PCBA检测技术与工艺标准

名词/术语1、SPISolder Pasting Inspection的简称即焊膏涂敷检测。2、AOIAutomated Optical Inspection的简称即自动光学检查。3、AXIAutomatic X-ray Inspection的简称俗称X-ray即自动X射线检查。4、ICTIn—Circuit—Tester的简称即自动在线检测仪。5、FPFlying Probe的简称即飞针检测。6、FTFunctional Tester的简称即功能检测。7、比对卡一种检查PCB插件或焊接结束后缺件、错件、极性相反等组装缺陷的简易工装在薄片状防静电材料上对应于PCB通孔插装器件的位置打上相应形状的孔将其放在插装完成的PCB板上便可以简易地目测插装器件的正确与否。X射线在PCB印刷电路板检测中的应用可以参考下面文章https://m.elecfans.com/zt/339166/一、PCBA检测工艺流程PCBA检测工艺总流程如图所示注各种检测方法对应的检测设备及安装布局一般分为在线串联在流水线中和离线独立于流水线外两种。在以下条件前提下应优先采用在线检测工艺布局以提高检测效率和流水线作业效率二、检测技术∕工艺概述适用于PCBA产品的检测技术主要可以分为焊膏涂敷检测SPI、自动光学检查AOI、自动X光检测AXI、在线检测ICT、飞针检测FP以及功能检测FT等。1、自动光学检查(AOI)检测原理AOI检测仪自动检测时机器通过摄像头自动扫描PCB采集图像检测的焊点与数据库中的合格的参数进行比较经过图像处理检查出PCB上缺陷并通过显示器或自动标志把缺陷显示/标示出来供维修人员修整通过光学镜头对检测元件进行拍照再对照片进行分析检测。一般放置在回流焊的后面用于对经过回流焊接的PCBA进行焊接质量检测。AOI能够及时发现并排除少锡、少料、虚焊、连锡等缺陷提高产品质量。先进的AOI设备具备高灵敏度和高分辨率能够实现对微小缺陷的精准检测提高生产线的整体效率。检测的功能与特点1)自动光学检查(AOI) 运用高速高精度视觉处理技术自动检测PCB板上各种不同贴装错误及焊接缺陷。PCB板的范围可从细间距高密度板到低密度大尺寸板并可提供在线检测方案以提高生产效率及焊接质量2)通过使用AOI作为减少缺陷的工具在装配工艺过程的早期查找和消除错误以实现良好的过程控制。早期发现缺陷将避免将不合格产品送到随后的装配阶段AOI将减少修理成本避免报废不可修理的PCB。2、AOI 检查内容1)检查顶面回流焊接元件2)检查波峰焊接前通孔元件3)检查波峰焊接之后的通孔及SMD/SMC4)检查压入配合之前的连接器引脚5)检查压入配合之后的连接器引脚。3、检测监控点的设置。AOI可应用于生产线上的多个检测点但有三个检测点是主要的即焊膏印刷之后、回流焊前、回流焊后1)焊膏印刷之后。如果焊膏印刷过程满足要求由印刷缺陷引起的焊接缺陷将大幅度减少。典型的印刷缺陷包括以下几点焊盘上焊膏不足焊盘上焊膏过多焊膏对焊盘的重合不良焊盘之间的焊锡桥。此检测点的检查最直接地支持过程跟踪。这个阶段的定量过程控制数据包括印刷偏移和焊锡量信息及有关印刷焊膏的定性信息2)回流焊前。此检测点的检查是在元件贴装完成后和PCB送入回流炉之前完成的。这是一个典型的检测点可发现来自焊膏印刷以及机器贴放的大多数缺陷。在这个位置产生的定量的过程控制信息提供高速片机和细间距元件贴装设备校准的信息。这个信息可用来修改元件贴放数据或表明贴片机需要校准。这个检测点的检查满足过程跟踪的目标。3)回流焊后。此检测点在SMT工艺过程的最后步骤进行检查是AOI最主要的检测点可发现全部的装配错误。回流焊后检查可提供高度的安全性可识别由焊膏印刷、元件贴装和回流过程引起的错误。虽然各个检测点可检测不同特点的缺陷但AOI检查设备应放到一个可以尽早识别和改正最多缺陷的检测位置。三、在线检测 (ICT)1、检测原理。ICT 检测主要是检测探针接触PCB编排出来的检测点来检测PCBA的线路开路、短路、所有元器件的焊接情况。并能准确标识PCBA的故障位置(对组件的焊接检测有较高的识别能力)。通过引入测试探针进行电路连接测试ICT设备能够检测电路的短路、开路和其他电气问题故障定位准确维修方便。在大批量生产测试中使用ICT测试能极大地提高生产效率降低生产成本。2、检测的功能与特点1)能够在短短的数秒钟内全检出组装电路板上的元器件电阻、电容、电感、电晶体、FET(场效应管)、LED(发光二极管)、普通二极管、稳压二极管、光藕、IC等是否符合设计要求2)能够先期找出制程不良所在如线路短路、断路、组件漏件、反向、错件、空焊等问题回馈到制程的改善3)能够通过打印机将上述检测到的故障或错误信息打印输出这些信息主要包括故障位置、零件标准值、检测值以供维修人员参考。可以有效降低人员对产品技术依赖度不需对产品线路了解同样有维修能力4)能够检测缺陷信息并统计输出生产管理人员加以分析便可以找出各种不良的产生原因包括人为的因素在内使之逐个解决、完善、指正从而提升PCBA制造能力。三、飞针检测FP1、检测原理1)飞针检测的开路检测原理和ICT的检测原理是相同的通过两根探针同时接触网络的端点进行通电所获得的电阻与设定的开路电阻比较从而判断开路与否。但短路检测原理与ICT的检测原理是不同的2)由于检测探针有限通常为40032根探针同时接触板面的点数非常小相应40032点若采用电阻测量法测量所有网络间的电阻值那么对具有N个网络的PCB而言就要进行N2/2次检测加上探针移动速度有限一般为10点/秒50点/秒故飞针检测的效率相对比较低。与ICT在线测试设备的区别是不需要制作治具测试覆盖率更高即使没有预留测试点飞针测试机也能完成测试。飞针测试设备通过精密的机械臂和测试针对电路板上的各个测试点进行测试确保电路板的电气连接性和功能性。2、检测的功能与特点1)检测密度高最小间距可达0.05mm甚至更小2)无夹具成本3)检测针容易损坏4)检测速度慢5)耐压无法检测,高层次高密度板检测有较大风险。3、飞针检测可以通过消除传统检测夹具方法的需要减少生产装配到达市场的时间。通过取消夹具飞针检测仪消除了夹具硬件与软件开发的高成本。飞针检测对于原型装配的检测和减少从小批量到大批量的时间是一个非常好的方法。四、自动X射线检查(AXI )1、检测原理当PCBA沿导轨进入机器内部后位于线路板上方有一X射线发射管其发射的X射线穿过线路板后被置于下方的探测器一般为摄像机接受由于焊点中含有可以大量吸收X射线的铅因此与穿过玻璃纤维、铜、硅等其它材料的X射线相比照射在焊点上的X射线被大量吸收而呈黑点产生良好图像使得对焊点的分析变得相当直观故简单的图像分析算法便可自动且可靠地检验焊点缺陷2、检测的功能与特点1)AXI技术的3D检验法可对线路板两面的焊点独立成像2)3D X射线技术除了可以检验双面贴装线路板外还可对那些不可见焊点如BGA等进行多层图像“切片”检测即对BGA焊接连接处的顶部、中部和底部进行彻底检验同时利用此方法还可测通孔焊点检查通孔中焊料是否充实从而极大地保证了焊点连接质量3)AXI技术是相对比较成熟的检测技术其对工艺缺陷的覆盖率很高通常达97%以上而工艺缺陷一般要占总缺陷的80%90%并可对不可见焊点进行检查4)AXI技术不能检测电路电气性能方面的缺陷和故障。X-RAY测试设备利用高电压撞击靶材产生X射线穿透来检测电子元器件、半导体封装产品内部结构构造品质以及SMT各类型焊点焊接质量。特别适用于检测BGABall Grid Array等封装形式下的焊接缺陷。X-RAY测试设备能够提供高分辨率的内部结构图像无需拆解电路板即可进行检测避免了对产品的损坏同时提高了检测效率和准确性。五、功能检测 (FT)1、功能检测可以检测整个系统是否能够实现设计目标它将线路板上的被测单元作为一个功能体对其提供输人信号按照功能体的设计要求检测输出信号。这种检测是为了确保线路板能否按照设计要求正常工作。所以功能检测最简单的方法是将组装好的专用线路板连接到该设备的适当电路上然后加电压如果设备正常工作就表明线路板合格。这种方法简单、投资少但不能自动诊断故障。FCT功能测试设备是对测试目标板UUT: Unit Under Test提供模拟的运行环境激励和负载使其工作于各种设计状态从而获取到各个状态的参数来验证UUT的功能好坏的测试方法。FCT测试能够全面评估电路板在实际工作条件下的性能确保电路板的功能和性能符合设计要求。六、焊膏涂敷检测(SPI)1、焊膏涂敷检测(SPI)用于检测焊膏印刷质量通常的检测设备为2D/3D焊膏涂敷检测仪(因3D焊膏涂敷检测仪在实际运用中比2D焊膏检测仪获取的检测信息更全面、控制更有效故在条件许可的前提下通常优先选用3D焊膏涂敷检测仪)。包括锡膏的高度、面积、体积、偏移、短路等。在线SPI设备能够实时检测锡膏的体积和形状减少SMTSurface Mount Technology表面贴装技术生产线的不良率。通过及时反馈检测结果给锡膏印刷工序可以及时调整印刷机状态和参数确保每个焊盘上的锡膏量均匀一致为后续贴片和焊接打下坚实基础。七、其它检测方法在检测工艺过程中对产品制程和产品质量不产生负面影响的前提下允许使用其它非常规检测方法其他辅助设备除了上述主要测试设备外PCBA生产线还配备了一系列辅助设备如元器件剪脚机、锡炉、洗板机、ICT测试治具、FCT测试治具、老化测试架等。这些设备在元器件预处理、焊接后处理、功能测试等方面发挥着重要作用确保PCBA加工的顺利进行。PCBA生产线中的测试设备涵盖了从锡膏印刷质量检测、焊接质量检测、电气性能检测到功能测试的全过程。这些先进的测试设备不仅提高了生产效率和产品质量还推动了电子制造业的快速发展。了解这些设备的功能和特点有助于企业选择合适的设备提升PCBA加工的效率和品质水平。通过科学、全面的测试PCBA产品能够在激烈的市场竞争中脱颖而出赢得更多客户的信赖和支持。八、组合检测工艺方案1、每种检测技术都有各自的长处和短处。选择合适的组合检测方案是对时间市场时间产量以及时间利润等诸多因素的综合考虑在产品的不同生产周期要求有不同的检测工艺方案2、PCBA生产可大致分为三个周期新产品原型制造、试生产、批量生产这三个周期的检测工艺方案应分别制定新产品原型制造新产品原型的检测一般结合工艺参数调整、时间性、经济性、可靠性进行规划1)焊膏涂覆检查(SPI)利用2D/3D焊膏检测仪优先采用3D焊膏检测仪对全部或关键焊膏涂覆点(如细间距、超细间距器件)进行检测并提取、记录焊膏参数值。原型制造阶段在时间短促的情况下允许使用目检代替SPI检测设备检测。2)飞针检测FP原型产品生产数量有限时间要求紧而飞针式在线检测仪不用制作针床、夹具省去了这个环节的工作和时间可直接从CAD系统接受PCB设计数据自动生成相应的检测程序最适宜进行组装焊接后检查工作。3)功能检测FT功能检测主要是验证产品设计指标并加以调试可以发现元器件失效、电原理设计合理性等问题。对于有BGA、flipchip(倒装芯片)封装器件产品的原型生产应在能力允许条件下在飞针检测前再利用X光检测仪对该类型器件的焊点或关键焊点进行检测以保证焊点内在质量。3、试生产试生产的主要目的是验证工艺参数稳定性原型产品生产的检测完全适用于试生产阶段。4、批量生产批量生产可分为大、中、小三类在数量概念上没有确切的规定。大批量生产1)大批量的生产是最经济的生产模式在完成组装生产所有准备条件后应当用较高级的自动检测设备代替人工检测工作保证产品组装质量受到严格监测提高生产线和检测效率增加投资回报率。若没有类似BGA、flipchip(倒装芯片)封装器件组装的产品生产AOI可以取代X光检测降低生产及检测成本2)对于组装产品工艺要求焊膏印刷质量严格控制情况下还应在X光自动检测前面设置3D焊膏涂敷检测仪对每块PCB焊膏印刷情况进行检查以保证丝印机印刷效果的一致性保障印刷工艺参数随时根据情况进行调整。中、小批量生产中、小批量生产的产品生产周期缩短检测方案从可靠性、可信度、质量、经济性角度出发针对一般元器件组装产品和特殊封装器件组装产品两大类分别进行考虑通常含有特殊封装器件的产品应优先采用较高级别的检测方法如AXI等。此两类器件的分类如下1)一般元器件组装产品最复杂器件为细间距、超细间距QFP(四侧引脚扁平封装器件)等2)特殊封装器件组装产品包括BGA、flipchip(倒装芯片)等表面看不到焊点或平均焊点密度很高无检测电路存在。