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貼片機過程能力指數Cpk的驗證

發布者：dgwiden 發布時間：2018-05-02 10:00:23 訪問次數：438

為貼片機作品質接受試驗(QAT, Qaulity Acceptance Test)，其中的挑戰是保證所要測量的參數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據外，內在的可用性、生產能力和可靠性的測量應該在多臺機器的累積數據的基礎上提供。在完成預先的干循環和設定步驟之后，包括變換和校準，品質接收規范(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。八個階段的QAC步驟中的第一步是，最初的24小時的干循環，期間機器必須連續無誤地工作。

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檢驗元件貼裝精度的參照。貼裝板的數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 旋轉的偏移。所有32個貼片都通過系統測量，并計算出每個貼片的偏移。這個預定的參數在X和Y方向為± 0.003”，q 旋轉方向為± 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范：在運行時，任何貼裝位置都不能超出± 0.003”或± 0.2的規格。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， 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process capability index) 在所有三個量化區域都大于1.50。這轉換成最小4.5s 或最大允許大約每百萬之3.4個缺陷(dpm, defects per million)。

通常，現在實現的性能系數超過2.0的過程能力指數，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總結應由測量系統提供，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，貼裝全部規格的標準SMD，包括：0603，0805，1206片狀，SOT23，SOIC08，PLCC44和QFP100。是生產準備運行，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。

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。(貼片板的數量由頭和相機的組合總數決定。) 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QAC。

完成預定的QAC步驟后，機器必須經歷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，機器的內在可用性不能低于98%。

最后的12小時干循環運行，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，用測量系統掃描所有貼裝位置，記錄數據，作出圖表。

過程能力指數

板的設計幾何形狀和要求的品質等級，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(規定上限)或-X(規定下限)方向上的規定限值，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定限值，設備供應者提供的統計數據可以放入下式中：

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動的試驗中得到。這些數據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據，以保證機器性能滿足所規定的性能要求。Cpk的結果數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格數據的表格，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量、貼片錯誤數量、內在可用性、內在生產量和在各PPM水平下的貼片性能、完整的技術術語解釋和統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部制造過程控制的能力，最新70臺機器的歷史數據也應提供。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，作為一個延續的平均。70臺機器的數據可使總計貼片數從10,000+增加到500,000+，產生相關的累積效益。事實上，這些為機器性能和設備制造商的內部測量過程提供了一個長期的跟蹤過程。

結論

和PCB裝配關聯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據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；適當地解釋和應用結果可達到完全的理解。

來源：東莞市景瀚實業有限公司

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