IPC-9850表面贴装设备性能检测方法

IPC-9850表面贴装设备性能检测方法(连载之一)

引言 Introduction

范围Scope

标准以特定的文件格式来表征表面贴装设备（以下简称贴片机）的机器贴装能力，在保证贴装速度与贴装精度相对关系的条件下，对用于贴片机贴装能力因素的检测方法进行了规范化，标准化。

目的Purpose

IPC-9850对用于表征贴片机技术性能分类，检测的参数，测量程序及计算机方法作了定义及规定。标准规定了在进行贴片机性能检测时，应使用这些标准化工具获得并记录涉及贴片机性能检测的全部信息。

背景Background

随着表面贴装技术（SMT）的发展，贴片机用户不断提出一个重要的问题；即在给定的SMT制造环境中，设备应具有最佳的状态来完成其规定的功能及指标。表面贴装技术的优点是把器件精确快速地贴放到印制板的电路焊盘上。这是选择贴片机的最起码条件，由此人们便认为贴装速度最快，器件损伤最低的贴片机是最好的。

初期，评估贴片机是最常用的方法是考核实用印制板的贴片产额。由贴片机贴装大量用户提供的实用器件与印制板，目检贴装偏差，人工逐个计数。最后判定贴装废品率最低最耐用的贴片机为最好的。现代贴装机产额及可靠性指标的量化评休，需要收集非常大量的有效数据，进行数据处理分析最终才可以得到结论。标准规定了包括贴片机的产额及可靠性的全套工具，以指导贴片机制造厂商和用户改善目前仍在使用的一些方法。

随着微电子器件封装的日趋精细，印制板面器件的排列间距也愈加紧密，最终促使印制板上安装的器件数量递增，电路贴装密度提高，所有这些因素明显地对表面贴装技术设备提出了更高的要求，贴片机除高产额及高可靠性的性能指标外，对贴片机的器件贴装速度及贴装精度的要求也越来越高。

一般讲，贴片机的制造厂商都会选用自已定义的参数和方法来表述各自设备的产额及贴装能力的性能。由此带来许多技术指标的定义及测量方法的不一致，对同类型贴片机相互间的比较是非常困难的。要得到可比较的数据，必须在同样的条件下，安装需要对比的贴片机，大量器件贴装操作分析比较进行评估。但这种方法对制造厂商和用户讲是相当费工费时，且其成本也是极其可贵的。

标准通过对表征贴片机能力的相关参数标准化，简化了整个评估过程。把产额与贴装质量联系在一起，提出了贴装速度与贴装精度的关联性。制定了贴片机能力因素测量的一些基本方法，一但用户认为设备性能不正常时，减少了与制造厂商之间产生不必要的矛盾。这些测量方法具有一致性及可检验性，于是

制造厂商与用户间提供了一个双方可接受的方法。

标准规定的方法是将贴片机固有的机器性能从SMT过程的诸多工艺变量中分离出来，如焊膏印刷，器件质量，封装质量，印制板质量等。标准规定对贴片机的贴装速度及贴装质量的检测方法，整个测量过程是将标准器件贴装到复贴粘胶带/纸的玻璃样板上。实践经验证明，如贴片机能在复贴粘胶带/纸玻璃样板上精确地贴装器件，则在生产时同样能精确贴装。而且，通过在粘胶带/纸玻璃样板上进行贴装工艺改进，可直接用于指导生产时产品质量的提高，虽然这种方法并不能提供完美的予测生产质量的信息，但为了消除因操作者，产品，工艺等因素变化而产生的不利影响，这种方法是可取的。

用户最终目的是要求贴片机在实际涂布焊膏的印制板电路焊盘上贴装器件能力的评估但在要求具有一定的测量速度的精度的条件下，这种测量方法是很难做到的

检测系统实时测量印制板上贴装器件的排列定向及位置偏差。使用（AOI）自动光学检测系统测量贴片机能力因素以已成为现实。

由于高速贴片机的精密贴片机在某些性能指标上的重叠，标准没有完全将这两种类型贴片机加以区别开来，准许用户根据制造厂商提供的技术数据报告决定某类型贴片机的应用范围。

测量工具Implementation

表征参数的规定 Characterization Limitations

标准采用的表征参数由描述贴片机能力最基本的参数组成。允许在某些情况下可附加测量参数项。标准选用的一系列表征参数可作为制造厂商技术说明书中的核心部分，这部分在将来新版本中按技术条款进行修订。

每种类型贴片机有很多种硬件与软件的组合，标准不可能复盖全部。但每种组合的差异都将会影响贴片机的整体能力，用户应该懂得这些关系，而且应了解到标准中每一项参数的限制及所提供的灵活性，这样才能达到正确的评估结果。

制约性要求Binding Requirements

本文件的主体是技术标准，在文件中的条款规定为具有制约力时，使用“Shall”一词。附页仅作参考之用。（译者注：译文中凡有下划线者为制约性条款）。

测量器件样本Test Components

标准规定选用五种器件封装形式—QFP100，QFP208，BGA228，1608电容器，SOIC16代表贴片机贴装器件封装的适用性范围。有关测量器件样本的详细材料见表3-1，第6节。

检测评估贴片机时，目的之一是取得由贴片机固有引入的贴装误差。为把贴片机所造成的贴装误差分隔开来，就需要其他因素对贴装检测全过程的影响。使用几乎完美的测量器件样本就能减少贴片机误差评估的影响，这些器件样本使得因器件封装间尺寸变化的影响降到最小。例如，选用1608片式陶瓷电容器用作测量器件样本，因为陶瓷叠层电容器的边沿制造工艺精密，呈方形。而片式电阻未被选用，是因为经光学坐标测量系统（CMM）检测，器件顶部边沿与用作贴装面的边沿及底部很难对准。片式陶瓷

电容器引线端略有些弧形，也会存在一些未定因素。

SOIC-16作为测量器件样本，因为其较低的成本及结构坚固。SOIC-16可代表贴片机对粗引脚间距器件印制板的贴装能力，几乎所有贴片机都能贴装SOIC-16器件，这样使用SOIC-16可对各种贴片机进行比较。SOIC-16，1608两种器件封装都采用卷带包装成本较低，大多数贴片机都能达到其最大的贴装速度，1608，SOIC两种器件应满足JEDEC标准规定的技术要求。（JEDEC，美国电子器件工程协会）

一种检测用的玻璃器件样本采用薄膜工艺制作器件封装图象，不存在引线弯曲变形等缺陷现象，适用于贴片机的光学视象检测系统，可检测得到完美的器件封装图象。玻璃器件样本的基准标志图形，提高了坐标测量系统（CMM）测量速度。根据基准标志坐标，CMM可测量得到每个器件样本图形的实际位置，取代原来采用的器件引脚，封装边沿尺寸等方法。玻璃器件样本的基准标志经美国国家标准协会（NIST）鉴定，基准标志是唯一可用于表征器件样本图形坐标位置的参考点。在检测及未知干扰对贴片机视觉系统正常操作影响时，玻璃测量器件样本的基准标志不需要贴片机进行处理，这就减少了因贴片机光学测量系统引入的误差。显然经鉴定的玻璃器件样本基准标志将测量系统导致的测量误差降到最低程度，这对于贴装偏差标准界限严格的精细引脚间距器件（QFP，BGA）尤为重要。

在标准中，有两种QFP封装，一种BGA封装形式的玻璃器件样本，分别代表QFP-100，QFP-208，BGA-228器件，用于对具有IC贴装功能的高速贴片机与多功能精密贴片机贴装能力的评估比较，为保证测量的一致性，玻璃器件样本在华夫盘中的安放位置应同一方向排列。

其他封装形式的SMT器件也可按照本标准规定的方法制作，作为标准的扩展部分，可制作Micro-BGA，Flip-Chip封装的玻璃器件样本，代表相应的实用器件封装。有关增加器件样本的要求在本标准后面叙述。

检测样板Test Panel

标准的评估方法规定将选定的器件样本贴装在复贴粘胶带/纸的玻璃检测样板上。这种方法有两个优点；一是玻璃样板相对环氧玻璃丝层压板几何尺寸稳定，后者对收缩弯曲敏感。其二，可使用标准的化学坐标测量系统（CMM）对样板进行照明，CMM能完成高精度高速度大批量器件的测量。

为简化测量评估方法，标准规定检测样板的尺寸规格，进行各种类型的器件贴装检测评估。在标准中这种检测样板称之PVP（Placement Verification Panel）贴装检测样板。PVP基准标志的位置符合NIST标准要求，这些基准标志用于贴装及测量设备的定位。标准检测样板可配用于下列器件样本组（一批一种器件样本组）：

a.36QFP-100，

b.30QFP-208，

c.100BGA-228，

d.80SOIC16，

e.4001608（片式陶瓷电容器），粘胶带/纸的应用需要经验，正确的粘贴工艺能固定器件的贴装位置，如用量太多则会产生强烈的背射光干扰。粘胶带/纸按相应指定应用指南。

测量Measurement

标准着重保证测量工具能正确表述整个测量过程，测量工具提供用户一种对制造厂的技术报告进行检查的方法，能保证两者在双方共同接受的原则下，正确评估贴片机的性能。光学CMM是评估表面贴装过程的有力工具，其精确度与重复性明显高于贴片机，对CMM要求具备的测量能力主要取决于被测器件的类型及制造厂提交的器件贴装偏差标准界限的技术条件。