本文介绍，将自动光学检查(AOI)增加到一个典型的制造线上，可以给在线测试(ICT)带来改进的第一次通过合格率(FPY)。

　　SMT合约制造业正在经历一场戏剧性的变化。许多公司正以每年超过40%的速度增长，因为在电信、计算机和其它工业的OEM自己在放弃装配运作。这些变化对SMT生产线发生影响。

• 新的生产线以更快的速度增加、转移、改进和升级。
• 期望、标准和品质程序的集中
• 大量的高新技术产品和新元件类型进入工厂

　　有一个合约制造商(CM)^*实施自动光学检查(AOI)策略的目的是提高SMT线的工艺控制、保证在线测试(ICT, in-circuit test)的高合格率和建立对整个SMT线的可测量的基准。在这家工厂中，产品混合情况是大约50%的工作站电路板、30%的服务器电路板和20%的电信电路板。

工艺控制策略

　　对该工厂的工艺控制策略是通过评估下列标准来制定的：

• 现在使用的元件类型与将来预计使用的
• 缺陷类型与数量
• 生产线周期时间
• 最大板的尺寸
• 价值分析来决定在哪里改进控制将有最大受益

　　元件的混合范围从0402到0.020"的QFP(quad flat pack)，象BGA(ball grid array)和CSP(chip scale package)这类阵列元件在数量上正在增长。在购买的时候，决定0201将在几年内不会大量使用，小于0.020"间距的元件将以阵列元件的形式供应。很少比例的引脚通孔元件混合使用在产品中。

　　先前，一个三维(3D)锡膏检查系统增加在一条线中。虽然这有一些正面的影响，但是在ICT处的第一次通过合格率还只是75%。这些缺陷的分析表明回流前的元件贴装和手工插件工艺造成最多失效。

　　最快的生产线的贴装速度是每小时60,000个元件，84%是无源元件。每一条线每一到三天有一次转换，并且每年有大约五个新的设计。

　　基于这个信息，决定要实施元件贴装检查，并且机器必须满足下列要求：

• 100%的检查速度，每块板快过90秒钟
• 必须处理0402、0.020"间距的QFP和BGA
• 必须为工艺问题解答提供足够的信息
• 在转换时对新设计的机器设置时间最小。

　　基于这些标准选择了一个系统^**，虽然没有可靠的计划将该系统用作一个测量规范，但是理解它最终将成为工艺品质的一个集成部分的可能性。

　　选择何处安装AOI系统是针对公司与工厂的，取决于现有的工艺控制、使用的元件类型、生产线产量和生产线的问题。在这一家合约制造商那里，选择了增加在线的回流之前的元件测量，因为：

• 它允许在一个容易修理的点查找缺陷
• 已经确定元件贴装是随机失效最大的原因
• 回流前的系统容易较容易编程并具有较低的误报失效率
• 装配混合有大量的BGA

实施问题

　　在几条线上采用了检查系统。在贴装之后安装一个修理站允许手工元件的插件和元件的确认。

　　需要花几天时间来重新配置生产线，增加检查与返工工作站，培训工程师和操作员，以及试运行第一块板。另外的操作员培训(提供调用程序和检查失效的必要信息)花一到两个小时。在这时候，操作员运行检查工序。

　　典型的产品之间的生产转换是三分钟。当有新的元件库需要定义时，对一块新板的典型设置是四个小时。对于元件库已经建立好、大部分元件编号与形状代号都已准备好的情况下，一块新板所要求的时间少于30分钟。

　　系统安装完后遇到的第一个问题是不能从贴片机转换元件的贴装数据。这个问题通过开发临时转换器来解决，直到可以从第三方软件供应商买到。第二与最后的实施困难发生在多系统安装和新产品与元件增加之后。由于暗淡的引脚元件和有重映锡膏的明亮焊盘，误报错误变得不可接受地高(高于1%)。因此作了下面的软件更改来减少误报率：

1. 每个产品分开数据库，允许每块板有唯一的元件定义
2. 引入一个多变量分类器，更好地定义元件图象。该工具较好地定义元件图象，并允许误报随着时间逐步完善。

　　在实施上述改变后，误报率减少到0.5%以下。现在以375ppm的效率发现缺陷，而误报率为230ppm。

结果

　　对元件贴装检查使用AOI工具，针对几个特殊的工艺。包括：

图一、自从增加在线元件贴装检查之后
ICT的第一次通过合格率从75%提高到93%并一直保持

找出工艺问题：
• 丢失和误放的元件：通过找出这些回流前的缺陷并手工纠正这些缺陷，在ICT处的第一次通过合格率达到很大提高(图一)。无源元件(0805, 0603)显示最高的缺陷率。该检查系统因为把ICT的第一次通过合格率从低于75%提高到超过93%而值得信赖。
• 板的支持与弯曲的吸嘴：用该检查系统来将丢失元件的根源联系到贴片机上诸如误放的板支撑和弯曲的吸嘴这些问题。

找出工艺改进的方法：
• 贴片机的X/Y偏移：基于从检查系统获得的测量信息，贴片机重新校准，将贴装位置更加靠近CAD的数据(图二)。
• 将手工装载(hand-load)的操作移到AOI之前：决定在某些装配上手工装载期间对回流前的元件进行植球。在这个发现的时候，手工装载放在元件检查之后。基于这个发现，手工装栽移到元件检查之前，因此任何在手工装载期间植球的元件都在回流焊接之前标记为错误。

图二、可从检查系统得到的测量信息的例子

建立工艺标准：
• 两条线在刚好回流焊接工艺之前有一个检查/修理结合的工作站。使用从修理站获得的元件失效信息，操作员跟踪丢失、偏移和极性缺陷。如果品质水平下降低于90%或者如果在连续的板上找到三个相同类型的错误，则要停止工艺和采取改正行动。
• 在将八条SMT线移动到一个新的工厂之前，建立每一条线的能力基准线。在设备移动之后，采取相同的工艺，以保证每一条线都满足该基准线。决定移动前后替装能力的步骤是这样的：在10块评估板报上贴装0805无源元件、0.050"间距的20脚PLCC、和0.020"间距的240脚QFP；每一块板通过测量系统检查，以获得X/Y与角度贴装数据；然后使用由制造商提供的软件为每一台机器计算出Cp与Cpk数值。当增加新的贴装设备线时，也使用这个步骤。

结论

　　自从1997年，该合约制造商的三条生产线已经装备有元件贴装检查。这些工具在回流之前找出贴装缺陷，帮助改善ICT的第一次通过合格率，从大约75%到超过93%。工艺控制测量和机器特征已经成为决定贴片机校准要求、比较来自相同供应商的多台机器或不同线的能力、以及量化改进效果的必要工具。使用智能视觉计算已经大大减少了由于暗淡的引脚、镀金路线、重映锡膏和不同供应商元件之间的差别的误报。

* Celestica's Ft. Collins, Colo., facility.
** GS-1.

　　Shane Downing and Mark Owen, may be contacted at MV Technology Ltd., Unit 3, Enterprise Centre, Pearse Street, Dublin 2, Ireland; +353 1 671 81 77; Fax: +353 1 671 84 70. 

(A 07/14/2001)