本文簡(jiǎn)要論述了焊膏沉積后使用的檢測(cè)方法，并將二維檢測(cè)技術(shù)與三維檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行了比較，通過比較重點(diǎn)介紹了三維檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)及各種檢測(cè)設(shè)備的技術(shù)性能。關(guān)鍵詞：三維檢測(cè)；焊膏沉積；印刷檢測(cè)設(shè)備隨著電子組裝的更高密度、更小尺寸、更復(fù)雜的PCB混合技術(shù)的縱深發(fā)展，使得用肉眼對(duì)印刷后的質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)已成為歷史。盡管工藝設(shè)備更加先進(jìn)，仍強(qiáng)調(diào)要對(duì) PCB的質(zhì)量嚴(yán)格把關(guān)，因?yàn)樵陔娮咏M裝過程中產(chǎn)生的缺陷中有70％的缺陷源自焊膏印刷工藝，在沉積較細(xì)間距的組件時(shí)更是如此。此外，在沉積焊膏過程中產(chǎn)生的漏印、焊料過多或過少等缺陷會(huì)給隨后的工序(組件貼裝)帶來橋接、短路和墓碑現(xiàn)象，使最終生產(chǎn)出來的產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性得不到保證。為此，人們?cè)絹碓街匾曈∷⒑蟮暮父鄼z測(cè)。目前，表面組裝檢測(cè)設(shè)備制造廠家提供了幾種不同的印刷后檢測(cè)方法及各種不同的焊膏沉積檢測(cè)設(shè)備，從價(jià)格相當(dāng)?shù)土氖止?、脫機(jī)檢測(cè)設(shè)備到100000美元的高檔、高速在線檢測(cè)設(shè)備。應(yīng)在充分了解和權(quán)衡比較二維檢測(cè)設(shè)備和三維檢測(cè)設(shè)備之間、脫機(jī)檢測(cè)設(shè)備和在線檢測(cè)設(shè)各之間、樣品檢測(cè)和整塊板子檢測(cè)之間的利弊后，為你自己的組裝生產(chǎn)線選擇適用的焊膏檢測(cè)設(shè)備。
1 檢測(cè)使成本上升
電子行業(yè)專家們一致認(rèn)為焊接缺陷是由焊膏印刷不良造成的。因此，提高印刷質(zhì)量、或減少進(jìn)入下一步工序的有缺陷電路板的數(shù)量，將有助于提高最終的質(zhì)量，并通過降低返修量和減少廢品率可實(shí)現(xiàn)降低成本的目的。
1．1 盡早發(fā)現(xiàn)缺陷經(jīng)對(duì)在線測(cè)試階段所檢測(cè)的有缺陷的電路板的返修或報(bào)廢品所帶來的成本進(jìn)行了大概統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)控制印刷工藝會(huì)給焊膏印刷帶來很多顯著的優(yōu)點(diǎn)。任何一種缺陷都會(huì)消耗資金，而印刷后檢測(cè)只能幫助減少缺陷數(shù)量，并不能徹底消除缺陷。但是，事實(shí)上在電路板成本沒有增加之前，在加工過程中進(jìn)行檢測(cè)，以求得盡早識(shí)別缺陷，的確能夠降低由缺陷所帶來的額外成本，提高一次性檢驗(yàn)合格率對(duì)基礎(chǔ)生產(chǎn)線起到很大作用。清洗電路板以便再利用要比返修或重新測(cè)試的成本低得多。在印刷后對(duì)缺陷進(jìn)行修復(fù)的成本估計(jì)為0.45美元，在在線測(cè)試后修復(fù)同樣缺陷的成本近似30美元。不考慮美元比價(jià)，這種關(guān)系仍保持不變。因此，在加工過程中盡早發(fā)現(xiàn)缺陷不是什么麻煩事，而是節(jié)約成本的一個(gè)良好契機(jī)。
1．2提高可靠性在印刷工藝中附加檢測(cè)工序可提高組裝后電路板的可靠性，原因有兩個(gè)：首先，檢測(cè)減少了返修量，此外；返修后的焊點(diǎn)易于損壞，并且比合格的焊點(diǎn)更易破裂。其次，焊膏量不足也有可能形成易破裂的焊點(diǎn)，雖然當(dāng)時(shí)能夠通過在線測(cè)試，可是以后也會(huì)斷裂。有這兩種問題的電路板雖都能通過最后的測(cè)試，卻容易在運(yùn)行時(shí)發(fā)生故障。成品中存在的這些問題會(huì)使用戶不滿意或使保修費(fèi)很高。
1．3必要的檢測(cè)由于更密的引線間距、更小的球柵陣列焊球和更精確的印刷間隙的要求，使更多的PCB組裝廠家在組裝工藝中增加了焊膏檢測(cè)工序。而在一些合同組裝廠，是根據(jù)用戶的要求才增設(shè)檢測(cè)步驟。 根據(jù)技術(shù)要求，而必須實(shí)施焊膏檢測(cè)時(shí)，那么下一步就是確定哪一種檢測(cè)設(shè)備最適合于特定的應(yīng)用。
2 選擇檢測(cè)設(shè)備
可在幾個(gè)制造廠家中選購焊膏檢測(cè)設(shè)備。每個(gè)制造廠家都提供有不同速度、性能和價(jià)格的檢測(cè)設(shè)備，不過都報(bào)導(dǎo)了焊膏高度、體積和面積的測(cè)量結(jié)果(表 1) 印刷后的檢測(cè)設(shè)備主要有兩類：人工脫機(jī)檢測(cè)設(shè)備，包括視覺檢測(cè)和臺(tái)式測(cè)量工具；自動(dòng)在線檢測(cè)設(shè)備，包括內(nèi)置于印刷機(jī)中的樣品檢測(cè)系統(tǒng)和整塊印制板掃描檢測(cè)設(shè)備。
2．1視覺檢測(cè)長(zhǎng)期以來一直使用視覺檢測(cè)這種簡(jiǎn)單的方法就足以確定樣品“合格或不合格”，直到今天更小器件、更高引線數(shù)和更細(xì)間距組件的問世，才使得這種方法不適用了。使用發(fā)光的放大鏡或校準(zhǔn)的顯微鏡，由經(jīng)培訓(xùn)的操作人員檢查樣品印制板，并確定什么時(shí)候需進(jìn)行校正操作。視覺檢測(cè)在工藝監(jiān)測(cè)中是成本最低的一種方法，而且在印刷工藝中其校正操作步騾的成本是最合理的。但是，視覺檢測(cè)方法帶有人們的主觀意識(shí)：操作人員與操作人員之間的檢測(cè)結(jié)果是不同的。視覺檢測(cè)工具沒經(jīng)過校準(zhǔn)，不能夠給出工藝控制所需的數(shù)據(jù)。從實(shí)際情況來看，隨著超細(xì)間距與 BGA器件的不斷普及，也就不再使用視覺檢測(cè)方法，因?yàn)樗巡辉偈潜O(jiān)測(cè)印刷工藝的行之有效方法。
2．2 人工激光檢測(cè) 為減少缺陷，下一步的操作是使用人工臺(tái)式艙機(jī)檢測(cè)設(shè)備。這些測(cè)量工具使用了非接觸式激光技術(shù)來測(cè)量焊膏高度和記錄。通過對(duì)操作人員稍微進(jìn)行一下培訓(xùn)，這些設(shè)備通常就可產(chǎn)生一致性的結(jié)果，不會(huì)由于操作人員的不同而使檢測(cè)結(jié)果也不同。
激光三維檢測(cè)設(shè)備使用激光束建立測(cè)量的參考點(diǎn)。這種設(shè)備可報(bào)告在激光束所照射到的焊盤上的某個(gè)點(diǎn)時(shí)測(cè)量的單一焊膏高度，通常為焊盤的中心。這種類型的測(cè)試儀還可用焊盤的長(zhǎng)度乘以焊盤的寬度得出面積測(cè)量值。然后，將面積測(cè)量值乘以高度測(cè)量值，即可計(jì)算出體積測(cè)量值。脫機(jī)檢測(cè)設(shè)備使用的基本工藝控制是將樣品電路板從生產(chǎn)線中卸下來，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量，并記錄下檢測(cè)的結(jié)果數(shù)據(jù)。新的PC式的檢測(cè)設(shè)備可將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來，提供給 SPC(統(tǒng)計(jì)工藝控制)進(jìn)行分析。然而，在印刷其它有缺陷的電路板之前，脫機(jī)檢測(cè)設(shè)備還不能立即查出缺陷。
2.3 內(nèi)置于印刷機(jī)中的自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)幾家印刷機(jī)制造廠推出了內(nèi)置式二維和三維焊膏檢測(cè)系統(tǒng)或故障查找系統(tǒng)。然而，內(nèi)置于印刷機(jī)中的檢測(cè)系統(tǒng)與絲網(wǎng)印刷機(jī)共享硬件，由于絲印機(jī)必須在暫停的狀態(tài)下才能進(jìn)行檢測(cè)，所以降低了印刷速度。大多數(shù)內(nèi)置式檢測(cè)系統(tǒng)都使用攝相視覺技術(shù)來評(píng)價(jià)焊膏面積、覆蓋率和校準(zhǔn)。除了檢測(cè)印記外，還可用這個(gè)攝相機(jī)檢查絲網(wǎng)，查看模板開口是否阻塞和焊膏過多。
一些印刷機(jī)制造廠家給印刷機(jī)增設(shè)了體積測(cè)量功能，其方法是將激光束高度測(cè)量與視覺系統(tǒng)相結(jié)合，這樣，將面積乘以一個(gè)中等焊盤高度測(cè)量值，即可計(jì)算出體積。這種方法可重復(fù)性差，有時(shí)可監(jiān)測(cè)到可能會(huì)產(chǎn)生在焊盤末端的焊盤缺陷，但不能識(shí)別磚形焊料的不規(guī)則性。
2．4自動(dòng)三維在線樣品檢測(cè)設(shè)備 與內(nèi)置在印刷機(jī)中的檢測(cè)系統(tǒng)相比，自動(dòng)在線樣品檢測(cè)設(shè)備有兩個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)。首先，由于這種設(shè)備是獨(dú)立的系統(tǒng)，所以可以不利用印刷機(jī)的硬件，不需要停機(jī)就可進(jìn)行檢測(cè)。其次，樣品檢測(cè)設(shè)備的測(cè)量性能使你能夠獲得精確的、可重復(fù)的測(cè)量結(jié)果。
而印刷后的在線檢測(cè)設(shè)備不能測(cè)量每塊印制板上的每個(gè)焊盤，為收集SPC數(shù)據(jù)，這種設(shè)備應(yīng)用有效的統(tǒng)計(jì)技術(shù)可檢測(cè)出很多板子上的現(xiàn)場(chǎng)操作出現(xiàn)的關(guān)鍵問題。由IBM公司的一名工藝開發(fā)工程師進(jìn)行的一項(xiàng)研究證明將樣品檢測(cè)設(shè)備用于BGA焊盤是綽綽有余的。但仍然存在有偶然發(fā)生缺陷的可能性，實(shí)際上，缺陷率比末經(jīng)檢測(cè)的缺陷率低得多。印刷后常用的樣品檢測(cè)設(shè)備是在線上設(shè)計(jì)，安裝在傳送帶上，緊接在絲網(wǎng)印刷機(jī)后面，連續(xù)檢測(cè)印刷工藝中用戶要求檢測(cè)的樣品(通常為細(xì)間隙或BGA)。檢測(cè)設(shè)備可將實(shí)際的焊盤測(cè)量值與預(yù)置的參數(shù)進(jìn)行比較，并通知操作人員焊膏印記何時(shí)偏離預(yù)先規(guī)定的范圍。
樣品檢測(cè)設(shè)備不同于激光臺(tái)式和整塊印制板掃描設(shè)備，其使用了配置有探測(cè)器的光敏器件，能連續(xù)拍攝目標(biāo)焊膏印記的快印圖片。該圖像可建立檢測(cè)區(qū)域的高分辨率外觀圖。先求出所有高度數(shù)據(jù)的總和，并乘以己知的圖像面積即可計(jì)算出焊膏體積。
與整塊印制板掃描設(shè)備比較，樣品檢測(cè)設(shè)備有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。首先，能夠在幾分鐘之內(nèi)對(duì)其進(jìn)行預(yù)置并編程，而整塊印制板掃描設(shè)備可能需要幾個(gè)小時(shí)進(jìn)行預(yù)置。設(shè)置后，經(jīng)培訓(xùn)的人員就能監(jiān)測(cè)樣品檢測(cè)設(shè)備，不需具備工程技能。收集的數(shù)據(jù)自動(dòng)顯示在監(jiān)視器上供操作人員觀看，并以標(biāo)準(zhǔn)格式存儲(chǔ)起來以便進(jìn)一步的分析。其次，可根據(jù)檢測(cè)速度與生產(chǎn)線速度的匹配情況調(diào)節(jié)檢測(cè)樣品的數(shù)量，這樣在檢測(cè)中就不會(huì)花費(fèi)太多的時(shí)間。最后，配置的燈技術(shù)可對(duì)有缺陷傾向的位置進(jìn)行精確的測(cè)量。
其缺點(diǎn)是：由于樣品檢測(cè)設(shè)備不能檢測(cè)每塊印制板上的每個(gè)位置，缺陷漏檢的機(jī)會(huì)高。在規(guī)則的圖形中不會(huì)出現(xiàn)定義的偶然缺陷；當(dāng)使用樣品檢測(cè)技術(shù)時(shí)，仍然有可能存在漏檢的現(xiàn)象。
2．5自動(dòng)在線整塊印制板檢測(cè)設(shè)備 高速整塊印制板檢測(cè)設(shè)備是這一領(lǐng)域的最高檔設(shè)備，其能評(píng)估每塊印制板上的每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)。這種設(shè)備成本高，不過速度非?？臁⒉⑶夷軌驒z測(cè)在生產(chǎn)線上運(yùn)行的整塊印制板。
整塊印制板檢測(cè)設(shè)備利用激光束進(jìn)行逐條生產(chǎn)線上的整塊印制板的掃描，收集每個(gè)焊盤的所有測(cè)量數(shù)據(jù)，并將實(shí)際測(cè)量值與須置的合格極限值進(jìn)行比較。這種設(shè)備可檢驗(yàn)各種不同類型的印記，包括偶然出現(xiàn)的缺陷，如；由模板開口堵塞引起的焊盤漏印。全掃描還可顯示出焊膏沉積圖形的印記，包括坍塌、凹陷和焊料隆起。
整塊印制板檢測(cè)設(shè)備的主要優(yōu)點(diǎn)是：實(shí)際上能夠指出每個(gè)印刷缺陷的位置，并能夠收集板上每個(gè)焊盤的實(shí)際高度、面積和體積數(shù)據(jù)。對(duì)于潛在成本較高的缺陷或是單元成本高的情況，整塊印制板檢測(cè)是比較適用的。應(yīng)用于汽車、軍事或航空領(lǐng)域的印制電路板必須滿足高可靠性技術(shù)要求，常常需要100％的檢測(cè)。
2.6 自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)(AOI)設(shè)備自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)設(shè)備是目前唯一的一種能夠與組裝生產(chǎn)線保持同步速度并行操作檢測(cè)焊膏沉積質(zhì)量的設(shè)備。其每小時(shí)可檢測(cè)100000多個(gè)組件，也就是說在線 AOI設(shè)備可對(duì)板上的沉積點(diǎn)進(jìn)行100％的檢測(cè)。這種設(shè)備采用了圖像分析軟件、測(cè)量組件、確認(rèn)其值及極性和保證貼裝精度的邊緣視覺技術(shù)。應(yīng)用了標(biāo)準(zhǔn)的 CAD和Gerber file編程。還應(yīng)用了統(tǒng)計(jì)工藝控制(SPC)軟件工具，并建立了數(shù)據(jù)庫，而且與返修工作站建立了網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系。其與自動(dòng)在線整塊 PCB檢測(cè)設(shè)備有很多相似的功能。它最顯著的特點(diǎn)是用途廣泛，不僅可以檢測(cè)印刷質(zhì)量，還可檢測(cè)其它工序的質(zhì)量，如：貼裝機(jī)的精度等。
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