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防止发生焊接缺陷研究

来源:中国喷码机网发布日期:2011-11-28
 

  人工视觉目检是一种传统的检测方法,即利用人的眼睛和简单的光学放大器件对电路板、焊膏印刷、贴片、焊点等进行人工检查。

  由于人工目检效率低、工艺水平主观性强,速度低而容易使生产线出现停顿,且人工目检无法检测器件、器件等和其它各种新型封装的细密引脚,现在已经被自动光学检测和自动射线检测所取代,其中带射线的检测设备在功能上优于纯光学系统。

  然而,产品的价格是产品的一倍,且产品主要应用于产品的开发研制阶段,纯光学检测则多用在生产线上,所以研究如何用检测系统提高产品质量有着重大的意义。

  理想的焊粉应该是粒度一致的球状颗粒,其形状、粒度大小和均匀程度对焊膏的性能影响很大,助焊剂在焊接中的作用是净化焊接面、提高润湿性、防止焊料氧化、保证工艺优良。

  选择了合格的焊膏以后,就要对电路板进行焊膏印刷。

  焊膏印刷有丝网印刷和漏版印刷两种方式,其中漏版印刷以焊膏量易于控制、对焊膏粒度不敏感、不易堵塞、所用焊膏粘度范围广、易于清洗、更适用于组装密度高和细间距产品等优点而得到广泛的应用。

  在焊膏印刷过程中影响质量的因素很多,如模板、基板、焊膏、印刷机等。

  合格的焊膏印刷质量应该保证印刷在基片上的焊膏厚度均匀,图形完整且边缘清晰,焊膏的印刷厚度一般在一,焊膏与焊盘的尺寸和形状相符合,焊膏图形至少覆盖的焊盘面积,焊膏表面平直,没有大的颗粒和空洞川。

  焊膏印刷作为的**道工序,它影响着后续的贴片、再流焊、清洗、测试等工艺,并直接决定着产品的可靠性。

  据统计,电子产品超过的缺陷和失效与焊膏相关如图,焊接过程一旦完成,要修复错误焊点就会变得非常复杂而且成本高昂,因而焊膏的性能对于来说至关重要,完善焊膏检测技术对于提高生产效率意义重大,如果在工艺开始阶段检测到问题,此时印板很容易清洗,可以*大限度地节省成本。

  测,采用统计工艺控制工具,可在缺陷产生之前预测出工艺趋势,以便采取预防措施,改进一次通过率,减少返修成本。

  在焊膏印刷过程中可能会产生各种各样的缺陷,如焊盘()上焊膏漏印、焊膏不足、边缘模糊、位置偏移和桥接等见图。

  尽管不同的缺陷类型产生的原因不同,但都影响着产品的质量,如焊膏位置偏移、边缘模糊和锡膏量太多,易引起桥连,两个焊点之间的桥接通常会在回流焊接后造成短路,而焊膏量不足易出现虚焊缺陷。

  针对在线工检焊膏印刷检测技术焊膏印刷工检测系统包括光源、精密移动机械、光学镜头、数字图像处理软件模块、模式识别软件模块等几个主要部分,主要工作原理是用光学手段获取被测物图形,然后以某种方法进行检验、分析和判断。

  作为一种有效的控制工具,焊膏印刷的主要作用是检测焊膏印刷过程中的缺陷或者防止缺陷的产生,进行过程控制,由于工是融人生产线的实时无损检测技术,不影响生产流水线的速度,所以能够使生产线高度自动化。

  一般的放置在贴片安装生产线上有三个重要位置如图,分别是焊膏印刷后、再流焊前和再流焊后,当然也可以根据生产线上的特殊需要安放工。

  如果生产线有特别的问题,检查设备可增加或移动到相应的位置,监测缺陷,尽早发觉重复性的缺陷,此外也可以根据生产的具体情况,结合自动光学检测模块化设计的特点,利用生产中的时间差,在一条生产线上用一台自动光学检测实现炉前检测和炉后检测的一机两用,既节省资金又保证产品质量。

  焊膏印刷检测系统放置在焊膏印刷之后,用它对焊膏质量进行检测。

  如果只是粗略地测量高度而面积未知,即使能够估算面积,但由于焊膏堆积形状的复杂性,简单地用面积高度的方式计算出的体积也必然存在着很大的误差。

  随着更高密度组装以及无铅工艺的发展,焊膏印刷工艺的难度会越来越大,工艺的控制精度要求也会越来越高,因而控制印刷后的焊膏体积变得越来越重要。

  随着设备功能的不断增强以及使用范围越来越广,在线检测能力得到了很大的提高。

  在印刷焊膏固化以后,采用多级摄像工艺技术、多照明角度和一系统,就能快速、灵敏地捕捉到、焊接掩膜和焊膏外观的颜色变化,采用一系统,则能提供有关焊膏面积、以及焊膏高度和体积的精确信息,使得工艺工程师可以通过测量来发现一些影响印刷质量的问题,进而改进和提高焊膏印刷的工艺水平,作测量的厂家以美国的、比利时的和美国的为代表,其中的检测用的是双相机系统。

  多镜头会取得更好的检测效果,台湾的焊膏检测设备用个不同环绕方向的镜头,的某些型号甚至采用了个镜头,多视野快速并行采集检测,当然不同的光源、镜头方案所采用的数字图像处理处理算法和识别算法也不同。

  目前针对焊膏的检测主要有彩色色光源和多视角两种技术类型。

  国外的设备可以做到焊膏检测‘,如美国的、以色列的和台湾等公司的工设备采用的是单一白色环绕冷光源、多个镜头多视角位置差异的办法来检测焊膏厚度,还有一些国外厂家的焊膏检测设备采用的是用激光三角法来检测焊膏的厚度“。

  光源示意图,图右是色光源对焊膏厚度变化梯度的不同颜色反映示意图,通过改变、三色的环形照明的照射角度,照射在打印电路板上,经镜面反向,在其他摄录图像上收人焊锡的焊缝角。

  通过使用这种方法,可形成细微的自由曲面,焊接的维形状,可对应部件的焊接强度进行高密度的检查。

  图左是激光三角法测量焊膏厚度的原理示意图,图右则是激光三角法测量实拍图像。

  在测量时,的激光器从侧方向发射出几束平行条纹光,这些条纹光不是垂直,而是以与垂直方向呈一定的夹角如度或度发射的。

  当光束照射到板和焊膏时,由于焊膏图形有高度,镜头从上方摄取到的图像上就可以看到照射在焊膏上的光束和照射在板上的光束有了位移差,通过计算这个位移差就可以得到这束光束所在位置的高度。

  再通过算法将这些光束的高度组合起来就可以得到一幅三维高度图,进而可以算出面积和体积。

  高度则是将各光束测得的高度值排列取中间值不是平均值,因为平均值会受到几个异常高或者低的值影响。

  因此,用这种方法得到的高度值更接近真值,再配合每条光束细分出来的焊膏面积,这样计算出的体积值就更加接近实际值了。

  的激光器和镜头的位置也可以互换,原理与上述相同。

  图激光三角法焊膏厚度检测示意图采用检测的,再配合在线的实时检查,就可以帮助工程师建立准确、可信的测量系统、进而为工艺的控制,以及工艺问题的发现、分析、改进和效果评估提供有力的支持。

  欧姆龙的一系列工的色环绕无铅化对焊膏印刷系统的影响随着欧盟的两个指令位与记士一实施日期的日益临近,意味着从年月日开始卖到欧盟的所有电子产品都必须实现无铅化组装,所以现在各生产厂家都逐步地开始采用去除了焊锡中铅成分的无铅焊锡。

  这些视觉上的差异要求对焊膏印刷工设备和软件进行重新校准,具体表现在以下几个方面:

①无铅焊锡表面的粗糙,焊锡亮度的降低,导致工的检测原理及检测方法需要改变②无铅焊锡浸润性的下降,造成焊锡形状的变化,要求工的检测程序需要改进,以适应无铅焊检查③由于无铅焊的脆陛,在对测试设备中组件的弯曲特性加以限制时就要特别小心④实际不良率的增加,导致需要及时通过工数据的反馈来进行工艺分析管理。

  应该指出,无铅焊接感觉比较暗,在很大程度上取决于使用的合金成分及在什么“时期”

  查看焊接。

  在回流干燥之后立即查看时,焊接仍显得明亮有光泽,几周后的电路板一般会比同等物更快地失去光泽,这在理论上要求改变工的测试参数,但不能在制造几周后才检测电路板。

  无铅化后,用工系统检测应考虑到方方面面,在进行焊膏检测时不单单要基于反射系数,还要通过检测进行几何形状分析。

  在检测无铅流程时,必须认真考虑流程中涉及的所有部件,包括无铅元件,而不只是无铅锡膏。

  当然,对于所有的厂商和制造商来说,肯定一直会有一个学习的过程,这是引人新产品和新流程时都要面对的问题。

  年英国的国家物理研究室对种系统的无铅焊检测能力进行了独立评估。

  这一研究使用专门设计的、具有广泛缺陷的测试电路板进行。

  结果展示了系统良好的缺陷覆盖能力及通用的技术处理能力,当对无铅组件和常规有铅组件的检测使用相同的软件算法时,虽然在不同设备上测试结果略有差别,但是两者的错误检测率十分相似,大多工系统可以用于无铅表面安装组件的检测,有些使用彩色算法和依赖单色摄像机的系统在评估无铅焊点时会遇到问题。

  

(完)

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