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昆山SMT行業(yè)外觀檢測(cè)設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)

發(fā)布時(shí)間:2016-06-20 08:39:52 分類:資料中心

 隨著SMD元件小型化的發(fā)展趨勢(shì)及昆山smt工藝越來(lái)越高的要求,電子制造業(yè)對(duì)檢測(cè)設(shè)備的要求也越來(lái)越高。未來(lái)昆山smt生產(chǎn)車間配置的檢測(cè)設(shè)備應(yīng)該比smt生產(chǎn)設(shè)備多。終的解決方案應(yīng)該是SPI+爐前AOI+爐后AOI+AXI的組合。

  
  1、SMD元件小型化的趨勢(shì)及對(duì)AOI設(shè)備的需求
  
  隨著社會(huì)的進(jìn)步,科技的發(fā)展,滿足人們各種愿望的便攜設(shè)備越來(lái)越多,制作越來(lái)越精細(xì),如藍(lán)牙耳機(jī),PDA,上網(wǎng)本,MP4,SD卡等等。這些產(chǎn)品的需求刺激了SMD元件小型化的發(fā)展,而元件的小型化也促進(jìn)便攜設(shè)備的發(fā)展。 SMD無(wú)源元件發(fā)展趨勢(shì)是這樣的,1983年出現(xiàn)了0603元件,1989年出現(xiàn)了0402的元件,1999年開始有了0201的元件,在今天我們已經(jīng)開始使用01005的元件了。
  
  01005的元件初用于起博器等尺寸敏感成本不敏感的醫(yī)療設(shè)備上,隨著01005元件生產(chǎn)的規(guī)?;?,01005元件的價(jià)格已經(jīng)比剛推出時(shí)的價(jià)格下降了5倍,這樣01005元件的使用范圍隨著成本的降低不斷地?cái)U(kuò)大到別的領(lǐng)域的產(chǎn)品上,從而刺激新的產(chǎn)品的不斷出現(xiàn)。
  
  SMD的元件從0402,發(fā)展到0201再到了01005,尺寸變化如下圖所示:
  
  01005芯片電阻的尺寸為0.4 mm×0.2 mm×0.2 mm,面積僅分別為前兩者的16%、44%,體積則僅為前兩者的6%、30%。對(duì)于尺寸敏感的產(chǎn)品來(lái)說,01005的普及給產(chǎn)品帶來(lái)生機(jī)。當(dāng)然,同時(shí)也給電子制造業(yè)帶來(lái)新的挑戰(zhàn)與機(jī)遇! 01005元件和0201元件的生產(chǎn),給smt生產(chǎn)設(shè)備從前端到后端都提出極高的精準(zhǔn)度要求。
  
  對(duì)于0402的元件來(lái)說,用肉眼檢查都已經(jīng)是很吃力,難以持久的事情,更別說正在普及的0201的元件和正在發(fā)展中的01005的元件。所以smt生產(chǎn)線需要AOI設(shè)備來(lái)做檢查已經(jīng)是行業(yè)共識(shí)。對(duì)于0201這樣的元件來(lái)說,如果發(fā)生缺陷,只能放在顯微境下,用專用的工具維修。所以維修成本變得比0402的高很多,對(duì)于01005這樣尺寸(0.4x0.2x0.13mm)的元件來(lái)說,單用肉眼是很難看到的,使用任何工具來(lái)操作和維修就更困難了。因此01005元件如果在工藝上出現(xiàn)缺陷幾乎是不能返修。所以隨著器件的小型化發(fā)展,我們更加需要AOI機(jī)器來(lái)對(duì)工藝進(jìn)行過程控制,而不僅是檢查出產(chǎn)生了缺陷的產(chǎn)品。這樣我們就能在工藝中盡早發(fā)現(xiàn)缺陷,改善工藝,減少錯(cuò)誤的發(fā)生。
  
  2、smt外觀檢測(cè)設(shè)備的使用現(xiàn)狀
  
  雖然AOI設(shè)備起源于20年前,但是在很長(zhǎng)一段時(shí)間,因?yàn)閮r(jià)格昂貴,難以掌握,檢出效果不盡人意,AOI只是作為概念存在而已,并未得到市場(chǎng)的認(rèn)可。但是,自從2005年以后,AOI發(fā)展迅猛,AOI設(shè)備供應(yīng)商如雨后春筍,紛紛涌現(xiàn),各種新概念,新產(chǎn)品層出不窮,特別是內(nèi)的AOI設(shè)備廠商是我smt界的驕傲,產(chǎn)的AOI設(shè)備在使用效果上與外產(chǎn)品已經(jīng)不想上下,而因?yàn)楫a(chǎn)AOI的崛起,使AOI整體價(jià)格下降到以前的1/2~1/3,因此就AOI代替人工目視所節(jié)省的人力成本來(lái)說,購(gòu)買AOI也是值得,更不用說用AOI還能提升產(chǎn)品的直通率,得到比人工更加穩(wěn)定的檢測(cè)效果。所以對(duì)目前smt加工廠家來(lái)說AOI已經(jīng)是必備的設(shè)備了。
  
  通常情況下,可將AOI放置在smt生產(chǎn)過程中的3個(gè)位置,印刷焊膏后,回流焊前和回流焊后分別監(jiān)控不同的工段的品質(zhì)。雖然AOI的使用已經(jīng)是潮流,但是目前大多數(shù)的廠家仍然只是在爐后安裝了AOI,將AOI作為產(chǎn)品流入下一個(gè)工段的后把關(guān)者,僅是代替人工目測(cè)而已。另外,很多的的使用廠家對(duì)于AOI的認(rèn)識(shí)還是存在誤區(qū)的。沒有AOI可以做到?jīng)]有誤測(cè),也沒有AOI可以做到?jīng)]有漏測(cè),大多數(shù)的AOI都是在誤測(cè)與漏測(cè)之間選擇合適的平衡點(diǎn),因?yàn)椴还苣姆N方式的AOI的算法都是在當(dāng)前樣本與電腦樣本(既可以是圖像也可以是參數(shù))之間做比較,根據(jù)相似度作出判斷。
  
  目前使用爐后AOI還有很多檢測(cè)死角,如單鏡頭的AOI只能檢測(cè)部分QFP,SOP翹腳,虛焊。但是多鏡頭的AOI對(duì)QFP和SOP的翹腳與少錫的檢測(cè)率僅比單鏡頭的AOI提升了30%,但是卻增加了AOI的成本及操作編程的復(fù)雜程度,這些利用可見光的影像制作的AOI對(duì)不可見焊點(diǎn)如BGA缺球,PLCC假焊的檢測(cè)無(wú)能為力。

 放置于錫膏印刷之后,檢測(cè)錫膏印刷質(zhì)量的AOI被行業(yè)人士稱為SPI。目前僅少數(shù)上規(guī)模的企業(yè)或做軟板(FPCB)的企業(yè)配備了此種設(shè)備。速度,精準(zhǔn)性,誤判率及價(jià)格是制約此種設(shè)備普及的原因。

  
  目前放置于爐前的AOI使用非常少,僅用于有些爐后不能檢測(cè)(如某些手機(jī)板帶屏蔽罩過爐,必須在裝屏蔽罩之前檢測(cè))或檢測(cè)效果不好的產(chǎn)品(如軟板)。
  
  另外,有一種近年來(lái)興起的外觀檢測(cè)設(shè)備AXI,正在高速發(fā)展中。2009年NEPCON的展會(huì)已經(jīng)新出現(xiàn)了多家在線式的AXI設(shè)備,多家檢測(cè)設(shè)備供應(yīng)商都看好AXI的未來(lái)的發(fā)展,是因?yàn)锳XI能真正解決單鏡頭AOI的檢測(cè)盲點(diǎn),在線式AXI的興起使多鏡頭的AOI變得沒有意義。AXI是利用不可見光Xray來(lái)檢測(cè)PCB裝配。它的優(yōu)點(diǎn)如下:可檢查的缺陷包括:虛焊、橋連、立碑、焊料不足、氣孔、器件漏裝,IC翹腳,IC少錫等等。尤其是X-RAY對(duì)BGA、PLCC,CSP等焊點(diǎn)隱藏器件也可檢查。因?yàn)閳D像是二值化圖像,圖像識(shí)別相對(duì)來(lái)說容易完成,誤測(cè)低。它的缺點(diǎn)是:速度慢,價(jià)格貴,真正在線使用非常少,大部分以離線使用為主。目前在線式的機(jī)器還不太成熟,還沒有被使用廠家認(rèn)識(shí)與接受。
  
  3、各類無(wú)錫smt外觀檢測(cè)設(shè)備功能分析
  
  a) 用于測(cè)量印刷機(jī)后的錫膏印刷質(zhì)量檢測(cè)機(jī)SPI: SPI檢查在錫膏印刷之后進(jìn)行,可發(fā)現(xiàn)印刷過程的缺陷,從而將因?yàn)?/span>錫膏印刷不良產(chǎn)生的焊接缺陷降低到低。典型的印刷缺陷包括以下幾點(diǎn):焊盤上焊錫不足或過多;印刷偏移;焊盤之間存在錫橋;印刷錫膏的厚度、體積等。在這個(gè)階段必須有強(qiáng)大的制程監(jiān)控資料(SPC),如印刷偏移和焊錫量信息,而有關(guān)印刷焊錫的定性信息也會(huì)產(chǎn)生,供生產(chǎn)工藝人員分析使用。以此改善工藝,提高工藝,降低成本。此種設(shè)備目前分為2D和3D兩種類型。2D不能測(cè)量錫膏的厚度,只能測(cè)量錫膏的形狀。3D既可以測(cè)量錫膏的厚度也能測(cè)量錫膏的面積,從而能算給出錫膏的體積。隨著元件的細(xì)微化,如01005的元件所需的錫膏厚度僅為75um,而其它普通的大元件錫膏厚度130um左右??梢?/span>印制不同錫膏厚度的自動(dòng)印刷機(jī)一進(jìn)分出現(xiàn)了。所以只有3D的SPI才能滿足未來(lái)錫膏制程控制的需要。那么我們未來(lái)要怎樣的SPI才能真正滿足制程需要呢?主要是這些方面的要求:
  
  i.一定是3D。
  
  ii.高速檢測(cè),目前的激光SPI測(cè)厚度準(zhǔn)確,但速度還不能完全滿足生產(chǎn)的需要。
  
  iii.正確的或可調(diào)的放大倍率(光學(xué)和數(shù)碼放大倍率是非常重要的參數(shù),這些參數(shù)能夠決定設(shè)備終的檢測(cè)能力。要精確的檢測(cè)0201,01005的器件,光學(xué)和數(shù)碼的放大倍數(shù)是很重要的,必須保證能夠提供給AOI軟件的檢測(cè)算法足夠的解析度和圖像信息)。但是在相機(jī)像素固定的情況下,放大倍率與FOV是成反比的關(guān)系,F(xiàn)OV的大小又會(huì)影響到機(jī)器的速度。而同一片板上,大小元件同時(shí)存在,所以根據(jù)產(chǎn)品上元件的大小選擇合適的光學(xué)分辨率或可調(diào)的光學(xué)分辨率是重要的。
  
  iv.光源的可選性:可編程光源的使用將是確保大缺陷檢出率的重要手段
  
  v.更高的精確度和重復(fù)性:元器件的微型化,促使生產(chǎn)過程中所使用設(shè)備的精確性與重復(fù)性變得更加重要。
  
  vi.超低的誤判率:只有控制住基本的誤判率才能真正發(fā)揮機(jī)器給工藝帶來(lái)的信息的可用性和選擇性以及操作性
  
  vii.SPC制程分析及與其它位置AOI之間的缺陷信息共享:強(qiáng)大的SPC制程分析,外觀檢測(cè)的終目的是改善制程,使制程合理化,達(dá)到優(yōu)的狀態(tài),從而控制制造成本
  
  b)爐前的AOI:由于元件的小型化,0201元件缺陷在焊接之后的維修已經(jīng)很困難,01005元件的缺陷基本是不能維修的。所以爐前AOI會(huì)變得越來(lái)越重要,爐前的AOI可以檢測(cè)貼片元件的偏位,錯(cuò)件,缺件,多件,極性反等貼片工藝的缺陷。所以爐前的AOI一定是在線的,重要的指標(biāo)就是高速,高精準(zhǔn)度及重復(fù)性和低的誤判。同時(shí)還可以與上料系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)共享數(shù)據(jù)信息,只檢測(cè)換料時(shí)段的換料元件的錯(cuò)件,減少系統(tǒng)誤報(bào),另外還可將元件的偏位信息傳給smt編程系統(tǒng),即時(shí)修正smt機(jī)器程序。

c)爐后的AOI:爐后的AOI按照上板方式分為在線的和離線的兩種形式,爐后的AOI是產(chǎn)品后的把關(guān)者,所以是目前應(yīng)用廣泛的AOI,它需要檢測(cè)整條生產(chǎn)線PCB缺陷,元件缺陷與所有的制程缺陷。只有三色高亮度的穹頂LED光源能充分顯示出不同的焊接浸潤(rùn)曲面,才能較好的檢出焊接缺陷,所以未來(lái)也只有這樣光源的AOI才有發(fā)展的空間,當(dāng)然未來(lái),為了應(yīng)對(duì)不同的PCB顏色,三色RGB的順序也是可編程的。那就更加靈活了。那么未來(lái)什么樣的爐后AOI可以滿足我們smt生產(chǎn)發(fā)展的需要呢?那就是:

  
  i.高速。
  
  ii.高精度及高重復(fù)性。
  
  iii.高分辨率的相機(jī)或可變分辨率的相機(jī):同時(shí)滿足速度與精密度的要求。
  
  iv.低的誤判與漏判:這需要在軟件上提升,檢測(cè)焊接特性容易帶來(lái)誤判與漏判。
  
  d)爐后的AXI: 可檢查的缺陷包括:虛焊、橋連、立碑、焊料不足、氣孔、器件漏裝,IC翹腳,IC少錫等等。尤其是X-RAY對(duì)BGA、PLCC,CSP等焊點(diǎn)隱藏器件也可檢查,它是可見光AOI的一個(gè)很好的補(bǔ)充。
  
  4、未來(lái)生產(chǎn)線上AOI設(shè)備的使用
  
  smt生產(chǎn)的大部分缺陷分別產(chǎn)生于錫膏印刷機(jī)和回流焊,這是行業(yè)共識(shí),只是缺陷比例各家各有不同。
  
  起初AOI技術(shù)是為了取代效果不穩(wěn)定的人工檢測(cè)而出現(xiàn)的,而如今先進(jìn)的AOI系統(tǒng)提供了對(duì)缺陷趨勢(shì)的早期檢測(cè),形成了做出正確工藝選擇所需的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。對(duì)AOI系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)加以充分利用,解決生產(chǎn)過程中的問題,可以幫助大批量smt生產(chǎn)線大大降低故障率、提升產(chǎn)品合格率并削減返修成本。
  
  通常情況下,可將AOI放置在smt生產(chǎn)過程中的3個(gè)位置,印刷焊膏后,回流焊前和回流焊后。
  
  將AOI放置在生產(chǎn)過程的前端可以更早的發(fā)現(xiàn)缺陷和進(jìn)行維修,越早發(fā)現(xiàn)缺陷就越能降低維修成本。修復(fù)焊膏缺陷只需要洗板及重新印刷,維修成本是低的。
  
  在爐前放置AOI也是非常必要的,雖然過回流焊時(shí)融化的錫膏表面張力可以將貼片機(jī)貼裝元件時(shí)有輕微的坐標(biāo)及角度偏移的元件拉回原位。在爐前放置AOI,可以準(zhǔn)確定位此種錯(cuò)誤,改善制程,在這位置可以將元件的偏移信息提供貼裝設(shè)備編程系統(tǒng)校準(zhǔn)的貼片設(shè)備的生產(chǎn)程序;在此位置還可以及早地發(fā)現(xiàn)元件的錯(cuò)漏反,即時(shí)糾正工藝錯(cuò)誤;而且在此位置發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤的維修費(fèi)用比在爐后發(fā)現(xiàn)的維修費(fèi)用低很多。比如現(xiàn)在使用的精密組件,發(fā)生少錫,偏位,墓碑等外觀不良,實(shí)驗(yàn)表明發(fā)生在回流焊后維修的成本將會(huì)非常的大甚至導(dǎo)致整片PCB報(bào)廢;如果在回流焊前發(fā)生該錯(cuò)誤,只需要花去一分鐘的時(shí)間就可將不良品改變?yōu)榱计?。某生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的關(guān)于檢測(cè)設(shè)備投入與維修成本的統(tǒng)計(jì)如下表:
  
  某生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的檢測(cè)設(shè)備投入與缺陷維修成本的統(tǒng)計(jì)如下:
  
  基本投入成本(萬(wàn)元RMB) 修正缺陷付出的成本 投入產(chǎn)出比
  
  印刷后缺陷成本 >20 0.2RMB 中
  
  爐前檢測(cè)缺陷成本 >20 0.1RMB 低
  
  爐后檢測(cè)缺陷成本 >10 0.5RMB 高
  
  從上節(jié)各設(shè)備的分析可以看出,在爐后不僅要放置AOI,更要放置AXI,應(yīng)該是AOI+AXI的組合,它可以不僅從速度上,也從檢測(cè)能力上滿足檢測(cè)幾乎所有外觀缺陷的要求。
  
  如果產(chǎn)線檢測(cè)設(shè)備僅僅是檢測(cè)產(chǎn)品缺陷,那么整個(gè)設(shè)備的效能只發(fā)揮了一部分,只有當(dāng)把產(chǎn)線檢測(cè)設(shè)備的SPC分析結(jié)果與產(chǎn)線工藝檢查節(jié)點(diǎn)的相互作用,不斷改善工藝水平,從而使生產(chǎn)達(dá)到一個(gè)較穩(wěn)定的狀態(tài)。
  
  當(dāng)整條線都配置AOI之后,在SPI,AOI和AXI系統(tǒng)中集成了強(qiáng)大的實(shí)時(shí)SPC,這是實(shí)行這個(gè)過程控制策略的核心。SPC必須準(zhǔn)確記錄的各元件在各工位的形態(tài),定位缺陷,并對(duì)工藝進(jìn)行趨勢(shì)分析,以指出潛在的缺陷,及時(shí)改善。

 5、AOI設(shè)備的培訓(xùn)與服務(wù)的重要性

  
  AOI設(shè)備的使用效果與編程技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn),技能關(guān)系還是比較大,不管是采用圖像比對(duì)學(xué)習(xí)型的AOI還是特征矢量參數(shù)調(diào)整型的AOI,AOI要用得很好,還是有很多參數(shù)需要調(diào)整的,對(duì)于很有經(jīng)驗(yàn)的使用者來(lái)說,可以使AOI發(fā)揮到極致,而對(duì)于沒有經(jīng)驗(yàn)的使用者來(lái)說,有些廠的AOI設(shè)備就不會(huì)發(fā)生應(yīng)有的作用,有的廠的AOI設(shè)備甚至因此而束之高閣。但是,與此相對(duì)應(yīng)的是很多公司人員流動(dòng)頻繁,AOI設(shè)備的使用經(jīng)常受到影響,AOI供應(yīng)商接到的客戶服務(wù)請(qǐng)求大多數(shù)都是培訓(xùn),指導(dǎo),幫助客戶制作程序。為了AOI事業(yè)的更好的發(fā)展,勁拓自動(dòng)化設(shè)備有限公司立志成為檢測(cè)設(shè)備的領(lǐng)頭羊,率先成立專門的AOI培訓(xùn)服務(wù)中心,所有的客戶都可以派員到培訓(xùn)中心來(lái)免費(fèi)參加AOI的培訓(xùn),解決客戶使用AOI的后顧之憂 。

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