印刷後の3D検査および試験装置

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本稿では、はんだペースト塗布後の検出方法について簡単に説明し、2次元検出技術と3次元検出技術を比較します。三次元検出技術の利点と様々な試験装置の技術的性能を主に比較を通して紹介した。キーワード：三次元検査; はんだペーストの堆積印刷検査装置高密度、小型、より複雑なPCBハイブリッド技術の電子アセンブリの開発が深まるにつれて、印刷後の品質を検出するための裸眼の使用が歴史となっています。より高度なプロセス装置にもかかわらず、電子アセンブリプロセスにおける欠陥の70％は、特にファインピッチ部品の堆積時にはんだペースト印刷プロセスに起因するため、PCBの品質を厳密に管理することは依然として重要です。加えて、はんだペーストの堆積中のマークの欠落、はんだの過剰または少なすぎるなどの欠陥は、後続の工程（部品実装）においてブリッジング、短絡およびトゥームストーンを引き起こし、最終製品の品質および信頼性をもたらし得る。セックスは保証されていません。この目的のために、人々は印刷後のはんだペースト検査にますます注意を払っています。現在、表面実装検査装置製造業者は、比較的安価な手動およびオフライン検査装置から１０万ドルの高性能高速オンライン検査装置まで、いくつかの異なる印刷後検査方法および様々なはんだペースト堆積検査装置を提供している。。 2D検査装置と3D検査装置、オフライン検査装置とオンライン検査装置の比較、サンプル検査、および基板検査全体の長所と短所を十分に理解して検討した上で、独自の組立ラインを選択してください。はんだペースト検査装置

1回の検出でコストが増加

エレクトロニクス業界の専門家は、はんだ付け不良ははんだペースト印刷の不良が原因であると考えています。したがって、印刷品質を向上させる、または次のステップに入る不良ボードの数を減らすことは、最終品質を向上させるのに役立ち、修理の量を減らしてスクラップ率を減らすことによってコストを削減します。

1.1欠陥の早期検出オンラインテスト段階で検出された欠陥ボードの修復または廃棄のコストに関する広範な統計の結果、印刷プロセスを制御することがソルダペースト印刷に多くの重要な利点をもたらすことがわかりました。。どんな種類の欠陥でもお金がかかり、印刷後のテストでは欠陥の数を減らすことしかできず、欠陥を完全に排除することはできません。しかし、実際には、ボードのコストが増加する前に、できるだけ早く欠陥を取得するためのプロセスでのテストにより、実際に欠陥に起因する追加コストが削減され、基本生産ラインに対する1回限りの検査率が向上します。素晴らしい効果再利用のためにボードをクリーニングすることは、リワークや再テストよりはるかに安価です。印刷後の欠陥修正の費用は0.45ドルと見積もられ、オンラインテスト後の同じ欠陥の修正費用は約30ドルです。ドルの価格に関係なく、この関係は変わりません。したがって、プロセスの早い段階で欠陥を見つけるのは厄介なことではなく、コストを節約する良い機会です。

１．２信頼性の向上印刷工程における追加の検査工程は、２つの理由で組み立てられた回路板の信頼性を向上させることができる。第１に、検査は修理の量を減らし、さらに修理後のはんだ接合部は損傷を受けやすく、より適格である。はんだ接合部は破損しやすくなります。第二に、不十分な量のソルダーペーストもまた、容易に破壊されるソルダー接合部を形成する可能性がある。それはオンラインでテストすることができますが、後で壊れるでしょう。これら両方の問題を抱えたボードは最終テストに合格することができますが、動作中に簡単に失敗する可能性があります。完成品におけるこれらの問題は、ユーザを満足させないか、または保証を高くする可能性がある。

1.3必要な検査より狭いリード間隔、より小さなボールグリッドアレイはんだボール、そしてより正確なプリントギャップ要件のために、より多くのPCBアセンブリ製造業者はアセンブリプロセスにはんだペースト検査プロセスを追加しました。一部の契約組立工場では、ユーザーの要件に応じて検出手順が追加されています。はんだペースト検査が技術的要件に従って実行されなければならないとき、次のステップはどのテスト機器が特定のアプリケーションに最も適しているかを決定することです。

2試験装置を選択してください

はんだペースト検査装置は複数の製造業者から購入できます。各メーカーは異なる速度、性能、価格の試験装置を提供していますが、はんだペーストの高さ、体積、面積の結果が報告されています（表1）。印刷後の試験装置には、主に2つのタイプがあります。手動オフライン試験装置。外観検査およびベンチトップ測定ツールを含む。印刷機に組み込まれたサンプル検査システムおよびモノリシックプリント基板走査検査装置を含む自動インライン検査装置。

2.1目視検査長期間にわたって目視検査を使用する簡単な方法で、サンプルが「適格か不適格」かを判断できます。今日まで、より小型のデバイス、より多くのリード数、そしてより微細なピッチの部品の導入がこのアプローチを可能にしてきました。適用できません。照明付き拡大鏡または目盛り付き顕微鏡を使用して、訓練を受けたオペレータにサンプルのプリント基板を検査させ、是正処置が必要な時期を判断します。目視検査は、プロセス監視における最も低コストの方法の1つであり、印刷プロセスの操作手順を修正するコストが最も合理的です。しかしながら、外観検査法は人々の主観的な意識を持っています：オペレータとオペレータ間のテスト結果は異なります。外観検査ツールは較正されておらず、プロセス管理に必要なデータを提供していません。実用的な観点から、超微細ピッチおよびＢＧＡ装置の人気が高まるにつれて、印刷プロセスを監視するための有効な方法ではなくなったので、目視検査方法はもはや使用されなくなった。

2.2人工レーザーの検出欠陥を減らすために、次のステップは人工の机上キャビンを使って機器を検査することです。これらの測定ツールは、はんだペーストの高さと記録を測定するために非接触レーザー技術を使用しています。オペレータを少し訓練することによって、これらの装置は通常、オペレータに応じて異なる試験結果なしに一貫した結果を生み出す。

レーザ三次元検査装置は、レーザビームを用いて測定基準点を設定する。この装置は、レーザビームが露光されるパッド上の点、典型的にはパッドの中心で測定された単一のソルダペーストの高さを報告する。このタイプのテスターは、パッドの長さにパッドの幅を掛けて面積測定を行うこともできます。次に、面積測定値と高さ測定値とを掛け合わせることによって体積測定値を計算することができる。オフライン検査装置で使用される基本的な工程管理は、生産ラインからサンプルボードを取り除き、標準的な測定を行い、検査結果を記録することです。新しいPCベースの検査装置はデータを保存し、分析のためにSPC（Statistical Process Control）に提供します。しかしながら、オフライン検査装置は他の欠陥のある基板を印刷する直前に欠陥を検出することはできない。

2.3プレスに組み込まれた自動検査システムいくつかのプレスメーカーは、内蔵の2Dおよび3Dハンダペースト検査システムまたは故障検出システムを導入しました。しかしながら、印刷機に組み込まれた検査システムはスクリーン印刷機とハードウェアを共有しており、スクリーン印刷機は休止状態で検出されなければならないので、印刷速度は低下する。ほとんどの内蔵検査システムは、写真の視覚技術を使用して、はんだペーストの面積、被覆率、およびキャリブレーションを評価します。インプリントの検出に加えて、カメラを使用してスクリーンをチェックし、テンプレートの開口部が塞がれていて、はんだペーストが多すぎるかどうかを確認することもできます。

一部のプリンタ製造業者は、レーザビーム高さ測定とビジョンシステムとを組み合わせて、面積に中程度のパッド高さ測定値を掛けて体積を計算することによって、体積測定機能を印刷機に追加した。この方法は再現性が乏しく、時にはパッドの端部で発生する可能性があるパッド欠陥を検出することができるが、れんがのはんだの不規則性を認識しない。

2.4自動3Dオンラインサンプル試験装置自動オンラインサンプル試験装置には、内蔵検査システムに比べて2つの大きな利点があります。第一に、装置が独立型システムであるので、印刷機のハードウェアを使用することなく、そして機械を停止することなく検査を実行することが可能である。第二に、サンプル試験装置の測定性能により、正確で再現性のある測定が可能になります。

印刷インライン検査装置は、各印刷基板上のすべてのパッドを測定することはできません。 SPCデータを収集するために、この装置は多くのボード上での現場作業における重要な問題を検出するために効果的な統計的技術を使います。 IBMのプロセス開発エンジニアによる調査では、BGAパッド用のサンプル検査装置を使用するには十分すぎることがわかりました。しかしながら、偶然の欠陥の可能性が依然としてあり、実際、欠陥率は最後に検出された欠陥率よりはるかに低い。印刷後に一般的に使用されるサンプル試験装置は、スクリーン印刷機のすぐ後ろのコンベアベルト上に搭載され、ユーザーが印刷プロセス中に検出する必要のあるサンプルを連続的に検出します。。検査装置は、実際のパッド測定値をプリセットパラメータと比較し、はんだペーストが事前に指定された範囲から外れたときにオペレータに通知します。

サンプル検査装置は、検出器を備えたフォトセンサーを使用してターゲットのはんだペーストインプリントの高速印刷を連続して取り込むレーザーベンチトップおよびモノリシックプリント基板スキャン装置とは異なります。この画像は、検査領域の高解像度の外観を作り出します。はんだペーストの量は、最初にすべての高さデータを合計し、それに既知の画像領域を掛けることによって計算できます。

サンプル試験装置は、モノリシックプリント基板走査装置を超えるいくつかの利点を有する。第一に、それはほんの数分で事前設定およびプログラムすることができ、プリント基板走査装置全体を事前設定するのに数時間かかることがある。セットアップが完了すると、訓練を受けた担当者がエンジニアリングスキルなしでサンプルテスト機器を監視できます。収集されたデータは、オペレータが見るために自動的にモニタに表示され、さらに分析するために標準フォーマットで保存されます。第二に、検出されるサンプル数は、検出速度とライン速度との間の一致に従って調整することができ、それによって検出にあまり時間がかからないようにする。最後に、構成されたランプ技術は欠陥のある場所の正確な測定を可能にします。

欠点は、サンプル検出装置が各プリント基板上の各位置を検出することができないので、欠陥検出欠陥の可能性が高いことである。定義された偶発的な欠陥は通常の図には現れません。サンプル検出技術を使用するとき、それでも見逃した可能性があります。

2.5自動オンラインモノリシックプリント基板検査装置高速モノリシックプリント基板検査装置は、この分野で最も先進的な装置で、各プリント基板の各検査ポイントを評価できます。この装置は高価ですが、非常に高速で、生産ラインで稼働しているプリント基板全体を検出できます。

モノリシックプリント基板検査装置は、レーザー光線を使用して生産ライン上の1つのプリント基板をスキャンし、各パッドのすべての測定データを収集し、実際の測定値を必要な許容限界値と比較します。この装置は、ステンシル開口部の目詰まりによって引き起こされるパッドスミアのような偶発的な欠陥を含む、様々な異なる種類の刻印を検査することができる。フルスキャンでは、つぶれ、へこみ、ハンダバンプなど、ハンダペーストの堆積パターンの刻印も表示されます。

モノリシックプリント基板検査装置の主な利点は、各印刷欠陥の位置を実際に示すことができること、および基板上の各パッドについて実際の高さ、面積および体積のデータを収集することができることである。潜在的に高価な欠陥または高い単価のために、全体のプリント基板テストはより適しています。自動車、軍用または航空宇宙用途に使用されるプリント回路板は、高い信頼性の技術的要求を満たさなければならず、そしてしばしば１００％の検査を必要とする。

2.6自動光学検査（AOI）装置自動光学検査装置は、現在、組立ラインと並行してはんだペーストの付着品質を検出できる唯一の装置です。 1時間あたり100,000以上のコンポーネントを検出できます。これは、オンラインAOI機器がボード上の堆積点の100％を検出できることを意味します。このデバイスは、その値と極性を確認し、配置精度を保証するために、画像解析ソフトウェア、測定コンポーネント、エッジビジョン技術を使用しています。標準CADおよびGerberファイルプログラミングが適用されます。統計的工程管理（ＳＰＣ）ソフトウェアツールもまた適用され、そしてデータベースが確立されそしてリワークステーションとネットワークされた。それは自動オンラインモノリシックPCB検査装置に多くの同様の機能を持っています。その最も注目に値する特徴は、その印刷の質だけでなく、配置機械の精度のような他のプロセスの質も検出できるというその汎用性です。