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貼片機過程能力指數(shù)Cpk的驗證

發(fā)布者：dgwiden 發(fā)布時間：2018-05-02 10:00:23

為貼片機作品質(zhì)接受試驗(QAT, Qaulity Acceptance Test)，其中的挑戰(zhàn)是保證所要測量的參數(shù)可以準確代表機器的長期性能。測量必須量化和驗證X軸、Y軸和q 旋轉(zhuǎn)偏移理想貼裝位置的偏移量。一種用來驗證貼裝精度的方法使用了一種玻璃心子，它和一個“完美的”高引腳數(shù)QFP的焊盤鑲印在一起，該QFP是用來機器貼裝的(看引腳圖)。通過貼裝一個理想的元件，這里是140引腳、0.025”腳距的QFP，攝像機和貼裝芯軸兩者的精度都可被一致地測量到。除了特定的機器性能數(shù)據(jù)外，內(nèi)在的可用性、生產(chǎn)能力和可靠性的測量應該在多臺機器的累積數(shù)據(jù)的基礎上提供。在完成預先的干循環(huán)和設定步驟之后，包括變換和校準，品質(zhì)接收規(guī)范(QAC, Quality Acceptance Criteria)步驟開始了。
八個階段的步驟

QAC是貼片機必須滿足的準確的性能參數(shù)。八個階段的QAC步驟中的第一步是，最初的24小時的干循環(huán)，期間機器必須連續(xù)無誤地工作。

第二個階段要求元件準確地貼裝在兩個板上，每個板上包括32個140引腳的玻璃心子元件。主板上有6個全局基準點，用作機器貼裝前和視覺測量系統(tǒng)檢驗元件貼裝精度的參照。貼裝板的數(shù)量視乎被測試機器的特定頭和攝像機的配置而定，例如，機器有兩個貼片頭和兩個攝像機，那么必須用總共256個元件(35,840個引腳)貼裝8塊板。這包括了貼片頭和攝像機的所有可能的組合。

用所有四個貼裝芯軸，在所有四個方向：0° , 90° , 180° , 270° 貼裝元件。跟著這個步驟，用測量系統(tǒng)掃描每個板，可得出任何偏移的完整列表。每個140引腳的玻璃心子包含兩個圓形基準點，相對于元件對應角的引腳布置精度為± 0.0001”，用于計算X、Y和q 旋轉(zhuǎn)的偏移。所有32個貼片都通過系統(tǒng)測量，并計算出每個貼片的偏移。這個預定的參數(shù)在X和Y方向為± 0.003”，q 旋轉(zhuǎn)方向為± 0.2，機器對每個元件貼裝都必須保持。

為了通過最初的“慢跑”，貼裝在板面各個位置的32個元件都必須滿足四個測試規(guī)范：在運行時，任何貼裝位置都不能超出± 0.003”或± 0.2的規(guī)格。另外，X和Y偏移的平均值不能超過± 0.0015”，它們的標準偏移量必須在0.0006”范圍內(nèi)， q 的標準偏移量必須小于或等于0.047° ，其平均偏移量小于± 0.06° ，Cpk(過程能力指數(shù)process capability index) 在所有三個量化區(qū)域都大于1.50。這轉(zhuǎn)換成最小4.5s 或最大允許大約每百萬之3.4個缺陷(dpm, defects per million)。

通常，現(xiàn)在實現(xiàn)的性能系數(shù)超過2.0的過程能力指數(shù)，或大約每十億之2個缺陷(6s 性能)。這個測量步驟允許制造商測量其生產(chǎn)要求得到怎樣的滿足。

累積完成后，單個的性能資料用來計算板上貼裝的所有元件的平均和標準偏移，再決定Cpk。最終的QAC總結(jié)應由測量系統(tǒng)提供，列出目標位置，偏移目標的量，計算出各種腳距的引腳到焊盤的覆蓋面積，單位：千分之一英寸，(圖一)

Name: David Gunster							Pattern: STD Dual			Cal#: 3
Ambient temp: 67.8							Board ID: 2			S/W level: Spec
Time: 16:03:02							Comp: 356			Spindles: All
Date: 08/08/95							Pitch: 10			Diag: off
Mach Type: GSM1							Head Type: HFH			Head Loc: Frt
PEC Information
Global Fiducials: 6 point								Specifications
								UIC Tolerance		% Voverage
								X, Y + - 0.0030		75% @
								Theta + - 0.20		LW = Pitch* .5
										PW = LW*1.25
										Span = 1.5
Correction Matrix
	0.999986	0.000592	-1.49735
	-0.00055	0.999952	22.76718
Board #2 Data									UIC P/F	EST. % COV
VW	PL	SP	XNM	YNM	TNM	XDEV	YDEV	TDEV	X Y T MLTE	20	25	30
1	1	1	4	1	0	0	-0.0001	0.003	0.0001	100	100	100
2	5	2	6	1	0	0.0004	-0.0001	0.0357	0.0009	100	100	100
3	9	3	7	1	0	0	0.0002	0.0009	0.0002	100	100	100
4	13	4	9	1	0	0.0003	0.0000	0.0011	0.0003	100	100	100
5	3	1	4	4	180	-0.0002	-0.0003	0.0168	0.0005	100	100	100
6	7	2	6	4	180	0.0004	-0.0007	0.0666	0.0016	97	100	100
7	11	3	7	4	180	0.0001	-0.0002	0.013	0.0004	100	100	100
8	15	4	9	4	180	0.0001	-0.0002	0.0169	0.0004	100	100	100
9	2	1	4	2	90	-0.0003	0.0005	0.0562	0.0012	100	100	100
10	6	2	6	2	90	-0.0002	-0.0002	0.0709	0.0011	100	100	100
11	10	3	7	2	90	0.0001	0.0000	0.001	0.0001	100	100	100
12	14	4	9	2	90	-0.0001	0.0001	0.0061	0.0002	100	100	100
13	4	1	4	6	270	0.0001	-0.0005	0.0316	0.0009	100	100	100
14	8	2	6	6	270	0.0005	-0.0005	0.0521	0.0012	100	100	100
15	12	3	7	6	270	0.0001	-0.0001	-0.0031	0.0001	100	100	100
16	16	4	9	6	270	0.0002	-0.0001	-0.0167	0.0004	100	100	100
17	17	4	14	2	0	-0.0002	0.0001	0.0301	0.0006	100	100	100
18	18	3	1	2	0	-0.0001	0.0001	-0.0195	0.0004	100	100	100
19	19	2	1	4	0	0	-0.0001	0.0432	0.0007	100	100	100
20	20	1	14	4	0	-0.0003	-0.0001	0.014	0.0005	100	100	100
21	21	4	2	1	90	-0.0003	-0.0001	0.0243	0.0006	100	100	100
22	22	3	2	2	90	-0.0003	-0.0003	0.0214	0.0006	100	100	100
23	23	2	2	4	90	-0.0003	-0.0004	0.0637	0.0012	100	100	100
24	24	1	2	6	90	-0.0003	-0.0005	0.0116	0.0007	100	100	100
25	25	4	11	1	180	0.0002	0.0000	-0.0164	0.0004	100	100	100
26	26	3	11	2	180	0	-0.0001	0.0317	0.0005	100	100	100
27	27	2	11	4	180	-0.0002	-0.0003	0.0139	0.0005	100	100	100
28	28	1	11	6	180	-0.0003	-0.0005	0.0283	0.0009	100	100	100
29	29	4	12	1	270	0	0.0000	0.0225	0.0003	100	100	100
30	30	3	12	2	270	-0.0005	0.0000	0.011	0.0006	100	100	100
31	31	2	12	4	270	0.0001	-0.0004	0.0473	0.001	100	100	100
32	32	1	12	6	270	0	-0.0003	0.0207	0.0006	100	100	100
Summary Board #2
Parameter		N				Mean	STD DEV	MIN	MAX	CPK
X		32				-0.00003	0.00025	-0.00048	0.00053	4.00477
Y		32				-0.00016		-0.00071	0.0005	3.79266
Theta		32				0.02188		-0.01949	0.07086	2.49679
Summary run #101
Parameter		N				Mean	STD DEV	MIN	MAX	CPK
X		64				-0.00003	0.00023	-0.00048	0.00053	4.32489
Y		64				-0.00004	0.00026	-0.00071	0.0006	3.84329
Theta		64				0.02191	0.02174	-0.01949	0.07086	2.7301
Total Boards in Run: 2

圖一, Final run QAC suymmary

機器屬性運行

在機器通過這些測試后，3000個元件的機器屬性運行開始了，貼裝全部規(guī)格的標準SMD，包括：0603，0805，1206片狀，SOT23，SOIC08，PLCC44和QFP100。是生產(chǎn)準備運行，沒有通過/失效的標準，它允許任何送料器或其它機械部分的重置。跟蹤到的缺陷可能包括上面朝下的元件、側(cè)立或豎立的元件，偏移的元件和任何焊盤覆蓋面積小于75%的元件。

評估過程的下一步是另一個12小時的不停止干循環(huán)。

接下來是第二個玻璃心子元件運行，要求一塊32個玻璃元件的板，攝像機和貼片頭，和第二階段相同的過程。(貼片板的數(shù)量由頭和相機的組合總數(shù)決定。) 再一次，為第一個玻璃元件所建立的要求必須得到滿足，以使機器繼續(xù)QAC。

完成預定的QAC步驟后，機器必須經(jīng)歷3000個元件貼裝的最后運行，只允許僅僅一個錯誤。如果不止一個貼裝錯誤，根源必須找到，并更正。在這個階段，機器的內(nèi)在可用性不能低于98%。

最后的12小時干循環(huán)運行，不允許任何失效。最后一個貼裝系列，要求用140引腳的QFP玻璃心元件、攝像機和貼片頭來貼裝兩塊板，用測量系統(tǒng)掃描所有貼裝位置，記錄數(shù)據(jù)，作出圖表。

過程能力指數(shù)

板的設計幾何形狀和要求的品質(zhì)等級，決定一個給定應用中的裝配設備的性能(精度和可重復性)要求。例如，考慮以下情況，元件引腳貼放在板的焊盤上(圖二)：基于其幾何形狀，貼裝過程(只在X方向)的參數(shù)限定是焊盤上準確中心定位的引腳的 ± {Wp – Wl)/2 + C (C 的單位是0.001”)。即，當焊盤上引腳貼放位置超出+X(規(guī)定上限)或-X(規(guī)定下限)方向上的規(guī)定限值，則板被不接受。

圖二, Lead-to-pad coverage and deviation permitted

一旦決定了板的最壞情況的規(guī)定限值，設備供應者提供的統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以放入下式中：

Cpk = minimum of {(USL – m ) / 3 s , (m - LSL) / 3 s }

這里，m 和s 分別是平均和標準偏差，通過設備在許多程序驅(qū)動的試驗中得到。這些數(shù)據(jù)和一個詳細的試驗方法說明一起提供，通過該試驗方法收集數(shù)據(jù)，以保證機器性能滿足所規(guī)定的性能要求。Cpk的結(jié)果數(shù)值是和標準偏差值成比例的，這個標準偏差值落在分布平均值和最近的規(guī)定上和下限之間。Cpk是重要的，因為它傳達了給定貼裝精度上的規(guī)定的缺陷率(圖三)。

圖三, The distribution of deviation from normal X, Y and Theta.

支持服務

給客戶提供支持服務，對設備制造商是必須的，同樣提供保持通訊線開放的責任感，以得到機器的準確的、可理解的信息。為了滿足知情的需求，應該在發(fā)貨時提供完整的機器性能說明文件，應該包括含有所有在QAC測試期間收集的機器規(guī)格數(shù)據(jù)的表格，以及解釋術語和收集信息類型的文件。

為了幫助顧客明白QAC過程和提供解答有關設備的技術問題的聯(lián)系地址，文件中也必須包括直接參與QAC評估的人名及簽字。

除這些信息之外，操作、中斷、失效和總計修理時間加上總計貼片數(shù)量、貼片錯誤數(shù)量、內(nèi)在可用性、內(nèi)在生產(chǎn)量和在各PPM水平下的貼片性能、完整的技術術語解釋和統(tǒng)計關系的定義等也在機器性能文件包中。

最后，提供設備長期處理性能的良好前景，以及設備制造商維持內(nèi)部制造過程控制的能力，最新70臺機器的歷史數(shù)據(jù)也應提供。這個信息可以用以計算失效之間的、中斷之間的、停機之間的平均時間，作為一個延續(xù)的平均。70臺機器的數(shù)據(jù)可使總計貼片數(shù)從10,000+增加到500,000+，產(chǎn)生相關的累積效益。事實上，這些為機器性能和設備制造商的內(nèi)部測量過程提供了一個長期的跟蹤過程。

結(jié)論

和PCB裝配關聯(lián)的要求變得越來越強烈。由于過程的復雜性增加，和元件類型的范圍變廣，貼片機性能必須在所有方面越來越精密。以可理解的方式收集和提供機器性能數(shù)據(jù)是伙伴合作過程的關鍵部分。測量本身只能解答問題的某方面；適當?shù)亟忉尯蛻媒Y(jié)果可達到完全的理解。

來源：東莞市景瀚實業(yè)有限公司

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