引言 Introduction

范圍Scope

    標準以特定的文件格式來表征表面貼裝設備（以下簡稱貼片機）的機器貼裝能力，在保證貼裝速度與貼裝精度相對關系的條件下，對用于貼片機貼裝能力因素的檢測方法進行了規范化，標準化。

   目的Purpose

IPC-9850對用于表征貼片機技術性能分類，檢測的參數，測量程序及計算機方法作了定義及規定。標準規定了在進行貼片機性能檢測時，應使用這些標準化工具獲得并記錄涉及貼片機性能檢測的全部信息。

背景Background

   隨著表面貼裝技術（SMT）的發展，貼片機用戶不斷提出一個重要的問題；即在給定的SMT制造環境中，設備應具有最佳的狀態來完成其規定的功能及指標。表面貼裝技術的優點是把器件精確快速地貼放到印制板的電路焊盤上。這是選擇貼片機的最起碼條件，由此人們便認為貼裝速度最快，器件損傷最低的貼片機是最好的。

    初期，評估貼片機是最常用的方法是考核實用印制板的貼片產額。由貼片機貼裝大量用戶提供的實用器件與印制板，目檢貼裝偏差，人工逐個計數。最后判定貼裝廢品率最低最耐用的貼片機為最好的。現代貼裝機產額及可靠性指標的量化評休，需要收集非常大量的有效數據，進行數據處理分析最終才可以得到結論。標準規定了包括貼片機的產額及可靠性的全套工具，以指導貼片機制造廠商和用戶改善目前仍在使用的一些方法。

   隨著微電子器件封裝的日趨精細，印制板面器件的排列間距也愈加緊密，最終促使印制板上安裝的器件數量遞增，電路貼裝密度提高，所有這些因素明顯地對表面貼裝技術設備提出了更高的要求，貼片機除高產額及高可靠性的性能指標外，對貼片機的器件貼裝速度及貼裝精度的要求也越來越高。

    一般講，貼片機的制造廠商都會選用自已定義的參數和方法來表述各自設備的產額及貼裝能力的性能。由此帶來許多技術指標的定義及測量方法的不一致，對同類型貼片機相互間的比較是非常困難的。要得到可比較的數據，必須在同樣的條件下，安裝需要對比的貼片機，大量器件貼裝操作分析比較進行評估。但這種方法對制造廠商和用戶講是相當費工費時，且其成本也是極其可貴的。

    標準通過對表征貼片機能力的相關參數標準化，簡化了整個評估過程。把產額與貼裝質量聯系在一起，提出了貼裝速度與貼裝精度的關聯性。制定了貼片機能力因素測量的一些基本方法，一但用戶認為設備性能不正常時，減少了與制造廠商之間產生不必要的矛盾。這些測量方法具有一致性及可檢驗性，于是制造廠商與用戶間提供了一個雙方可接受的方法。

    標準規定的方法是將貼片機固有的機器性能從SMT過程的諸多工藝變量中分離出來，如焊膏印刷，器件質量，封裝質量，印制板質量等。標準規定對貼片機的貼裝速度及貼裝質量的檢測方法，整個測量過程是將標準器件貼裝到復貼粘膠帶/紙的玻璃樣板上。實踐經驗證明，如貼片機能在復貼粘膠帶/紙玻璃樣板上精確地貼裝器件，則在生產時同樣能精確貼裝。而且，通過在粘膠帶/紙玻璃樣板上進行貼裝工藝改進，可直接用于指導生產時產品質量的提高，雖然這種方法并不能提供完美的予測生產質量的信息，但為了消除因操作者，產品，工藝等因素變化而產生的不利影響，這種方法是可取的。

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    檢測系統實時測量印制板上貼裝器件的排列定向及位置偏差。使用（AOI）自動光學檢測系統測量貼片機能力因素以已成為現實。

    由于高速貼片機的精密貼片機在某些性能指標上的重疊，標準沒有完全將這兩種類型貼片機加以區別開來，準許用戶根據制造廠商提供的技術數據報告決定某類型貼片機的應用范圍。


    測量工具Implementation

    表征參數的規定 Characterization Limitations

    標準采用的表征參數由描述貼片機能力最基本的參數組成。允許在某些情況下可附加測量參數項。標準選用的一系列表征參數可作為制造廠商技術說明書中的核心部分，這部分在將來新版本中按技術條款進行修訂。

每種類型貼片機有很多種硬件與軟件的組合，標準不可能復蓋全部。但每種組合的差異都將會影響貼片機的整體能力，用戶應該懂得這些關系，而且應了解到標準中每一項參數的限制及所提供的靈活性，這樣才能達到正確的評估結果。


    制約性要求Binding Requirements

    本文件的主體是技術標準，在文件中的條款規定為具有制約力時，使用“Shall”一詞。附頁僅作參考之用。（譯者注：譯文中凡有下劃線者為制約性條款）。

    測量器件樣本Test Components

    標準規定選用五種器件封裝形式—QFP100，QFP208，BGA228，1608電容器，SOIC16代表貼片機貼裝器件封裝的適用性范圍。有關測量器件樣本的詳細材料見表3-1，第6節。

    檢測評估貼片機時，目的之一是取得由貼片機固有引入的貼裝誤差。為把貼片機所造成的貼裝誤差分隔開來，就需要其他因素對貼裝檢測全過程的影響。使用幾乎完美的測量器件樣本就能減少貼片機誤差評估的影響，這些器件樣本使得因器件封裝間尺寸變化的影響降到最小。例如，選用1608片式陶瓷電容器用作測量器件樣本，因為陶瓷疊層電容器的邊沿制造工藝精密，呈方形。而片式電阻未被選用，是因為經光學坐標測量系統（CMM）檢測，器件頂部邊沿與用作貼裝面的邊沿及底部很難對準。片式陶瓷電容器引線端略有些弧形，也會存在一些未定因素。

    SOIC-16作為測量器件樣本，因為其較低的成本及結構堅固。SOIC-16可代表貼片機對粗引腳間距器件印制板的貼裝能力，幾乎所有貼片機都能貼裝SOIC-16器件，這樣使用SOIC-16可對各種貼片機進行比較。SOIC-16，1608兩種器件封裝都采用卷帶包裝成本較低，大多數貼片機都能達到其最大的貼裝速度，1608，SOIC兩種器件應滿足JEDEC標準規定的技術要求。（JEDEC，美國電子器件工程協會）

    一種檢測用的玻璃器件樣本采用薄膜工藝制作器件封裝圖象，不存在引線彎曲變形等缺陷現象，適用于貼片機的光學視象檢測系統，可檢測得到完美的器件封裝圖象。玻璃器件樣本的基準標志圖形，提高了坐標測量系統（CMM）測量速度。根據基準標志坐標，CMM可測量得到每個器件樣本圖形的實際位置，取代原來采用的器件引腳，封裝邊沿尺寸等方法。玻璃器件樣本的基準標志經美國國家標準協會（NIST）鑒定，基準標志是唯一可用于表征器件樣本圖形坐標位置的參考點。在檢測及未知干擾對貼片機視覺系統正常操作影響時，玻璃測量器件樣本的基準標志不需要貼片機進行處理，這就減少了因貼片機光學測量系統引入的誤差。顯然經鑒定的玻璃器件樣本基準標志將測量系統導致的測量誤差降到最低程度，這對于貼裝偏差標準界限嚴格的精細引腳間距器件（QFP，BGA）尤為重要。

    在標準中，有兩種QFP封裝，一種BGA封裝形式的玻璃器件樣本，分別代表QFP-100，QFP-208，BGA-228器件，用于對具有IC貼裝功能的高速貼片機與多功能精密貼片機貼裝能力的評估比較，為保證測量的一致性，玻璃器件樣本在華夫盤中的安放位置應同一方向排列。

其他封裝形式的SMT器件也可按照本標準規定的方法制作，作為標準的擴展部分，可制作Micro-BGA，Flip-Chip封裝的玻璃器件樣本，代表相應的實用器件封裝。有關增加器件樣本的要求在本標準后面敘述。


    檢測樣板Test Panel

    標準的評估方法規定將選定的器件樣本貼裝在復貼粘膠帶/紙的玻璃檢測樣板上。這種方法有兩個優點；一是玻璃樣板相對環氧玻璃絲層壓板幾何尺寸穩定，后者對收縮彎曲敏感。其二，可使用標準的化學坐標測量系統（CMM）對樣板進行照明，CMM能完成高精度高速度大批量器件的測量。

    為簡化測量評估方法，標準規定檢測樣板的尺寸規格，進行各種類型的器件貼裝檢測評估。在標準中這種檢測樣板稱之PVP（Placement Verification Panel）貼裝檢測樣板。PVP基準標志的位置符合NIST標準要求，這些基準標志用于貼裝及測量設備的定位。標準檢測樣板可配用于下列器件樣本組（一批一種器件樣本組）：

a.36QFP-100，b.30QFP-208，c.100BGA-228，d.80SOIC16，e.4001608（片式陶瓷電容器），粘膠帶/紙的應用需要經驗，正確的粘貼工藝能固定器件的貼裝位置，如用量太多則會產生強烈的背射光干擾。粘膠帶/紙按相應指定應用指南。


    測量Measurement

    標準著重保證測量工具能正確表述整個測量過程，測量工具提供用戶一種對制造廠的技術報告進行檢查的方法，能保證兩者在雙方共同接受的原則下，正確評估貼片機的性能。光學CMM是評估表面貼裝過程的有力工具，其精確度與重復性明顯高于貼片機，對CMM要求具備的測量能力主要取決于被測器件的類型及制造廠提交的器件貼裝偏差標準界限的技術條件。

    評估測量系統性能的可接受條件稱之為測量重復性及再現性（GR/R），測量重復性及再現性（GR/R），確定對同一被測對象的多次測量結果的一致性。其要求測量數據的不確定性（6ⅹGR/R偏差）在優于25%被測對象技術指標范圍的。GR/R關注的是測量數據的一致性，不是測量數據的精確度。對坐標測量系統（CMM）的測量精確度檢測較準，附錄G進行計論。

    光學坐標測量系統（CMM）的精確度檢驗采用的是由經過鑒定的標準CMM校準樣板的進行對比校準方法，標準規定使用由表面薄膜工藝制作器件封裝樣本圖象的玻璃平板，經NIST鑒定作為標準CMM校準樣板傳遞。檢驗CMM的過程是把CMM對標準校準樣板的實測數據逐一對比該標準樣板鑒定報告書上的數據，計算得到其精確度。


    設備Equipment

    CMM測量設備可接受條件是對某一給定器件封裝類型，在規定的校準檢測程序下，應滿足或超過測量重復性，再現性（GR/R）及精確度的技術要求。

    自動光學坐標測量設備由于測量速度快，受到許多貼片機制造廠商和用戶的普遍好感。為得到有意義的統計評估結果需要大量的測量數據，需要測量的高速度。雖然本方法已證明能很好工作，但存在一些顯著的局限性，這些局限性制約了實際SMT過程一些結果的描述。

    CMM原先專為設備制造廠研制的，其光照系統和測量工具未為測量SMD器件進行優化設計，測量評估是利用被照明貼裝在PVP面上的器件樣本，在CMM上得到高清晰質量PVP樣板及器件樣本和圖象，然后測量器件樣本坐標位置。

    CMM的缺點除了成本及沒有靈活性，CMM的可靠結構，精密定位及高質量圖象等特點，其價格昂貴。CMM需要精密校準，對環境條件變化敏感，使得CMM不便于移動。


    報告Reporting

    測量結果應記錄在標準格式的表格中，貼裝性能測量表格的格式是IPC-9580-F1（Placement Perfor-mance Form），本格式有兩項，其一是貼片機的型號，表示該類型貼片機的通用性能，二是貼片機的序列號，確認本機器的技術性能。貼片機的貼裝速度及貼裝精度一并在表中列出。

    IPC-9580-F1由CMM測量器件樣本貼裝偏差的能力確認IPC-9850-F3（CMM Capability to Evaluate Metric Parameters）格式的支持，后者CMM校準檢測表格用于對貼裝性能測量表IPC-9580-F1貼裝檢測數據的測量保證。

    IPC-9580-F2（Reliability Performance Form）是可靠性數據格式，提供用戶記錄數據所確定的結果。其不象貼裝性能測量表格（IPC-9850-F1）列出的保證性能，而是用戶在其工廠根據收集相當量數據所得到的可靠性水平，這個可靠性格式為制造廠建立了一個基礎，據此提升SMT設備的可靠性，可維護性，實用性。


    格式Forms

    第七節，列示上述全部表格格式的副本。

    數據處理的方法Data Methods

貼裝偏差數據的統計處理，我們假定所有的偏差都服從正態（高斯曲線）分布法則。但事實并非如此，存在其他分布形式的數據也是正常的。正因如此。標準規定貼片機能力因素CPK為2.0，1.33兩級水平，這表示貼片機的貼裝偏差重復性精度分別為99.9968%，99.9999%。用戶在考核貼裝偏差的分布是否符合正態分布法則，重要的是取決于貼片機貼裝偏差的水平與能力因素CPK；1.33，2.0正確的相連關系。


    術語與定義Term and Definitions

    附加的術語與定義在表4-4，4.1.1-4.1.11節中介始。

基準標志Fiducials在PCB或其他玻璃，陶瓷等電路基板安裝面上用于貼片機視覺對準系統對基板進行定位及定向的圖形標志。

器件 Component用于在電路基板上構成功能電路的表面貼裝器件。

貼裝偏差Placement Error 實際貼裝器件位置與由貼裝程序經貼裝機定義的器件位置，兩者之間的物理距離。

檢測樣板Slug由NIST鑒定的有基準標志及器件封裝光學刻蝕圖形的玻璃檢測樣板。

X軸向平均偏差XDEV器件貼裝X軸向的平均偏差（平均檢測樣板上“9850 Verification”標志）。

Y軸向平均偏差 YDEV器件貼裝Y軸向的平均偏差（垂直檢測樣板上“9850 Verification”標志）。

Ө軸向平均偏差Ө DEV 器件貼裝Ө軸向的定位角度平均偏差（環器件X-Y軸面中心）

伸出 Overhang 器件引腳的寬或長方向超出焊盤輪廓線的邊沿部分，其原因是器件貼裝時，X，Y，Ө軸向綜合誤差所致。

輔助 Assist在貼片機運轉周期內發生的意外中斷，其需要滿足下列三個條件，即可恢復正常運轉：

a.通過外部的干涉（操作者用戶，人工或主控計算機），中斷的貼片機重新運轉。 

b.除制造廠指定的易耗另部件外，不存在貼片機另部件的更換。（此定義區別由貼片機貼裝SMD器件的操作）。

c.貼片機技術文件的操作規定不作進一步更改。

    貼裝時間 Build Time 貼片機吸持、貼裝檢測樣板上全部器件所占用的時間，包括檢測樣板基準標志識讀及吸嘴變換時間。

    故障 Failure與支持(Assist)不同，由規定的貼片機操作發生變動或意外中斷，為貼片機繼續運轉，按性質更換貼片機另部件或重新啟動。

產額Net Throughput每小時貼片機在檢測樣板上貼裝器件樣本的數量。

維修保養Preventive Maintenance (PM)按制造廠制定的PM日程計劃，停機進行維修保養。

重復性精度Repeatability多批次電路基板表貼器件貼裝位置的標準偏差。

    貼裝流水時間 Tact Time 給定的貼裝程序下，在檢測樣板上貼裝單個器件樣本所占有的平均時間，不包括基準標志識讀時間，吸嘴變換時間，換板時間。

    全程序貼裝流水時間 Total Tact Time給定的貼裝程序下，在檢測樣板上貼裝全部器件樣本所占有的平均時間，不包括基準標志識讀時間，吸嘴變換時間，換板時間。

    轉換時間 Transfer Time檢測樣板送入，送出貼片機的整個傳送時間，不包括在貼裝工作區檢測樣板滯留的時間。

a. 送入及送出貼裝工作區的傳動

b. 在貼裝工作區，檢測樣板被夾持固定及送開的時間

單位制Units of Measurement

    標準的所有尺寸均采用國際單位制，括號內為英制。如器件1608R，1608C片式元件等同于0603（60mil×30mil）。