高清晰度X光检查用于改善合格率
By Luke C. Kensen
本文介绍，合约电子制造商正转向使用X光检查来改善产品质量与合格率。其挑战存在于将要用于制造合格率的新数据的快速收集与分析。
合约制造商(CM, contract manufacturer)已经成为X光成像系统的一个大市场，在资金数量与销售单位数量两方面都是。这些系统通常是非在线的(off-line)，放在SMT工艺装配线的后面，用于在价值增加之后但刚好通孔(through-hole)工艺之前的检查。可是，在线(on-line)系统正变得越来越普遍，随着X光与自动光学检查(AOI,
automated optical inspection)系统的结合。在这个比较新的机器视觉(machine-vision)市场背后的动力是球栅阵列(BGA,
ball grid array)与其它区域排列元件的增加使用，以及希望合格率改善和作为对印刷电路板(PCB)制造商的首要利益关注的迅速返工修理。
在测试运作期间，一个典型的PCB制造商所产生的测试数据和巨大的产量大大地激发了在合格率改善中的这个兴趣。随着自动检查仪器的改进，数据量继续增长。改进的缺陷或失效分析工具已经带来改进的数据准确性。迅速确认、收集、分析与返修即是优势也是所希望的，因为每个都减少由于混乱与偏离所引起的响应时间(和成本)。结果，制造工程师与品质控制人员经常被激发去迅速收集和分析任何新的数据，并用它来改进制造合格率。
BGA与X光检查
X光检查很快成为PCB与电子合约制造商(CM)使用的主要工具，因为在这里BGA、微型BGA、芯片规模包装(CSP)、倒装芯片(flip
chip)和其它隐蔽的连接元件已经成为一个标准的PCB设计元素。
传统的确认方法不再足以分析这些元件。通过使用X光检查，隐蔽的焊接点的特性可以一个简单的、可靠的和成本低廉的方式进行检查。由于X光检查的更高合格率意味着更少的PCB需要诊断、修理和重测。在某些制造运行中，这个合格率的改善已经是如此戏剧性的以至于制造商取消在线测试(ICT)，从而节约劳力、固定资产和工厂空间。
在功能板测试(FBT, functional board test)的情况中，节约可能更具戏剧性。这些节约的产生可通过缩短测试时间、减少要求诊断的失效PCB的数量、减少熟练技术员的使用(和成本)、和实质上消灭导致板报废的“致命”缺陷。
直到BGA结合使用到产品设计中的时候，大多数PCB与电子合约制造商(CM)还没有发现将X光检查使用到其产生过程中的太多需要。传统的方法，诸如人工视觉检查和电气测试，包括制造缺陷分析(MDA,
manufacturing defect analysis)、ICT和功能测试，已经足够。可是，这些方法不足以检查隐蔽的焊锡点问题，诸如空洞、冷焊和焊锡附着差。只有X光检查有效地找到这些问题，除了监测过程品质和提供过程控制所要求的即时反馈之外。
典型的BGA问题
 以下是一些典型的X光与BGA问题。关注的首要地方是一旦BGA安装到PCB上它的无效的或错位的焊锡和锡球。其次是锡桥，经常发生在接触点上过多的焊锡或焊锡不适当使用的时候
- 特别是返修的BGA。第三是不对齐 - BGA锡球没有与PCB焊盘适当对准。第四是焊锡空洞，它是由于在加热期间夹在焊锡中的化学成分膨胀的结果。虽然有空洞的BGA焊接点可以正常工作，但是空洞表示可能导致今后失效的工艺问题。开路与冷焊点是另外的问题。这些发生在焊锡与对应的焊盘不接触或者它们之间的焊锡没有适当流动的时候(图一)。
选择X光系统
 选择一个X光系统可能是挑战性的，即使今天有这些系统的能力与价格的范围。在作决定之前，重要的是考虑对系统的所有要求和来自于将系统结合到制造过程中的估计成本节约。要考虑的重要因素包括初始成本、清晰度、放大系数、图象处理特性以及所要求的自动化程度。还有另一个重要的考虑：竞争性的优势。在大宗的合约上，PCB装配是致命的重要，X光系统可能是在取得一个合约中的决定因素。
现在，考虑价格。系统可分的范围从基本的手动单元，价格大约$50,000开始，到全自动的在线系统，价格超过$500,000。有一个公司*已经发现一个非在线的、高清晰度的、X光检查系统对甚至最大的PCB应用都是最佳的选择。虽然还要求一个操作员作主观的决定，但基于机器视觉的X光检查本质上更加可靠，并且提供比手工检查更高的输出。
手动系统
手动系统一般为那些不要求完全检查的X光检查提供最灵活和最经济的解决方案。通常，这些系统用于制造过程的各个阶段，包括元件来料检查、过程监测、品质控制和失效分析。使用手工系统，操作员在视觉上分析X光影像和决定什么代表缺陷，可是，由于任何决定只是基于操作员的判断，结果将随操作员水平、工作时间、产量要求和个人因素而变化，个人因素诸如操作员注意力持续时间和特别的日子(检查在星期五下午比星期一上午更缺乏效率)。不管怎样，这些系统提供最大的检查灵活性和最快的实施时间，不需要高深的操作员培训或系统编程。
半自动与自动系统
半自动X光系统通过使用机器视觉与可编程设备定位台提供较高的检查技巧。这些系统基于预设的灰度参数分析元件的贴装与焊锡的完整性。
全自动X光系统最常用于高产量/低混合的制造应用或者在产品的可靠性问题一定要求100%锡点检查的情况中。这些系统的特点是通过式传送带，并以生产线的速度运行。一些自动系统也提供额外的能力，进行双面板的截面或三维焊接点检查。这些系统要求大量的编程和运作支持，通常最适合于高产量/低混合的应用。
增加工艺过程合格率
X光检查系统是一个被证实的、检查隐藏的焊锡点、帮助建立与控制制造过程、分析原型(prototype)、和确认过程缺陷的工具。它们效率高、成本低廉，并且与MDA、ICT和AOI系统不一样，它们可以迅速确认短路、开路、空洞和BGA及其它区域排列包装在板上的锡球不对准。
记住，提高产品质量即提高过程合格率，保证维持长期运行成本的关键因素之一停留在低水平。不断的改进过程合格率是满足成本压力的可靠方法。这分成两类：(1)保证过程品质持续地高，即避免合格率损失或偏离，(2)持续改进长期的过程合格率。
结论
长期的工艺改进要求从尽可能多的资源得到输入。自动收集、维护和监测缺陷数据的X光检查，是改进产品质量与合格率两个方面的一个理想的开始点。一个管理良好的合格率改进系统是达到与维持在合约制造商(CM)的PCB生产中高合格率的费用低廉的方法。
* Express Manufacturing Inc.
Luke C. Kensen, director of business development, may
be contacted at Express Manufacturing Inc., 3519 West Warner Ave.,
Santa Ana, CA 92701; (714( 979-2228; Fax: (714) 556-0575; E-mail:
LKensen@eminc.com; Web
site: www.eminc.com.
(A 03/14/2001)
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