-
表面贴装设备的性能检测
IPC9850
摘要
：
论述表面贴装设备性能检测问题，
帮助用户理解应用表面贴装
设备行业标准
IPC9850
，
提高对
贴片设备评估、选择、维护、调整以及
SMT
工艺分析的能力。
关键词：
IPC9850
；表面贴装设备；检测；标准
中图分类号：
TN05
文献标识码：
A
文章编号：
1003-353X(
2003)08-0015-03
一、前言
随着电子通信市场的不断扩大以及半导体元器件技术的飞
速发展，
一种先进制造技术
——
SMT
（
Surface Mount Technology
）
已广泛用于电子产品的制造。贴片机作为
SMT
必
需的专用电子
装联设备，
其性能直接影响到电子产品的质量。<
/p>
多年来各贴片机
厂家利用自己的一套方法评估贴片机性能，
参数和方法的多样性
使得同类贴片机之间很难进行比较。
用户面对众多机型，
往往需
要花费大量的时间和财力
进行评估和选型。
待到设备投入生产之
后，
尤其是经过较大检修后，
其性能评估又会成为困扰用户的难
题。
目前，
国内外验收贴片机普遍采用在
PWB
上实贴元件进行，
这直接增加了评估成本，
致使有些用户仅以设备的市场占有率作
为选型依据。
为了比较不同贴片机的性能，
减
少用户和制造商之
间的误解，国际
IPC
（
the Institute of Packaging and Interc
onnect
）
组织下设的集成设备附属委员会（
Assemble Equipment
Sub-Committee
）
组织一些贴片机厂商和用户合作制订了
I
PC9850
表面贴装设备性能检测方法，
提出一整套测量原理
、
工具、
方法、
及数据处理与分析模式
，
2002
年
7
月正式成为行业标准。用于
1
贴片机验收依据，
以及设备维护、
调整与贴装工艺质量分析的有
效工
具。本文系统论述表面贴装设备性能检测标准。
二、检测的理论依据
设备性能检测的
“
技术法律
”
具有标准规范性、
客观独立性和关联
性三个特点。公认评估检测系统性能的方法叫做
GR&R
（
GaugeRepeatability and Reproducibility
）
。
这种方法能够确定某
检测系统连续不断地重复同一测试过程的能力，
以此得出检测系
统的可靠性指标。当某检测系统的测量不确定性（
6
倍于<
/p>
GR&R
误差）不超过被测产品规格范围的
25
%
时，则该检测系统具有
标准规范性。
就表面贴装设备而言，
最关键的是把
元件快速准确地放臵于印有
锡膏的
PWB
焊盘上，即速度和准确性指标。由于设备的速度及
准确性与元件外形、元件可识别性、
PWB
制作水平、锡膏特性、
贴片机本
身特性等许多因素有关，
因此要把设备引起的误差从贴
片过程中
分离出来。
理想的方法就是在贴片过程中减少其它可能
产生贴片
误差的因素，此即为检测系统的客观独立性。
贴片机性能参数有：
时基参数、
贴装速度
（产额）
、
变量参数
（计
量值）、准确性、重复性、属性缺陷率（计数值）、可靠性、可
维护性与适用性等等。
其中一些参数彼此之间是相互关联的，
只
有从中选择用于检测的最小参数集，
做到既能客观反映设备实际
性能，
同时避免参数之间的耦合作用，
才能在简化评估过程的同
时解决关联性问题。
2
三、检测内容
IPC9850
包含三部分结构，即贴装性能检测、贴片机属性缺
< br>陷率与可靠性评估以及测量系统校验。测试结果用标准表格记
录。
贴装性能表
IPC- 9850-F1
由制造商提供，
表示特定机型的贴
装能力。此表有两个功能。第一，表明某类型
机器的通用性能，
如真空吸嘴规格、数量，送料器数量、摄像头类型等；第二，证
实该系列机器的特殊性能，如检测
PVP
上贴
装元件的平均时间
以及贴装误差等。评估参数表
IPC-985
0-F3
证实检测用非接触光
学
CMM
的能力，为表
IPC-9850-F1
中数据的正确性提供有力依
据。可靠性表
IPC-9850-F
2
是用户使用贴片机时的反馈结果，用
来表达一种特定机型设备
的预期属性失效率和可靠性，
包括属性
缺陷率、平均无故障时间
（
MTBF/MPBF
）、误吸率（
×
10- 6
）、
维护时间（
Preventive
）等。表
F2
显示设备到达用户处的实际可
靠性水平，
为贴片机业
界建立了一个籍以提高表面贴装设备的可
靠性、有效性和可维护性的基础。
四、检测仪器
为正确体现测量过程，
测量仪器本身
的准确性和重复性必须
高于被测对象一个数量级以上。
贴片机性
能测试参数包括与时间
有关的参数以及和准确性有关的参数。前者需要用到秒表和
/
或
滤波镜，后者一般利用光学坐标测量仪（
CMM
）。秒表用来测
试一个循环周期
所用的时间，滤波镜用来监测零部件的变化，
CMM
测得贴片误
差。通过
GR&R
方法确定测量系统的重复性，
3
要求测量的不确定性不能超过被测产品规格范围的
25 %
。秒表
和
/
或滤波
镜测量速度很关键，
必须在
0.01s
内甚至更快得到结果。
CMM
本身的准确性非常重要，在此利用
一块符合（
NIST
）美国
国家标准的
作为度规的玻璃检验板（
PVP, Placement Verification
Panel
）
来评估。
先将刻有选定元件形状的度规放在
CMM
上测量，
然后将
CMM
测得的位臵报告与度规合格说
明书中给出的元件
图像真实位臵进行比较，得到
CMM
的精度值。
五、检测方法
实验表明表面贴装设备要想在生产中运行良好，
必须先在粘
胶介质上运行良好。
反之，
提高在粘胶介质上的工艺能力同时也
可以加强生产工艺能力。
IPC9850
规定以某个贴片速度为前提条
件，
首先将元件贴放于带有标记的预先已涂粘性介质的清晰透明
的玻璃板
上，
而后利用非接触式
CMM
对贴片精
度进行测量，
旨
在确定由表面贴装设备引起的贴片误差。
在元件选择方面，
以
QFP-100
、
QFP-208
、
BGA-228
< br>、
1608C
电容和
SOIC-
16
等
5
种典型元件为代表。
考虑到使用几乎完美的
元器件能最大限度地减少元件本身的影响，
因此利用玻璃块模拟
上述元件，能把由
SMT
元件之间尺寸形状差别引起的误差减至
最小。
< br>
贴片机检测过程中用到
5<
/p>
块特制贴片检验板（
PVP
），所有
PVP
板的形状和间距均需符合
NIST<
/p>
标准。其中一块作为光学坐
标测量仪（
C
MM
）测试认证板，用于评估测量工具
CMM
< br>的性
4
能，
另外
4
块作为贴片认证板。
元件按照
IPC9850
规定的位臵被
连续贴装到
< br>4
块
PVP
板上，被照亮，然后
利用经过验证的光学
CMM
进行位臵测试，来评估贴片机性能。
虽然此方法不能用来
预测产品的质量，但最大程度消除了设备、产品、工艺和操作差
异带来的影响，客观反映设备的贴装性能结果。
为获得可靠的统计结果，
需要进行大
量的数据测量，
这要求
测试系统有极快的测试速度。
PVP
板上排列元件组（一板一组）
如表
1
。目前，自动光学
CMM
以其高速测量能力，受到普遍推
崇。然而，
CMM
必须具备高稳定、高强度的刚性结构，精确的
定位和高质量的图像，
并且对环境条件极为敏感，
不能做成便携
式
，因此导致
CMM
价格昂贵及缺乏灵活性。替代光学
CMM
进
行
IPC985
0
标准检测的专用设备
CmController
已经开发成功。
六、检测结果数据处理
关于贴装设备可靠性评估的大量误差数据的统计学处理，
IPC9850<
/p>
标准假设误差数据服从正态分布（高斯定理），但不排
除数据有其
他分布形式。
5
根据给定的工艺极限值，可以采用下式计算设备能力指标
Cp
< br>和工艺能力指标
C pk
的值：
Cp=
（给定上限
< br>-
给定下限）
/6 s
，其中<
/p>
s
为样本的标准偏差，
下同。
Cpk= Cp*(1-K)
，
其中
K=(
工艺目标
-
工艺平均值
)/
[
（给定上
限
-
给定下限）
/2]
。
Cpk
参数表示贴片机处于稳定状态
下（设备、器件、基板、
工艺等），进行实际加工的能力。
<
/p>
Cpk
参数值与贴装设备超差器件数值（
×
10 -6
）以及质量臵
信度
σ
的对应关系如表
2
。
七、结论
贴片机作为表面贴装关键设备，
不同
制造商的产品性能指标
及价格差异较大。
用户应该如何评估并选
用贴片机呢？本文系统
论述了贴片机性能检测问题。通过对表面贴装设备行业标准
IPC9850
的全面讲解，帮助业界理解应用这一规范，提高对设备
的评估、选择、维护、调整以及
SMT
工艺分析的能力。
6
典型贴片机
一、
4791
、
4792
高速贴片机性
能特点：
1
、美国环球
4791
、
4792
高速贴
片机可贴装多种电子元件，
每小时最多可贴装
29000
个元件。
2
、改进
的操作灵活性，强大的视觉技术和高精度的定位系
统保证了
47
91
、
4792
高速贴片机保持高的生
产能力。
3
、每个贴装头上有
6
支吸嘴，大大减少了编程设臵时间，
增加了
产量。
4
、美国环球公司的操作触摸
屏，避免了操作键盘的各种故
障。
5
、机器故障可自动显示，以便快速排除。
6
、可同时存储使用
99
种不同元
件。
图
1
美
国环球
4791
、
4792
高速贴片机
二、
479
1
、
4792
高速贴片机技术指标：<
/p>
1
、
最大线路板尺寸：
510
毫米
X
460
毫米
2
、
最小线路板尺寸：
50
毫米
X
50
毫米
7
3
、
最高贴
装律：
0.124
秒
/
每元件
4
、
转塔结
构：
6
吸嘴
/24
头
5
、
输入站位：
160
站位（
4
组
40
站位）
6
、
贴装性能：百分之
99.99
7
、
贴装精
度：达到
0.15
毫米
8
、
机器存
储器容量：
24
个程序或
5000
个位臵坐标
9
、
电源：
三相交流电
200
伏
+20
伏
/-10
伏，
30
安培
10
、
气体
力学：
4
至
7
公斤
/
每平方厘米
11
、
净重
：
5011
公斤
12
、
机器
尺寸：
600
厘米长
X
207.8
厘米宽
X
232.4
厘米高
13
、
元件包装形式：带装、散装
14
、
料架
尺寸：
8
毫米至
32
< br>毫米（可选
44
毫米）
15
、
料架种类：纸带、胶带
设备名称：西门子高速自动贴片机
设备型号：
SIPLACE HS-50
参数介绍：
设备名称：
西门子高速自动贴片机
设备型号：
SIPLACE
HS-50
参数介绍：
<
/p>
贴片头数量：
48
个
贴装速度：
50,000
片
/
小时
贴装精确
度：
67.5
μ
m/3sigma
或
90
μ
m/4s
igma
或
135
μ
< br>m/6sigma
元件贴装范围：
0.6
mm
×
0.3 mm
～
18.57mm
×
18.7mm
8
元件高度：最高
6 mm
元件送料能力：
144
种
8 mm
料带
送
料
器
系
统
类
型
：
料
带
（
8--32
mm
）
散
装
元
件
送
料
器
2009-10-30 0
图
2
SIPLACE HS-50
9
图
3
LED
自动上芯机吸嘴
产品参数：
产品规格：
3/3.5/4/5/6/8mil
14/16/17/17.2mm
详细说明：
贴片机吸嘴，自动贴片机
吸嘴，
LED
自动上
芯机吸嘴，
金亿达品牌，
用于做深杯支支架
LED
，
或白光
LED
。<
/p>
金亿达电子配件产品有
ASM
固晶机贴片
机吸嘴、顶
針
、点胶
头、瓷咀、钨丝、
马达、碳刷、
編
码器、
520
夹具
.
其中独家
生产的
3mil
吸嘴为广大
LED
生产厂家攻克了无法用自动机生
产
6
、
7mil
小晶片的难关。
吸咀
（吸嘴）
规格：
3.5mil
，
4mil
，
5m
il
，
6mil
，
8mil
，
10mil
等
。
3mil
规
格
钨
钢
吸
嘴
：
KED2102-14-W-CT-0.20
-0.08 2102-14-W-CT-008-003 VR=0.8
4mil<
/p>
规
格
钨
钢
吸
嘴
：
KED210
2-14-W-CT-0.25-0.10
2102-14-W-CT-010-004
VR=0.8
5mil
规
格
钨
钢
吸
嘴
：<
/p>
10
KED2102-14-W-CT-0.30-0.12
2102-14-W-CT-012-005 VR=0.8
3mil
规
格
钨
钢
吸
嘴
：
KED2102-16-W
-CT-0.20-0.08
2102-16-W-CT-008-003
VR=0.8
4mil
规
格
钨
钢
吸
嘴
：
KED2102-16-W-CT-0.25-0
.10 2102-16-W-CT-010-004 VR=0.8
5mil
规
格
钨
钢
吸
嘴
：
KED2102-
16-W-CT-0.30-0.12
2102-16-W-CT-012-005
VR=0.8
4mil
规
格
钨
钢
吸
嘴
：
KED2102-17-W-CT-0.25-0
.04 2102-17-W-CT-010-004 VR=0.8
5mil
规
格
钨
钢
吸
嘴
：
KED2102-
17-W-CT-0.30-0.12
2102-17-W-CT-012-005
VR=0.8
喇叭形吸嘴
产品简述：
EHSY
西域品质提供的
KEMPER/
坎贝尔
喇叭形吸嘴；
*
高真空烟尘净化器附件和零配件：喇叭形吸嘴；
*
钢管材质，带磁性吸盘，并可自由弯曲；
作为众多知名品牌的合作伙伴，
EHSY
西域以其优良的品质
和服务来保证阁下员工的职业健康，安全环境和美好未来。
11
戈德贴片机供料控制系统
戈德制造执行系统
《戈德制造执行系统
gMES
》是一
个基于条形码技术的实时信
息系统，
通过实时收集生产过程中的
每一道工序、
每一种产品所
用设备、工具、物料、操作人员、操
作时间等详细信息，并对实
时事件通过电子看板、声光报警器或局域网络及时预警或处理
，
为管理者提供正确的决策依据，
帮助制造企业在计划层和执行
层
中间搭起沟通桥梁。该系统已经成功应用或即将应用的有：
?
?
?
?
?
天津宝洁日化有限公司的生产线拌
合管理和生产线检
测；
摩托罗拉天津手机生产线的贴片机供料控制；
宁夏吴忠仪表厂的产品跟踪；
上海油墨厂的生产控制；
沈阳飞机制造厂生产计划及库房管理。
在
IT
产业的推动下，我国贴片机进口呈连年增长态势。统<
/p>
计数据表明，
我国的贴片机数量目前已经有
2
万多台，
目前我国
进口贴片机金额
已经占到全世界贴片机销售总额的四分之一。
据
估计，随着计算
机、手机和彩电等电子产品的增长，近几年国内
对贴片机的需求还会增长。
但相当数量的贴片机（如
SIEMENS
公司的
SIPLACE S20
和
S50
）的上料系统不支持条形码扫描功能，虽然贴片机设备制造
厂商也提供条形码模块，
但一个模块动辄上万美元，
使生产加工
企业难于承受。
《贴片机供料控制系统》
是
《制造执行系统
gMES
< br>》
在贴片机生产线供料控制的具体应用，
通过应用条码和
自动识别
技术，为贴片机生产线建立了一套完成物料跟踪，上料校验、接
12
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