IPC_9850贴片机性能检测方法_窦家骅

20 03 中 国 电 子 制 造 技 术 论 坛 会 工P c一 9 8 50 贴片机性能检测 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 上海传真通讯设备所 窦家弊 [ 概 要 ] 加02 年 7 月 护 C正式批准的 护 C一98 0 5贴片机性能检测方法的行业 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 ,运用数理统计方法评 价贴片机固有的性能与能力 。 ` 9 8 5 0’ 标准是制造厂与用户进行设备验收的依据 , 也是 SM T 组装厂进行贴片 机维护调整及 SM T 贴装工艺质量 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 的有效工具 。 本文对 ` 9 8 5 0’ 标准规定的表征贴片机性能参数 , 检测 用标准器件及检测样板 , 检测过程及计算方法及检测结果的分析等作简单介绍 . [关键词】9 8 50 , C P K , 准确度 , 重复性精度 1 . 引 言 高密度装联技术对微电子器件封装及 CP B 印制板制造技术提出了更新更高的要求 , 已成为 S M ll , 业界关 心的热点 。 SM D 片式器件 日趋微型化 , 如图 1所示 ; 原先占主流的 0 805 已退出 , 取而代之的是 04 02 , 0 2 0 1 , 两者的市场占有量已超过 0 8 05 , 坐上主角的位置 。 这对贴片机而言 , 片式器件长度减少一半 , 贴片机的贴装 精度就要提高一倍 。 微电子先进封装技术的快速发展 , 封装品种玲琅满目 , 五花 /叮1 , 0 . 6 一.0 4幻n 幻比 精细间距球引脚阵列器件 B( G A , s c P) , 倒装芯片板上直接装联 (凡p 一C hi p ) ,都对现有贴片机的技术性能提出了更为严峻的挑战 。 从 S M T 装联工艺过程造成缺陷原因的统计分析得到 ; 焊膏印刷造成的缺陷占 41 %首位 , 其二就是贴片 机器件贴装误差占 29 % 。 可见贴片机的性能好坏在 SM T 质量控制中地位的重要性 。 至今我国的 S h ` I , 设备主要是靠进口 , 其中贴片机几何全部被国外产品所占领 。 在 SM T 生产线设备投资中 , 贴片机占全部投资的 7 0一 80 %左右 , 因此贴片机的性价比是我们首要考量的指标 。 我们参于设备引进工作后也 深深感到 , 有时技术谈判双方满意 , 但到设备最终验收 , 由于没有一套标准的检测方法 ,用户与制造厂之间往 往为一个问题争论不休 , 最终只能是形式而已 , 验收设备质量控制无从谈起 。 PI C 电装设备专业委员会在 2 0 02 年 7 月批准的 P C 一9 8 5 0 贴片机性能检测方法行业标准 , 运用数理统计 方法评价贴片机固有的性能与能力 。 ` 9 8 50 ’ 标准是制造厂与用户进行设备验收的依据 , 也是 SM T 组装厂进 行贴片机维护调整及 SM r 贴装工艺质量分析的有效工具 。 本文对 ` 9 850 ’ 标准规定的表征贴片柳性能参数 , 检测用标准器件及检测样板 , 检测过程及计算方法及检测结果的分析等作简单介绍 。 2 . 检测前的准备 .2 1 标准器件样本 标准在选择检测器件封装类形式时遵循两项原则 ;其一 ,器件封装应具有代表性 ,适合各种类型贴片机进行 贴装 ;其二 ,器件封装几何尺寸稳定 ,一致性 。 “ 9 8 50’’ 规定以下五种器件封装为标准检测器件样本 。 第七届 s M T 、 s MD 技术研讨会 1 7 5 203 0中 国 电 子 制 造 技 术 论 坛 会 . 16 S OC ( 06 3 0C ) 有些贴片机制造厂采用机械加工不锈钢或塑料材质的仿真器件 , 标准规定为生产实用片式器件 , 因片式 陶瓷叠层电容器制作精密 , 外形尺寸准确 , 16 0 8 尺寸规格在 SM T 加工中使用量最多 , 卷带包装所有高速贴 片机和多功能精密贴片机都能贴装 , 而 0 402 , 0 201 仅适合某些型号贴片机使用 , 故不采用 。 若有其他要求 , 制造厂与用户可按标准规定的原则 , 另类特殊处理 。 . S O IC 一 1 6 S o Cl 一 16 也是卷带包装的生产实用器件 , 适合各种类型贴片机的高速贴装 。 . Q FP 一 10 0 , Q FP 一 2 0 8 , B G A 一 2 2 8 实用多 引脚 器件 的引脚在运输 或贮 存过程 中容易发生 引脚 弯曲损坏 。 标准规定 Q FP 一 100 , QFP 一 20 8,B G A 一 22 8三种封装采用玻璃仿真器件样本 。 玻离仿真器件外形尺寸略大于实用器件 , 钠玻离正面采用薄膜工艺光刻制作贴装图形位置 , 后面贴有双 面胶带 。 较薄的玻离基片能克服在前置光照射时 ,因基板背面的附加反射造成引脚图形叠影而产生计算误差 。 选择 1 . 5~ 的厚度适合各种光学测量系统C( M M )的要求 , 较厚的玻离基片增加了仿真器件的强度 , 不致于损 坏 。 仿真器件图形有两种 ; 照相正ha 照相负版 。 薄膜涂层的材料是具有抗反射特性的 C r 层 , 无论 C MM 的 光照系统采用前置光还是背置光 , 这两种光照都能在图形的透明部位产生亮区 。 背置光被 Cr 层图形阻断 , 而前置光因 Cr 层图形也对摄像机的棱镜无反射 。 照相正版 /照相负版的玻离仿真器件选用按照 C M M 的对准 方法来决定 。 使用背置光检测时 , 可先对准封装体后对准引脚进行检测 。 前置光正好相反 , 一般头扭寸准引脚 , 接下是封装体 。 .2 2 玻离检测样板 由于 P C B 印制板图形加工精度与平整度受到限制 。 9 8 5 0 规定使用玻离基板制作检测用的贴装样板 。 玻 离具有较低的温度膨胀系数 , 在外界温度发生变化时 , 其几何尺寸也不会改变 。 检测样板的外形尺寸为 200 x 20 0~ , 厚 3~ 的钠玻离 。 玻离的中央是透明区 , 用于贴装器件检测 , 贴装位置图形的制作与玻离仿真 器件相同 , 也是采用薄膜工艺光刻而成 。 图 5 为 SO CI 一 16 器件的贴装检测样板一例 。 器件定向以 。 。 , 90 “ , 180 “ , 270 “ 四种不同角度 “ ,行列以不等间距排列 。 这种布局有其合理性 , 不同间 距的排列使得由一个贴装位置转移到下一个贴装位置 , 产生不同的运动距离 , 伺服系统与之相应的一个调整 时间 , 这样传动机构的响应时间能力也考虑在内 。 四种不同角度的贴装位置使得每个贴装头都能在四个不同 方向进行器件贴装 。 检测样板的布局整体设计的 目的是在连续四块检测样板的贴装检测过程所采集的数据 , 同时完成贴片机贴装速度 , 准确度及重复性精度全部性能的测量 , 这样可以保证在一定的机械能力条件下 , 贴装速度与贴装精度的一致性 。 在讨论有关检测样板布局设计时 , 意见不一 , 最后各方妥协 , 决定 目前的方 案 。 2 3 粘接胶带 /纸 在 SM I功口工过程中,器件贴装后是靠焊膏的粘着力来保持器件在 CP B 板上贴装位置的稳定 , 众所周知 , 17 6 第七届 s M T 、 s M D 技术研讨会 20 0 3中 国 电 子 制 造 技 术 论 坛 会 焊膏的选用与印刷工艺对此有很大影响 。 有些贴片机制造厂采用磁性样板与铁磁性材料的仿真器件来进行检 测 。 标准规定采用有机粘接带 /纸取代之 。 虽然双面胶带会受到温度 , 湿度及老化的影响 , 但很好掌握粘贴工 艺 , 使得粘胶带与玻离平面紧密结合 , 能将这些影响降到最小程度 。 标准未对粘胶带作出专门规定 , 建议采 用粘胶带的厚度为 5 协 m 以下 , 要求胶带粘贴到玻离平面上后应具有良好的尺寸稳定性 , 在贴装器件前进行 稳定性处理减少因收缩造成尺寸的变化 。 3 . 贴片机性能表征的标准化 贴片机的类型及配置繁多 , 且各制造厂对贴片机性能的定义也各不相同 , 这样往往会造成制造厂与用户 之间没有一个共同的语言 , 给相互沟通与交流带来很大麻烦 。 ` 9 8 5 0 ’ 对现有贴片机主要特征参数规范化 , 标准化 。 ` 9 850 ’ 将表征贴片机性能的技术参数分成两部分 ; 其一 , 制造厂必须向用户承诺的贴片机质量保 证 , 在 PI C 一9 85 0 一Fl 表格中表述 , 这些参数是计量值参数 。 其二 , 制造厂对本型号贴片机可靠性 ,可使用性及 维护性水平 , 在 PI C 一9 85 0 一F2 表格中表述 。 其三 , 光学测量系统的检测校准 ,PI C 一9 8 5 0 一F3 。 3 . 1 IP C . 9 98 5 0 一 F l PI C 一 9 8 5 0 一 Fl 格式 pdf格式笔记格式下载页码格式下载公文格式下载简报格式下载 列示贴片机的计量值参数 , 包括时基参数与位置参数两部份 ; 3 . 1 . 1 时段特征 印制板在器件贴装过程的时段特征如图所示 ;移位传送时间 (肠即 s ef : Ti me )印制板从上待置区传送到贴装 区 ,压板固定 ,器件贴装完毕 ,压板送开 ,传送到下待置区止所用的时间 。 装贴时间 ( B uil d Ti me ) 包括基准对准 , 吸嘴变换 , 器件贴装所用的时间 。 全程贴装流水时间 (介atl l认c t Ti me )是被检测样板上全部器件吸持 , 贴装所 用的时间 。 3 . 1 . 2 贴片速度门飞c t 叭me )的定义与测量 贴装速度门厄 c t五m e) 的定义是单个器件在检测样板的 c A D 坐标位置上从吸持器件 , 完成贴装所用的平均 时间 。 其不包括样板的夹持固定 , 基准对准及吸嘴变换等时间 。 标准检测样板的布局设计使得器件能在一个 适当的空间进行贴装 , 不致于因人为地将贴装位置紧凑排列 , 防止故意贴装头减少运动距离以达到虚假的高 贴装速度 。 标准规定贴装速度的计算是 4 块检测样板的全程贴装流水时间的平均值除以单板器件贴装数减 1 。 3 . 1 . 3 小时贴装量 (产能,C PH )的定义与测量 小时贴装量的定义是在检测样板的 C A D 坐标位置上每小时器件贴装 量 。 尽管检测采用标准检测样板和单一的标准器件样本 , 但小时贴装量的指标对 SM T 贴片机相互进行比较 是十分有用 。 例 Q FP 一 10 0 , 标准检测样板有 36 个贴装位置 , 小时贴装量可由下列公式计算得到 : 3 一 2 3 . 2 . 1 小时贴装量 (产能 ) = 36 X 360 01 (贴装时间+传送时间 ) 位置特征 重复性精度 重复性精度指采用相同的器件及样板在同一的贴装程序下 , 贴片机贴装标准规定数量器件 ,测量得到的位 第七届 Ms T 、 s M D 技术研讨会 17 7 203 0中 国 电 子 制 造 技 术 论 坛 会 置偏差之间的不一致程度 。 标准规定器件贴装位置的一个标准偏差为贴片机的重复性精度 。 为减少繁琐的数 字计算 , 采用标冶极差方法计算 。 3 . .2 2 准确度 许多制造厂都有 自己的表述贴片机性能的定义与术语 , 这样导致用户与制造厂或代理商之间往往 难 以沟通 ,无法对一个问题取得一致的看法 。 例如贴装精度的定义各不相 同 , 尽管有些制造厂也采用 贴装偏差上下标准界限和贴装能力因素指标来表述贴片机的贴装性能 , 但各制造厂间规定 的上下标准 界限和置信度值 ( 。 ) 也有差别 。 PI C 一9 8 5 0 规定了一个统一的标准 , 使得各制造厂可以在 同一个能力 因素值 , 来确定贴片机的上下标准界限 (贴装位置公差 ) , 表述贴片机的贴装准确度 的指标 。 这样有 了统一的技术条件 , 在相同的参照系 , 可以直接对不同类型贴片机性能进行对 比 。 ` 9 8 5 0 ’ 标准规定贴片机的能力因素为 C P K I . 33 , (不合格率 64 P P M ) ;C P K .2 0 , (不合格率为 0 . 00 1P9 P M ) 。 同样我们根据这两个 C P K 值 , 就可用来计算贴片机器件贴装位置的上下标准偏差 , 也 就是位置公差 。 许多贴片机制造厂关于贴装准确度的技术指标 , 是以 X , Y , 。 (转动 ) 轴分别表述 , 这种传统 的表述贴片机性能方法 , 认为每个传动轴是独立的 。 实际上即使 X , Y , 0 (转动 ) 轴分别符合技术 指标要求 , 三个传动系统集总起来 , 有时仍会对焊点的形成产生不利影响 。 标准提出一种新的表述方 法 , 把 X , Y , 0 (转动 ) 轴的影响综合起来加以考虑 。 其优点是与 SM T 焊接工艺 的关系更密切联 系起来 。 因为贴片机的许多贴装缺陷主要不是 X , Y , 0 (转动 ) 轴单个误差所致 , 而在很大程度 上是 由于 X , Y , 0 (转动 ) 轴综合误差造成的 。 ` 9 8 5 0 `标准建议采用的一种新方法是对 X , Y , 0 (转动 ) 轴误差的作用综合为一整体加 以考虑 , 称之为外伸测量法 。 贴装器件的封装形式不 同 , 引脚 有鸥翼型引脚 , 球阵列引脚 , 柱阵列引脚及片式器件的引线端等 。 外伸测量法用来确定引脚 /引线端 与焊盘搭接外伸部分的量度 。 PI c 一 9 8 5 0 一 Fl 表有两项指标评估引脚 /引线端 一焊盘搭接面积的百分比例 。 这两项参数 ; 一是根据 IP C 一 SM 一 7 8 2 , PI C 一 A 6 10 规定的电子产品分类要求的偏移标准界限 ( 50 % , 75 % ) , 二是表述贴片机贴 装能力 C P K 值 。 ( PI C 一 SM 一 7 82 , PI C 一A 一6 10) 的器件贴装焊接标准 , 1 , 2 类 ; 引线宽最大外伸为 50 % , 3 类 ; 引线宽最大外伸为 25 % ) 。 3 .3 可靠性河使用性河维护性 3 . 3 . 1 属性缺陷率 属性缺陷率是一种离散性的缺陷函数 , 指的是不能正确形成焊点的器件贴装 。 这种离散性缺陷的发生率 甚低 , 通常贴片机只有百万分之几的概率 。 属性缺陷包括器件反贴 , 碑立 , 侧贴 , 漏贴 , 引脚损坏 , 器件损 坏 , 器件重贴 , 反极性 , 器件脱离焊盘等 。 ’ 9 8 5 0’ 标准规定的取样规模为贴装 8 8 0 00 个器件 。 属性缺陷率的 计算公式 : 属性缺陷率= (l ,0OD , , “ .50 00 )· 艺At rt bi u et D eef “ 认 17 8 第七届 sM T 、 sM D 技术研讨会 20 0 3中 国 电 子 制 造 技 术 论 坛 会 3 . 3 . 2可靠性 ,可使用性 一台贴片韧口寸用户看来 ,总是希望它开动率越高越好 ,正常时间越长越好 ,运转起来越顺手越好 。 从定量来 评价 , 是可以建立量化指标表述贴片机的可靠性与可使用性 。 这里首先应清楚因故障贴片机非 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 性停机和 因辅助贴片机非计划性停机的区别 。 故障指贴片机硬件软件的技术指标发生变化 , 而造成非计划性停机 。 辅 助指贴片机在运转期间 , 发生的非计划性停机 , 经操作员纠正即恢复运转 ,不存在另部件的更换 , 及技术文件 规定的操作程序更改 。 .3 .2 2 . 1 可靠性指标 标准中规定衡量贴片机可靠性指标是 ; . 平均无故障时间 (M叮B功 标准采用故障时间段平均贴装量O吸P B功 便于直接进行质量成本核算 。 平均修复时间 (M P B R F ) 故障修理始到贴片机恢复达到原先功能的平均时间 。 , 有效率 A =F M P B F/ M P B F+ M P B R 这是从可靠性与可维修性对贴片机正常工作的概率进行综合评价的指标 , 如 M P B R 平均修复时间越小 , 则 A 就接近 1 , 贴片机性能就越好 。 3 . .4 2 . 2 可使用性指标 标准中规定衡量贴片机可使用性指标有 ; . 平均无辅助时间 (M T B A) 标准采用故障时间段平均贴装量 (M P B A ) 便于直接进行质量成本核算 。 . 平均辅助恢复时间 (M P B R )^ 辅助恢复始到贴片机达到原先具有的功能的平均时间 。 , . 有效率 A A = M P B A fl 达P B A + M P B R A 这是从使用性与可恢复度对贴片机正常工作的概率进行综合评价的指标 , 如 州田B R A 平均修复时间越小 , 则 A 就接近 1 , 贴片机性能就越好 。 .3 5 维护保养 贴片机的本身的质量固然重要 , 但用户拥用技术素质合格的操作人员及良好的日常维护保样也是一个基 本条件 , 这部分主要由用户承担 , ` 9 8 5 0’ 标准对维护保样时间作出规定 , 制造厂在贴片机的技术文件中 , 包 括年维护保养计划 , 每 6 000 小时为一周期 。 4 . 检测结果的分析 .4 1 贴装偏差的正态分布 造成 SM D 器件的偏差的因素有随机和非随机两种 , 第七届 s M T 、 s M D 随机因素造成的器件偏差呈正态分布 , 过程是受控 技术研讨会 179 203 0中 国 电 子 制 造 技 术 论 坛 会 制的 , 可预测的 。 能力因素测量计算的所有数据均属这一类 。 而非随机的因素如人员调动 , 停电 ,贴片机传动 机构突然故障等造成的器件贴装偏差是贴装过程处于未受控状态 。 对贴片机言 最重要的分析对象是器件贴装精度 。 在贴片机完成一系列仿真器件在标准样板上贴装后 , 对器件的贴装位置测量 , 进行数理统计分析 , 计算贴片机的能力因素 。 测试器件的贴装位置偏差 [△X , △丫 △ 。 〕,用来计算统计参数 :平均偏差 ,标准偏差… 所有的计算公式基于器件的贴装偏差符合高斯定律正态分布的, 因此是随机的可预测的〕。 如图 6 所示器件贴装偏差是正态分布状态 , x , Y , 0 对应轴的贴装偏差中位值或平均值位于各对应轴的偏差 分布曲线的顶峰 , 且曲线两边呈钟罩状下降 , 在离开平均值或中位值的某一个距离到另值 , x , Y , 。 轴传动 系统都有各自的偏差分布曲线 , 分布曲线的两个重要参数 : 偏差平均值或中位值 , 标准偏差值 。 中位值或平 均值用 协表示 , 称之为平均偏差 , 代表贴片机器件贴装总体的定位精度 , 其包含贴片机定位精度 , 以及贴装 检测样板的基准标志或机械定位孔的定位精度等 。 标准偏差表示分布曲线宽度离散性 ,用 。 表示 ; 。 =厚 ` 9 8 5 0 ’标准规定一个标准偏差表示贴片机器件贴装的重复性精度 , 其包括贴片机定位对准机构的重复精 度 , P C B 基准标志或机械定位孔的重复精度 , 基准标志光学检测视象测量系统的重复精度等等 。 .4 2 贴装能力因素的计算 能力因素定量表征贴片机的机械贴装能力 ,用户能通过器件贴装位置偏差的数据分析 ,正确评价贴片机的 主要技术指标一贴装精度的范围 能力因素有两种类型 : . 两侧对称上下标准界限 C P : 中位能力因素 , 能力测试得到的最佳值 , 两侧对称 , 分布中心无偏移 , 在数据计算公式中平 均偏差不计 。 C P = ( U SL L S L ) / 6 SD 式中 ; U S L 上标准界限值 , L S L 下标准界限值 。 C P k : 这是表征贴片机的总体能力因素值 , 两侧上下标准界限 , 分布中心向左或右发生偏移 。 C P k = C P X ( 1 一 K ) K = CTa r g e t 一 p ) / ( U S L SL U Z ) 式中 ; T 盯 g e t 标准值 , p 平均值 。 . 单侧 , 上或下标准界限 对两侧对称界限 , U S L = 一 SL L 二 S L 18 0 第七届 s MT 、 sMD 技术研讨会 20 0 3中 国 电 子 制 造 技 术 论 坛 会 C P = (U S L ~ L S L 6 / )0 =S L / 30 C P k = (S L / 30 )X 式中 ; K= ( 0一 p )/ (l一 K ) (ZX S L /2 )= 一 pS L / 计算公式如 ;S L = 30x C P K+ p 其中 :。 标准偏差 , 协 平均偏差 S L 标准界限 (公差 ) 根据上述公式 ,可方便计算贴片机的贴装标准界限 (准确度 ) 例如 ; 协 : = 9 . 7 p m , o : = 15 . 9 p m “ Y = 7 . 6 “ m , O Y = 2 1 . 9 “ m C几 = 2 ,代人公式计算得 ; S L 二 3 5 x C P K + 协 X 轴 = 10 5 协 m , Y 轴 = 12 2 协 m 贴片机器件完美对中, 则其平均偏差为另 , 此时 C P k等于 c P 。 反之 C氏始终小于 C P , 若 C P 值已满足 技术条件 , 就能保证你的贴装工艺能达到足够的准确度及重复性精度 。 显然 , 上述 C P , C Pk 两值都取决于器件贴装位置偏差均为正态分布 , 并具有两侧对称特证 。 从 C P k 值 与贴装位置超差器件的数量和贴装精度之间的关系 ,如下表所列 : CCC P kkk 质量置信值 〔o]]] 贴装超差器件数 [不合格数 ] pp mmm 111 . 0 000 3 . 0 0 [ o ]]] 2 7 0 000 111 . 2 555 3 . 7 5 [ o ]]] 1 7 777 111 . 3 333 4 . 0 0 [ O ]]] 6 333 111 . 4 777 4 . 4 1 [ O ]]] l000 111 . 5 000 4 . 5 0 [ O ]]] 6 . 8 000 111 . 6 333 4 . 8 9 [ 0 ]]] lll 111 . 7 888 5 . 3 4 [ O ]]] 0 . 111 111 . 9 111 5 . 7 3 [ o ]]] 0 . 0 111 .222 oooo 6 . 0 0 [ o ]]] 0 . 0 0 1999 多数欧美国家规定机械能力因素采用在选择贴片机能力因素时 , 4 。 作为标准,C P k值选择大于 1. 33 。 考 虑到保证高的质量水平 , 极低的缺陷率 , 允许贴装工艺对产品发展的有较大适应性 , 在 SM T 建线引进贴片 机等设备及材料的选型时 , 应采用更大的 c Pk 值 , 最大值为 2 。 ’ 9 8 5 0’ 规定 c P=K 1 . 33 ; C P=K 2 两个贴片机机 械贴装能力因素条件 , 来确定贴片机固有的贴装性能 。 第七届 s M T 、 Ms D 技术研讨会 18 1 3 20 0中 国 电 子 制 造 技 术 论 坛 会 3 4贴装能力因素 C P k 的判断 贴装能力因素 C P k 的等级判断如下表所示 ; CCC P kkk 等 级级 判 断断 处 置置 111 . 3 3