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连接器与引脚的最佳贴装:测量旋转周长和填埋深度
材料来源:SMT CHINA           录入时间:2017/3/12 13:59:22

(本文摘自《SMT China表面组装技术》杂志2017年2/3月刊技术文章,仅限于SMTC读者及业内人士参考,不得作为商业用途!版权所有,违者必究!)





 

从事印刷电路板生产的制造商正面临着不断提高的小型化和高封装密度的压力。与此同时,对制造和测试技术的需求也在不断提高。这同样适用于从事连接技术的制造商,例如生产连接器和独立引脚的制造商。连接器和引脚也同样面临小型化的问题,必须在更小的区域内容纳更多的触点。

封装密度对可测试性不断提出挑战,特别是在需要把像连接器这样的高的元件安装在紧挨着其他元件的位置时,这个问题就显得特别突出。

连接器也有测试方面的问题,而它们的设计意味着它们的处理和测试要求完全不同于其他零部件。除了传统的焊点检查,还需要检查引脚的机械完整性。在这种情况下,需要关注以下两个参数:引脚尖端的横向位置和它的高度。


在随后的自动化工艺中,如果这些连接器是用来实现与其他组件的电气连接,或者是把它们精确地安装到保护罩中,就必须测试每个引脚的水平位置和垂直位置。如果引脚在准备阶段因受到机械外力的影响而变形弯曲,就无法进行自动化安装。

检查引脚在横向平面上的位移被称为旋转圆周测试(swash circumference testing)。可以使用正交检查来进行旋转圆周测试。这种测试一般都可以通过标准的二维AOI系统来完成。但是,我们必须考虑到引脚的直径通常小于1毫米,尖端的尺寸更小,只有几十分之一毫米。因此,在进行可靠性特征检测中,保证测试目标的照明至关重要。许多年来,GÖPEL Electronic公司的AOI系统在这种测试任务中的应用非常成功,这要归功于该系统采用的多光谱照明与多方向照明技术。

测量填埋深度:特殊的难题

但是,在需要确定引脚尖端的高度时,这种测试需求急剧增加。这项测试任务被称为填埋深度测试或压入深度测试。正如这个测试的名称所表明的,使用普通的二维测量和测试技术不可能满足这种测试的要求,因为正交检查无法提供高度信息。这个问题甚至不能通过使用合适的测试摄相机来解决,因为引脚和PCB的变形在测试前是未知的,而且引脚的尖端往往难以检测到。因此,结论只能是:必须增加额外的测试维度!

试图使用光栅投影来解决这个问题的尝试往往会因为表面的光学性能不匹配而失败,当表面的反射光很强时,无法提供可靠的测量信号。同样,也无法进入连接器的保护罩内使用三角工艺进行测量,因为保护罩的外壳使其内部的零部件处在它的阴影之下。这可以使用几个投影仪或摄像头来实现部分补偿,不过,如果没有保护罩,在确定引脚压入PCB的深度(例如压入装配技术)或进入其他对象(例如连接器保护罩)时,三角测量无法进入深孔中进行测量,这是显而易见的。

基于
TMSA技术的三维测量

远心多点阵列(telecentric multi spot array, TMSA)技术是一种能够在直径非常小(小于0.5毫米)而且很深的孔中进行三维测量的技术。


TMSA能够把白色光源耦合到专门针对这种用途开发的远心测量透镜中。因此,(与三角测量技术相比),其光源和传感器之间没有角度,这意味着光和信号光束行进方向完全相同。这种配置的好处是不会在高度较高的元件上产生阴影,这才有可能实现深入元件之间的深间隙或者孔的内部,进行可靠的测量。

使用这种配置,现在透镜能够分辨波长范围很小的各种光,这样就可以根据测量透镜和要测量的表面之间的距离,只有很小的波长范围的光线能够聚焦并反射回来。根据对反射回来的光或测量信号各自的强度的评估结果,得到对应的高度值。由于透镜是把光束投射到PCB各个独立的测量点上,需要在较大的区域内移动光点阵列并记录测量值。根据不同的增量,在扫描过程中可以使用不同的横向分辨率,从而能够根据测量任务的要求进行自由配置。

这种技术不需要考虑不同表面的反射特性也能够生成测量值,从而实现不需要考虑电路板的布局检查特性。

凡是需要关注连接器或单独的引脚的地方,可能会出现弯曲的连接触点、引脚插入保护壳的深度太深或引脚凸出等错误。这些错误可能会导致在后续的工艺中插入元件时出错。最糟糕的情况是整个组装件不可用。


在AOI软件PILOT 6中提供的三维测量算法使用户能够测量旋转圆周——在x轴方向和y轴方向上的偏差——以及引脚的高度和填埋深度,并根据定义的公差来评估它们。

上述TMSA技术集成到GÖPEL公司的3D∙EyeZ测量模块中,这种模块可以用在独立的BasicLine AOI系统和新的VarioLine系统中。可调节的横向分辨率使系统能够把光束向引脚或在孔中投射足够数量的测量点并记录测量值。

总结

连接器或各个引脚的旋转圆周测试和填埋深度测量对测试使用的测量技术提出高度方面的要求。单独使用正交检查或斜角观察检查不适合这种三维测量任务。

基于三角测量的光栅投影也无法在这种情况下使用,因为一方面会产生有阴影,另一方面无法确保能够探测到引脚的尖端。使用这种方法也完全无法深入到孔中进行测量。

TMSA技术可以克服上述缺点。把它和3D∙EyeZ测量模块集成,这种系统既可以联机在线使用,也可以作为独立的AOI系统使用。(SMTC@ACT)


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