NEPCON中国电子展展商凌志锐科技如何应对01005元件的挑战

亚洲表面贴装技术和电子制造行业盛会NEPCONChina2014(NEPCON中国电子展)将于2014年4月23至25日在上海世博展览馆1号馆举办，展会涵盖：SMT表面贴装技术、表面焊接技术、电子测量测试、电子制造自动化、防静电等相关技术和产品。展商凌志锐科技（A11G80）将展示如何应对01005元件的挑战。01005元件，它只有0.2×0.4mm大小，0.004毫克重量，如此细小的元件在过炉后的返修几乎是很难做到的。因此对组装工艺带来的挑战主要有：1、SMT如何精准的贴装并且避免错料；2、AOI如何能够把01005贴装的所有缺陷挡在炉前以避免炉后返修。目前，对于AOI检测环节来说，最大的难度是如何更加精准测量出01005元件贴装偏差，因为即使是看似只有头发丝细的偏差也极有可能造成炉后的焊接缺陷。01005的检测对于AOI的精度要求：01005元件焊盘的最小尺寸只有200μm，根据IPC国际电子组装工艺标准的最低级（IPCA610D二级）：元件偏移超过焊盘的二分之一为不合格，这意味着01005元件最大偏移量不能超过100μm。那么如何准确检测出小到100μm的偏差，就是目前AOI制造商所面临的最富挑战性的问题。按照国际计量标准，测量系统误差需小于偏差的十分之一原则。也就是说AOI如要准确测量到01005元件100μm的偏差，其设备整体检测误差范围就必须小于10μm，而目前国内外大多数厂商的AOI的整体检测精度都很难达到这个级别。AOI的检测误差的分布及原因分析：下面我们就拿业内普遍采用的相机+X/Y平台（移动，停止再拍照）的运动结构来分析哪些因素会影响AOI的测量精度。这里我们简化一下：假设被检测目标PCB板上只有一个元件R1和一个Mark点F1，AOI以F1为原点检测R1的坐标实测值（X、Y），再与已知R1焊盘中心点坐标相减得出偏差，如下图所示：检测步骤是：1、安装在平台横梁上的相机移动到A位，使相机的中轴线对准Mark点F1的中心。2、然后平台根据程序设定好的坐标（X1、Y1）把相机移到B位（包括了元件R1的FOV中心点）并拍照。3、AOI软件根据拾取的整个FOV图像，计算元件R1本体中心点离FOV的中心（即相机的中轴）的坐标值（X2、Y2）。4、计算出R1相对原点F1的坐标实测值：X=X1+X2，Y=Y1+Y2，最后得出相对焊盘的偏差，如俯视图所示：从以上的图解我们不难推出要准确得出R1的偏差，关键是AOI能否精准测量出R1相对于Mark点的X、Y坐标实测值。而实测值的精度受到如下因素影响：1、由A位移到B位直接受到X/Y平台移动的随机误差和系统误差影响，如果是丝杆平台，由于其丝杆间隙所造成的随机误差最少也达20μm。2、计算出X2、Y2值受到图像畸变的影响，元件离FOV中心越远，相机镜头畸变越高，图像的畸变也越大，计算出的坐标值误差越大。3、X2、Y2值还受到R1元件中心的判定误差的影响，这直接和相机拍摄的图片的解析度相关。如果相机解析度越低，图片越模糊，造成R1元件的本体边界计算误差大，最终计算出R1元件中心的位置误差越大。下图总结出普通丝杆平台AOI在检测元件时误差是由哪些部位产生：1，相机随平台运动时，丝杆间隙造成的随机误差和系统误差。2，普通相机的解析度太低导致影像模糊不清，使目标物体的中心点的判定产生误差。3，镜头的畸变直接造成影像的畸变，使实测的目标物体距相机视场中心产生误差。（如图3中所标1、2、3号位所示）目前普通的AOI大都采用的丝杆X/Y平台误差至少在20μm以上，在加上相机和镜头的误差，其AOI的整体误差要超过50μm。凌志锐科技如何提高AOI的检测精度以应对01005微型元件组装的挑战：凌志锐科技经过多年的潜心研究，认真分析AOI在检测元件过程中误差产生的具体部位和原因，率先掌握以下业内领先的4项关键技术和部件的运用，把每一个环节的误差逐一降至最低：（1）采用重复精度达1微米的直线电机平台L2000系列自动光学检测机是目前国内业界率先采用直线电机平台的AOI，其重复精度达到1个微米，与业内普遍采用丝杆伺服电机驱动平台相比，精度提高近20倍。（2）超低的影像畸变率凌志锐AOI影像系统一律采用德国知名品牌的工业相机及镜头，影像物理畸变率0.01%,业内最低，再通过自主研发的高精度的软件补偿技术把影像畸变率降至0.005%以下。（3）亚像素（subpixel）技术的运用经过亚像素技术处理后的影像，其检测的清晰和细腻程度有了显著的改善，这样也会极大地提升检测能力。也就是说凌志锐AOI软件通过亚像素技术可以把影像最小像素点尺寸（Pixelsize）进行再分割到4μm，使影像更加清晰细腻，同时也使凌志锐AOI可以在不降低像素点尺寸和不牺牲检测速度的情况下，检测更加细小的元器件，从而使元件尺寸的测量精度提高数倍。（4）微米级的定位算法凌志锐AOI软件中独特的定位算法使测量到元件偏差值均以微米单位输出并且偏差的限定值（阀值）也以微米为单位，也就是说凌志锐AOI可以把元件的偏差限定在微米级。实际的检测效果如何呢？我们拿普通丝杆平台AOI和L2000针对同一01005元件30次重复检测进行对比，如图所示：以上图表可以看出四项关键技术的运用，凌志锐L2000的整体检测误差缩小到10微米以内，重复性参数GageR&R最小可达5%，这样的参数指标完全能够满足业内最精密的元件01005的检测。凭借高精度的检测能力，优异的重复性和稳定性以及成熟的算法，L2000在高精密度电路板的检测中表现相当优异。尤其是针对有01005元件的智能手机电路板的检测，在确保超高的检出率的情况下其误判率远远低于业内同类型的AOI，直通率可达90%以上。

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