인쇄 후 3D 검사 및 시험 장비

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이 논문은 솔더 페이스트 증착 후 사용되는 검출 방법을 간략하게 논의하고, 2 차원 검출 기술과 3 차원 검출 기술을 비교한다. 3 차원 검출 기술의 장점과 다양한 시험 장비의 기술적 성능은 주로 비교를 통해 소개됩니다. 키워드 : 3 차원 검사; 솔더 페이스트 증착; 인쇄 검사 장비 고밀도, 더 작은 크기, 더 복잡한 PCB의 하이브리드 기술의 전자 어셈블리의 깊은 발전과 함께, 인쇄 후 품질을 감지하기 위해 육안의 사용은 역사가되었습니다. 보다 진보 된 공정 장비에도 불구하고 전자 어셈블리 공정의 결함 중 70 %가 솔더 페이스트 프린팅 공정에서 파생되므로 특히 미세 피치 부품을 증착 할 때 특히 PCB의 품질을 엄격하게 제어하는 것이 중요합니다. 또한, 솔더 페이스트를 증착하는 동안 누락 자국, 과도하거나 너무 적은 솔더와 같은 결함으로 인해 후속 공정 (부품 실장)에서 브리징, 단락 및 툼스 토닝이 발생하여 최종 제품의 품질과 신뢰성이 저하됩니다. 성별은 보장되지 않습니다. 이를 위해 인쇄 후 솔더 페이스트 검사에 사람들이 점점 더 많은 관심을 기울이고 있습니다. 현재 표면 실장 검사 장비 제조업체는 비교적 저렴한 수동 및 오프라인 검사 장비에서부터 최고 10 만 달러의 고속 온라인 검사 장비에 이르기까지 여러 가지 다른 인쇄 후 검사 방법과 다양한 솔더 페이스트 증착 검사 장비를 제공합니다. . 2D 검사 장비와 3D 검사 장비, 오프라인 검사 장비 및 온라인 검사 장비, 샘플 검사 및 전반적인 보드 검사를 비교하는 데있어 장단점을 완전히 이해하고 무게를 지어 자신 만의 조립 라인을 선택하십시오. 적합한 솔더 페이스트 검사 장비.

1 감지로 비용 증가

전자 산업 전문가들은 납땜 결함이 솔더 페이스트 프린팅 불량으로 인한 것이라고 동의합니다. 따라서 인쇄 품질을 향상 시키거나 다음 단계로 들어가는 보드 결함 수를 줄이면 최종 품질을 개선하고 수리 금액을 줄이고 스크랩 비율을 줄여 비용을 절감하는 데 도움이됩니다.

1.1 결함의 조기 탐지 온라인 테스트 단계에서 발견 된 결함 보드의 수리 또는 폐기 비용에 대한 광범위한 통계를 통해 인쇄 프로세스를 제어하면 솔더 페이스트 인쇄에 많은 이점이 있음을 발견했습니다. . 어떤 종류의 결함이라도 돈을 소비하게되고, 인쇄 후 테스트는 결함의 수를 줄이고 결함을 완전히 제거하는 데 도움이됩니다. 그러나 실제로 보드 비용이 증가하기 전에 결함을 가능한 한 빨리 얻으려는 테스트가 실제로 결함으로 인한 추가 비용을 줄이고 기본 생산 라인에 대한 일회 검사 비율을 향상시킬 수 있습니다. 위대한 효과. 재사용을 위해 보드를 청소하는 것은 재 작업이나 재시험보다 훨씬 저렴합니다. 인쇄 후 결함을 복구하는 비용은 $ 0.45이며, 온라인 테스트 후 동일한 결함을 수리하는 비용은 약 $ 30입니다. 달러 가격에 관계없이이 관계는 변하지 않습니다. 따라서 프로세스 초기에 결함을 발견하는 것은 문제가 아니지만 비용을 절감 할 수있는 좋은 기회입니다.

1.2 신뢰성 향상 인쇄 공정의 추가 검사 프로세스는 두 가지 이유로 조립 된 회로 보드의 신뢰성을 향상시킬 수 있습니다. 첫째, 검사로 수리 금액이 줄어들고 수리 후 솔더 조인트가 손상되기 쉽고 품질이 우수합니다. 솔더 조인트는 파손되기 쉽습니다. 둘째, 솔더 페이스트의 양이 불충분하면 쉽게 파손되는 솔더 조인트가 형성 될 수있다. 온라인으로 테스트 할 수는 있지만 나중에 중단됩니다. 이 두 가지 문제가있는 보드는 최종 테스트를 통과 할 수 있지만 작동 중에 쉽게 실패 할 수 있습니다. 완제품의 이러한 문제로 인해 사용자가 만족하지 못하거나 보증 기간이 길어질 수 있습니다.

1.3 필요한 검사 리드 간격, 볼 그리드 어레이 솔더볼 및 인쇄 간격 요구 사항이 엄격 해짐에 따라 PCB 조립 업체는 솔더 페이스트 검사 프로세스를 어셈블리 프로세스에 추가했습니다. 일부 계약 조립 공장에서는 사용자의 요구 사항에 따라 감지 단계가 추가됩니다. 기술적 요구 사항에 따라 솔더 페이스트 검사를 수행해야하는 경우 다음 단계는 특정 응용 분야에 가장 적합한 테스트 장비를 결정하는 것입니다.

2 시험 장비 선택

솔더 페이스트 검사 장비는 여러 제조업체에서 구입할 수 있습니다. 각 제조업체는 속도, 성능 및 가격이 다른 테스트 장비를 제공하지만 솔더 페이스트 높이, 부피 및 면적 결과를보고합니다 (표 1). 인쇄 후 테스트 장비에는 두 가지 주요 유형이 있습니다 : 수동 오프라인 테스트 장비. 육안 검사 및 벤치 탑 측정 도구 포함; 프레스에 내장 된 샘플 검사 시스템과 모 놀리 식 인쇄물 검사 장비를 포함한 자동 인라인 검사 장비.

2.1 육안 검사 장시간 동안 육안 검사를 사용하는 간단한 방법은 표본이 "자격이 있는지 없는지"를 판단하기에 충분합니다. 오늘날까지는 더 작은 장치, 더 많은 리드 카운트 및 미세한 피치 구성 요소의 도입으로 이러한 접근 방식이 가능했습니다. 해당 사항 없음. 조명 돋보기 또는 보정 현미경을 사용하여 숙련 된 작업자가 샘플 인쇄 보드를 검사하고 수정 조치가 필요한시기를 결정하십시오. 시각적 검사는 프로세스 모니터링에서 가장 비용이 적게 드는 방법 중 하나이며, 인쇄 프로세스의 작업 단계를 수정하는 데 드는 비용이 가장 합리적입니다. 그러나 육안 검사 방법은 사람의 주관적인 의식이 있습니다. 즉, 작업자와 작업자 간의 테스트 결과가 다릅니다. 육안 검사 도구는 보정되지 않았으며 공정 제어에 필요한 데이터를 제공하지 않습니다. 실용적인 관점에서, 초 미세 피치 및 BGA 장치의 인기가 높아짐에 따라 시각적 검사 방법은 더 이상 인쇄 프로세스를 모니터링하는 효과적인 방법이 아니므로 더 이상 사용되지 않습니다.

2.2 인공 레이저 감지 결함을 줄이기 위해 다음 단계는 인공 데스크탑 선실을 사용하여 장비를 검사하는 것입니다. 이 측정 도구는 비접촉 레이저 기술을 사용하여 솔더 페이스트 높이와 기록을 측정합니다. 작업자를 조금만 교육하면 이러한 장치는 일반적으로 작업자에 따라 다른 테스트 결과없이 일관된 결과를 산출합니다.

레이저 3 차원 검사 장치는 레이저 빔을 사용하여 측정을위한 기준점을 설정합니다. 이 장치는 패드에서 레이저 빔이 노출되는 지점, 일반적으로 패드의 중심에서 측정 된 단일 솔더 페이스트의 높이를보고합니다. 이 유형의 테스터는 패드의 길이에 패드의 너비를 곱하여 영역 측정을 수행 할 수도 있습니다. 볼륨 측정은 면적 측정에 높이 측정을 곱하여 계산할 수 있습니다. 오프라인 검사 장비에서 사용되는 기본 공정 제어는 생산 라인에서 샘플 보드를 제거하고 표준 측정을 수행하며 검사 결과를 기록하는 것입니다. 새로운 PC 기반 검사 장비는 데이터를 저장하고 분석을 위해 SPC (Statistical Process Control)에 제공합니다. 그러나 오프라인 검사 장비는 다른 결함 보드를 인쇄하기 직전에 결함을 감지 할 수 없습니다.

2.3 프레스에 내장 된 자동화 된 검사 시스템 여러 프레스 제조업체는 내장 된 2D 및 3D 솔더 페이스트 검사 시스템 또는 오류 찾기 시스템을 도입했습니다. 그러나, 인쇄기에 내장 된 검사 시스템은 스크린 인쇄 기계와 하드웨어를 공유하며, 스크린 인쇄 기계가 일시 정지 상태로 검출되어야하므로 인쇄 속도가 느려진다. 대부분의 빌트인 검사 시스템은 사진 비전 기술을 사용하여 솔더 페이스트 면적, 커버리지 및 교정을 평가합니다. 인쇄물을 감지하는 것 외에도 카메라를 사용하여 화면을 확인하여 템플리트 개구부가 막히고 솔더 페이스트가 너무 많은지 여부를 확인할 수 있습니다.

일부 프린터 제조업체는 레이저 빔 높이 측정과 비전 시스템을 결합하여 인쇄기에 볼륨 측정 기능을 추가하여 영역을 중간 패드 높이 측정 값에 곱하여 볼륨을 계산합니다. 이 방법은 반복성이 좋지 않으며 때로 패드의 끝에 발생할 수있는 패드 결함을 감지 할 수 있지만 벽돌 솔더의 불규칙성을 인식하지 못합니다.

2.4 자동 3D 온라인 시료 검사 장비 자동 온라인 시료 검사 장비는 내장 된 검사 시스템에 비해 두 가지 주요 이점이 있습니다. 우선, 장치가 독립형 시스템이므로 인쇄기의 하드웨어를 사용하지 않고 기계를 정지시키지 않고 검사를 수행 할 수 있습니다. 둘째, 샘플 테스트 장비의 측정 성능을 통해 정확하고 반복 가능한 측정을 얻을 수 있습니다.

인쇄 된 인라인 검사 장비는 각 인쇄 된 보드의 모든 패드를 측정 할 수 없습니다. SPC 데이터를 수집하기 위해이 장치는 효과적인 통계 기법을 사용하여 여러 보드에서 현장 작업의 주요 문제를 탐지합니다. IBM의 프로세스 개발 엔지니어가 수행 한 한 연구에서 BGA 패드 용 샘플 검사 장비를 사용하는 것이 적합하다는 것이 입증되었습니다. 그러나, 우연한 결점의 가능성은 여전히 존재한다. 사실, 결점 비율은 마지막으로 발견 된 결점 비율보다 훨씬 낮다. 인쇄 후 일반적으로 사용되는 샘플 검사 장비는 온라인으로 설계되고 컨베이어 벨트에 스크린 인쇄 기계 바로 뒤에 설치되며 인쇄 과정에서 사용자가 감지해야하는 샘플 (일반적으로 작은 간격 또는 BGA)을 지속적으로 감지합니다 . 검사 장치는 실제 패드 측정 값과 미리 설정된 매개 변수를 비교하여 솔더 페이스트가 미리 지정된 범위를 벗어 났을 때 작업자에게 알립니다.

샘플 검사 장비는 타겟 솔더 페이스트 인쇄물의 빠른 인쇄를 지속적으로 포착하기 위해 검출기가 장착 된 포토 센서를 사용하는 레이저 벤치 탑 및 모 놀리 식 인쇄 보드 스캐닝 장비와는 다릅니다. 이 이미지는 검사 영역의 고해상도 모양을 만듭니다. 솔더 페이스트의 양은 먼저 모든 높이 데이터를 합산하고이를 알려진 이미지 영역으로 곱함으로써 계산할 수 있습니다.

샘플 테스트 장비는 모 놀리 식 프린트 보드 스캐닝 장비에 비해 몇 가지 장점이 있습니다. 첫째, 몇 분 안에 사전 설정 및 프로그래밍 할 수 있으며 전체 인쇄물 스캔 장치는 사전 설정하는 데 몇 시간이 걸릴 수 있습니다. 설정이 완료되면 숙련 된 기술자는 엔지니어링 기술없이 샘플 테스트 장비를 모니터링 할 수 있습니다. 수집 된 데이터는 자동으로 모니터에 표시되어 작업자가 볼 수 있으며 추후 분석을 위해 표준 형식으로 저장됩니다. 둘째, 검출 속도와 라인 속도의 매칭에 따라 테스트 할 샘플 수를 조정할 수 있으므로 검출에 너무 많은 시간이 걸리지 않습니다. 마지막으로, 구성된 램프 기술로 결함이있는 위치를 정확하게 측정 할 수 있습니다.

단점은 샘플 검출 장치가 각 프린트 기판상의 각 위치를 검출 할 수 없기 때문에 결함 검출의 결함 가능성이 높다는 것이다. 정의 된 우발적 결함은 일반 그래픽에는 나타나지 않습니다. 표본 탐지 기술을 사용할 때 아직 탐지가 누락 될 가능성이 있습니다.

2.5 자동 온라인 모 놀리 식 인쇄 보드 검사 장비 고속 모 놀리 식 인쇄 보드 검사 장비는이 분야에서 가장 앞선 장비로서 각 인쇄 보드의 각 검사 지점을 평가할 수 있습니다. 이 장비는 값이 비싸지 만 매우 빠르며 생산 라인에서 실행되는 전체 인쇄 보드를 감지 할 수 있습니다.

모 놀리 식 인쇄 회로 기판 검사 장비는 레이저 빔을 사용하여 생산 라인의 단일 인쇄 기판을 스캔하고 각 패드의 모든 측정 데이터를 수집하며 실제 측정 값과 요구되는 허용 한계 값을 비교합니다. 이 장치는 스텐실 개구부 막힘으로 인한 패드 번짐과 같은 우연한 결함을 포함하여 다양한 종류의 임프린트를 검사 할 수 있습니다. 전체 스캔은 또한 붕괴, 흠집 및 솔더 범프를 포함하여 솔더 페이스트 증착 패턴의 임프린트를 보여줍니다.

모 놀리 식 인쇄 회로 기판 검사 장비의 주요 이점은 각 인쇄 결함의 위치를 실제로 나타낼 수 있는지, 보드의 각 패드에 대한 실제 높이, 면적 및 부피 데이터를 수집 할 수 있는지 여부입니다. 잠재적으로 값 비싼 결함이나 높은 단위 비용으로 전체 PCB 테스트가 더 적합합니다. 자동차, 군사 또는 우주 항공 응용 분야에 사용되는 인쇄 회로 기판은 높은 신뢰성 기술 요구 사항을 충족해야하며 종종 100 % 검사가 필요합니다.

2.6 자동 광학 검사 (AOI) 장비 자동 광학 검사 장비는 현재 조립 라인과 병행하여 솔더 페이스트 증착의 품질을 탐지 할 수있는 유일한 장비입니다. 시간당 100,000 개 이상의 부품을 감지 할 수있어 온라인 AOI 장비가 보드상의 증착 지점을 100 % 감지 할 수 있습니다. 이 장치는 이미지 분석 소프트웨어, 측정 구성 요소, 가장자리 비전 기술을 사용하여 값과 극성을 확인하고 배치 정확도를 보장합니다. 표준 CAD 및 거버 파일 프로그래밍이 적용됩니다. 통계 프로세스 제어 (SPC) 소프트웨어 도구도 적용되었으며 데이터베이스가 설치되어 재 작업 스테이션과 네트워크되었습니다. 그것은 자동 온라인 모 놀리 식 PCB 검사 장비와 많은 유사한 기능을 가지고 있습니다. 가장 주목할만한 기능은 인쇄 품질뿐만 아니라 배치 시스템의 정확성과 같은 다른 프로세스의 품질을 감지 할 수있는 다 기능성입니다.