原创 PCB电路板检查方法简介

PCB电路板检查方法简介

本文阐述，过程监测可以防止电路板缺陷，并提高全面质量。

　　检查可以经常提醒你，你的装配工艺是不是还有太多的变量。即使在你的制造工艺能够达到持续的零缺陷生产之后，某种形式的检查或者监测对于保证所希望的质量水平还是必要的。表面贴装装配是一系列非常复杂的事件与大量单独行动。我们的诀窍是要建立一个平衡的检查(inspectiON)与监测(monitering)的策略，而不需要进行100%的检查。本文要讨论的是检查方法、技术和手工检查工具，以及回顾一下自动检查工具和使用检查结果(缺陷数量与类型)来改善工艺与产品的质量。

　　检查是一种以产品为中心的活动，而监测是以工艺为中心的活动。两者对于一个品质计划都是需要的，但是，长期的目标应该是少一点产品检查和多一点工艺监测。产品检查是被动的(缺陷已经发生)，而工艺监测是主动的(缺陷可以防止) - 很明显，预防比对已经存在的缺陷作被动反应要有价值地多。

　　检查其实是一个筛选过程，因为它企图找出不可接受的产品去修理。事实十分清楚，大量的检查不一定提高或保证产品品质。德明(Deming)十四点中的第三点说，“不要指望大批检查”。德明强调，一个强有力的工艺应该把重点放在建立稳定的、可重复的、统计上监测的工艺目标上，而不是大批量的检查。检查是一个主观的活动，即使有相当程度的培训，它也是一个困难的任务。在许多情况中，你可以叫一组检查员来评估一个焊接点，但是得到几种不同的意见。

　　操作员疲劳是为什么100%检查通常找不出每一个制造缺陷的原因，另外，这是一个成本高、无价值增值的操作。它很少达到更高产品质量和顾客满意的所希望目标。

　　几年前，我们开始了使用“过程监测”这个术语，而不是检查员，因为我们想要将生产场所的思想观念从被动反应转变到主动预防。一个检查员通常坐在装配线的末尾，检查产品。在一个理想的情况中，工艺监测活动是产品检查与工艺监测之间的一个平衡 - 例如，确认正确的工艺参数正在使用，测量机器的性能，和建立与分析控制图表。工艺监测承担这些活动的一个领导角色；它们帮助机器操作员完成这些任务。培训是一个关键因素。工艺监测员与机器操作员必须理解工艺标准(例如，IPC-A-610)、工艺监测的概念和有关的工具(例如，控制图表、Pareto图表等)。工艺监测员也提高产品品质和过程监测。作为制造队伍中的关键一员，监测员鼓励一种缺陷预防的方法，而不是一种查找与修理的方法。

　　过分检查也是一个普遍的问题。在许多情况中，过分检查只是由于对IPC-A-610工艺标准的错位理解所造成的。例如，对于插入安装的元件，许多检查员还希望板的两面完美的焊接圆脚，通孔完全充满。可是，这不是IPC-A-610所要求的。检查质量随着检查员的注意力紧张与集中的程度而波动。例如，惧怕(管理层的压力)可能提高生产场所的注意力集中程度，一段时间内质量可能改善。可是，如果大批检查是主要的检查方法，那么缺陷产品还可能产生，并可能走出工厂。

　　我们应该回避的另一个术语是补焊(touch-up)。在正个行业，许多雇员认为补焊是一个正常的、可接受的装配工艺部分。这是非常不幸的，因为任何形式的返工与修理都应该看作是不希望的。返工通常看作为不希望的，但它是灌输在整个制造组织的必要信息。重要的是建立一个把缺陷与返工看作是可避免的和最不希望的制造环境。

　　对于多数公司，手工检查是第一道防线。检查员使用各种放大工具，更近地查看元件与焊接点。IPC-A-610基于检查元件的焊盘宽度建立了一些基本的放大指引。这些指引的主要原因是避免由于过分放大造成的过分检查。例如，如果焊盘宽度是0.25~0.50 mm，那末所希望的放大倍数是10X，如有必要也可使用20X作参考。

　　每个检查员都有一种喜爱的检查工具；有一种机械师使用的三个镜片折叠式袖珍放大镜是比较好的。它可以随身携带，最大放大倍数为12X，这刚好适合于密间距焊接点。或许，最常见的检查工具是显微镜，放大范围10-40X。但是显微镜连续使用时造成疲劳，通常导致过分检查，因为放大倍数通常超过IPC-A-610的指引。当然在需要仔细检查可能的缺陷时还是有用的。

　　对于一般检查，首选一种配备可变焦镜头(4-30X)和高清晰度彩色监视器的视频系统。这些系统容易使用，更重要的是比显微镜更不容易疲劳。高质量的视频系统价格不到$2000美元，好的显微镜价格也在这个范围。视频系统的额外好处是不止一个人可以看到物体，这在培训或者检查员需要第二种意见时是有帮助的。Edmund Scientific公司(edmundscientific.com)有大量的放大工具，从手持式放大镜到显微镜到视频系统。

　　概括起来，建立一个介于0-100%检查的平衡的监测策略是一个挑战。从这一点，关键的检查点，我们将讨论检查设备...。

　　自动化是奇妙的；在许多情况中，比检查员更准确、快速和效率高。但可能相当昂贵，决定于其复杂化程度。自动化检查设备可能会淡化人的意识，给人一个安全的错觉。

　　锡膏检查。锡膏印刷是一个复杂的过程，它很容易偏离所希望的结果。需要一个清晰定义和适当执行的工艺监测策略来保持该工艺受控。至少要人工检查覆盖区域和测量厚度，但是最好使用自动化的覆盖、厚度和体积的测量。使用极差控制图(X-bar R chart)来记录结果。

　　锡膏检查设备有简单的3X放大镜到昂贵的自动在线机器。一级工具使用光学或激光测量厚度，而二级工具使用激光测量覆盖区域、厚度和体积。两种工具都是离线使用的。**工具也测量覆盖区域、厚度和体积，但是在线安装的。这些系统的速度、精度和可重复性是不同的，取决于价格。越贵的工具提供更好的性能。

　　对于大多数装配线，特别是高混合的生产，首选中等水平性能，它是离线的、安装台面的工具，测量覆盖面积、厚度和体积。这些工具具有灵活性，成本低于$50,000美元，一般都提供所希望数量的反馈信息。很明显，自动化工具成本都贵得多($75,000 - $200,000美元)。可是，它们检查板速度更快，更方便，因为是在线安装的。最适合于大批量、低混合的装配线。

　　胶的检查。胶的分配是另一容易偏离所希望结果的复杂工艺。与锡膏印刷一样，需要一个清晰定义和适当执行的工艺监测策略，以保持该工艺受控。推荐使用手工检查胶点直径。使用极差控制图(X-bar R chart)来记录结果。

　　在一个滴胶循环的前后，在板上滴至少两个隔离的胶点来代表每一点直径是一个好主意。这允许操作员比较帝胶循环期间的胶点品质。这些点也可以用来测量胶点直径。胶点检查工具相对不贵，基本上有便携式或台式测量显微镜。还不知道有没有专门设计用于胶点检查的自动设备。一些自动光学检查(AOI, automated optical inspection)机器可以调整用来完成这个任务，但可能是大材小用。

　　最初产品(first-article)的确认。公司通常对从装配线上下来的第一块板进行详细的检查，以证实机器的设定。这个方法慢、被动和不够准确。常见到一块复杂的板含有至少1000个元件，许多都没有标记(值、零件编号等)。这使检查困难。验证机器设定(元件、机器参数等)是一个积极的方法。AOI可以有效地用于第一块板的检查。一些硬件与软件供应商也提供送料器(feeder)设定确认软件。

　　协调机器设定的验证是一个工艺监测员的理想角色，他通过一张检查表的帮助带领机器操作员通过生产线确认过程。除了验证送料器的设定之外，工艺监测员应该使用现有工具仔细地检查最初的两块板。在回流焊接之后，工艺监测员应该进行对关键元件(密间距元件、BGA、极性电容等)快速但详细的检查。同时，生产线继续装配板。为了减少停机时间，在工艺监测员检查最初两块回流之后的板的同时，生产线应该在回流之前装满板。这可能有点危险，但是通过验证机器设定可以获得这样做的信心。

　　X射线检查。基于经验，X射线对于BGA装配不一定要强制使用。可是，它当然是手头应该有的一个好工具，如果你买得起的话。应该推荐对CSP装配使用它。X射线对检查焊接短路非常好，但对查找焊接开路效果差一点。低成本的X射线机器只能往下看，对焊接短路的检查是足够的。可以将检查中的物体倾斜的X射线机器对检查开路比较好。

　　自动光学检查(AOI)。十年前，光学检查被用作可以解决每个人的品质问题的工具。后来该技术被停止不用，因为它不能跟上装配技术的步伐。在过去五年中，它又作为一种合乎需要的技术再次出现。一个好的工艺监测策略应该包括一些重叠的工具，如在线测试(ICT)、光学检查、功能测试和外观检查。这些过程相互重叠、相互补充，都不能单独提供足够的覆盖率。

　　二维的(2-D)AOI机器可以检查元件丢失、对中错误、不正确零件编号和极性反向。另外，三维(3-D)的机器可以评估焊接点的品质。一些供应商开提供台式、2-D AOI机器，价格低于$50,000美元。这些机器对于最初产品的检查和小批量的样品计划是理想的。在较高性能的种类中，2-D独立或在线机器价格在$75,000-125,000美元，而3-D机器价格$150,000-250,000美元。AOI技术有相当的前途，但是处理速度和编程时间还是一个局限因素。

　　数据收集是一回事，但是使用这些数据来提高性能和减少缺陷才是最终目的。不幸的是，许多公司收集一大堆数据而没有有效地利用它。审查和分析数据可能是费力的，经常看到这个工作只由工程设计人员进行，不包括生产活动。没有准确的反馈，生产盲目地进行。每周的品质会议对于工程设计与生产部门沟通关键信息和推动必要的改进可能是一个有效的方法。这些会议要求一个领导者，必须组织良好，尤其时间要短(30分钟或更少)。在这些会议上提出的数据必须用户友好和有意义(例如，Pareto图表)。当确认一个问题后，必须马上指派一个调查研究人员。为了保证一个圆满结束，会议领导必须做准确的记录。结束意味着根源与改正行动。