为实现电子机器的高性能化,研究人员以印刷电路基板的组件封装高密度化,以及组件小型化为对象的焊接质量提升为最终目的,进行对回焊炉制程质量有重大影响的「锡膏印刷量管理」与「组件铺设位置精度管理」检讨与各种量测。本文将主要为大家介绍PCB的组件铺设位置精度管理。

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PCB的组件铺设位置精度管理

 为实现电子机器的高性能化,研究人员以印刷电路基板的组件封装高密度化,以及组件小型化为对象的焊接质量提升为最终目的,进行对回焊炉制程质量有重大影响的「锡膏印刷量管理」与「组件铺设位置精度管理」检讨与各种量测。本文将主要为大家介绍PCB的组件铺设位置精度管理。

  电子组件固定器(Mounter)的封装精度确认方法,大多以固定器量测封装组件的坐标,再与固定器数据的坐标进行比较。
  量测固定器的精度时,为避免受到组件、基板公差的影响,一般都要求限定一种类的组件或是基板。
  量测成品固有组件铺设精度的场合,则要求使用被测物的组件或是基板,因此出现固定器功能确认与成品固有组件铺设精度确认2种应用。
  然而不论哪种应用,最大问题是量测仪的精度以及使用的组件与种类,此时为判断封装精度是否达成±50μm,因此要求量测仪的精度必需可以正确量测μm等级的精度。
  此外为提高量测结果的可靠性,一般都要求尽可能量测更多的样品,换句话说确认固定器铺设精度的量测仪,要求「精度」与「速度」。
  最简单的方法是固定器本身具备自我诊断,不过相同仪器同时进行量测与精度双重动作,精度的客观可靠性反而受到质疑。
  要求精度时高倍率显微镜最适宜,缺点是量测作业很费时,反过来说如果使用外观检查仪等影像视认检查仪,量测时间可以大幅缩短,缺点是量测精度会劣化。
  固定器精度确认用可以使用已经商品化的专用检查设备,进行高精度、短时间、各种固定器精度、偏差量的量测,缺点是专用检查设备的组件与基板受到限制。
  基于上述「成品固有组件铺设精度」的实际需求,研究人员针对精度、量测时间、操作性调查复数已经商品化的检查设备,最后决定采用MITSUTOYO开发通用型(Universal)量测显微镜,再组合影像处理软件构成图16的量测显微镜系统。
  图17是固定器各Head的组件搭载精度量测结果,封装精度保证值为±0.1mm,根据量测结果显示,各Head的搭载精度完全符合要求。
  图18是固定器各Head的偏差量量测结果,根据量测结果显示Head No.2的X轴方向,与Head No.2、Head No.4的Y轴方向,稍为偏离中心坐标,如果观察σ时却发现不论哪个轴向的Head都符合预期要求。
  根据以上结果判断固定器结构上并无异常,Head No.2、Head No.4的偏差量必需作0ffset处理。如果结构上有问题的话,通常量测结果的σ会变打大。
  如上所述量测固定器的精度时,为避免受到组件、基板公差的影响,要求限定一种类的组件或是基板,因此研究人员制作固定器精度检测专用印刷电路基板,再依序铺设芯片类电子组件,进行固定器性能确认作业,图19是固定器性能验证用印刷电路基板的实际外观。
  印刷电路基板铺设芯片类电子组件之后,再利用显微镜检测芯片坐标,将固定数据与实测数据的差异当作偏差量,依序计算Cp与Ck,表5是各接合部位的Cp、Cpk量测结果一览。
  根据量测结果证实Cp远比Cpk值高,依此判断固定器A的机构铺设精度很充裕,不过却偏离中心坐标;固定器B的X轴向特性与固定器A相同:固定器C的Cp、Cpk彼此非常接近,依此判断中心轴没有偏离中心坐标。
  此外固定器B、D的X轴的Cp接近2.0,显示固定器本身的精度不够充份。计算封装偏差量Cp、Cpk,可以适切判断固定器的精度特性,换言之透过量测,可作符合各固定器特性的规格幅度管理设定,定期性进行上述量测作业,就可以维持固定器的特性。
  表5 各接合部位的Cp、Cpk量测结果一览
  如上所述确认成品固有组件的铺设精度时,除了固定器的精度外,还会受到基板与组件公差影响,特别是基板与组件的各批量,尺寸误差程度相异的情况相当普遍,因此常态性进行质量管理要求庞大工时,理论上几乎无法执行,不过包含新电子组件或是新基板在内,固定制程上却可以早期发现缺点。
  确认成品固有组件的铺设精度,与组件铺设位置、封装质量有互动非常重要,它并不是固定数据与实测数据的差异量,而是针对组件端子与基板接地(Land)的位置关系进行量测,图20是实际制品的端子与接地的相对坐标量测结果。
  利用上述手法量测基板上所有组件,实际上非常困难,因此研究人员针对新机型组件以及若干铺设偏差也会影响封装质量,例如微型芯片类组件,大型方形扁平封装(QPF: Quad Flat Pack)组件、连接器(Connector)组件,或是设计上彼此很邻近的组件进行量测。
  根据量测显示新机型的组件固定制程,除了可以事先预测危险度之外,还验证上述坐标量测手法适合应用在固定(Bond)制程,未来甚至可以转用在自动点胶机(Bond dispenser)。

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