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利用快速X 光可靠识别空洞
录入时间:2019/11/26 10:43:47

就算技术工艺有所不同,在线 X 光系统 (AXI) 的致胜法宝最终仍是与自动光学检测 (AOI) 完全一致,即快速的组件操作与一流的 3D 图像品质。有针对性使用 X 光的一个范例是对空洞的可靠识别,例如用于含有球栅阵列 (BGA) 的电子产品或发光二极管 (LED)。

空洞可能由于多种因素形成,要想在焊接点精确定位这些大大小小的空洞,X 光是唯一的无损方法。锡膏的特性根据成分而不同,同时也取决于其在生产过程中稳固连接的材质。例如,清洁后残留在电路板上的有害物质就是引起空洞的原因之一。当锡膏存放时间过久时,在某些情况下也会有损品质。其他影响因子还包括制造时回流焊炉上选择的特定参数。例如,当焊接点中包含的焊剂停留时间过短,以至无法在焊接过程中外溢,就可能形成此类空洞。电子设备专业协会 IPC 准则可作为优化流程的操作辅助:IPC J-STD-001 中描述了焊接电气及电子组件的要求,IPC-A-610 中描述了电子组件的验收标准。针对 BGA,可在 IPC-7095D 中找到有关空洞及空洞测定的有用信息。

基于经验的阈值
用于 BGA 焊接点的 Viscom 检测软件标准设置中就有一项是,所有空洞的总面积不得超过焊接面积的 25 %。“这一预设的阈值基于 Viscom 的多年经验,不过,当然可根据生产中的特定检测任务来个性化更改”,Viscom AG 批量产品商业领域应用主管 Axel Klapproth 解释说。3D 在线 X 光可获取检测物体的水平及垂直截面,从而在空洞测定领域开启了新可能。就比如基座或构件的间距。例如,关于 BGA,IPC-7095D 等均提到,焊接点中真空的位置可能远比其大小和数量来得更为重要。一旦开始出现裂缝,焊接点与接触面边界上的小空隙可能对断口产生决定性影响。在工艺鉴定时,可借助空洞测定结果持续测试不同锡膏、回流设置亦或不同表面,并给予数据支持,直到真正达到既定目标。最先进的软件能够测定单个空洞,计算空洞的总百分比,并全面评估结果。

3D AXI 以 LED 为例
为了在运行的生产过程中始终遵守既定阈值,此处的检测也必须非常可靠且精确。最终目标是确保每一个成品的焊接点品质优良。空洞会影响产品质量这一点,在 LED 方面也是众所周知。如今,从内置照明设备到路灯及显示器,发光二极管有无数使用之处,工业设计师在实现其光线创意时也大有空间。相较而言,汽车行业早就投身于这一技术,所以,这早已是车灯、方向指示灯及车大灯的标配。广为人知的优势是使用寿命长、发光效率高及能耗低。

散热是决定性品质特质
LED 同时放射出光线与热量。其品质与寿命的关键在于快速的散热。查阅 IPC-A-610 版本 G 中的相关标准,有关带有下侧散热接口的组件内容中能找到一条提示,即焊接点不可见区域热量层面的验收标准未在此处说明,必须由用户与制造商协商确定。因此,热量传导层取决于流程与设计,其中应注意组件制造商的使用提示 (application notes)、掩蔽膜、孔隙、焊接高度等。在焊接这些组件类型时,热层面的孔隙和气泡无法完全避免。但是,尤其是空洞,也就是焊接点中的真空,是可以减少的,方法就是优化芯片及半导体器件隔离层的散热。受到隔离层温度强烈影响的有 LED 的寿命(运行小时)、波长(颜色)及发光效率(亮度)。

严格规定下的高效率
正是在汽车领域,装备 LED 电路板的生产及检测常常由 EMS 服务商(电子器件生产服务)完成。他们必须满足其委托人的严格规定,同时尽可能高效,以便保持竞争力。“这里指的是品牌制造商,他们在相应的数据页中非常明确地规定,焊接点中空洞部分的比例不得超过多少。焊接凸点的数量及大小也有同样规定,这在 LED 方面,也能借助在线 X 光严格遵守阈值”,销售工程师 Andreas Gladis 说道,他为 Viscom 负责客户支持及开拓南欧和东南欧多个国家的客户群。例如,带有真空的加工炉就有利于空洞的避免。就像 BGA 一样,最先进的 3D X 光同样能出色识别 LED 的空洞。对样品检测来说,用法多样的手动系统就足够了,而生产线则使用一套系统做到全自动检测。外部不可见的空洞可通过这种方式完全捕获并分析。

同步电路板操作的方案
在线 X 光系统必须可靠展现肉眼无法看到的错误,但是,不断提高的电子制造速度要求也令其持续发展。就比如,如今,传板时间可限制在四秒内,从而实现了在 3D AXI 系统中最多同时出现三个电路板。快速的 2D 及 2.5D 检测可任意与 3D 检测结合。尤其是双面组装电路板有着极为复杂的覆盖面。在此情况下,可借助 3D 算法在清晰的截面图上清楚地展现所有主要特征,就算是被组件遮盖或是多层板也是一样。在 2D X 光图中总是会看到背面的细节,而 3D 切片图像中再也没有这些干扰结构。同时简化了检测程序的创建,有效作用于误报。为了更好地验证,不同软件的 3D AXI 系统也能借助平面计算机断层扫描摄影技术生成受检查焊接点的部分或全部形态,可在屏幕上灵活地翻转、旋转或缩放。

X 光及光学检测互为补充
这绝不会降低 3D AOI 对检测的重要性。例如,在 LED 方面:正是在汽车使用领域,定位及校准有着非常精确的规定。最细微的非共面性及越来越小的 LED 组件的偏移,此类错误都必须可靠识别。“如今,使用 Viscom 检测系统,能够极为准确地将发光面定位在用于车辆固定的穿孔,并确定参考标记,也就是基准点。此时,电路板坐标系统被转移到固定穿孔坐标系统”,Andreas Gladis 说道。为使 3D AOI 做到绝对精确及重复准确度,可使用精确制造的梯度作为目标,此梯度由专门实验室使用相应设备高精度测量并最终认证。自动光学检测也同样对品质确保起到关键作用。翻转、x/y 偏差及倾斜可使用 3D AOI 出色检测。

集成优化不同检测流程的方法
多年以来,3D AOI 及 3D AXI 可按优化形式安装于一台机器中。电路板在两个检测区中迅速移动,几乎是同时的。此方案的设计是为了能根据需求灵活组合不同检测方法的比例。此外,结合锡膏检测 (3D SPI) 结果的联网评估可有效改善流程。整个电子制造组件检测是工业 4.0 成功实践的典范。智能 3D SPI 系统能与锡膏印刷机及体贴机通讯。来自不同检测门的结果信息及图像数据可在连接的验证点为多个生产线快速调取,数字流程控制可概览所设置公差范围内的错误分布。对发现的假性及真性错误进行数据分析,能提供有价值的认识,如流程变更是否有必要或某一组件型号尤其容易出错。根据检测系统为每一组件提供的大量信息,还可沿着整个制造过程生成交叉对照。


电路板输送极为快速的在线 X 光检测

 


Viscom 的 vVision 操作软件展现 BGA 细节

 


一个 BGA 的球,可任意选择展示视角

像这样的 BGA X 光图像(左)可用于精确测定空洞(右)

分析 LED 下的空洞:左侧可看到原始的 X 光图像,右侧的是测量结果(百分比表示的空洞总面积、百分比表示的最大空洞面积及空洞数量)。直方图显示灰度值的走势,以此为基础将空洞从背景中分离出来


以三个不同 LED 为例对比 2D AXI(上)与 3D AXI 截面图(下)。3D AXI 图像品质以出色的空洞识别度脱颖而出

 


Viscom 的在线 X 光系统 X7056-II 能够在其现有壳体上借助 3D AOI 扩展成一套综合解决方案。同样可选的还有组件 xFastFlow,可借此使 3D AXI 操作时间快达四秒


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