传统焊膏测量方法

传统焊膏的测量方法是在PBA上选取几个有代表性的点（如QFP器件，BGA器件的焊盘），以及一些其它普通焊盘（如阻容器件的焊盘）测量一下高度，如果仪器条件许可还可以测量一下焊膏堆积的宽度。但是这种测量方式存在一个问题，就是印刷后焊膏堆积的形状如果不是理想中的“方台”状，那么焊膏堆积形状对于选点测量的结果会有很大的影响。

 
如图1和图2，我们可以看到同样测量A、B两点由于形状的不同我们得到的结果完全不同。对于图2中“梯形”的堆积形状，测量A点和测量B点得到的结果是一致的，但是对于图1“馒头型”的堆积形状，我们测A点和测B点得到的结果会不一致，这种情况对于BGA来说很常见。因此测试点的选取，测试时被测点在整个焊膏堆积中所处的位置都会直接影响到测试结果的准确性和可信度。

因此只通过测点高度的方式来控制印刷质量和评估印刷工艺是远远不够的。因为这种方法必须要保证印刷出来的焊膏堆积形状是梯形的，这对于实际情况来说大多数情况下是不可能的。焊膏有黏度，在脱模的时候会拉起，等断裂的时候就会造成拉尖（图3）或馒头（图4）形状。而这类情况在细间距的QFP器件和BGA器件上由为常见，偏偏这类器件又是工艺控制中的重点，如果再加上离线抽样的检测方式，这种情况就会变得更糟糕，往往依据这类方式做出的SPC控制图看似很好，一切似乎很受控，但实际生产上又往往会反映各种各样看似不可能的故障情况，因此直接影响了工程质量人员对测量的精确度和可靠度的判断甚至产生怀疑。

 
而且真正影响最后焊点质量的是焊膏的堆积量，体积是一个二次参数，是无法直接测量得到的，因此体积是通过面积和高度这两个变量计算来的。传统的测量方法只能粗略的控制高度，对于面积毫无办法。即使能够估算面积，但由于焊膏堆积形状的复杂性，因此简单的用面积×高度的方式计算出的体积也是存在很大误差的。

随着更高密度的组装，以及无铅工艺的发展，焊膏印刷工艺的难度会越来越高，工艺的控制精度也越来越高，所以控制印刷后的焊膏体积变将得很重要。尤其对于使用6Sigma的质量管理体系来说传统的测量方法已经明显适用了。

3D AOI测量

目前3D AOI的使用多数是在大批量生产中的实时检查以及将采集的数据进一步做SPC统计使用。这些问题都不在这里进行讨论，这里所要讨论的是通过3D技术的AOI工艺工程师能得到哪些数据，从这些数据能得到些什么有用的信息。

 
这里以较常见的白光测量3D AOI为例。首先介绍一下该类AOI的检测原理。在测量时AOI的激光器会发射出几束平行条纹光，这些条纹光不是垂直发射的而是以与垂直方向有30度夹角发射的（图5上）。当光束照射到PCB板和焊膏时，由于焊膏有高度所以在得到的图像上就可以看到照射在焊膏上的光束和照射在PCB板上的光束有了位移差（图5下），通过计算这个位移差就可以得到这束光束所在位置的高度。再通过算法将这些光束的高度组合起来就可以得到一幅三维高度图，从这张三维图可以算出面积和体积。高度则是将各光束测得的高度值排列取中间值，不是平均值，因为平均值会受到几个异常高或者异常低的值的影响。因此用这种方法得到的高度值更接近真值。再配合每条光束细分出来的焊膏面积，这样计算出的体积值就更加接近实际值了。

采用3D检测的AOI，再配合在线的实时检查，就可以帮助工程师建立准确，可信的测量系统。从而为工艺的控制，以及工艺问题的发现、分析、改进效果的评估提供了有力的支持。

实例比较结果

下面通过一个实例来比较注重测量高度的传统设备和能得到高度、面积和体积的精确数据的3D AOI设备能发现些什么不同。实例中所有的数据是来自批量生产中对于一个0.5mm fine-pitch的QFP测量的结果，网板厚度是0.15mm，测量的数据单位是1/100mm，丝印机设置为每7块板子擦拭一次。

从高度表中可以看到高度值在16.7倒18.3之间震荡，没有明显的规律性。

 
接下来看面积表，对于面积可以看到面积值有了规律。7、14、21、28、35这几个点都是极小值，随后的点的数据开始渐渐的上升并保持稳定。而出现这些点的板子正好是刚擦拭完网板后印刷的板子。从数据中可以明显地看到擦拭网板会减小印刷面积。

 
最后来看体积，体积是直接影响过炉后焊锡量的值。体积值的变化趋势和面积值的非常接近，面积极小值的几个点都是体积值的极小值点，等过了极小值点之后体积值也开始逐渐上升并趋向于一个平稳状态。再看相对于面积极小值之后的六个点的高度值，这些点的高度值变化较为杂乱，有上升有下降没有稳定的趋势。所以相比之后，体积值的变化更好的吻合于面积值的变化。

由以上的分析可以初步得到这样的结果：当高度变化在一个可接受的范围之内时，控制印刷后焊膏堆积物的面积显得更重要。因为在这个范围之内面积对于最后体积的影响更大，此时面积成了主要影响参数，控制面积的效率就更高了。

总结

通过分析3D AOI设备测量的数据，可发现焊膏印刷体积的变化受面积的影响更大。因此当已经将印刷高度这个工艺参数控制在一定范围内之后，再进一步控制高度效果已经不明显了，或者说，如果只控制高度，即使控制再严，也将极有可能漏过许多印刷面积方面的缺陷，而直接导致焊接缺陷。此时就应该转向控制焊膏堆积面积和体积了。而传统的高度测量设备显然已经力不从心了，这时只能借助3D AOI设备了。

那么，当工艺状态已经得到控制，并且处于一个稳定状态时，这时AOI能起到什么作用呢？当然这只是一个假设状态，从AOI的检查角色来说，它只是反馈环节中的一员，当输入和输出完全相同时，系统的反馈误差就是0了，因此这时AOI就显的不怎么重要了，只是一个“数据记录员”了，但真的就是这样吗？上面的例子证明事实并非如此。当使用了AOI后，发现了面积和高度表现不一致的问题，发现了还有很多以前没有观察到的东西，还有很多需要进一步解决的问题，AOI的贡献更多的在于它提供给工程人员一个更好的手段去发现问题，去解决问题。所以，不要只是把AOI简单作为目检人员的机械替代品，正确使用你的AOI，你会有很多发现和收获的。