焊膏印刷质量与检测

课

程

论

文

设计题目焊膏印刷质量与检测

机电工程学院微电子制造工程专业10001503班设计者1000150310

焊膏印刷质量与检测

fdb

（桂林电子科技大学机电工程学院学号：1000150310）

摘要：本文主要介绍了在微电子表面组装技术(SMT)中,经常使用的焊膏的基本特点，以及焊膏印刷质量的常用检测方法，分析了二维检测和三维检测的区别和用途, 阐述了如何利用检测数据和在SMT制造过程中焊膏印刷质量检测必须达到的要求。

关键字：焊膏；印刷；检测；AOI

自从表面贴装技术（SMT）开始逐渐取代插孔式安装技术以来，电路板上安装的器件变得越来越小，而板上单位面积所包含的功能则越来越强大。纵观芯片封装技术的演变，其主要特征是器件的表面积和高度显著减小，而器件的引脚密度则急剧增加。以同等逻辑功能复杂性的芯片来讲，倒装器件所占面积只有原来四方扁平封装器件所占面积的九分之一，而高度大约只有原来的五分之一。而要在当今竞争激烈的市场中立足，电子产品的生产厂家就必须确保产品质量，为了保证产品质量，在生产过程中就需要采用各类检测技术进行检测，及时发现缺陷和故障并修。随着SMC/SMD的小型化和PCB的高密度化，给PCB的检测带来了极大的挑战。PCB检测正在从人工目检（MVI）→在线测试（ICT）→自动光学检（AOI）→自动X 射线检测（AXI）→功能检测过渡（FCT）。由于PCB制造和焊接缺陷引起的电子组件故障占了全部故障的一半，从而使得检测尤为重要。本文将对如今常用的各类测试技术应用进行探讨。

一、焊膏的特性

1.1 焊膏的选择

焊膏比单纯的锡铅合金复杂得多，主要成分如下：焊料合金颗粒、助焊剂、流变性调节剂/ 粘度控制剂、溶剂等。不同类型的焊膏其成分都不尽相同，适用范围也不同，因此在选择焊膏时要格外小心，确实掌握相关因素，以确保良好的品质。通常选择焊膏时要注意以下因素：

（1）良好的印刷性能

焊膏的粘度是影响印刷性能的重要因素，粘度太大，焊膏不易穿过模板的开孔，印出的线条残缺不全；粘度太低，容易流淌和塌边，影响印刷的分辨率和线条的平整性，通常使用的焊膏的粘度在500kc/s~1200kc/s 之间，钢模印刷时，焊膏粘度的最佳性为800kcps。焊膏粘度可用精确粘度仪进行测量，但在实际工作中可采用以下方法：用刮刀搅拌焊膏30min 左右，然后用刮刀挑起少许焊膏，让焊膏自然落下，若焊膏慢慢逐段落下，说明粘度适中；若焊膏根本不滑落，则说明粘度太大；如果焊膏不停地以较快速度滑下，则说明焊膏太稀薄，粘度太小。

焊膏的焊料的颗粒形状、直径大小及其均匀性也影响其印刷性能。一般焊料颗粒直径约为模板开口尺寸的1/5，对细间距为0.5mm 的焊盘来说，其模板开口尺寸在0.25mm，其焊料粒子的最大直径不超过0.05mm，否则易造成印刷时的堵塞。具体的引脚间距与焊料颗粒的关系如图1所示。通常细小颗粒的焊膏会有更好的焊膏印条清晰度，但却容易产生塌边，同时被氧化程度和机会也高，一般是以引脚间距作为其中一个重要选择因素，同时兼顾性能和价格。

图1 引脚间距和焊料颗粒的关系

（2）良好的粘合性

焊膏的粘合性是指焊膏粘在一起的能力，其主要取决于焊膏中助焊系统的成分以及其它的添加剂（例如胶粘剂、溶剂、触变剂等）的配比量。如果焊膏本身粘在一起的能力强，它就利于焊膏脱模，并能很好的固定其上的元件，减少元件贴装时的飞片或掉片，并能经受贴装、传送过程时的震动和颠簸。

（3）焊膏的熔点

根据工艺要求和元器件能承受的温度来选择不同熔点的焊膏，焊膏熔点由合金成分所决定。对于SMT 生产来说，一般选择63Sn-37Pb 或62Sn-36Pb-2Ag，熔点分别为183 ℃、179 ℃。这几类焊膏不但具有较低的熔点，而且焊点强度也比较高，可较好地满足焊接要求。不同熔点焊膏往往用于双面贴装印制板的生产，要求第一面的焊膏熔点比第二面高几十度，以防止在焊接第二面元件时第一面元件脱落。

（4）助焊剂种类

焊膏中的助焊剂作用有：①清除PCB 焊盘的氧化层；②保护焊盘表面不再氧化；③减少焊接中焊料的表面张力，促进焊料流动和分散。由于回流焊时锡粉会加速氧化，因此助焊剂必须要有足够的活性来清除这些氧化物。另外要考虑的是焊后板子是否要清洗，若为免洗，必须选择无腐蚀、低残留的免清洗助焊剂。焊膏中的助焊剂有RSA （强活化型）、R A （活化型）、R M A （弱活化型）、R（非活化型），一般选用R M A 型比较合适。

（5）焊膏的金属含量

焊膏中金属的含量决定着焊接后焊料的厚度。随着金属所占百分含量的增加，焊料厚度也增加。但在给定粘度下，随金属含量的增加，焊料的桥连的倾向也相应增大。

回流焊后要求器件管脚焊接牢固，焊量饱满、光滑并在器件（阻容器件）端头高度方向上有1/3~2/3 高度的爬升。从经验可知随着金属含量的减少，则回流焊后焊料的厚度也减少，为了满足对焊点的焊锡膏量的要求，通常选用85%~92% 金属含量的焊膏，焊膏制作厂商一般将金属含量控制在89%或90 %其使用效果会更好。

（6）工作寿命与储存期限

工作寿命是指焊膏印后到安放元件之间允许经历的时间，若焊膏中所含溶剂挥发性过大，易使焊膏干燥而不易作业，且易失去对元件的粘着力。应选择至少有4h 有效工作时间的焊膏，否则会对批次生产造成困扰。储存期限是指在规定的保存条件下，焊膏从出厂到性能不致于严重降低的保存期限，一般规定为3个到6个月，也有1 年的。由于焊膏中有化学添加物，易因温度和时间的变化而变化，失去原有功能，因此保存期限和使用期限需要注意。

1.2 焊膏使用和贮存的注意事顶

（1）焊膏的登记与保存

焊膏购买到货后，应登记到达时间、保质期、型号，并为每罐焊膏编号，使用时遵循“先进先出”的原则。焊膏应以密封形式保存在恒温、恒湿的冰箱内，温度约为（2 ~ 1 0 ）℃，温度过高，焊剂与合金焊料粉起化学反应，使粘度上升影响其印制性；温度过低（低于0 ℃），焊剂中的松香会产生结晶现象，使焊膏形状恶化，解冻时会危及锡膏的流变特征。

（2）焊膏使用时的注意事项

在焊膏使用过程中要注意以下几点：

①焊膏使用时，应提前至少4h 从冰箱中取出，需写下时间、编号、使用者、应用的产品，并密封置于室温下，待焊膏达到室温时打开瓶盖。如果在低温下打开，容易吸收水汽，再流焊时容易产出锡珠。注意：不能把焊膏置于热风器、空调等旁边加速它的升温。

②焊膏开封后，至少用搅拌机搅拌30s 或手工搅拌5min，使焊膏中的各成分均匀，降低焊膏的粘度。

③当日当班印制首块印制板或设备调整后，要利用焊膏厚度测试仪对焊膏印刷厚度进行测定，测试点选在印制板测试面的上下、左右及中间等五点，记录数值时，要求焊膏厚度范围在模板厚度允许公差在-10%~+15％之间。

④焊膏置于网板上超过30min 未使用时，应先用丝印机的搅拌功能搅拌后再使用。若中间间隔时间较长（超过1 h ），应将焊膏重新放回罐中并盖紧瓶盖，再次使用焊膏开封后，应至少用搅拌机或手工搅拌，使焊膏中的各成分均匀。

⑤根据印制板的板面及焊点的量来，决定第一次加到网板上的焊膏量，一般第一次加200g~300g，印刷一段时间后再适当加入一点，确保焊膏在印刷时沿刮刀前进方向作顺时针滚动，厚度约等于1/2 到3/4 个金属刮刀的高度。

⑥印制板印刷焊膏后应尽可能在短的时间内贴装完，以防止助焊剂等溶剂挥发，原则上不应超过8 h ，超过时间应把焊膏清洗后重新印刷。

⑦焊膏开封后，原则上应在当天内一次用完，超过使用期的焊膏绝对不能使用。从网板上刮回的焊膏也应密封冷藏。⑧焊膏印刷时的最佳温度为25℃±3℃，温度以相对湿度4 5 % ~ 6 5 % 为宜。温度过高，焊膏容易吸收水汽，在再流焊时产生锡珠。

⑨尽量不要把新鲜锡膏和用过的焊膏放入同一个瓶子。当要从钢网收掉锡膏时，要换另一个空瓶来装，防止新鲜锡膏被旧锡膏污染。

⑩建议新、旧锡膏混合使用时，用1/4 的旧锡膏与3/4 的新鲜锡膏均匀搅拌在一起，保持新、旧锡膏混合在一起时都处于最佳状态。生产过程中，对焊膏印刷质量进行100% 检验，主要内容为焊膏图形是否完整，厚度是否均匀，是否有焊膏拉尖现象。当天工作完成后按工艺要求清洗模板。在印刷实验或印刷失败后，印制板上的焊膏要求用超声波清洗设备进行彻底清洗并晾干，以防止再次使用时由于板上残留焊膏引起的回流焊后出现焊球。

二、各种印刷新技术介绍

1.1 封闭式印刷

在传统的焊膏印刷过程中，焊膏长时间暴露在开放环境下是引起印刷缺陷的重要原因。而DEK 公司推出的ProFlow封闭挤压式印刷头可有效解决上述问题。与焊膏在开放的环境中滚动不同，ProFlow中的焊膏被装在密封的印刷头中，只有开孔焊膏才与网板接触，标准焊膏封装夹筒不断地通过压力来充填焊膏，并提供动压力，使焊膏进入开孔。这一ProFlow技术从根本上消除了影响焊膏印刷的最大变量因素，使用

户无需考虑印刷时间歇或机器工作时间等情况，从而得到满意的效果。PorFlow 印刷技术工作原理如图2

图2 传统技术与PorFlow 印刷技术工作原理

1.2 印制板底部支撑工具

随着双面板应用的越来越广泛，印刷机上PCB底部的支撑工具也越来越受到重视，尤其是大的挠性板很容易弯曲，在进行第二面焊膏印刷的时候常常需要底部支撑，普通的固定板支撑如图4所示，使用长度一定的顶针进行多点支撑。这种支撑方式虽然在一定程度上解决了板弯曲问题，但是在跨距较大顶针之间仍然会出现板的松动和局部弯曲，出现印刷不良。最新的可调板支撑使用一个固定在模具上可伸缩的平面支撑（图5），能灵活适应线路板底部的形状，有效的进行P C B 支撑，实现高质量的印刷。

图4 固定板支撑

图5 可调板支撑

1.3 稳定的压力控制

印刷时刮刀施加在PCB 上的压力对印刷质量有很大的影响，尤其是印刷细间距元件时。以往很多全自动印刷机采用调整刮刀下降的行程来调整印刷压力，这种方法的缺点是其压力大小依赖于模板板面水平度，在实际刮刀行进中，由于模板表面的起伏，刮刀压力有一定的浮动，有时可能出现很大的偏差，在行进到模板凹陷处时，压力急剧下降，而在凸出处急剧升高。这就可能造成同一块PCB 不同位置的印刷质量有较大差异。如采用闭环控制则可以很好的控制整个印刷过程中的刮刀压力。闭环控制是对某一输出量和对其有影响的参数进行实时监控，并且根据输出量的偏离对参数做出相应调整，使输出趋于目标量。在刮刀压力闭环控制中，通过刮刀上的传感装置实时测量其实际压力，反馈至控制刮刀Z 向行程的机电设备上，从而保持刮刀压力的平稳。实时测量出的压力数据还可以用来进行统计过程控制（S P C）。

1.4 焊膏喷印技术

毫无疑问，焊膏喷印技术是最近几年S M T 设备领域中最具革命性的新技术。它一改传统的丝网印刷模式，由瑞典M Y D A T A 公司开发成功，并应用在最新推出的MY500 焊膏喷印机上，机器以每秒5 0 点的速度在电路板的焊盘上滑动，喷印焊膏，图6是喷印原理图。焊膏通过一个螺旋杆进入到一个密封的压力舱，然后由一个压杆压出。由于无需网板，使它具备众多优点，极大地减少了生产转换和交货的时间。

如同计算机的喷墨打印机一样，M Y 5 0 0 分为三部分：喷印机本身、喷印头和焊膏盒（图7），离线编程软件。焊膏盒更换很快，就如同喷墨打印机更换墨盒一样容易。虽然容量只有100 克，但是焊膏装在密封容器内，几乎没有损耗，实际使用下来非常节省。M Y 5 0 0 不需钢板、清洗剂、擦拭纸、焊膏搅拌机在机种多样及试产任务繁重的压力下，MY500 帮助很大。M Y 5 0 0 还以其速度闻名，它采用有专利的JetPrinting Technology以每秒500点的速度喷涂焊膏，也就是每小时1 800 000 点。配有便于使用的触摸屏界面，触摸屏位于喷印机侧面，在喷印机设置过程提供操作员指导。MY500 采用Aegis 公司的Circuitcam 离线数据准备软件，可以直接从多种格式CAD 文件中转化并生成喷印程序，编程效率大幅度提升。在生产过程中，不必再调整刮刀压力、速度或其它的丝网印刷参数。因为程序完全由软件控制，可以根据需要随时调整焊膏量，也可以控制每个元件或个别焊盘的焊膏量，而这在传统丝网印刷机中是无法实现的。正因为焊膏喷印技术具有众多优点，所以一经推出，就吸引了很多业内人士的注意，并在刚结束的2007 年上海Nepcon 展览中引起了轰动，可以预计焊膏喷印会成为今后焊膏印刷技术发展的一个方向。

图6 喷墨原理

图7 一个拆卸下来的喷引头和焊膏盒

三、焊膏印刷过程的工艺控制

焊膏印刷是一个工艺性很强的过程，其涉及到的工艺参数非常多，每个参数调整不当都会对贴装

产品质量造成非常大的影响。

本节将从以下几个方面来讨论影响焊膏印刷质量的工艺控制因素。

（1）刮刀压力

刮刀压力的改变对印刷来说影响重大。太小的压力，会使焊膏不能有效的到达模板开孔的底部且不能很好地沉积在焊盘上；太大的压力，则导致焊膏印得太薄，甚至会损坏模板。理想状态为正好把焊膏从模板表面刮干净。另外，刮刀的硬度也会影响焊膏的厚薄，太软的刮刀（复合刮刀）会使焊膏凹陷（如图8所示），所以在进行细间距印刷时建议采用较硬的刮刀或金属刮刀。

如图8 刮挖效应

（2 ）印刷厚度

印刷厚度是由网板的厚度所决定的，当然机器的设定和焊膏的特性也有一定的关系。印刷厚度的微量调整，经常是通过调节刮刀速度及刮刀压力来实现。适当降低刮刀的印刷速度，能够增加印刷至印制板的焊膏量。有一点很明显：降低刮刀的速度等于提高刮刀的压力；相反，提高了刮刀的速度等于降低了刮刀的压力。

（3）印刷速度

刮刀速度快有利于模板的回弹，但同时会阻碍焊膏向印制板焊盘上传递，而速度过慢会引起焊盘上所印焊膏的分辨率不良。另一方面，刮刀的速度和焊膏的粘稠度有很大的关系，刮刀速度越慢，焊膏的粘稠度越大；同理，刮刀速度越快，焊膏的粘稠度越小。通常对于细间距印刷速度在25mm/s 左右。

（4）印刷方式

焊膏的印刷方式可分为接触式（On-Contact）和非接触式（Off-Contact）印刷。网板与印制板之间存在间隙的印刷称为非接触式印刷，在机器设置时，这个距离是可调整的，一般间隙为0~1.27mm；而没有印刷间隙（即零间隙）的印刷方式称为接触式印刷。接触式印刷的网板垂直抬起可使印刷质量所受影响最小，它尤适用细间距的焊膏印刷。

（5）刮刀的参数

刮刀的参数包括刮刀的材料、厚度、宽度和刮刀相对于到刀架的弹力以及刮刀对于模板的角度等，这些参数均不同程度地影响着焊膏的分配。其中刮刀相对于模板的角度q为60°到65°时，焊膏印刷的品质最佳。在印刷的同时要考虑到开口尺寸和刮刀走向的关系。焊膏的传统印刷方法是刮刀沿着模板的X 或Y 方向以90°角运行，这往往导致了器件在开孔不同走向上焊膏量不同，经实验认证，当开孔长方向与刮刀方向平行时刮出的焊膏厚度比两者垂直时刮出的焊膏厚度多了60% 左右。刮刀以45°的方向进行印刷，可明显改善焊膏在不同模板开孔走向上的失衡现象，同时还可以减少刮刀对细间距的模板开孔的损坏。

（6）脱模速度

印制板与网板的脱离速度也会对印刷效果产生较大影响。时间过长，易在网板底部残留焊膏，时间过短，不利于焊膏的直立，影响其清晰度。理想的脱模速度，如表3所示。

（7）网板清洗

生产过程中对网板的清洁方式和清洁频率将直接影响印刷质量的好坏，建议采用酒精清洗和用压缩空气吹两种方式相结合对网板进行清洁，方式如下：一般在生产10 块PCB 后应对网板进行清洗：先用洁净的纱布蘸取适量的酒精进行两面擦试，然后用气枪由底向上吹（反之则易污染P C B ），最后再用干布擦试干净。其中要注意的问题是酒精不要用的太多，否则网板底部残留少量酒精，与P C B 接触时浸润P C B 焊盘，使焊盘对焊膏的黏着力下降，造成印刷焊膏过少。另外也要注意气压不要过大，否则容易造成Q F P 的管脚开孔处变形。

四、几种测试介绍

印刷后的检测主要分为两大类：人工检测和自动在线检测，人工检测分为脱机检测与在线检测，包括普通视觉检测与台式检测；自动在线检测包括印刷设备内置的样品检测系统和整板扫描检测设备。

4.1 视觉检测法

视觉检测更多是指直接用目测法检测，这种方法便捷灵活，直接确定“合格”与“不合格”，但是随着更小元器件、更高引脚数和更细间距器件的问世与使用，这种方法就显得力不从心了，尽管使用了辅助工具诸如发光放大镜、校准显微镜以及培训专业操作人员，但是视觉检测法带有人们更强的主观意识，操作人员之间的素质差异带来了更多不确定因素，检测工具校准的好坏也将影响检测质量。因此视觉检测对于中等复杂程度的PCB（如300～500 个元器件、3000～3500 个焊点的单面板）已无法适应，对于BGA、CSP 和FCP 根本不能适用，同时视觉检测既不可靠也不经济，目前已被淘汰。

4.2 自动激光检测法

激光检测使用激光光束建立测量的参考点，光束通常照射到焊盘的中心，测量出焊膏的长度、宽度和厚度，从而计算出对应焊盘印刷焊膏的体积，汇总全部数据进行软件分析，得出PCB的焊膏印刷的质量。

4.3 印刷机内置检测法

目前大多数印刷机均具有内置检测系统，这种方法有利于确保焊膏印刷的直通率，但是这种检测方法的检测效果不如专用检测工具，且检测系统内置在印刷机内与印刷机其他硬件共享主系统，所以必将降低印刷速度。内置检测法的检测内容主要有评估焊膏实际印刷面积、实际覆盖率，模板开口是否堵塞，焊膏是否过多等。

4.4 自动在线检测

自动在线检测系统相较于内置检测系统主要有两个优点：首先，由于这种设备是独立的系统，所以可以不利用印刷机的硬件，不需要停机就可进行检测；其次，检测设备的测量性能使你能够获得精确的、可重复的测量结果。当然，自动在线检测系统可以视实际生产情况选择采用样品检测、抽样检测或者整板检测的方法。现阶段，随着高速检测设备的大量上市和人们对电子产品的高质量、高可靠性要求的增加，更多地采用整板自动在线全检测的方法来进行焊膏印刷，以期提高电子产品的最终高质量。

整板自动在线全检测设备是利用激光束对SMT生产线上的整块PCB进行逐行扫描，收集每个焊盘焊膏印刷的测量数据，将实际测量值与预置的合格极限值进行比较，这类设备可测各种不同类型的印记，包括偶然的缺陷诸如模板开口堵塞引起的焊膏漏印，还可以显示出诸如焊膏坍塌、焊膏印刷模糊、凹陷、拉尖、焊膏隆起、偏移等缺陷。整板自动在线全检测设备能指出每个印刷缺陷的位置、缺陷名称甚至危害程度，并收集PCB上所有的焊膏印刷信息，对于潜在成本较高的缺陷，整板自动在线检测最适用，汽车、医疗、

军工或航天航空等领域的PCB为满足高可靠性的需求通常需要采用100%检测。目前实现焊膏印刷整板自动在线检测的设备主要有自动光学检测（AOI）和焊膏检测系统（SPI）。

（1）自动光学检测（AOI）

自动光学检测仪采用计算机技术、高速图像处理和识别技术等形成具有自动化、高速化和高分辨率的检测能力，从而减轻劳动强度，提高判别的客观性和准确性，减少专用夹具，给生产系统提供实时反馈信息。AOI主要有三个检测工序，焊膏印刷后检测是其一。通过焊膏印刷后检测及时发现印刷过程中的缺陷，将因焊膏印刷不良产生的焊接缺陷降到最低，常采用100% 的2D/3D 检测焊膏沉积的位置和厚度，焊膏厚度AOI检测。

AOI不但可以对焊接质量进行检验，还可对裸板、焊膏印刷质量、贴片质量等进行检查。根据其在流水线上的位置通常分为：

A、锡膏印刷之后：有缺陷的焊接在很大程度上均来源于有缺陷的锡膏印刷。在这个阶段，可以很容易、很经济地清除掉PCB 上的焊接缺陷。大多数2D 检测系统便能监控锡膏的偏移和歪斜、不足的锡膏区域以及溅锡和短路，3D 系统还可以测量焊锡的量。

B、片式元件贴放之后：这个阶段的检测可以检查出片式元件缺件、移位、歪斜和片式元件的方向故障。这个检测系统同时还可以检查用于连接密间距和球栅阵列（BGA）元件的焊盘上的锡膏。

C、芯片贴放之后：在设备向PCB 上贴装芯片之后，检测系统能够检查出PCB 上缺失、偏移以及歪斜的芯片，还能查出芯片极性的错误。

D、回流焊接之后：在生产线的末端，检测系统可以检查元件的缺失、偏移和歪斜，以及所有极性方面的缺陷。该系统还必须对焊点的正确性以及锡膏不足、焊接短路和翘脚等缺陷进行检测。如果需要，还可以在之前步骤加入光学字符识别（OCR）和光学字符校验（OCV）这两种方法进行检测。

AOI 是较新的确认制造缺陷的方法。它是非电气的、无夹具的、在线技术，使用了“学习与比较”编程来使装料时间最小。自动视觉对极性、元件存在与否的检查较好，只要后面的元件与原来所“学”的元件类似即可。它的主要优点是易于跟随诊断、快速且容易进行程序开发、无夹具。其主要缺点是对短路识别较差、高失效率、不是电气测试。

图9 焊膏厚度AOI检测效果

（2）焊膏检测系统（SPI）

焊膏检测系统（SPI）是在AOI技术的基础上形成的，和AOI一样都是近年来大力发展起来的一种检测技术，主要使用两种测量方法：一是使用激光三角测量技术，二是以Moiré技术为基础建立测量技术。激光三角测量技术与二维图像结合起来确定测量高度和标准高度的差异，主要缺点是精度低、分辨率不够造成的；再者，激光三角测量只有一个光源（一束激光），不能准确计算焊膏体积，所谓“阴影效应”是检查系统的几何布局造成的。此外，使用激光确定PCB上焊膏的外形还受PCB颜色和表面处理变化的影响，

如图10所示。

Moire形状测量是通过相位调制进行三维立体测量的方法。在该方法中，投射到测量对象上的光线调制成干涉条纹，通过移动光栅来测量被测对象的高度和体积。其主要缺点是视场深度不够（通过移动Z轴可以调节景深大小），移动光栅时受噪音和振动影响，如果只用一个光栅光源，Moire法也存在阴影效应。大多数采用Moire法的系统有两种操作模式，使用一个光源来提高操作速度，但精度下降，或者使用两个光源，提高了精度，但速度降低了，如图11所示

图10 激光三角测量技术图图11 Moire基础测量技术

4.5 二维(2D)与三维(3D)检测比较

对于较大的焊盘和元件，简单应用标准的2D 检测就可以了，这样的工艺较为稳定，焊膏高度微小变化无关紧要。然而当PCB 上所用元器件涉及到0201、0 1 0 0 5、CS P 以及细间距技术（FPT时，采用3D 检测技术就成为最基本的要求，每种焊膏印刷后它的沉积厚度与模板厚度有关，因为元器件越来越小，从而对应在模板上的窗口尺寸就越来越小，模板厚度也与此对应，这时任何普通细微的变化就变得越来越大，一旦检测不到或忽略不计将导致印刷缺陷产生。此外，当元件具有很多引脚时，应确保各引脚对应焊盘上沉积的焊膏厚度之间的变化应小于各引脚之间的共面差，否则只要有一个引脚没有接触到沉积的焊膏，就可能产生开路现象，或者焊点达不到可靠性要求，为此需要3D检测能提供更高的精度。

各种检测方法比较

五、检测要求

焊膏印刷质量检测作为一种从根本上降低电子产品制造缺陷、提高可靠性的质保手段，不管采用何种检测方法，为确保精确的检测效果，都必须达到如下要求：

（1）速度

不管是在线检测还是脱机检测，或者不论是整板全检还是样品抽检，检测肯定需要花费时间，为此必须调整好生产线的布置，尽量不占用焊膏印刷机的印刷时间，影响产品的生产效率，多利用PCB 的印刷空

隙，协调好前后工序，同时也提高检测设备的检测的速度。

（2）.精确性

检测时必须能够给出接触焊盘的平面沉积焊膏量、接触面积、沉积形状和位置的精确测量值，并根据产品的可靠性要求设定好检测设备的预定允许量，检测值越精确，允许量范围越小，焊膏印刷质量就越高。

（3）PCB 质量

PCB 的来源不统一，PCB的质量也不能完全一样，很多PCB在进入焊膏印刷工序时就有一定

的弯曲，更有一些PCB诸如双面焊，在进入印刷工序时其底部已经装有一些元器件，PCB 可能出现明显的高度变化，I P C - A -610D要求板子的弯曲不能大于其对角长度的0.5%～0.6%，这对3D检测设备就提出了问题，因为这种检测设备的检测范围是固定的，板子翘曲将导致测量范围发生变化，从而必须根据检测面积来调整这种检测设备的测量范围，这就需要检测设备具有智能化的特性，自动选择测量范围准确检测焊膏的印刷高度。此外，不同PCB其板面颜色不同，PCB板厚不同，焊膏类型不同甚至局部地区焊膏厚度不同，这些都需要检测设备具有很高的适应性。

（4）简易性

检测设备的检测时间不宜过长，检测方法不宜复杂，操作员上岗工作无需太高深的培训甚至价格不宜太贵，以上这些因素将影响该设备在SMT生产线中获得高利用率，也对焊膏印刷质量有直接影响。

（5）循环工艺控制

焊膏印刷检测工序不仅要求检测设备具有高精度、能够检测到缺陷，还要求能做到工艺监控，通过数据检测发布报警信息，及时提醒修正可能产生缺陷的印刷工艺，对印刷机系统起到监控作用，实现前台焊膏印刷数据和后台焊膏印刷检测数据的交换，真正实现高质量的自动化控制。

六、总结

尽管在现代有些企业，焊膏印刷后检测还实行传统的人工视觉检测法或样品自动激光检测，但已经有越来越多的企业认识到这种方法的弊端，更多较大的电子制造企业已经实现了自动在线检测，AOI或SPI 检测在SMT 生产线上的普及一定能降低焊膏印刷缺陷，从而整体提高电子产品的质量和直通率，也将大幅减少返修工时，有助于印刷工艺达到优质效果。

参考文献

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