案例 & 解决方案

当今的电子机器生产中,可以说占据组装工程90%以上的工作量为印刷电路板的制造。比如,对包括0603芯片元件的几百只~2000只电子元件的钎锡焊工作,可通过以下工序完成。

[典型案例]

对生产线左端的印刷机放入原始印刷电路板。
印刷机对原始印刷电路板印刷膏状焊锡。
进行印刷后,检查装置(SPI)对每个焊盘的印刷体积进行确认。
最初的芯片安装机从小型、低高度元件起依次安装元件。
下一步的安装机安装尺寸比较大的IC、BGA、接线器。
最后的安装机安装屏蔽壳、大型异型接线器元件等。
在进行回流之前,用AOI对元件的安装状态进行确认。
把安装好所有元件的印刷电路板在回流炉中加热。这时,焊锡全部融化,所有元件同时被焊接。
进行回流后,AOI对元件的安装状态进行确认。
从右端出来的印刷电路板成品被翻过来,背面也以相同的步骤进行装配。
生产一张印刷电路板的最快周期为8秒钟,生产印刷电路板的平均周期为20~40秒种。

ModelCase_01


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[AOI的目的和希望具有的功能]

印刷电路板组装工艺的检查大体上有以下两种想法。

-[质量保证]

确认没有任何缺陷。这是对下一道工序做出本工艺产品质量保证的想法。这种情况下,AOI设置在进行回流后的工艺,要求具备检测出所有的缺陷,为修理提供帮助的功能。

-[质量管理]

这是从源头上杜绝产生缺陷的想法。通过提高本工艺的生产质量,减少最终产品的缺陷。通常,把AOI设置在印刷后工艺、回流前工艺、IC安装前工艺等处,要求具备输出组装状态合格判定、组装状态检测以及缺陷发生原因判断的信息的功能。


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[实时检查的重要性]

如今生产过程都实现了高速化,如果出现设备的设定错误或装错元件,则在短时间内会出现非常多的缺陷。如果对这些缺陷进行修理,则随之出现的二次缺陷也是一个需要解决的课题。为防止出现这些弊端,需要实时地、及时地进行以“质量保证”、“质量管理”为目的的检查。关于AOI,需要注意的内容有以下三点。
・立即找到缺陷并反馈到前道工艺。避免重复相同的错误。
・相对于生产节拍时间,具有足够富裕的高速性能。
・在进行实时检查时也可以进行方便、迅速的操作。


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[实施质量保证重点——进行“回流后的检查”时AOI的应用]

进行“回流后检查”的目的是不把NG流到下道工艺。为达到这个目的,不允许AOI漏掉任何NG。如果产品品种少、量大,则可以对制造设备和设定条件进行最优化,可以使其通过率(AOI检测合格的印刷电路板数的百分比叫做通过率)达到80%~98%。进行NG判定的印刷电路板数量也有规定限制。进行小规模生产时采用如下方法:由于在条件趋于稳定之前就结束生产,通常的做法是把哪怕有一丁点异常的部位也判定为NG,操作人员只需要通过目测AOI检测到的部位就可以。在这种情况下AOI判定为NG的印刷电路板的数量多,操作要加以注意。


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[实施质量管理的重点——“回流前的检查”时AOI的应用]

在“回流前的检查”过程中不可能检测出在回流炉内发生的漂浮、锡焊球、跨接等缺陷,因此,从质量保证的观点来看毫无意义。此外, 在回流炉内锡焊熔融过程中,由于锡焊的表面张力,各元件会出现自动排列的效应,因此,在回流后不可能检测出回流前元件在印刷电路板上安装位置的错位、焊锡印刷状态不良等缺陷。但在回流之前可以检测到在何处以何种状态安装了元件等信息。 这时,焊锡还没有融化,在印刷电路板上没有什么不稳定的东西,因此,最适合进行图像处理。因此,回流前AOI的通过率非常高,错误判定数变得非常少。当检测到NG时由AOI发出报警,然后由操作人员对印刷电路板进行目测。如果不是缺件的NG,则可以用镊子进行修补,如果检测到超过规定次数的NG,则可以发出报警 。在这个过程中,目测操作人员如果发现同一个部位的NG进行过多次修理,则可以对上道工艺的各生产设备负责人提出对设定进行确认的要求,这种面对面的信息反馈对提高制造质量非常有效。通过这种信息反馈,原来在进行回流之后应用 AOI时不良率为40ppm左右的生产线,在进行回流之前引入AOI,把不良率降低到几个ppm以下,在实际运行过程中有很多这种实例。
ModelCase_02


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[印刷后的检查]

印刷后进行检查的项目包括锡焊的刮痕、渗漏、跨接、凹痕、凸角、体积、掩膜版整体的错位、异物的附着等。进行印刷后的检查虽已有20年多年的历史,今天对0402等微小芯片的组装以及QFN、BGA组装等底板电极元件仍具有非常重要的意义。随着安装机精度的提高,锡焊印刷量的过小、过大成为SMT质量缺陷的半数以上的原因。检查对象为焊锡量,因此需要用3D进行检测。如今,在组装细小芯片的最新型SMT生产线上,印刷装置设定为对每块掩膜版都进行清洗,因此,印刷缺陷比以前大为减少。但为了确认机种切换后试验印刷的稳定性、发现掩膜版清洗不良、掌握印刷状态的变化倾向,印刷后的3D检查装置仍属于必备设备。在进行印刷后检查过程中,当发现整个掩膜版的错位或局部刮痕等起因于印刷机设定的缺陷时,可当场让印刷机自动发出改善指示(反馈)。
ModelCase_03


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[数据生成管理]

为进行自动检查,在开始进行生产之前准备检查数据。在生成检查数据时,通过表示元件形状的数据和表示印刷电路板焊盘布局的数据两者的结合,确定检查位置。通常, 把CAD数据和安装机数据等进行变换生成元件形状。从印刷电路板设计数据、印刷机模板制作数据中提取焊盘布局数据。然后按照元件种类定义检查内容和步骤。对各种照明的亮度、色彩、高度信息以及检查方法进行组合生成数据,如果使用各种元件的向导则更容易生成数据。定义过的元件检查数据会被登录到数据库,可用于下一次印刷电路板的数据生成。在线生产启动后,对实际设置的元件形状和锡焊量等进行抽样检查并使用各种调整功能,对装置内部或在离线装置设定最佳检查标准。为了应用到多个生产线,可使用装置之间相互共享数据库的全局数据库功能。在自动运行过程中,还可以自动对生产情况进行跟踪设定判定值。
2D-AOI利用印刷电路板的颜色和元件的颜色进行检查,因此,在线生产启动运行后或更换供给元件之后,需要对数据进行调整。与此不同的是,3D-AOI对很多元件、锡焊相关的设定使用高度数据,数据调整可以简便地自动进行。而在3D-X线检查过程中,仅拍摄正反两面有分离痕迹需要进行检查的锡焊接合部分,因此,该调整作业变得非常简单。
す。


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[修复工作的支持]

修复工作是指对检查装置所发现的NG部位进行修理的工作。具体有以下三种类型。

[解决方法1]

在进行修理工作时使用修复终端,向操作人员指示印刷电路板上的NG部位的方法。
1.AOI读取印刷电路板上的条码或2维代码,并把该信息和缺陷检测信息以及缺陷部位的图像发送到修复终端。
2.在修复终端,进行目测的操作人员用便携式读取机读取条码,调用相关数据并逐次对各部位进行确认。
3.把OK印刷电路板送到下道工序。把NG印刷电路板送到修理站。
4.关于OK/NG的结果可以用统计菜单调出。记录着何时由哪位操作人员对哪块印涮电路板进行了目测的信息。
5.数据发送到WebTracerII中,保存期限可超过一个月。

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[解决方法2]

在修复终端安装放大显微镜,并用自动放大画面对检测出缺陷部位的实物进行检测的方法。
减少了搜寻印刷电路板上缺陷部位的麻烦,更能准确地进行目测作业。

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[解决方法3]

把检查装置本身做成放大显微镜,在线进行目测确认的方法。
1.把检查装置捕捉到的NG部位的图像发送到集中目测管理端。
2.专职的目测检查者统一对图像进行观察并进行OK/NG判定。(可同时连接8台检查装置。)
3.目测检查者的判定结果送给检查装置。如果是NG,则向修理用修复终端传送检查结果。
4.检查装置的NG印刷电路板暂时退回到NG缓冲区。
在解决方法2中,检查装置作为NG排出的印刷电路板包括真正的不良和误判不良两部分,而在本方法中,仅把退到NG缓冲区的真不良品送给修复作业,对下道工程仅传送OK印刷电路板。通过有资格的专职目测人员进行OK/NG判定,因此,确认作业的可靠性更高,还可以节省工时。

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[SPC]

[固体ID管理]

在生产产业用、航空宇宙类以及车载类产品时,在进行检查之前读取条码、2D代码确定印刷电路板的ID。近年来,在智能手机产品和平板产品的生产中也开始采用固体ID管理。由于客户不同、ID管理手法有各种各样的形态。检查装置连接到ID并对后级设备发出适当的指示,同时,把检查结果转换成客户要求的格式后输出。有时读取ID后自动切换检查数据,有时向服务器咨询ID检验产品是否投放错误。

[SPC管理]

Statistical Process Control(SPC)的功能是统计学了解SMT组装生产线的质量并进行改善。SPC服务器提供积累AOI的检查结果并进行统计分析的功能。对各生产线或各生产品目,把良品率、不良发生部位、不良类别、不良发生部位的图像等按时间或生产批次为单位进行图表化,并输出生产质量报告。何处发生何种缺陷一目了然。SPC如果是Web型服务器,则可以用手提PC进行各种操作。

[跟踪确认]

在生产产业用、航空宇宙类以及车载类产品时,客户很希望具备跟踪确认功能。有些客户要求保存数据长达数年~10年。如果把SPC服务器积累的数据作为长期保存数据加以保存,则通过输入印刷电路板的ID可以读取过去的生产档案。除了NG部位档案和图像以外,服务器还可以记忆检查印刷电路板的整体图像,因此,可以追溯确认OK产品的状态。此外,如果能跟踪修复作业的记录,将会对质量跟踪做出很大的贡献。


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