CN115201033B - 精密贴装设备一体化测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种精密贴装设备一体化测试方法，其包括机械化测试平台以及数据采集系统；机械化测试平台包括测试台和置于测试台上的冲击力测试单元；数据采集系统包括大面阵CMOS相机、高精准显微镜标尺、数据采集卡以及计算机；所述计算机用于对大面阵CMOS相机、高精准显微镜标尺以及数据采集卡采集到的数据进行处理，并执行表面压力与冲击力测试、典型元器件测试分析以及应力分析。本申请通过上述方案，将传统的高精度二次元与动态压力（冲击力)测试仪器合二为一，实现了一台机器同时进行压力测试和位置精度测试，可在技术使用便利性上实现更进一步的突破。

Description

精密贴装设备一体化测试方法

技术领域

本发明涉及精密贴装设备的测试仪器技术领域，具体是一种精密贴装设备CPK、CMK一体化测试设备及测试方法。

背景技术

当前电子产品向着轻量化，集成化的步伐越来越快，电子元器件及零部件越来越微型化，微型化和高集成度对制造过程的精密设备的各项指标提出了更高的要求。精密装备设备（SMT(Surface Mounting Technology,表面组装技术)、SIP(System In a Package,系统级封装),半导体）的制造过程可控性和长期使用的可靠性将严重影响生产效率和企业的效益。比如：随着电子元器件越来越小、芯片密度越来越高，硅片、器件越来越脆弱、对应力越来越敏感，在半导体和SMT加工中就需要准确、精密地控制贴装压力。因此在半导体和电子制造业广泛存在对高灵敏/微压力设备的压力状态、压力精度的检查、调整需求，主要用于精密贴装设备的压力检查、状态监测、性能评价和上述设备维护后的状态调整。

目前，针对精密装备设备的自动化测试设备(Automatic Test Equipment，ATE)，一般是通用的现有设备，用户将相应的测试序列输入计算机进行控制测试，属于半自动化，且由于现有自动化测试设备与精密装备设备间无关联，造成测试所需的时间因此增加，影响生产线的效能。

发明内容

在下文中给出了关于本发明实施例的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，以下概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

根据本申请的一个方面，本发明提供一种可同时实现压力测试及位置精度测试的精密贴装设备一体化测试设备，包括机械化测试平台以及数据采集系统，所述机械化测试平台包括测试台、置于测试台上的冲击力测试单元，所述数据采集系统包括大面阵CMOS相机、高精准显微镜标尺、数据采集卡以及计算机，所述计算机用于对大面阵CMOS相机、高精准显微镜标尺以及数据采集卡采集到的数据进行处理，并执行表面压力与冲击力测试、典型元器件测试分析以及应力分析。其中，冲击力测试单元实现压力测试，大面阵CMOS相机、高精准显微镜标尺以及数据采集卡实现位置精度测试，从而实现一台机器同时实现压力测试和位置精度测试，大大方便了测试性能，缩短了测试时间，提高了生产线的效能。

进一步的，所述冲击力测试单元包括安装于测试台上的冲击力测试区，所述冲击力测试区的上部用于放置待测元器件，所述冲击力测试区的下方设有压力传感器阵列，所述压力传感器阵列与所述数据采集卡建立通讯连接。

进一步的，所述压力传感器阵列包括一个或者多个高灵敏动态压力传感器。

作为一个可行的方案，所述冲击力测试区设计为80*80mm，其上可贴装600颗微小待测元器件，通过冲击设备对该区域的待测元器件进行冲击测试，压力传感器阵列采集器压力，并通过数据采集卡发送至计算机进行处理，并生成冲击力测试报告。压力传感器阵列可设置一个或者一个以上的压力传感器。

进一步的，所述数据采集卡采用4-8通道数模采集卡实现，且4-8通道数模采集卡为大于1000HZ的高速数模采集卡。

进一步的，所述大面阵CMOS相机满足5000 万-1亿像素。

进一步的，上述精密贴装设备一体化测试设备，包括如下测试方法，

步骤1：对单个模组的待测元器件进行表面压力与冲击力测试；通过数据采集卡以及压力传感器阵列，根据预设的测试要求执行程序，计算出相应的结果参数；

步骤2：对步骤1的待测元器件的尺寸、位置精度的 CPK、CMK 计算，可是通过大面阵CMOS相机采用静态下测量的方式，与高精准显微镜标尺进行同一层面的测量；

步骤3：单个模组测试完成；并出具该单个模组的测试报告并保存，检查是否符合要求；

步骤4：重复以上步骤1-步骤3的过程，直至其他模组全部完成测试。

进一步的，所述步骤1具体包括如下过程：

过程1：待测试的贴片机调整好状态（建议用新的贴装头，新的吸嘴，轨道的平整度调整OK，新的Feeder）；

过程2：制作预设的测试要求执行程序：贴装程序图形用三角形或矩形，贴装次数为吸嘴数*25个器件，依次贴装；贴装过程中，不允许抛料和补料；器件高度设置和待测试入料一致；

过程3：贴片数据调整：贴片机上料，注意器件厚度与程序设定一致；测试仪器放入PCB板轨道中；根据测试仪器尺寸调节吸嘴高度，使吸嘴到测试仪器测试区的高度与正常工作时到PCB板高度相同（贴片机上的PCB板厚度设置为2MM)；输入吸嘴个数和贴装次数，与贴片机设置相同（如NXT H24，吸嘴个数输入24,贴装次数测试输入600；松下D3，吸嘴个数输入16,贴装次数测试输入400；

过程4：软件启动，开始记录数据，同时贴片机开始工作；贴片机贴片结束后，测试仪保存压力数据。

进一步的，所述步骤2对于待测元器件的尺寸、位置精度的 CPK、CMK 计算具体包括如下过程：将测试仪器搬运至三坐标测试仪器中心，用三次元设备或第三方检测设备，测量设备精度：0.001-0.003mm，测量并记录数值。用Minitab Capability Sixpack运算；Cpk≧1.33，结果合格。

本申请通过上述方案，将传统的高精度二次元与动态压力（冲击力)测试仪器合二为一，实现了一台机器同时进行压力测试和位置精度测试，可在技术使用便利性上实现更进一步的突破。同时，本申请新设计仪器小巧、方便移动执行、软件界面良好，将大大缩短企业测试该项目的时间。综上，本申请开发的精密贴装设备 CPK、CMK 一体化测试仪就是对高灵敏/微压力设备状态检查的精密装备，可广泛应用于半导体、SMT 贴片、太阳能设备制造、精密器件包装、军工等领域。

具体实施方式

下面来说明本发明的实施例。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本申请所研制的领域，为我国当前所重点突破的智造装备领域，该技术市场近50年来一直为德国和日本企业垄断。此一体化测试设备的成功研制，将为我国产业的提升起到积极的作用，在设备的验收指标标准化与设备维护的标准化上，项目可以输出标准化测试方法与测试仪器。本申请所产生的标准以及测试仪器，也可以作为各专业院校的培训仪表及系统。

本申请目前研制的仪器，整合光电、视觉，冲击力、压力等各种手段，可填补国内目前领域的空白。在本申请涉及的领域内，全球技术的领先者是德国的 CETIQ仪器，其公司开发的仪器型号 FMB-04 被设备厂商指定使用。但由于售价昂贵、服务不便，无法大面积推广。且该款仪器仅仅为表面压力测试，不具备 XYQ 精度的测量与校准。

针对表面压力测试和 XYQ 位置精度的测试，现有技术的做业方案是在A车间测试，冲击力精度，保持好现状；然后再把测试板再拿到B车间去，测量位置精度，造成测试所需的时间因此增加，影响生产线的效能。

本申请开发的精密贴装设备 CPK（Process capability index，过程能力指数）、CMK（CMK，Machine Capability Index，临界机器能力指数）,一体化测试仪，主要目标就是完成半导体和SMT行业的精密贴装设备在高速工作状态下的压力测试及位置精度测试，一方面完成对器件和基板的冲击力测试，另一方面同时对位置坐标的精度进行测量评估，从而一次性输出完整的精密贴装设备的运行状态报告，确保精密贴装设备的应力、精度都处于可控状态，保证贴装的可靠性和精度。

具体的，本发明提供一种可同时实现压力测试及位置精度测试的精密贴装设备一体化测试设备，包括机械化测试平台以及数据采集系统。

机械化测试平台包括测试台、置于测试台上的冲击力测试单元。冲击力测试单元包括安装于测试台上的冲击力测试区，冲击力测试区的上部用于放置待测元器件，冲击力测试区的下方设有压力传感器阵列，压力传感器阵列与数据采集卡建立通讯连接。当然，冲击力测试单元还包括对冲击力测试区的上部放置的待测元器件进行冲击力测试的冲击设备。其中，压力传感器阵列包括一个或者多个高灵敏动态压力传感器。

数据采集系统包括大面阵CMOS相机、高精准显微镜标尺、数据采集卡以及计算机，计算机用于对大面阵CMOS相机、高精准显微镜标尺以及数据采集卡采集到的数据进行处理，并执行表面压力与冲击力测试、典型元器件测试分析以及应力分析。其中，冲击力测试单元实现压力测试，大面阵CMOS相机、高精准显微镜标尺以及数据采集卡实现位置精度测试，从而实现一台机器同时实现压力测试和位置精度测试，大大方便了测试性能，缩短了测试时间，提高了生产线的效能。

作为一个可行的方案，冲击力测试区设计为80*80mm，其上可贴装600颗微小待测元器件，通过冲击设备对该区域的待测元器件进行冲击测试，压力传感器阵列采集器压力，并通过数据采集卡发送至计算机进行处理，并生成冲击力测试报告。压力传感器阵列可设置一个或者一个以上的压力传感器。

本实施例中，数据采集卡采用4-8通道数模采集卡实现，且4-8通道数模采集卡为大于1000HZ的高速数模采集卡。大面阵CMOS相机满足5000 万-1亿像素。

本发明还提供上述精密贴装设备一体化测试设备的测试方法，包括：

步骤1：对单个模组的待测元器件进行表面压力与冲击力测试；通过数据采集卡以及压力传感器阵列，根据预设的测试要求执行程序，计算出相应的结果参数；

步骤2：对步骤1的待测元器件的尺寸、位置精度的 CPK、CMK 计算，可是通过大面阵CMOS相机采用静态下测量的方式，与高精准显微镜标尺进行同一层面的测量；

步骤3：单个模组测试完成；并出具该单个模组的测试报告并保存，检查是否符合要求；单个模组的耗时约为3.5-6个小时；

步骤4：重复以上步骤1-步骤3的过程，直至其他模组全部完成测试。

具体的，单个模组测试中，可全部测试，也可进行随机挑选测试，随机挑选测试时，先将同一种类的多个零件分为多组零件；在表面贴装设备完成多个零件的贴装后，对每一组零件中选取至少一零件进行测试。

其中，步骤1具体包括如下过程：

过程1：待测试的贴片机调整好状态（建议用新的贴装头，新的吸嘴，轨道的平整度调整OK，新的Feeder）；

过程2：制作预设的测试要求执行程序：贴装程序图形用三角形或矩形，贴装次数为吸嘴数*25个器件，依次贴装；贴装过程中，不允许抛料和补料；器件高度设置和待测试入料一致；

过程3：贴片数据调整：贴片机上料，注意器件厚度与程序设定一致；测试仪器放入PCB板轨道中；根据测试仪器尺寸调节吸嘴高度，使吸嘴到测试仪器测试区的高度与正常工作时到PCB板高度相同（贴片机上的PCB板厚度设置为2MM)；输入吸嘴个数和贴装次数，与贴片机设置相同（如NXT H24，吸嘴个数输入24,贴装次数测试输入600；松下D3，吸嘴个数输入16,贴装次数测试输入400；

过程4：软件启动，开始记录数据，同时贴片机开始工作；贴片机贴片结束后，测试仪保存压力数据；

步骤2对于待测元器件的尺寸、位置精度的 CPK、CMK 计算具体包括如下过程：将测试仪器搬运至三坐标测试仪器中心，用三次元设备或第三方检测设备，测量设备精度：0.001-0.003mm，测量并记录数值。用Minitab Capability Sixpack运算；Cpk≧1.33，结果合格。

本申请为集成式创新，将传统的高精度二次元与动态压力（冲击力）测试仪器合二为一。预期在技术使用便利性上实现更进一步的突破。同时，新设计仪器小巧、方便移动执行、软件界面良好，将大大缩短企业测试该项目的时间。预计单台设备的测试时间将由传统国外设备的耗时 24 小时减少为 15 分钟。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。

尽管上面已经通过对本发明的具体实施例的描述对本发明进行了披露，但是，应该理解，上述的所有实施例和示例均是示例性的，而非限制性的。本领域的技术人员可在所附权利要求的精神和范围内设计对本发明的各种修改、改进或者等同物。这些修改、改进或者等同物也应当被认为包括在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.精密贴装设备一体化测试方法，其特征在于：该精密贴装设备一体化测试方法应用于精密贴装设备一体化测试设备，所述精密贴装设备一体化测试设备包括机械化测试平台以及数据采集系统；

所述机械化测试平台包括测试台和置于测试台上的冲击力测试单元；

所述数据采集系统包括大面阵CMOS相机、高精准显微镜标尺、数据采集卡以及计算机；所述计算机用于对大面阵CMOS相机、高精准显微镜标尺以及数据采集卡采集到的数据进行处理，并执行表面压力与冲击力测试、典型元器件测试分析以及应力分析；

所述冲击力测试单元包括安装于测试台上的冲击力测试区，所述冲击力测试区的上部用于放置待测元器件，所述冲击力测试区的下方设有压力传感器阵列，所述压力传感器阵列与所述数据采集卡建立通讯连接；

所述精密贴装设备一体化测试方法包括：

步骤1：对单个模组的待测元器件进行表面压力与冲击力测试；通过数据采集卡以及压力传感器阵列，根据预设的测试要求执行程序，计算出相应的结果参数；该步骤1具体包括如下过程：

过程1：待测试的贴片机调整好状态；

过程2：制作预设的测试要求执行程序：贴装程序图形用三角形或矩形，贴装次数为吸嘴数*25个器件，依次贴装；贴装过程中，不允许抛料和补料；器件高度设置和待测试入料一致；

过程3：贴片数据调整：贴片机上料，注意器件厚度与程序设定一致；测试仪器放入PCB板轨道中；根据测试仪器尺寸调节吸嘴高度，使吸嘴到测试仪器测试区的高度与正常工作时到PCB板高度相同；输入吸嘴个数和贴装次数，与贴片机设置相同；

过程4：软件启动，开始记录数据，同时贴片机开始工作；贴片机贴片结束后，测试仪保存压力数据；

步骤2：对步骤1的待测元器件的尺寸、位置精度的 CPK和CMK 计算，是通过大面阵CMOS相机采用静态下测量的方式，与高精准显微镜标尺进行同一层面的测量；

步骤3：单个模组测试完成；并出具该单个模组的测试报告并保存，检查是否符合要求；

步骤4：重复以上步骤1-步骤3的过程，直至其他模组全部完成测试。

2.根据权利要求1所述的精密贴装设备一体化测试方法，其特征在于：所述压力传感器阵列包括一个或者多个高灵敏动态压力传感器。

3.根据权利要求1所述的精密贴装设备一体化测试方法，其特征在于：所述数据采集卡采用4-8通道数模采集卡实现。

4.根据权利要求1所述的精密贴装设备一体化测试方法，其特征在于：所述大面阵CMOS相机满足5000万-1亿像素。

5. 根据权利要求1所述的精密贴装设备一体化测试方法，其特征在于：所述步骤2对于待测元器件的尺寸、位置精度的 CPK和CMK 计算具体包括如下过程：将测试仪器搬运至三坐标测试仪器中心，用三次元设备或第三方检测设备，测量设备精度：0.001-0.003mm，测量并记录数值。