贴装性能的检测 Placement Performance Metric

1、 贴装性能检测表格IPC-9850-F1 Placement Performance Form

本表格式具有两种不同的功用项；其一写入是贴片机的型号，表示该类型贴片机的通用性能，二是写入贴片机的序号列，确认本机器的技术性能。表格的首部分为两片区，首部左边区写入贴片机型号，制造厂名；首部右区仅本表用于贴片机性能确认时写入；贴片机序列号、出厂日期。

主表格分为四部分，以下详述：

第一部分，列示第2、3、4部分检测项目的测量条件：

贴装头/真空吸嘴的数量 Number of Heads/Spindles

贴装头/真空吸嘴的类型 Type of Heads/Spindles

摄像机的类型 Type of Camera

送料器/华夫盘的数量 Number of Feeders/Trays

真空吸嘴的规格 Type of Nozzles

真空吸嘴的数量 Number of Nozzles

贴装检测样板的数量 Number of Panels Built

每块检测样板贴装器件样板的数量 Number of Parts Per Panel

以及为提供这些记录，贴片机硬件与软件调整的表述。$Page_Split$

第2部分，列示在器件样本贴装周期，检测的时基参数：

贴装时间 秒 Build Time

转换时间 秒 Transfer Time

贴装流水时间 秒 Tact Time

产额（CPH），由时间参数得到。Yield

第3，4部分在第1部分贴片机调整的条件及第2部分测量配置的状态下，CMM对贴装有器件样本的检测样板测量及分析的性能指标：

重复性精度（标准偏差）

精确度（CPK=1.33）目标值标准界限

精确度 (CPK=2.0) 目标值标准界限

CPK(引脚/引线端与焊盘50%搭接面积

CPK(引脚/引线端与焊盘75%搭接面积

重复性精度及精确度以X轴，Y轴， ??转动轴分别计算，引脚与焊盘搭接面积以X，Y，??传动轴

综合偏差计算（引脚端与焊盘搭接面积CPK的计算）。

附录D提供测量器件样本中心位置的两种方法，据此可得到测量偏差。

制造厂采用IPC-9850贴片机性能检测方法规定的检测程序，IPC-9850-F1格式是用于表述贴片机型号及该机型的通用技术指标。制造厂向用户供货时，本格式的复印件应作为技术文件提交。（即；该型号通用技术指标）

在向用户供货前，制造厂应按本标准规定的检测程序，至少完成对一种类型器件样本在检测样板上进行贴装测量，使用IPC-9850-F1格式表述对被检贴片机技术性能的确认。制造厂可提交对最具代表性的器件样本贴装测量数据，或者制造厂与用户双方同意的器件样本进行贴装测量。写入IPC-9850-F1格式，并应写入被测贴片机的序列号及生产日期。

选用1608C作为贴片机性能检测的器件样本，可按特例处理。即在被检贴片机检测时，制造厂可仅在每块检测样板上选择1,5,9,13,17,行的器件样本的贴装位置进行测量（第1行为检测样板标有“IPC-9850检测样板”字样上方水平第1行）。此举目的是为了减少因贴片机的贴装准备工序所费的时间，尤其是CMM测量时间及为了减少因贴装测量前后的等待时间，在检测样板面上复贴粘胶带的张力对贴装器件样本的影响。但必须按本标准规定该检测样板完成400件样本的贴装。$Page_Split$

制造厂应保证IPC-9850-F1列示的所有类型器件均在该型号贴片机具有的设备能力范围内。$Page_Split$

至于增加其他类型器件作为测量样本项，由制造厂或代理商自行决定。此项操作应按下列指南进行：

1） 至少30件实用器件/器件样本，或贴装满8“×8“贴装检测样板。

2） 器件/样本必须等量按4个排列方向贴装（除非该贴片机不具有多方向贴装功能）。

3） 必须在检测样板基准标志所辖范围长和宽面积内贴装。

4） 测量图形设计应从左到右，从上到下分布均衡，密度合理。

5） 由多块检测样板测量，取得数据。

6） 检测样板测量贴装图形少于100个，则应测量全部被贴实用器件/器件样本。

7） 贴装器件样本数量等于或大于100件，如每一行贴装排列方向不同，为保证测量精度，每一排必须有规则取样测量。如每一排贴装排列定位方向不同，为保证测量精度，每一行必须有规则取样测量。

2、 表征方法Characterization Methodology

过去已采用过许多种评估贴片机性能的方法，本标准规定的测量方法，是使用非接触式的光学坐标测量系统测量贴装器件相对于检测样板上基准标志的坐标位置，这种方法之所以被选用，是因为许多制造厂和用户对使用这种方法已积累了相应的知识，并改善了CMM进行贴片机评估及判断的工具。

为获得对贴片机性能指标的数值化，表征方法的过程应具有重复性及再现性，且与用户的加工产品无关。为满足此条件，标准检测样板组（PVP_S）作为本标准规定的全部测量程序的共用检测样板。检测样板的检测表面复贴有粘胶层，用于贴装粘着固定器件样本。

表征方法建立了一组贴片机性能表征参数，这些参数通过4块PVP的器件贴装位置的测量计算得到。

这4块PVP采用与4块印制板类同的贴装工序，在正常生产条件下，由贴片机连续进行贴装。贴装工序前后的印制板缓冲传送装置的进动速度，可利用附加多块。

检测样板传送调节得到，但只有4块连续进行贴装的检测样板才能进行测量分析。制造厂商也可选用PVP托架，托架需准确无误放置PVP，见附1，IPC设计PVP专用托架。

本标准使用了玻璃器件样本代表QFP-100，QFP-208及BGA-256等精细引脚间距器件，所以器件封装物理尺寸的差异极小。由于1608C，PLCC-16分立器件的工艺制造质量好，尺寸精度高，可使用实用器件作为标本进行贴装测量。

标准检测样板（PVP）套组可允许贴装本标准规定的各种类型的器件样本，每一块PVP仅设计一种类型的器件贴装图形。这样可避免某些贴片机不能贴装标准规定的所有类型器件封装，正如高速贴片机不适用于QFP或BGA封装贴装，而精密多功能贴片机不适用于快速1608封装贴装。见附E，每种器件封装检测样板的布局设计。

贴片机制造厂商都提供贴装优化程序；对器件贴装顺序，吸嘴的变换，摄像机系统调整进行优化。要做到全部吸嘴/吸嘴套轴组合尽可能的等同数量使用，被贴器件与所有的给定吸嘴/吸嘴套轴组合完美接合，以及全部吸嘴与转动组合尽可能等同数量。（即：无人工控制来优化器件贴装，而某些吸嘴不被选用是允许的）。为使得这种组合不匹配因素降到最小，检测样板器件贴装只使用一种贴装头与摄像机系统的组合。用户也可有权确定对某种类型贴片机是否采用一种或多种贴装头与摄像机系统的组合来优化贴装速度与贴装精度之间的平衡。

每一种类型器件样本，贴装4块检测样板，产生了单块检测样板内多块检测样板之间的差异。因基准标志识读过程的偏差，这4块检测样板采集检测样板间贴装的可变性数据。基准标志识读过程计算基准识读图象偏差，检测样板定位数学计算中的偏差。

3、 贴片机贴装性能检测Machine Performance Parameters

IPC-9850-F1的测量条件部分列示在贴装速度和重复性精度/精确度的测量操作过程，贴片机的配置条件，这些条件为用户提供有关贴片机的重要数据，再现技术文件所给定的技术指标。$Page_Split$

本项数据为在检测评估贴片机时，被测量使用的贴装头/真空吸嘴的数量，每一组贴装头/真空吸嘴应近于等量使用。贴装程序不能通过人工优化来排除某些真空吸嘴套轴或转动。（真空吸嘴套轴上下运动吸持和贴装器件。吸嘴安装在吸嘴套轴的端头且与相对应的器件范围匹配。某些贴片机有多个真空吸嘴套轴，某些贴片机有真空吸嘴套轴头，某些贴片机有多个贴装头。）记录所有测量的贴装头/真空吸嘴套轴数量。

本项为器件对准的贴装头/真空吸嘴的类型（某些贴片机有适用于精细引脚间距器件的一种类型贴装头/真空吸嘴，另一种类型贴装头/真空吸嘴适用于其他器件。）记录贴装头/真空吸嘴的类型。

本项为对准器件摄像机类型。（某些贴片机有适用于精细引脚间距器件的摄像机，另一种类型摄像机适用于对准其他器件，某些贴片机有多种类型摄像机对准特种类型器件）。

本项数据为在评估检测贴片机时，装载送料器或华夫盘的数量。（送料器的数量会影响某些贴片机的贴装速度，有时为使产额达到最大值，多个送料器装载同一种器件）。

本项数据为在检测评估贴片机时，被测量使用安装在吸嘴套轴上的吸嘴类型。（有些贴片机使用多种规格吸嘴吸持贴装一种器件封装类型。）

本项数据为在评估检测贴片机时，被测量使用安装在贴装头及吸嘴套轴上的吸嘴数量。

本项数据为在评估检测贴片机时，被贴装测量的检测样板数量。

计算方法—本标准的测量程序规定贴装检测样板的数量为4块。

本项数据为在评估检测贴片机时，每块检测样板贴装器件样本的数量。

计算方法---本标准规定的各种器件样本相配对的每一块检测样板贴装器件的数量。

时基参数是表述器件在检测样板上，进行完整的器件贴装过程，定义时间周期特征参数。

测量时间参数的能力应被用户确认以保证测量的精确性，即可接受的重复性精度和精确度。秒表和示波器的分辩率应至少等于或超过0.01秒。必须完成GR/R的数据分析，核定测量数据的重复性在精确度/公差比优于25，应小于0.01秒（见附G R/R的讨论）。

本标准规定的贴装时间定义是在每块标准检测样板上进行器件贴装所需要的平均时间，包括检测样板定位对准时间，器件贴装时间，吸嘴变换时间。不包括检测样板送入，送出贴片机的整个传送时间。有些贴片机将基准标志对准贴装操作重叠，而有些贴片机将吸嘴变换与器件吸持变换重叠。贴装时间忽略这些因素。

测量过程—使用秒表或示波器测量检测样板在贴片机贴装区停留的时间。检测样板被夹持固定开始，检测样板松开停止。取4块贴装检测样板平均测量值，为贴装时间。

计算方法—贴装4块检测样板，计算4个测量数据的平均值，得到贴装时间。

本标准规定的的转换时间定义是包括检测样板送入，夹持固定，送开，送出贴片机贴装区等操作的时间。其表示贴片机在正常贴装操作时，与检测样板传送有关的辅助时间。

测量方法—使用秒表或示波器测量第1块检测样板的送入时间到第5块检测样板送入时间（不需要使用标准下班检测样板），其值应小于4块检测板的全部贴装时间。为减少测量偏差，应在转换时间（T_t）周期内，建立能清晰定义，容易检测的测量点。贴装工序前后的印制板缓冲传送装置的进动速度，可使用附加多块检测样板传送调节得到，但只有4块标准玻璃检测样板才能满足正确测量过程的要求。$Page_Split$

计算方法—第1块检测样板送入时间到第5块检测样板送入时间（不需要使用标准玻璃检测样板）减去4块检测样板的全部贴装时间，除以4计算得转换时间（T_t）。

本标准规定的全程序贴装流水时间定义是在保证给定的贴装能力条件下，在标准玻璃检测样板上贴装全部被测器件样本所用的时间。不包括转换时间，基准识读时间，吸嘴变换时间。

测量过程—使用秒表或示波器测量，在每块标准玻璃检测样板上第1个器件样本贴装开始时计时，到最后一个器件样本贴装结束停计时。

本标准规定的贴装流水时间定义是在4块标准玻璃检测样板CAD坐标上贴装每一个测量器件样本所需要的平均时间。贴装流水时间不包括测试板传送到位，夹持固定，对准定位及吸嘴变换时间。标准CAD坐标限定了贴片机在检测样板200mm² 面积范围内进行器件贴装，以防止人为将贴装器件紧密排列，最少的贴装头来回运动，减少贴装时间。为使得贴片机能将测试板转换传送与器件吸持时间重叠，本标准规定的贴装时间是有利的。本标准允许制造厂在测量时，自定义送料器配置及器件吸持与贴装顺序。送料器及贴装头的配置数量，以及对测量条件的了解，可对标准贴装流水时间作出评价，在相同贴装操作条件下，测量得到的贴装时间数据，可用于计算贴片机的贴装能力。这样保证了贴装过程的变化，以达到贴装速度与贴装精度间的平衡。

计算方法块检测样板全程序贴装流水时间的平均值除以单板贴装器件数量减一，得贴装流水时间。

本标准规定的产额项的定义是贴片机在检测样板PVP上，每小时贴装器件数量。产额项数据可用于提供在SMT工厂作为常用的贴片机加工容量的量值。虽然本项得到的数据值，并不能与实用印制板直接相关，（因每块检测样板仅贴装一种类型器件）。但对不同类型贴片机进行对比是一项有用的数据。

例：QFP-100产额（Net Throughput）=36×3600/（贴装时间+转换时间）

本标准规定以下测量过程用于收集重复性精度和精确度数据，4块检测样板表面复贴粘胶带（见附C，粘胶带的使用指南）。按给定器件的贴装程序，在4块检测样板上贴装器件。接下将4块检测样板送入光学坐标测量系统（CMM），测量每个贴装器件沿X，Y，??轴向器件贴装位置偏差..

本标准规定的重复性精度定义是在多块检测样板PVP上贴装一定数量的器件样本，测量器件计算贴装位置偏差的标准偏差。标准偏差表示贴片机在重复贴装一个器件时，所得到的器件贴装位置偏差的离散性。贴装位置偏差的定义是贴装器件实际中心位置与相对于检测样板基准标志CAD坐标的给定位置，两者间物理距离。（附D，测量器件中心位置的两种方法）。X轴向平均偏差X_DEVX轴向平行检测样板上“9850 Verification”标志。Y轴向平均偏差Y_DEV垂直检测样板上“9850 Verification”标志。??轴向转动平均偏差??_DEV（环器件X-Y轴面中心）B、精确度Accuracy

许多制造厂都采用自已制定的贴片机贴装偏差标准上下界限的贴装能力因素指标来表述贴片机的贴装性能。IPC-9850规定了一个统一的标准，代替各制造厂间不同的标准上下界限和置信度值（??），这使得各制造厂可以符合同一能力因素值（CPK1.33，CPK2.00）的标准上下界限，来表述贴片机的性能指标。这统一的技术标准可在相同的CPK值条件下，直接对不同类型贴片机性能进行对比。

许多贴片机制造厂关于贴装精确度的技术指标，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。

本标准提出一种新的表述方法，把X，Y，??（转动）轴的影响集总起来加以考虑。其优点是与SMT焊接工艺的关系更密切连接起来，因为即使X，Y，??（转动）轴分别符合技术指标要求，但有时三个传动系统集总起来，也会对焊点的形成产生不良影响。

本标准规定用于计算CPK值的标准界限范围是贴片机在以检测样板基准标志图形为参考点的CAD坐标给定位置上，贴装器件的贴装偏移上下界限。此参数表示贴片机在一个规定的工程能力因素CPK值，贴片机完成对准贴装器件的能力。CPK1.33,不合格率为64PPM;CPK2.0,不合格率为0.002PPM.除了这两个CPK值外,用户希望采用其他一些表示贴装缺陷率,可方便转换后对贴片机性能进行评估.

计算方法---SL=3S×CPK+avg

b.引脚/焊盘搭建对准能力的表述—CPK CPK for Termination-to Land Coverage

贴片机的许多贴装缺陷主要不是X，Y，??(转动) 轴单个误差所致，而在很大程度上是由于X，Y，??（转动）轴综合误差造成的，本标准建议采用的一种新方法是对X，Y，??(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。外伸测量法用于确定引线/引线端—焊盘搭建外伸部分的量度。贴装器件的封装形式不同，引脚有欧翼型引脚，球阵列引脚，柱阵列引脚及片式器件的引线端等。

IPC-9850-F1表有两项指标评估引脚/引线端—焊盘搭建面积的百分比例。这两项参数是根据IPC-SM-782，IPC-A610规定的电子产品分类要求的偏移标准界限，与表述贴片机贴装能力CPK值。（1，2类；引线宽最大外伸为50%，3类，引线宽最大外伸为25%）。这些指标是基于IPC-SM-782，IPC-A610的器件贴装焊接标准，这些贴装偏差值由数学公式计算得到，即X，Y，??（转动）贴装偏差的综合结果。$Page_Split$

（Termination-to Land Calculations.xls）引脚/引线端—焊盘搭接偏移计算图表文件，提供引脚/引线端—焊盘搭接电子表格使用指南及计算公式范例。

对引脚器件言，贴装总偏差称之为引脚最大终结偏差（MLTE）。其中“最大”指的是引脚与焊盘图形搭接伸出部分的最大尺寸量度，此量度表示是X，Y，??（转动）轴综合误差作用最终得到引脚与焊盘搭接面积，也就是引脚顶端（脚趾）最终外伸焊盘图形部分（如图3-3所示）；S_X为器件（X）同方向的跨距，（两引脚顶端（脚趾）；S_Y为器件引脚顶端（脚趾）在正交方向（Y）的跨距。

对阵列引脚器件言，贴装总偏差称之为引脚最大终结偏差（MBE），此值用来计算球引脚与焊盘的搭接偏移。1608片式器件的引线端与焊盘的搭接评估不必使用本方法计算。因为引线端与焊盘的尺寸比例不严格。

根据（IPC-SM-782）器件封装的标称尺寸和焊盘的最小尺寸，可用引脚与焊盘的搭接偏移来计算有引脚器件和球引脚阵列器件的贴装总偏差。

器件封装类型	器件封装尺寸（长×宽）	引脚宽度	焊盘尺寸 （长×宽）	总偏差标准上下界限（1，2类）	总偏差标准上下界限（3类）
SOIC	8.89×6.0	0.42	NA×0.60	0.3001	0.1951
QFP-100	16.0×16.0	0.20	NA×0.30	0.1502	0.1002
QFP-208	32.0×32.0	0.20	NA×0.30	0.1502	0.1002
BGA-228	15.0×15.0	0.50Dia	0.45Dia	0.2073	0.1143

注：1，SOIC，引脚器件总贴装偏差（MLTE）Q0.195等于引脚/焊盘搭接R75%，MLTER0.3等于LTL引脚/焊盘搭接R50%

2,QFP总贴装偏差（MLTE）Q0.100等于引脚/焊盘搭接R75%，MLTER0.15等于LTL引脚/焊盘搭接R50%

3，BGA总贴装偏差（MBE）Q0.114等于引线/焊盘搭接R75%，MLTER0.207等于LTL引脚/焊盘搭接R50%

有引脚器件，引脚与焊盘的搭接是根据引脚的宽度计算。而球引脚阵列器件，球引脚与焊盘的搭接是按二维数学模型，根据球焊盘与球引脚搭接面积的百分比，是焊盘与球引脚搭接，焊盘所搭接的面积比例，不是球引脚在焊盘上搭接面积比例（通常焊盘设计面积比球引脚小，所以必须采用焊盘面积）。使用器件贴装偏差一组数据计算平均偏差和标准偏差，由平均偏差及标准偏差可得CPK值。

本标准规定引脚/引线端与焊盘搭接的CPK值是表征贴片机把器件准确贴装到印制板上对应焊盘上贴装能力的参数。取决于器件封装形式不同，引脚/焊盘（LTL），球引脚/焊盘（BTL），器件贴装在焊盘上的搭接面积比例作为表征贴片机的器件贴装能力。

IPC-SM-782定义各类型器件封装的贴装焊盘，引脚的尺寸取平均值（最大与最小尺寸的平均值），根据电子装联标准要求，相对于50%，75%搭接面积标准计算得到的CPK值。

焊盘搭接的计算根据IPC-SM-782标准规定的引脚及焊盘的设计尺寸，不是器件实际尺寸。在本标准编制时，阵列器件的球引脚/焊盘搭接面积比例的标准尚未建立，BGA-228选用球直径0.5mm，焊盘0.45 mm直径计算用.

引脚/焊盘(LTL)：根据贴装器件搭接在焊盘上引脚宽度的百分比计算。因X，Y，??（转动）轴综合偏差造成器件贴装偏差，以全部引脚中的最大偏差引脚计算该量值。

对于四引脚方形矩形器件；引脚在长边的方形矩形器件；如贴装器件长边沿印制板X轴方向；如贴装器件长边沿印制板Y轴方向的引脚顶端（脚趾）最大偏差MLTE的计算都有相应的公式。

球引脚/焊盘（BTL）：根据阵列器件的球引脚或柱引脚搭接在圆焊盘上的面积百分比计算。因X，Y，??（转动）轴综合偏差造成器件贴装偏差，以全部球引脚中的最大偏差球引脚计算该量值。

例：计算引脚/焊盘搭接能力的CPK值：（选用一种器件样本及4块对应的检测样板），经CMM测量得到X，Y，??（转动）轴一组贴装偏差数据，各器件的引脚/焊盘搭接的最大偏差由上述公式计算得到。接下可计算这组样本数据的平均偏差，标准偏差。最后根据电子产品分类规定的引脚/焊盘搭接标准，（50%；75%），由公式计算得CPK值，并将这两个CPK值写入IPC-9850-F1表。

假定，选用QFP-100器件样本，144个引脚/焊盘叠接贴装偏差的平均偏差为85%，标准偏差为5%，则相对50%引脚/焊盘搭接标准，CPK=（85-50）/（3×5）=2.33。