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貼片機資訊
在SMD貼裝工藝中獲得長期的穩定性
來源:廣州煌牌自動設備有限公司    日期:2013-02-04    瀏覽量:

     當今產品的普遍趨勢是小型化,同時又要增加性能和降低成本,這不可避免地導致在SMT所有領域中的更大的工藝開發。例如,高性能貼裝系統的用戶希望供應商有新的發展,從而可以大大增加貼裝產量,同時又提高貼裝精度。就貼裝的最重要方面:貼裝精度而言,用戶都希望所規定的設備參數值可以維持幾年不變。這些規定的值通常作為機器能力測試(MCT, machine capability test)的一部分,在供應商自己的地方為貼裝機器的客戶進行檢驗。

MCT工藝

貼裝系統的標準偏差和標稱值的平均值偏差,是貼裝精度的兩個核心變量,作為MCT的一部分進行測量。MCT是以下列步驟進行的:首先,將某個最少數量的玻璃元件貼裝在一塊玻璃板上的粘性薄膜上。然后使用一部高精度測量機器來測定所有貼裝的玻璃元件在X,Y和θ上的貼裝偏差。測量機器然后計算在有關位置軸X,Y和θ上的貼裝偏移(標稱值的平均值偏差)。

在圖一中以圖形代表的MCT結果得到如下的核心貼裝精度值:

LED貼片機 SMT貼片機

標準偏差 = 8 μm
貼裝偏移 = 6 μm


圖一、MCT結果的圖形表示

通常,我們可以預計貼裝偏差符合正態高斯分布,允許變換到更寬的統計基數,如3或4σ。對于經常使用的統計基數,上述指定的貼裝系統具有32μm的精度。

將導出的精度與所要求的公差極限相比較,則可評估機器對于一個特殊要求的可適用性。機器能力指數(cmk, machine capability index)已經被證明是最適合這一點的。它通常用來評估機器的工藝能力(process capability)。

一旦上限(USL, upper specification limit)與下限(LSL, lower specification limit)已經定義,cmk可用來計算貼裝精度。

由于極限值一般是對稱的,我們可以用簡化的規格極限SL=USL=-LSL進行計算,如圖一所示。

cmk=

規格極限-貼裝偏移 3x標準偏差

=

3SL-μ 3σ
以下的cmk結果是針對圖一所提出的條件和客戶所定義的50μm規格極限。

cmk=

SL-μ 3σ

=

(50-6)μm 24μm

=1.83


因此,cmk評估貼裝位置相對于三倍的標準偏差值的分散與平均偏差(貼裝偏移)。

在實際中,我們怎樣處理統計變量σ、cmk和百萬缺陷率(DPM, defects per million)?在今天的電子制造中,希望cmk要大于1.33,甚至還大得多。1.33的cmk也顯示已經達到4σ工藝能力。6σ的工藝能力,是今天經常看到的一個要求,意味著cmk必須至少為2.66。在電子生產中,DPM的使用是有實際理由的,因為每一個缺陷都產生成本。統計基數3、4、5、6σ和相應的百萬缺陷率(DPM)之間的關系如下:

3σ = 2,700 DPM
4σ = 60 DPM
5σ = 0.6 DPM
6σ = 0.002DPM


這里是其使用的一個實際例子:在一個要求最大封裝密度的應用中(如,移動電話),對于0201元件的貼裝精度要求可能是75μm。

第一種情況:我們依靠供應商所規定的75μm/4σ的貼裝精度。在這種情況中,我們希望在一百萬個貼裝中,不多于60個將超出±75μm的窗口。

第二種情況:MCT基于某一規格極限產生1.45的cmk。因為1.33的cmk準確地定義一個4σ工藝,我們可以預計得到由于貼裝偏差產生的缺陷率低于60 DPM。

貼裝偏移的優化

在SMT生產工藝中,如果懷疑在印刷電路板上的整個貼裝特性由于外部機械的影響而已經在一個特定方向移動太多,那么貼裝設備必須重新校正。因此這個貼裝偏移必須盡可能地減少。有大量貼裝系統的表面貼裝元件(SMD)電子制造商以類似于MCT的方法進行貼裝偏移的優化,并使用其它的測量機器。在相關位置軸X、Y和θ上得到的貼裝偏移結果手工地輸入到貼裝系統,用于補償的目的。

下面描述的是結合在貼裝機器內的一種貼裝偏移優化方法。

這里想法是要在貼裝系統上允許運行一個類似的測量程序,該程序通常是MCT的一部分。目的是,機器找出在X、Y和θ上的貼裝偏移,然后以一種不再發生偏移的方式使用。

整個過程是按如下進行的:盡可能最大數量(如48)的玻璃元件使用雙面膠帶貼裝在玻璃板上。每一個玻璃元件在其外邊緣上都有參考標記。在板上也有參考標記,緊鄰元件的參考標記(圖二)。

LED貼片機 SMT貼片機

圖二、找出貼裝偏移的原理

在貼裝之后,用PCB相機馬上拍出板上和元件上相應的參考標記的四張連續的照片。然后把通過評估程序計算出的和用戶接受的X、Y和θ貼裝偏移傳送到有關的機器數據存儲區域。再沒有必要使用傳統的手工位移輸入。由于該集成的方法使用了相對測量而不是絕對測量,位置精度與貼裝系統的動態反應不會反過來影響結果的質量。只有PCB相機的圖象分辨率和質量才是重要的。因此這個所描述的專利方法具有測量機器的特性。

下面的例子顯示1.33的cmk可以怎樣使用集成的貼裝偏移優化來提高至1.92。

假設如下初始條件:
SL = 50 μm
標準偏差 = 8 μm
貼裝偏移 = 18 μm
原始 cmk:

cmk=
SL-μm 3σ

=
 (50-18)μm 24μm
=1.33

LED貼片機 SMT貼片機

圖三、貼裝偏移優化的圖形表示

將貼裝偏移減少到,比如說,4μm如圖三所示,那么cmk的值將有很大改善。
貼裝偏移優化之后的cmk:
cmk=
SL-μm 3σ
=
 (50-4)μm 24μm
=1.92
安裝在生產線中的貼片機可以升級到盡可能最高的貼裝精度,而不需要復雜的、昂貴的和通常難買到的測量機器。或多或少通過簡單按下優化過程的按鈕,該貼裝系統就轉換成一部高精度測量機器。

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