PCB電路板檢查方法基礎(chǔ)知識(shí)
本文闡述，過(guò)程監(jiān)測(cè)可以防止電路板缺陷，并提高全面質(zhì)量。
檢查可以經(jīng)常提醒你，你的裝配工藝是不是還有太多的變量。即使在你的制造工藝能夠達(dá)到持續(xù)的零缺陷生產(chǎn)之后，某種形式的檢查或者監(jiān)測(cè)對(duì)于保證所希望的質(zhì)量水平還是必要的。表面貼裝裝配是一系列非常復(fù)雜的事件與大量單獨(dú)行動(dòng)。我們的訣竅是要建立一個(gè)平衡的檢查(inspection)與監(jiān)測(cè)(monitering)的策略，而不需要進(jìn)行100%的檢查。本文要討論的是檢查方法、技術(shù)和手工檢查工具，以及回顧一下自動(dòng)檢查工具和使用檢查結(jié)果(缺陷數(shù)量與類(lèi)型)來(lái)改善工藝與產(chǎn)品的質(zhì)量。
檢查是一種以產(chǎn)品為中心的活動(dòng)，而監(jiān)測(cè)是以工藝為中心的活動(dòng)。兩者對(duì)于一個(gè)品質(zhì)計(jì)劃都是需要的，但是，長(zhǎng)期的目標(biāo)應(yīng)該是少一點(diǎn)產(chǎn)品檢查和多一點(diǎn)工藝監(jiān)測(cè)。產(chǎn)品檢查是被動(dòng)的(缺陷已經(jīng)發(fā)生)，而工藝監(jiān)測(cè)是主動(dòng)的(缺陷可以防止) - 很明顯，預(yù)防比對(duì)已經(jīng)存在的缺陷作被動(dòng)反應(yīng)要有價(jià)值地多。
檢查其實(shí)是一個(gè)篩選過(guò)程，因?yàn)樗髨D找出不可接受的產(chǎn)品去修理。事實(shí)十分清楚，大量的檢查不一定提高或保證產(chǎn)品品質(zhì)。德明(Deming)十四點(diǎn)中的第三點(diǎn)說(shuō)，“不要指望大批檢查”。德明強(qiáng)調(diào)，一個(gè)強(qiáng)有力的工藝應(yīng)該把重點(diǎn)放在建立穩(wěn)定的、可重復(fù)的、統(tǒng)計(jì)上監(jiān)測(cè)的工藝目標(biāo)上，而不是大批量的檢查。檢查是一個(gè)主觀的活動(dòng)，即使有相當(dāng)程度的培訓(xùn)，它也是一個(gè)困難的任務(wù)。在許多情況中，你可以叫一組檢查員來(lái)評(píng)估一個(gè)焊接點(diǎn)，但是得到幾種不同的意見(jiàn)。
操作員疲勞是為什么100%檢查通常找不出每一個(gè)制造缺陷的原因，另外，這是一個(gè)成本高、無(wú)價(jià)值增值的操作。它很少達(dá)到更高產(chǎn)品質(zhì)量和顧客滿(mǎn)意的所希望目標(biāo)。
幾年前，我們開(kāi)始了使用“過(guò)程監(jiān)測(cè)”這個(gè)術(shù)語(yǔ)，而不是檢查員，因?yàn)槲覀兿胍獙⑸a(chǎn)場(chǎng)所的思想觀念從被動(dòng)反應(yīng)轉(zhuǎn)變到主動(dòng)預(yù)防。一個(gè)檢查員通常坐在裝配線(xiàn)的末尾，檢查產(chǎn)品。在一個(gè)理想的情況中，工藝監(jiān)測(cè)活動(dòng)是產(chǎn)品檢查與工藝監(jiān)測(cè)之間的一個(gè)平衡 - 例如，確認(rèn)正確的工藝參數(shù)正在使用，測(cè)量機(jī)器的性能，和建立與分析控制圖表。工藝監(jiān)測(cè)承擔(dān)這些活動(dòng)的一個(gè)領(lǐng)導(dǎo)角色；它們幫助機(jī)器操作員完成這些任務(wù)。培訓(xùn)是一個(gè)關(guān)鍵因素。工藝監(jiān)測(cè)員與機(jī)器操作員必須理解工藝標(biāo)準(zhǔn)(例如，IPC-A-610)、工藝監(jiān)測(cè)的概念和有關(guān)的工具(例如，控制圖表、Pareto圖表等)。工藝監(jiān)測(cè)員也提高產(chǎn)品品質(zhì)和過(guò)程監(jiān)測(cè)。作為制造隊(duì)伍中的關(guān)鍵一員，監(jiān)測(cè)員鼓勵(lì)一種缺陷預(yù)防的方法，而不是一種查找與修理的方法。
過(guò)分檢查也是一個(gè)普遍的問(wèn)題。在許多情況中，過(guò)分檢查只是由于對(duì)IPC-A-610工藝標(biāo)準(zhǔn)的錯(cuò)位理解所造成的。例如，對(duì)于插入安裝的元件，許多檢查員還希望板的兩面完美的焊接圓腳，通孔完全充滿(mǎn)。可是，這不是IPC-A-610所要求的。檢查質(zhì)量隨著檢查員的注意力緊張與集中的程度而波動(dòng)。例如，懼怕(管理層的壓力)可能提高生產(chǎn)場(chǎng)所的注意力集中程度，一段時(shí)間內(nèi)質(zhì)量可能改善?？墒牵绻笈鷻z查是主要的檢查方法，那么缺陷產(chǎn)品還可能產(chǎn)生，并可能走出工廠(chǎng)。
我們應(yīng)該回避的另一個(gè)術(shù)語(yǔ)是補(bǔ)焊(touch-up)。在正個(gè)行業(yè)，許多雇員認(rèn)為補(bǔ)焊是一個(gè)正常的、可接受的裝配工藝部分。這是非常不幸的，因?yàn)槿魏涡问降姆倒づc修理都應(yīng)該看作是不希望的。返工通?？醋鳛椴幌Ｍ模枪噍斣谡麄€(gè)制造組織的必要信息。重要的是建立一個(gè)把缺陷與返工看作是可避免的和最不希望的制造環(huán)境。
對(duì)于多數(shù)公司，手工檢查是第一道防線(xiàn)。檢查員使用各種放大工具，更近地查看元件與焊接點(diǎn)。IPC-A-610基于檢查元件的焊盤(pán)寬度建立了一些基本的放大指引。這些指引的主要原因是避免由于過(guò)分放大造成的過(guò)分檢查。例如，如果焊盤(pán)寬度是0.25~0.50 mm，那末所希望的放大倍數(shù)是10X，如有必要也可使用20X作參考。
每個(gè)檢查員都有一種喜愛(ài)的檢查工具；有一種機(jī)械師使用的三個(gè)鏡片折疊式袖珍放大鏡是比較好的。它可以隨身攜帶，最大放大倍數(shù)為12X，這剛好適合于密間距焊接點(diǎn)?；蛟S，最常見(jiàn)的檢查工具是顯微鏡，放大范圍10-40X。但是顯微鏡連續(xù)使用時(shí)造成疲勞，通常導(dǎo)致過(guò)分檢查，因?yàn)榉糯蟊稊?shù)通常超過(guò)IPC-A-610的指引。當(dāng)然在需要仔細(xì)檢查可能的缺陷時(shí)還是有用的。
對(duì)于一般檢查，首選一種配備可變焦鏡頭(4-30X)和高清晰度彩色監(jiān)視器的視頻系統(tǒng)。這些系統(tǒng)容易使用，更重要的是比顯微鏡更不容易疲勞。高質(zhì)量的視頻系統(tǒng)價(jià)格不到$2000美元，好的顯微鏡價(jià)格也在這個(gè)范圍。視頻系統(tǒng)的額外好處是不止一個(gè)人可以看到物體，這在培訓(xùn)或者檢查員需要第二種意見(jiàn)時(shí)是有幫助的。Edmund Scientific公司(edmundscientific.com)有大量的放大工具，從手持式放大鏡到顯微鏡到視頻系統(tǒng)。
概括起來(lái)，建立一個(gè)介于0-100%檢查的平衡的監(jiān)測(cè)策略是一個(gè)挑戰(zhàn)。從這一點(diǎn)，關(guān)鍵的檢查點(diǎn)，我們將討論檢查設(shè)備...。
自動(dòng)化是奇妙的；在許多情況中，比檢查員更準(zhǔn)確、快速和效率高。但可能相當(dāng)昂貴，決定于其復(fù)雜化程度。自動(dòng)化檢查設(shè)備可能會(huì)淡化人的意識(shí)，給人一個(gè)安全的錯(cuò)覺(jué)。
錫膏檢查。錫膏印刷是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，它很容易偏離所希望的結(jié)果。需要一個(gè)清晰定義和適當(dāng)執(zhí)行的工藝監(jiān)測(cè)策略來(lái)保持該工藝受控。至少要人工檢查覆蓋區(qū)域和測(cè)量厚度，但是最好使用自動(dòng)化的覆蓋、厚度和體積的測(cè)量。使用極差控制圖(X-bar R chart)來(lái)記錄結(jié)果。
錫膏檢查設(shè)備有簡(jiǎn)單的3X放大鏡到昂貴的自動(dòng)在線(xiàn)機(jī)器。一級(jí)工具使用光學(xué)或激光測(cè)量厚度，而二級(jí)工具使用激光測(cè)量覆蓋區(qū)域、厚度和體積。兩種工具都是離線(xiàn)使用的。三級(jí)工具也測(cè)量覆蓋區(qū)域、厚度和體積，但是在線(xiàn)安裝的。這些系統(tǒng)的速度、精度和可重復(fù)性是不同的，取決于價(jià)格。越貴的工具提供更好的性能。
對(duì)于大多數(shù)裝配線(xiàn)，特別是高混合的生產(chǎn)，首選中等水平性能，它是離線(xiàn)的、安裝臺(tái)面的工具，測(cè)量覆蓋面積、厚度和體積。這些工具具有靈活性，成本低于$50,000美元，一般都提供所希望數(shù)量的反饋信息。很明顯，自動(dòng)化工具成本都貴得多($75,000 - $200,000美元)?？墒牵鼈儥z查板速度更快，更方便，因?yàn)槭窃诰€(xiàn)安裝的。最適合于大批量、低混合的裝配線(xiàn)。
膠的檢查。膠的分配是另一容易偏離所希望結(jié)果的復(fù)雜工藝。與錫膏印刷一樣，需要一個(gè)清晰定義和適當(dāng)執(zhí)行的工藝監(jiān)測(cè)策略，以保持該工藝受控。推薦使用手工檢查膠點(diǎn)直徑。使用極差控制圖(X-bar R chart)來(lái)記錄結(jié)果。
在一個(gè)滴膠循環(huán)的前后，在板上滴至少兩個(gè)隔離的膠點(diǎn)來(lái)代表每一點(diǎn)直徑是一個(gè)好主意。這允許操作員比較帝膠循環(huán)期間的膠點(diǎn)品質(zhì)。這些點(diǎn)也可以用來(lái)測(cè)量膠點(diǎn)直徑。膠點(diǎn)檢查工具相對(duì)不貴，基本上有便攜式或臺(tái)式測(cè)量顯微鏡。還不知道有沒(méi)有專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)用于膠點(diǎn)檢查的自動(dòng)設(shè)備。一些自動(dòng)光學(xué)檢查(AOI, automated optical inspection)機(jī)器可以調(diào)整用來(lái)完成這個(gè)任務(wù)，但可能是大材小用。
最初產(chǎn)品(first-article)的確認(rèn)。公司通常對(duì)從裝配線(xiàn)上下來(lái)的第一塊板進(jìn)行詳細(xì)的檢查，以證實(shí)機(jī)器的設(shè)定。這個(gè)方法慢、被動(dòng)和不夠準(zhǔn)確。常見(jiàn)到一塊復(fù)雜的板含有至少1000個(gè)元件，許多都沒(méi)有標(biāo)記(值、零件編號(hào)等)。這使檢查困難。驗(yàn)證機(jī)器設(shè)定(元件、機(jī)器參數(shù)等)是一個(gè)積極的方法。AOI可以有效地用于第一塊板的檢查。一些硬件與軟件供應(yīng)商也提供送料器(feeder)設(shè)定確認(rèn)軟件。
協(xié)調(diào)機(jī)器設(shè)定的驗(yàn)證是一個(gè)工藝監(jiān)測(cè)員的理想角色，他通過(guò)一張檢查表的幫助帶領(lǐng)機(jī)器操作員通過(guò)生產(chǎn)線(xiàn)確認(rèn)過(guò)程。除了驗(yàn)證送料器的設(shè)定之外，工藝監(jiān)測(cè)員應(yīng)該使用現(xiàn)有工具仔細(xì)地檢查最初的兩塊板。在回流焊接之后，工藝監(jiān)測(cè)員應(yīng)該進(jìn)行對(duì)關(guān)鍵元件(密間距元件、BGA、極性電容等)快速但詳細(xì)的檢查。同時(shí)，生產(chǎn)線(xiàn)繼續(xù)裝配板。為了減少停機(jī)時(shí)間，在工藝監(jiān)測(cè)員檢查最初兩塊回流之后的板的同時(shí)，生產(chǎn)線(xiàn)應(yīng)該在回流之前裝滿(mǎn)板。這可能有點(diǎn)危險(xiǎn)，但是通過(guò)驗(yàn)證機(jī)器設(shè)定可以獲得這樣做的信心。
X射線(xiàn)檢查?；诮?jīng)驗(yàn)，X射線(xiàn)對(duì)于BGA裝配不一定要強(qiáng)制使用?？墒?，它當(dāng)然是手頭應(yīng)該有的一個(gè)好工具，如果你買(mǎi)得起的話(huà)。應(yīng)該推薦對(duì)CSP裝配使用它。X射線(xiàn)對(duì)檢查焊接短路非常好，但對(duì)查找焊接開(kāi)路效果差一點(diǎn)。低成本的X射線(xiàn)機(jī)器只能往下看，對(duì)焊接短路的檢查是足夠的?？梢詫z查中的物體傾斜的X射線(xiàn)機(jī)器對(duì)檢查開(kāi)路比較好。
自動(dòng)光學(xué)檢查(AOI)。十年前，光學(xué)檢查被用作可以解決每個(gè)人的品質(zhì)問(wèn)題的工具。后來(lái)該技術(shù)被停止不用，因?yàn)樗荒芨涎b配技術(shù)的步伐。在過(guò)去五年中，它又作為一種合乎需要的技術(shù)再次出現(xiàn)。一個(gè)好的工藝監(jiān)測(cè)策略應(yīng)該包括一些重疊的工具，如在線(xiàn)測(cè)試(ICT)、光學(xué)檢查、功能測(cè)試和外觀檢查。這些過(guò)程相互重疊、相互補(bǔ)充，都不能單獨(dú)提供足夠的覆蓋率。
二維的(2-D)AOI機(jī)器可以檢查元件丟失、對(duì)中錯(cuò)誤、不正確零件編號(hào)和極性反向。另外，三維(3-D)的機(jī)器可以評(píng)估焊接點(diǎn)的品質(zhì)。一些供應(yīng)商開(kāi)提供臺(tái)式、2-D AOI機(jī)器，價(jià)格低于$50,000美元。這些機(jī)器對(duì)于最初產(chǎn)品的檢查和小批量的樣品計(jì)劃是理想的。在較高性能的種類(lèi)中，2-D獨(dú)立或在線(xiàn)機(jī)器價(jià)格在$75,000-125,000美元，而3-D機(jī)器價(jià)格$150,000-250,000美元。AOI技術(shù)有相當(dāng)?shù)那巴?，但是處理速度?a target="_blank">編程時(shí)間還是一個(gè)局限因素。
數(shù)據(jù)收集是一回事，但是使用這些數(shù)據(jù)來(lái)提高性能和減少缺陷才是最終目的。不幸的是，許多公司收集一大堆數(shù)據(jù)而沒(méi)有有效地利用它。審查和分析數(shù)據(jù)可能是費(fèi)力的，經(jīng)常看到這個(gè)工作只由工程設(shè)計(jì)人員進(jìn)行，不包括生產(chǎn)活動(dòng)。沒(méi)有準(zhǔn)確的反饋，生產(chǎn)盲目地進(jìn)行。每周的品質(zhì)會(huì)議對(duì)于工程設(shè)計(jì)與生產(chǎn)部門(mén)溝通關(guān)鍵信息和推動(dòng)必要的改進(jìn)可能是一個(gè)有效的方法。這些會(huì)議要求一個(gè)領(lǐng)導(dǎo)者，必須組織良好，尤其時(shí)間要短(30分鐘或更少)。在這些會(huì)議上提出的數(shù)據(jù)必須用戶(hù)友好和有意義(例如，Pareto圖表)。當(dāng)確認(rèn)一個(gè)問(wèn)題后，必須馬上指派一個(gè)調(diào)查研究人員。為了保證一個(gè)圓滿(mǎn)結(jié)束，會(huì)議領(lǐng)導(dǎo)必須做準(zhǔn)確的記錄。結(jié)束意味著根源與改正行動(dòng)。