PCB制造中如何防止缺陷的方法及案例分析

1、前言

　　在現(xiàn)代電子產(chǎn)品世界中，PCB（印刷電路板）是組成電子產(chǎn)品的重要環(huán)節(jié)，很難想象在一臺電子設(shè)備
中有不采用PCB的，所以PCB的質(zhì)量如何將對電子產(chǎn)品能否長期正常可靠工作帶來非常大的影響。提高 PCB的質(zhì)量是電子產(chǎn)品制造廠商應(yīng)引起足夠重視的重要課題。

　PCB電路板

　如果在PCB的裝配過程中，在焊盤上面施加了過量的焊膏，或者說焊膏添加不足、甚至于根本沒有安置焊膏，那么在隨后所實(shí)施的再流焊接以后，一旦焊點(diǎn)形成，就會引發(fā)在元器件和電路板之間的電子連接產(chǎn)生缺陷。事實(shí)上，大多數(shù)的缺陷可以借助于焊膏的應(yīng)用情況找到相關(guān)的質(zhì)量優(yōu)劣痕跡。

　　目前許多電路板的制造廠商己經(jīng)采用一些內(nèi)置電路測試（in—circujt test簡稱lCT）或者說X射線技術(shù)來檢測焊點(diǎn)的質(zhì)量狀況。它們將有助于消除由于印刷工藝操作所產(chǎn)生的缺陷，但是這些方式不能監(jiān)測印刷工藝操作本身。印刷錯誤的電路板可能會接受隨后所增加的工藝步驟，而每一項(xiàng)工藝步驟都會不同程度的增加生產(chǎn)成本，使得這樣一塊有缺陷的電路板最終直達(dá)生產(chǎn)的貼裝階段。最后制造廠商就需要丟棄這塊有缺陷的電路板，或者需要接受成本昂貴和形成大量時(shí)間浪費(fèi)的返修工作，此刻可能還沒有非常明確的答案來說明產(chǎn)生缺陷的根本原因。

　　不良的焊膏印刷工藝實(shí)施可以引發(fā)電子線路的連接問題。為了能夠有效地解決這一問題，許多篩網(wǎng)印刷設(shè)備制造廠商采用了在線機(jī)器視覺檢測技術(shù)，下面予以簡單的介紹。

　　2、在線綜合視覺檢測

　　為了有助于電路板的制造廠商在生產(chǎn)工藝實(shí)施的早期階段能夠發(fā)現(xiàn)所產(chǎn)生的缺陷，目前愈來愈多的篩網(wǎng)印刷設(shè)備制造廠商在他們所制造的篩網(wǎng)印刷設(shè)備中綜合了在線機(jī)器視覺技術(shù)。內(nèi)置的視覺系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)三個主要目標(biāo)：

　　首先，它們能夠在印刷操作實(shí)施以后直接發(fā)現(xiàn)所存在的缺陷情況，在主要的制造成本被添加上電路板以前，可以讓操作者能及時(shí)處理有關(guān)的問題。該步驟一般包含在電路板從印刷裝置上移下來的時(shí)候、在清洗劑中清冼好了以后、以及在返修好了返回生產(chǎn)線的時(shí)候。

　　其次，因?yàn)樵谠撾A段發(fā)現(xiàn)了有關(guān)的缺陷，所以可以預(yù)防有缺陷的電路板送達(dá)生產(chǎn)線的后端。于是預(yù)防了返修現(xiàn)象或者在有些場合所形成的廢棄現(xiàn)象。

　　最后，也許是最重要的：能夠給操作者以及時(shí)的反饋，使之明了正在操作中的印刷工藝操作是否良好，進(jìn)而可以有效地防止缺陷的產(chǎn)生。

　　為了能夠在這一層面的工藝操作過程中提供有效的控制，配置在線視覺系統(tǒng)能夠檢測焊膏涂覆好了以后的PCB上焊盤的情況，以及相應(yīng)的印刷模板縫隙是否存在堵塞或者拖尾現(xiàn)象。絕大多數(shù)情況下，對微細(xì)間距的元器件進(jìn)行檢測是為了優(yōu)化檢測時(shí)間和集中于最容易產(chǎn)生問題的區(qū)域。為此，當(dāng)消除了所可能產(chǎn)生的問題的時(shí)候，在檢測方面所化費(fèi)的這點(diǎn)時(shí)間還是值得的。

　　3、攝像機(jī)定位和檢測

　　在一般常規(guī)的在線視覺檢測應(yīng)用中，攝像機(jī)被安置在電路板的上方，用以獲取印刷位置的圖像，并且能夠?qū)⒂嘘P(guān)的圖像發(fā)送到視覺檢測設(shè)備的處理系統(tǒng)中去。在那里，圖像分析軟件將對所獲取的圖像與存貯于設(shè)備存儲器中相同位置的參考圖像進(jìn)行對比。這樣，系統(tǒng)可以確認(rèn)所施加的焊膏是多了還是少了。同樣系統(tǒng)也可以揭示出在焊盤上的焊膏位置是否對準(zhǔn)了。它可以發(fā)現(xiàn)在兩個焊盤之間是否有多余的焊膏形成象橋梁樣的連接現(xiàn)象？這個問題也就是許多印刷電路板制造廠商所俗稱的“橋接”現(xiàn)象。

　　檢測印刷模板隙縫的工作是在一個相同的形式之中。當(dāng)多余的焊膏被堆積在印刷模板的表面上的時(shí)候，視覺系統(tǒng)可以被用來檢測隙縫處是否被焊膏所堵塞，或者是否產(chǎn)生了拖尾現(xiàn)象。在發(fā)現(xiàn)了缺陷以后，設(shè)備可以馬上自動要求對下面的篩網(wǎng)進(jìn)行清洗系列操作，或者警示操作者有問題存在需要進(jìn)行修復(fù)。對印刷模板的檢測也能夠提供用戶有關(guān)印刷質(zhì)量和一致性方面的非常有用的數(shù)據(jù)。

　　最先進(jìn)的在線視覺系統(tǒng)的一個關(guān)鍵功能是能夠?qū)哂懈叻瓷湫缘腜CB電路板和焊盤表面實(shí)施檢測，以及在不均勻的光環(huán)境下或者在干燥的焊膏結(jié)構(gòu)造成差異的條件下進(jìn)行檢測。舉例來說，HASL電路板一般會呈現(xiàn)出不均勻平坦的、表面輪廓易變和具有反射能力的特點(diǎn)。要獲取最高質(zhì)量的圖像，合適的照明也扮演著一個非常重要的角色。光線必須能夠“瞄準(zhǔn)”電路板的基準(zhǔn)和焊盤，轉(zhuǎn)而使其它的不易察覺的特征變?yōu)榍宄勺R別的形狀。這樣下一步可以使用視覺軟件規(guī)則系統(tǒng)（vision software algorithms），以充分發(fā)揮出它們的潛在能力。

　　在一些特定的場合，視覺系統(tǒng)能夠用來檢測焊盤上焊膏的高度或者體積的大小，有時(shí)可能僅采用離線的檢測系統(tǒng)來做這些事情。采用該程序意味著在給定的印刷模板中形成一個相應(yīng)的堆積度，以確認(rèn)在相同的焊盤上焊膏的體積是否缺失。

4、焊膏的檢測

　　具體可分為對PCB上焊膏的檢測和對印刷模板上的焊膏檢測二大類：

　　a．對PCB的檢測

　　主要檢測印刷區(qū)域、印刷偏移和橋接現(xiàn)象。對印刷區(qū)域的檢測是指在每個焊盤上面的焊膏面積。過量的焊膏可能會引發(fā)橋接現(xiàn)象的發(fā)生，而過小的焊膏也會引發(fā)焊接點(diǎn)不牢固的現(xiàn)象產(chǎn)生。對印刷偏移的檢測是針對位于焊盤上的焊膏數(shù)量與規(guī)定的位置是否有不同。對橋接現(xiàn)象的檢測是針對在相鄰兩個焊盤之間所施加的焊膏是否超過了規(guī)定的數(shù)量。這些多余的焊膏可能會引發(fā)電氣短路現(xiàn)象。

　　b．對印刷模板的檢測

　　對印刷模板的檢測主要為針對阻塞和拖尾現(xiàn)象的檢測。對阻塞的檢測是指檢測在印刷模板上的孔中是否堆積了焊膏。如果孔被堵塞住了的話，那么在下一個印刷點(diǎn)上可能所施加的焊膏會顯得太少。對拖尾的檢測是指是否有過量的焊膏堆積在印刷模板的表面上。這些過量的焊膏可能會施加在電路板上不應(yīng)導(dǎo)通的位置上面，從而引發(fā)電氣連接問題。

　　5、結(jié)束語

　　在線的機(jī)器視覺系統(tǒng)能夠以不同的方式使PCB制造廠商收益。除了確保焊點(diǎn)的高度完整性以外，它能夠防止制造廠商因?yàn)殡娐钒宓娜毕菀约八鶎?dǎo)致的返工而產(chǎn)生的費(fèi)用浪費(fèi)現(xiàn)象。也許最重要的是，它能夠提供接連不斷的工藝過程反饋，這樣不僅能夠有助于制造廠商優(yōu)化篩網(wǎng)印刷工藝流程，而且也在工藝操作過程中能夠增添人們更多的信心。