何時以及如何檢測印制電路板

及時檢測,即實時結(jié)果分析和及時糾正差錯,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:“在哪個生產(chǎn)環(huán)節(jié)進行檢測最有利?每個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。

檢測的重點如下: 摞板:確保沒有短路和開路之處,互連線應具有適當?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,不宜太多,要共面、均勻、位置正確。 元器件布局:每個元器件應定位準確,排列整齊。 焊接質(zhì)量:焊點的電氣和機械性能應良好,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)確實具有完善的檢測功能,但代價高昂,用于某些特殊的生產(chǎn)環(huán)境。

雖然同一個設(shè)備可以用來完成若干不同類型的檢測任務(wù),但對于一個特定的檢測任務(wù),往往還需相應的特殊技術(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誤。

Optek公司負責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)備使用了實時可編程CAD控制,自動X射線系統(tǒng)檢測多層電路板層與層之間的定位情況,這個過程快捷和富有特色,能及時分析各種參數(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)的檢測中加以驗證。CMI公司的PTX探頭用于完成這個任務(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、掃描器或幀接收器進行自動圖象分析跟蹤后得出結(jié)論�？墒窃诘谌�維中要充分地評價焊劑質(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。

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)的采集和處理都應快速完成,因為即使是不必要的,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:“攝像機在一個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,可由通用計算機并行操作,高速處理.價格不太昂貴的設(shè)備,每秒掃描20~30平方英寸,可檢查400個焊點或接頭.電視系統(tǒng)的可重復性在0.5mil范圍內(nèi),錯誤檢出率超過99%,錯誤報告在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),存在一個檢查速度、分辨率和準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,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,利用簡易影像系統(tǒng)或光學顯微鏡比用自動系統(tǒng)成本要小得多。

光學系統(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,分辨率為57線/mm,放大10倍時,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·肯普特先生認為:“在檢查高密度板時人工操作是特別有效的。因為人類從小看的就是完整的物體,而機器看的只是線條,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,在一個高分辨率屏幕上顯示活動圖象且可放大四倍、七倍或十一倍觀察。光學母板可代替實際的PCB母板作為標準樣板。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.為每個設(shè)計都存儲一塊母板是不太現(xiàn)實的,而雙面光學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,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X射線源及由圖象增強器或電影構(gòu)成的探測器平面。2.一個大型X射線掃描源及按反轉(zhuǎn)幾何X射線技術(shù)安置的點探測器。3.就象用于X射線分層法的旋轉(zhuǎn)裝置。

點源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，因為立體的信息通常借助于從灰度標度推斷得出,故也是難以快速得到的。

可是,點源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)的使用價值和應用潛能，Glenbrook Dual一VU系統(tǒng)可以使得一塊PCB表面的圖象被放大15倍后顯示于一個監(jiān)控器上,而同一區(qū)域的X射線圖形顯示于第二個監(jiān)控器上。

X射線分層法

當上述許多技術(shù)和系統(tǒng)應用于特殊的檢驗任務(wù)時,沒有必要包括所有的評估整個裝配過程質(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,自動化的光學檢驗系統(tǒng)能理想地識別丟失和弄錯的元件,但由于尾部焊接時可靠性的關(guān)鍵在它們視線之外,故它們不能恰當?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，首先應考慮兩個問題：

1.如果不加以適當?shù)谋O(jiān)測，哪一個環(huán)節(jié)最可能失控？

2.考慮到節(jié)約返工的花費,避免碎屑,顧客滿意,潛在責任的限制等諸多因素,哪一種檢測方法在檢測設(shè)備和勞動花費上能提供最高的回報?

第一個問題通常通過觀察和經(jīng)驗就可以解答,自第二個問題需要經(jīng)過細致的分析才能解答。

必須在每一個處理步驟后評價診斷能力以檢查故障和減少返工,必須評價檢測設(shè)備能識別故障并提供實時反饋的程度,同時進行的性能價格州將顯示出在目標的哪一個步驟檢測設(shè)備將提供最好的回報。不管選擇的設(shè)備和生產(chǎn)步驟如何,找出有缺陸的焊點或器件的準確位置,對于減小重復勞動是很必要的。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),從而改進處理控制�！�

因為人們總是希望能預防缺陷的發(fā)生而不希望缺陷產(chǎn)生后去修復它,因而獲得零缺陷檢測的能力就是最重要的目的.當建立的保護有助于完成控制時,用近似實時的方式監(jiān)視處理結(jié)果,分析偏差并且及時發(fā)出警告。

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