焊膏印刷检测探密 控制工业成本的压力以及技术方面的动力，要求使用具有更加强大功能的3-D AOI检测设备，以便实现对焊膏印刷的控制。本文旨在考察使用这类设备的用户应考虑的各种因素。

随着表面组装技术的发展，真正的在线自动检测已是确保成本合理、可靠生产的最基本的要求。在缩小元件尺寸、降低引线间距和BGA密度、缩短粘附时间以及前所未有的板子复杂性等因素的推动下，传统上使用的人工检测再也不能满足世界级的生产要求了。 由于在前一段时间经济滑坡中产业重组，以及由此要求降低每块板子的成本，促使电子组装业朝着更高产量、更低废品率和返修成本的方向发展，进一步加剧了EMS领域的激烈竞争。这就使得检测作为工艺初期阶段的一个重要组成部分显得十分必要。

 随着BGA元件的广泛应用，密度的提高，需要对焊后隐藏的看不到的一些焊点进行检测。对BGA元件存在的问题，使用标准的再流焊后检测设备是探测不到的，而复杂的X-射线检测设备速度慢、成本也高。在组装工艺完成之后，返修成本明显上升，而闭环反馈的工艺控制的效用也更低。板子并不总是可以进行返修的，也就是说，整个板子有可能最终被丢弃到废品推里。 

据预测，生产线末端上的产品缺陷60-80%与印刷工艺有关。有人认为，焊膏量是预测成品板子质量的最好指标。 改善印刷工艺可以减少后序工艺中的问题。优质的印刷工艺可以防止元件的偏移和扭曲，避免产生缺陷。 印刷工艺是一种动态工艺，因此，由于不同因素的影响，包括清洗、磨损和撕扯掩模、焊膏的老化、对环境的感应性、焊膏的运送及频繁填加，印刷工艺容易产生缺陷。在印刷阶段产生的问题一般都会影响到整个板子和板子上的所有元件。待印刷工艺一结束，立即探测发现这类问题，有助于降低返工成本和“骨干”（bone pile）成本。 

由于上述种种原因，越来越多的公司正在寻求检测生产线上最初阶段的SMT板子的估选方案，尤其是对于BGA和细间距元件的。 

焊膏印刷的检测 

对于较大的焊盘和元件,简单应用标准的2-D检测就可以了（见图1）。这样的工艺较为稳定；焊料的高度微小变化无关紧要。然而,在涉及到包括0402、0201、CSP和细间距元件（0.4mm)这样的小型元件时，采用3-D检测是最基本的要求。每种焊料的沉积尺寸从各个不同的方向看都是相同的。因此，沉积的焊料高度（与模板厚度有关）基本上与其宽度和长度相同。这样一来，焊料沉积高度的微小变化，与其面积的微小变化一样重要，可能会降低焊接的质量。 

此外，当元件具有很多引脚（IC或BGA）时，应确认每个元件上沉积的焊料高度之间的变化小到足以确保所有的焊点达到适当的要求，这一点至关重要。如果有一个元件的腿或焊料球没有接触到沉积的焊料的话，就可能产生开路，或者焊点达不到可靠性的要求。 3-D检测工艺应包括对对整个板子的检测，而不只是对有焊料区域的检测，以便对由于不小心而将焊料沉积到印刷区域以外的焊料进行探测，这也被称为是“非预期沉积的焊膏”，它可以导致焊料球出现意外的严重损坏。 

应对挑战 

为确保精确的检测效果，必须应对下列挑战： ●精确性。检测必须能够给出相对于接触焊盘平面所沉积的焊膏量、面积、形状和位置的精确测量。 ●闭环工艺控制。检测应具有足够的精确性，不只是指探测缺陷和守门，而且还要实施真正的工艺控制。数据应能关闭系统印刷机的环路，实现系统与后序工艺检测之间的数据交换。 ●速度。检测设备应能够对板子实施100%的检测，即使是在生产线以最快的速度运行的情况下。 ●板子。设备应适用于各种不同类型的板子，即使颜色、厚度、焊盘类型以及焊膏不同，检测设备还必须能够对整个板子翘曲进行检测。 ●简易性。检测设备要求设置时间不宜太长，且操作员上岗工作无需进行高深的培训。上述这几方面因素对于把这类设备应用于生产线中所获得的质量、可应用性和效益都会产生巨大的影响。 

焊膏高度、焊膏量与3-D检测的理念 由于在顶部上沉积焊膏不一定能够达到均匀的效果，试图仅根据几个样品来推断焊膏的沉积量未必能够获得准确的结果。 随着每次沉积的沉积点数量和焊膏分配测量的减少，这种方法出现的问题也就越来越多。可以采用一种替代方法，测量在所要求的粘附时间内每次沉积的沉积点数量，不过，只对少数的沉积点进行检测——只用于关键的沉积点或小的样品——希望能够为预测印刷问题收集到足够的信息。 因为印刷缺陷是无规律的，为了从焊膏印刷检测中获得最大利益，制造厂商需使用精确的3-D体积测量来检验整个板子。 

采用三角测量的3-D 测量3-D成像的高度可采用几种不同的方法，包括莫尔和相移干扰计、三角测量、行程时间、聚焦和共焦点的方法。而测量焊膏的印刷高度采用的最常用的、最适用的方法是三角测量的方法。这种方法以其简易的适用性，可同时对许多印刷点进行检测。 

两条线只在一个点上相交。其中一条线是激光点的投影。第二条线是摄像机和以光分辨的角度的反射点之间的一条线。这种方法要求使用单线的摄像机，形成单一的测量点。 两条线之间的角度对于测量的准确性是很重要的。当激光从顶部投射下来时，每个轴都有一个预先规定的X-Y位置。这样的话，这些轴均匀地分布在图像上。当激光以一个角度投射时，预先只知道Y轴。由于三角测量方法可处理X和Z轴的目标，因此，这种方法记录的这几个轴的间距是不规则的。这样一来，要准确地计算体积就会遇到一些困难，激光点（或线）的宽度是会变化的，而且会出现不对称的现象，因此，寻找确切的中心点是很困难的。

激光以一个角度投射的优点是获得相同分辨率所需的光学结构的简易性。这就是当今许多检测设备的制造厂家选用这种配置的原因。 然而，为保证数据的更高精确度和可靠性，直接将激光投射到物体的上方，显然是一种更优的方法。 补加真正的2-D通路 如果无法把焊膏与板子的其余部分区分开来，无法测量出焊膏相对于焊盘的高度，要想确保印刷达到尽善尽美的效果，那是不可能的。

导体、焊盘和丝网等的高度未必是均匀的。污成一团的焊膏会使印刷层变薄。因此，了解每个印刷点的焊膏高度，还不足以清楚地识别出焊膏。只有（根据3-D图像）了解焊膏的高度和掌握板子上每个焊点的灰度(2-D图像)才能够探测出真正的缺陷（见图5）。2-D图像也是寻找基准标记的最基本的方法。 还有一种选择，在三角测量方法中使用激光发光照射，以便形成灰度图像。遗憾的是由于这种光源的照明效果，会导致图像质量差。

此外，在2-D和3-D的高度图像上的同一个点上会出现像阴影或反射不良这样的问题。为改善图像质量，必须补加另一个通路，这样的话，2-D图像就可以使用一个不同的光通路和一个不同的光盘，而不是采用高度成像方法。 补加这种光学通路还可实现对不同类型板子的照明调节进行选择，例如，对于焊盘上的锡涂层进行了热风整平的板子这种构造和另一种涂覆金的焊盘的板子，提高识别焊盘和焊膏的能力，应使照明自身自动地适应于每种类型板子，从板子的试用阶段就开始适应。 作为绘制高度的附属部分，精确的2-D信息可帮助设备明显地减少虚假的呼叫。例如，它可以探测出被识别为“太高的”区域实际上并不是焊膏，而是反射表面、光亮的丝网或孔洞中产生的噪音。它可发现在规定的焊盘区域以外，有一层薄薄的被弄污的区域，这种现象威胁到其他焊盘，它可帮助识别如与焊盘高度相同的测试点和基准标记等因素。一旦识别了这些因素，就可在绘制高度图像中发现它们，就可准确地确定焊膏量。

 对印刷区域进行精确地测量有助于防止缺陷的产生。比如可以在产生缺陷之前探测掩膜是否阻塞。这还可改善掩膜的清洗方法。 精确地测量高度和体积，对于探测刮板速度和压力、施加的焊膏不足或焊膏老化方面的问题也是很重要的，因为上述这几个问题会导致印刷表面不平整。还应通过测量焊膏的高度曲线来探测掩膜与板子之间的脱离方面的问题。 

通常都要根据Gage R&R,即检测设备的测量可重复性和可再生产性的标准步骤，对检测设备进行测试。Gage R&R以位置的覆盖面、体积和高度测量确定，小于一般元件上的加工宽度和工艺容差的10%。 挠曲的板子 许多板子在进入焊膏印刷工艺时就有一些轻微的弯曲，而其它一些产品，主要是一些底部装有元件且已经过焊接的板子，可能会出现明显的高度变化。IPC-A-610C标准要求板子的弯曲不能大于其对角线的0.75%。 这对于3-D检测设备就是一个问题。使用一台以微米为单位进行测量的设备来测量10mm范围内的尺寸就是不合理的。必须根据检测面积来调整这种检测设备的测量范围。也就是说，必须降低测量设备或者是抬高板子。在测量设备的测量范围扩大时，就没有必要频繁地改变高度了。

检测设备应具有“智能化特性”，可以寻找出与焊盘高度相对应的焊膏高度，以便能够精确地测量出板子弯曲处的焊膏印刷量。 速度 新板子的参数设置，是高混合性生产线存在的一个中心问题，应建立在标准输入文件格式的基础之上；Gerber、CAD,最终是CAM。设置一种新板子的参数，应在一个小时内完成；变换到原有的参数设置，应在几分钟之内实现。此外，设置文件应该是便携的，便于在各种焊膏检测设备中应用（“原版文件不会走样”）。 焊膏印刷检测设备应是在线使用设备，并能够与生产线的速度保持一致。 

正在寻求新型检测设备的制造厂商不仅要考虑到生产线的当前速度，而且还应考虑到生产线的最高生产能力和将来可能改进的方面（见表）。 结论 工艺检测实施得越早，对制造厂商带来的总体效益就会越大。焊膏印刷检测不仅可以降低废品率和便于返修，而且还有助于使印刷工艺达到优质效果。为满足当前和将来制造的需求，从事生产的用户应选用下列焊膏检测设备： ●3-D检测设备，达到生产线的速度（即，至少40cm2/sec） ●真正的2-D和3-D同步检测设备，达到最高的故障覆盖率。 ●检测设备达到精度要求和GR&R标准要求，以满足对实现优质因素的检测要求。 ●快速、简易的参数设置和完全的覆盖率。 正在寻求新的检测设备的制造厂商，不仅要考虑生产线的当前速度，而且还应考虑到生产线的最高生产能力以及检测设备的适用性。 本文摘自《中国电子商情》