高清晰度X光檢查用于改善合格率

本文介紹，合約電子制造商正轉(zhuǎn)向使用X光檢查來改善產(chǎn)品質(zhì)量與合格率。其挑戰(zhàn)存在于將要用于制造合格率的新數(shù)據(jù)的快速收集與分析。

　　合約制造商(CM, contract manufacturer)已經(jīng)成為X光成像系統(tǒng)的一個大市場，在資金數(shù)量與銷售單位數(shù)量兩方面都是。這些系統(tǒng)通常是非在線的(off-line)，放在SMT工藝裝配線的后面，用于在價值增加之后但剛好通孔(through-hole)工藝之前的檢查?？墒牵诰€(on-line)系統(tǒng)正變得越來越普遍，隨著X光與自動光學檢查(AOI, automated optical inspection)系統(tǒng)的結(jié)合。在這個比較新的機器視覺(machine-vision)市場背后的動力是球柵陣列(BGA, ball grid array)與其它區(qū)域排列元件的增加使用，以及希望合格率改善和作為對印刷電路板(PCB)制造商的首要利益關(guān)注的迅速返工修理。
　　在測試運作期間，一個典型的PCB制造商所產(chǎn)生的測試數(shù)據(jù)和巨大的產(chǎn)量大大地激發(fā)了在合格率改善中的這個興趣。隨著自動檢查儀器的改進，數(shù)據(jù)量繼續(xù)增長。改進的缺陷或失效分析工具已經(jīng)帶來改進的數(shù)據(jù)準確性。迅速確認、收集、分析與返修即是優(yōu)勢也是所希望的，因為每個都減少由于混亂與偏離所引起的響應(yīng)時間(和成本)。結(jié)果，制造工程師與品質(zhì)控制人員經(jīng)常被激發(fā)去迅速收集和分析任何新的數(shù)據(jù)，并用它來改進制造合格率。

BGA與X光檢查
　　X光檢查很快成為PCB與電子合約制造商(CM)使用的主要工具，因為在這里BGA、微型BGA、芯片規(guī)模包裝(CSP)、倒裝芯片(flip chip)和其它隱蔽的連接元件已經(jīng)成為一個標準的PCB設(shè)計元素。
　　傳統(tǒng)的確認方法不再足以分析這些元件。通過使用X光檢查，隱蔽的焊接點的特性可以一個簡單的、可靠的和成本低廉的方式進行檢查。由于X光檢查的更高合格率意味著更少的PCB需要診斷、修理和重測。在某些制造運行中，這個合格率的改善已經(jīng)是如此戲劇性的以至于制造商取消在線測試(ICT)，從而節(jié)約勞力、固定資產(chǎn)和工廠空間。
　　在功能板測試(FBT, functional board test)的情況中，節(jié)約可能更具戲劇性。這些節(jié)約的產(chǎn)生可通過縮短測試時間、減少要求診斷的失效PCB的數(shù)量、減少熟練技術(shù)員的使用(和成本)、和實質(zhì)上消滅導致板報廢的“致命”缺陷。
　　直到BGA結(jié)合使用到產(chǎn)品設(shè)計中的時候，大多數(shù)PCB與電子合約制造商(CM)還沒有發(fā)現(xiàn)將X光檢查使用到其產(chǎn)生過程中的太多需要。傳統(tǒng)的方法，諸如人工視覺檢查和電氣測試，包括制造缺陷分析(MDA, manufacturing defect analysis)、ICT和功能測試，已經(jīng)足夠?？墒牵@些方法不足以檢查隱蔽的焊錫點問題，諸如空洞、冷焊和焊錫附著差。只有X光檢查有效地找到這些問題，除了監(jiān)測過程品質(zhì)和提供過程控制所要求的即時反饋之外。

典型的BGA問題
　　以下是一些典型的X光與BGA問題。關(guān)注的首要地方是一旦BGA安裝到PCB上它的無效的或錯位的焊錫和錫球。其次是錫橋，經(jīng)常發(fā)生在接觸點上過多的焊錫或焊錫不適當使用的時候 - 特別是返修的BGA。第三是不對齊 - BGA錫球沒有與PCB焊盤適當對準。第四是焊錫空洞，它是由于在加熱期間夾在焊錫中的化學成分膨脹的結(jié)果。雖然有空洞的BGA焊接點可以正常工作，但是空洞表示可能導致今后失效的工藝問題。開路與冷焊點是另外的問題。這些發(fā)生在焊錫與對應(yīng)的焊盤不接觸或者它們之間的焊錫沒有適當流動的時候(圖一)。

選擇X光系統(tǒng)　　選擇一個X光系統(tǒng)可能是挑戰(zhàn)性的，即使今天有這些系統(tǒng)的能力與價格的范圍。在作決定之前，重要的是考慮對系統(tǒng)的所有要求和來自于將系統(tǒng)結(jié)合到制造過程中的估計成本節(jié)約。要考慮的重要因素包括初始成本、清晰度、放大系數(shù)、圖象處理特性以及所要求的自動化程度。還有另一個重要的考慮：競爭性的優(yōu)勢。在大宗的合約上，PCB裝配是致命的重要，X光系統(tǒng)可能是在取得一個合約中的決定因素。
　　現(xiàn)在，考慮價格。系統(tǒng)可分的范圍從基本的手動單元，價格大約$50,000開始，到全自動的在線系統(tǒng)，價格超過$500,000。有一個公司*已經(jīng)發(fā)現(xiàn)一個非在線的、高清晰度的、X光檢查系統(tǒng)對甚至最大的PCB應(yīng)用都是最佳的選擇。雖然還要求一個操作員作主觀的決定，但基于機器視覺的X光檢查本質(zhì)上更加可靠，并且提供比手工檢查更高的輸出。

手動系統(tǒng)
　　手動系統(tǒng)一般為那些不要求完全檢查的X光檢查提供最靈活和最經(jīng)濟的解決方案。通常，這些系統(tǒng)用于制造過程的各個階段，包括元件來料檢查、過程監(jiān)測、品質(zhì)控制和失效分析。使用手工系統(tǒng)，操作員在視覺上分析X光影像和決定什么代表缺陷，可是，由于任何決定只是基于操作員的判斷，結(jié)果將隨操作員水平、工作時間、產(chǎn)量要求和個人因素而變化，個人因素諸如操作員注意力持續(xù)時間和特別的日子(檢查在星期五下午比星期一上午更缺乏效率)。不管怎樣，這些系統(tǒng)提供最大的檢查靈活性和最快的實施時間，不需要高深的操作員培訓或系統(tǒng)編程。

半自動與自動系統(tǒng)
　　半自動X光系統(tǒng)通過使用機器視覺與可編程設(shè)備定位臺提供較高的檢查技巧。這些系統(tǒng)基于預設(shè)的灰度參數(shù)分析元件的貼裝與焊錫的完整性。
　　全自動X光系統(tǒng)最常用于高產(chǎn)量/低混合的制造應(yīng)用或者在產(chǎn)品的可靠性問題一定要求100%錫點檢查的情況中。這些系統(tǒng)的特點是通過式傳送帶，并以生產(chǎn)線的速度運行。一些自動系統(tǒng)也提供額外的能力，進行雙面板的截面或三維焊接點檢查。這些系統(tǒng)要求大量的編程和運作支持，通常最適合于高產(chǎn)量/低混合的應(yīng)用。

增加工藝過程合格率
　　X光檢查系統(tǒng)是一個被證實的、檢查隱藏的焊錫點、幫助建立與控制制造過程、分析原型(prototype)、和確認過程缺陷的工具。它們效率高、成本低廉，并且與MDA、ICT和AOI系統(tǒng)不一樣，它們可以迅速確認短路、開路、空洞和BGA及其它區(qū)域排列包裝在板上的錫球不對準。
　　記住，提高產(chǎn)品質(zhì)量即提高過程合格率，保證維持長期運行成本的關(guān)鍵因素之一停留在低水平。不斷的改進過程合格率是滿足成本壓力的可靠方法。這分成兩類：(1)保證過程品質(zhì)持續(xù)地高，即避免合格率損失或偏離，(2)持續(xù)改進長期的過程合格率。

結(jié)論
　　長期的工藝改進要求從盡可能多的資源得到輸入。自動收集、維護和監(jiān)測缺陷數(shù)據(jù)的X光檢查，是改進產(chǎn)品質(zhì)量與合格率兩個方面的一個理想的開始點。一個管理良好的合格率改進系統(tǒng)是達到與維持在合約制造商(CM)的PCB生產(chǎn)中高合格率的費用低廉的方法。