報(bào)?
第一個(gè)問題通常通過觀察和經(jīng)驗(yàn)就可以解答,自第二個(gè)問題需要經(jīng)過細(xì)致的分析才能解答。
必須在每一個(gè)處理步驟后評價(jià)診斷能力以檢查故障和減少返工,必須評價(jià)檢測設(shè)備能識別故障并提供實(shí)時(shí)反饋的程度,同時(shí)進(jìn)行的性能價(jià)格州將顯示出在目標(biāo)的哪一個(gè)步驟檢測設(shè)備將提供最好的回報(bào)。不管選擇的設(shè)備和生產(chǎn)步驟如何,找出有缺陸的焊點(diǎn)或器件的準(zhǔn)確位置,對于減小重復(fù)勞動(dòng)是很必要的。此外,如果板上有缺陷的位置能夠曲線化表示,則可以減少一半修理時(shí)間。魯克斯先生解釋說:“有了圖示化系統(tǒng)就不需在板上貼上修理單,且很容易收集缺陷和修理數(shù)據(jù),從而改進(jìn)處理控制�！�
因?yàn)槿藗兛偸窍Ｍ茴A(yù)防缺陷的發(fā)生而不希望缺陷產(chǎn)生后去修復(fù)它,因而獲得零缺陷檢測的能力就是最重要的目的.當(dāng)建立的保護(hù)有助于完成控制時(shí),用近似實(shí)時(shí)的方式監(jiān)視處理結(jié)果,分析偏差并且及時(shí)發(fā)出警告。
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