AOI在01005元件组装过程中的应用

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AOI在01005元件组装过程中的应用

来源：作者：发布时间：2007-08-21

作者：Owen Sit (薛弈桉)博士 and Joshua Petras of YESTech Inc San Clemente, California, USA

摘要

印製电路板组装行业在使用01005器件的过程中将会遇到很多质量方面的挑战。在生產过程中，回流焊之后的检测需求已不再是一个可有可无的工序。随著元器件尺寸的缩小，人工目检变得越来越困难，而AOI检测将成為保证高质量產品產出的唯一手段。本文中我们将著重阐述AOI设备製造商所面临的挑战和YESTech的最大程度提升01005器件检测能力的创新设计。

简介

不断进行中的移动式產品小型化的趋势促使元器件从上世纪90年代的0402向当今的01005封装过渡。使用如此小的元器件对於SMT（Surface Mount Technology表面贴装技术）生產过程来说是一个巨大的挑战。SMT设备的製造商们正在努力升级他们的设备以适应01005元器件的生產。对於AOI设备製造商而言，01005的封装形式既是机会又是挑战。01005器件的使用一方面可以促进AOI设备的广泛使用，而另一方面它需要有更高精度和更先进的检测技术作保障，才能确保高质量的產能。

01005发展前景

首先，让我们来看一下01005 器件的尺寸大小。一隻常见蚂蚁的长度和宽度分别约為2毫米和1毫米。一个0402器件的尺寸约為蚂蚁的慼C一个01005器件的长宽高分别是0.4毫米，0.2毫米和0.13毫米。16个01005的器件的大小才抵得上一个0402 的器件。如此小的器件单靠肉眼是很难看到的，使用任何手工工具进行操作也是不太可能的。01005器件的成本也很高，大概比0402的器件贵100倍以上，2007年，01005的电容每个约值50美分左右。

在大批量生產时，01005的成本将随时间而降低。目前情况下，由於01005的高价格，它们只是在真正需要节省空间的场合下才会使用。

SMT生產过程中的挑战

组装这些既小又昂贵的电阻和电容意味著许多设计和组装过程的挑战。设计者必须特别关注电路板的设计、器件的选择、模板的设计、焊膏的组成和印刷、元器件的贴装、回流焊接和检测等等。

让我们仔细地看一下模板的设计。為了得到更高的效率，必须使用非常薄的模板，约76微米。这将确保印刷后焊膏不会残留在模版开孔中。然而，如此薄的模板无法提供足量的焊膏以满足焊接较大尺寸器件的需要。一种解决办法是使用成本昂贵的两个模板和两个印刷过程。為避免高成本，设计者也许能试著找到合适的模板厚度以适应电路板上所有尺寸的元器件。而这种“妥协”的办法将不可避免地提高缺陷率。

缺陷的种类

缺乏经验，设备的局限性和妥协的设计都会导致PCB的缺陷。对於01005，组装过程中最常见的缺陷是锡连（桥接）和立碑。锡连的產生通常是因為过於密集的焊盘（焊盘之间的间距小於150微米），或者是模板没有对齐。当焊盘尺寸变小，模版的排列对齐将变得更加重要。01005器件需要分毫无误的对齐。立碑的產生是由在回流过程中焊锡表面张力的不平衡性造成的。由於无铅生產中需要更高的焊接温度，这将增加焊锡表面张力不平衡的可能，从而导致立碑。

AOI的对策

通常情况下，可将AOI放置在SMT生產过程中的3个位置，印刷焊膏后，回流焊前和回流焊后。理论上说，将AOI放置在生產过程的前端可以更早的发现缺陷和进行维修，越早发现缺陷就越能降低维修成本。修復一个焊膏的缺陷非常容易，因此，回流焊前维修成本小於回流焊后的维修成本。可是实际问题是缺陷会產生於整个生產过程中的任何工序，而不只是在前端。器件缺陷只能在贴装了器件后才能发现，例如锡连或立碑等只有在回流焊后才能被检测到。如果AOI只是被放置在前端，那麼，就会漏掉很多缺陷。既然01005的缺陷主要集中在锡连和立碑上，那麼，回流焊后放置AOI设备就是保证產品质量的关键手段了。

在很多情况下，AOI放置在前端是作為一种生產过程监控手段，而AOI放置在回流焊后就好像一个守门人，用来防止缺陷產品流向用户端。

对於01005的组装来说，印刷焊膏后放置的AOI更多是作為过程监控的手段，因為除了重印整块损坏的基板之外没有其他有效的在线维修技术可以修復随机產生的印刷缺陷，因為任何手工调整都可能会產生更多的缺陷。回流焊前放置AOI设备能够监控元器件的贴装，但是想要在线修復01005的放置缺陷却是不可能的。此外，和其他表面贴装器件一样，01005会在回流焊后自行对齐。研究表明，01005器件只要在贴放时偏移不超过 45微米的话，在回流焊后仍旧会回復到正确的位置。在研究中同时还发现01005等器件在角度偏移不超过25度的情况下也可以回復到原位。由於01005等小型器件的自行对齐的特点和回流焊前维修的困难性，炉前放置AOI设备进行检测并没有太大的意义，而作為生產过程的监控手段则比较合理。

01005组装的离线维修和返修设备已经上市，并可以修復很多种类的缺陷。然而，这些维修的价格是很昂贵的。

01005组装的最佳检测方法就是将AOI设备同时放置於SMT生產过程的多个位置，既可以监控生產过程，又可以检测缺陷。因為在线维修并不总是可行的，这就需要前端的AOI设备能够及时将缺陷数据传输到后端（炉后）的AOI设备，可疑的缺陷将会被再次确认，这将提高检测效率，降低误判率。

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