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全新技术在三维锡膏检测系统(SPI)的应用

    目前,三维锡膏检测系统(Solder Paste Inspection)在SMT产业中的应用已经越来越普及了。特别是在智能手机,平板,汽车电子,LED等高密度大产量的精密电装领域中,SPI已经是一种对印刷工艺制成进行实时检测的必要工具。

 

众所周知,SPI从光源性质上分为激光和结构光栅两种,从检测方式上分为扫描和步进式两种。这些传统技术都有各自的优缺点。下面就简单的做个综述;

 

【激光技术利用单个或双激光束对焊膏扫描成像,利用三角测量法进行高度检测】

1) 投射光为激光,一般的激光束精度为5~10um

2) 对于极小型元件会有检测精度达不到的情况产生。

3) 检测方式为扫描(Scan)。对机械驱动的精度要求很高,对环境中的震动较为敏感。

4) 对被测物体进行一次采样,所测数据的准确性不高。

5) 激光束为红色,对于某些颜色的线路板检测有局限。

6) 桌面型的设备不可以做到自动检测。

 

【结构光栅(俗称白光)是目前所有的结构光栅检测 都是基于相位调制轮廓测量技术(Phase Measurement Profilometry 简称PMP),是一种基于正弦结构光栅投影,离散相移获取多幅变形光场图像,再根据多步相移法计算出相位分布,最后利用三角测量等几何方法得到高精度的体积测量结果。】

1) 投射光为白色结构光栅,检测精度可达0.37um

2) 形成结构光栅的方式又分为两种,一是采用在玻璃片上通过摩尔(Moire)效应产生,另一种是采用可编程光栅(PLSM)产生。

2.1Moire光栅玻璃通过压电陶瓷马达(PZT)进行驱动,机械传动的方式会随着设备使用的时间而产生损耗。

2.2PLSM完全采用软件编制结构光栅并软件驱动,无机械传动部分。使用寿命长。

3) 检测方式分为扫描(Scan)和步进(Step)两种

3.1)扫描方式速度快,对机械驱动的精度要求高,对环境中的震动较为敏感。

3.2)步进方式(又称Stop & Catch),稳定,精度高,对震动不敏感

4)对被测物体进行3次以上的采样,所测数据的准确性高。

5)对颜色不敏感。

6)桌面型设备可以和在线型设备一样通过导入JOB,进行自动全板检测。

 

目前,激光技术由于精度和扫描检测的特性已经不能满足对锡膏印刷进行高速高精度检测的要求了,所以逐步的在推出高端SPI的舞台。取而代之的是结构光栅型技术,当今绝大多数的高端SPI均以采用这种技术了。

但现在市场上的SPI对常规的锡膏印刷检测能力都没有太大的问题,但对一些特殊工艺制成,却有些不足的地方;对一些细微的缺陷能力检测也有些不太为人知的弱点。下面就几个具体的方面进行探讨。

 

1. 常规的SPI采用的白光光源对PCB的颜色是不会产生影响的,但对于黑色(Dark PCB)和高亮度的PCB板(陶瓷PCB),由于这两种PCB对结构光栅的反射程度与普通的PCB不一样,所以成像时会显示较暗的图像。数据精度受影响,检测误报会大幅度增加。

       

威尼斯人光电采用专利授权的D-Lighting技术是建立在高端工业相机提供的特别功能,在采样的8张照片中,以4张为一组,分别用高曝光模式和低曝光模式,在设置软件中可选择黑色,普通,高亮度的选项,并且可以独立对曝光模式进行调整,从而可以保证对于不同亮度的PCB板都能取得明亮清晰的照片,完美进行图像处理工作。

 

2. 目前SPI遇到的误判主要有以下几个方面:

 

1) 助焊剂或白线的高度造成桥接误判。

由于SPI的检测是建立在高度基础之上的,对于桥接通常都是以相邻的焊膏之间的高度连通量分析来判断的。但由于不同产品的实际线路分布以及PCB板制造的工艺。白线的现实高度虽然很低,但也会被检测到;助焊剂的溢出也会产生高度,但却不是实际的桥接。这对于SPI判断会造成不小的影响。

 

2) 由于目前所有的SPI在对低于30~45um的实际桥接都是用无法检测出来。

因为SPI在检测时,都会设置一个阀值,一般为30~45um。软件会自动的将阀值以下的高度不列入计算范围。如果某桥接高度小于这个阀值,就不会被检测出来。

 

3) 焊膏周边杂质的高度造成相对零平面上升导致的少锡误判以及把助焊剂当场锡膏面积偏大误判。

SPI在对每个焊点进行相对零平面计算的时候会自动扩大检测范围,将频度图中的低位点作为相对零平面来处理。但实际生产中,有可能在焊点周围会有杂质的干扰,造成软件无法确定究竟选取哪一个低位峰值作为相对零平面,从而对检测精度造成影响。

(如下图,没有干扰时)

   

 

(如下图,有干扰时)

    

 

威尼斯人光电的另一项专利技术就是利用二维RGB光源,对PCB板上的颜色进行过滤,只选取相应的有用的部分,过滤掉杂质干扰。通俗上讲,是结合了AOI检测的二维特性和SPI检测的三维特性于一体。

  

★ 对应助焊剂或白线的高度造成桥接误判及低于30~45um阀值以下的极低桥接。

威尼斯人设备先通过3D高度计算侦测在相邻的两个焊盘间是否有高度联通量 。再通过2D RGB过滤算法计算高度联通量的颜色是否和焊膏颜色一致。当两个条件同时满足时,才判断为桥接。

★ 对应焊点周边杂质的高度对相对零平面的影响。

首先通过2D光源对颜色进行过滤,将干扰的颜色过滤掉。只保留一个和基板颜色相同的相对零平面。 再通过3D的方法测得该相对零平面和焊膏高度之间的相对高度值。

 

3. 可编程结构光栅(PLSM

采用的是德国尖端技术的核心部件。

1)通过软件调制光栅周期。可以提供不同的结构光栅周期。

2)通过软件控制结构光栅的相位变化,无任何的机械传动部件。无损耗。

3)可以在不增加任何部件的情况下,调整有效检测高度。(400um1200um软件可调)

4)可编程结构光栅因为其正弦光栅是通过软件编程实现的,所以其在相移时也是通过软件来实现,通过此种技术可以使相移误差趋向于“0”,提高了量测精度。

PLSM可编程结构光栅和Moiré纹玻璃光栅的实际图像比较)

 

威尼斯人光电采用了多项常规SPI没有的新技术,无论在设备检测能力,抗干扰能力等方面都创造了一个新的发展空间。威尼斯人光电在软件应用方面也有很大程度的创新,自主研发的Gerber转换软件,无论是274CAD的导入,对拼板的自动处理功能可以真正支持到五分钟编程。过程控制软件(SPC)全面强大的分析工具为SPI的实际使用提供了工艺支撑。

 

威尼斯人光电的SPI产品在过去的岁月里,得到了广大客户的信任和支持。我也代表公司同仁在这里对大家表示深深的谢意。同时,我们会更加努力的将产品做的很强大。继续引领新的发展。


中国领先的SPI制造商

厦门威尼斯人智能科技股份有限公司 

威尼斯人智能科技股份有限公司(上海分公司)

威尼斯人智能科技股份有限公司(深圳分公司)

威尼斯人智能科技股份有限公司(天津办事处)

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