Контрольный список визуального осмотра: Полное руководство по контролю качества печатных плат

Надежный контрольный список визуального осмотра является первой линией защиты от производственных дефектов в сборке печатных плат (PCBA). В то время как электрическое тестирование проверяет функциональность, визуальный осмотр обеспечивает долгосрочную надежность, выявляя структурные дефекты, такие как холодные паяные соединения, перекошенные компоненты или повреждения поверхности, до того, как продукт покинет завод. На APTPCB (APTPCB PCB Factory) мы интегрируем эти контрольные списки на каждом этапе производства для поддержания соответствия IPC Классу 2 и Классу 3.

Краткий ответ (30 секунд)

Для инженеров и менеджеров по качеству контрольный список визуального осмотра должен охватывать следующие критические границы:

Соответствие стандартам: Проверка на соответствие критериям IPC-A-610 (Приемлемость электронных сборок) для целевого класса (1, 2 или 3).
Диапазон увеличения: Используйте от 1,75x до 4x для общего сканирования; от 10x до 20x для проверки компонентов с малым шагом.
Освещение: Требуется холодный белый свет (>1000 люкс) с бестеневыми кольцевыми лампами для обнаружения проблем со смачиванием припоя.
Угол обзора: Осматривайте под углом 45 градусов, чтобы обнаружить поднятые контактные площадки и галтели, которые не видны при осмотре сверху.
Последовательность: Осматривайте по последовательному "Z"-образному шаблону или зона за зоной, чтобы предотвратить пропуск областей.
Документация: Регистрируйте каждый дефект с указанием местоположения (например, R12, U4), а не с расплывчатыми описаниями.

Когда применяется (и когда не применяется) контрольный список визуального осмотра

Визуальный осмотр универсален, но имеет физические ограничения. Знание того, когда полагаться на ручные проверки, а когда на автоматизированные системы, является ключом к эффективности.

Когда использовать контрольный список ручного визуального осмотра:

NPI и прототипирование: Необходим для первых 1-50 плат для проверки процесса сборки и выявления проблем с посадкой, связанных с дизайном.
Проверка после доработки: После ручной замены компонента оператор должен визуально проверить ремонт.
Крупные компоненты со сквозными отверстиями: Разъемы и трансформаторы часто блокируют камеры AOI, требуя человеческого глаза для проверки боковых галтелей.
Косметическая проверка: Проверка на наличие царапин, изменения цвета или выравнивания этикеток, которые автоматизированные системы могут неправильно интерпретировать.
Компоненты нестандартной формы: Детали с неправильной формой, которые трудно запрограммировать в стандартные библиотеки AOI.

Когда его недостаточно (требуется AOI или рентген):

Массовое производство больших объемов: Усталость человека приводит к пропуску дефектов через 1-2 часа; для обеспечения согласованности требуется Автоматическая Оптическая Инспекция.
Скрытые паяные соединения: BGA, QFN и LGA имеют соединения под корпусом; они требуют рентгеновского контроля.
Дефекты внутренних слоев: Визуальные проверки не могут обнаружить расслоения или обрывы дорожек внутри многослойной печатной платы.
Целостность высокоскоростного сигнала: Визуальные проверки подтверждают размещение, но не могут проверить импеданс или производительность сигнала.

Правила и спецификации

Стандартизированный контрольный список визуального осмотра основан на конкретных физических критериях. В таблице ниже приведены основные правила, используемые в APTPCB для оценки качества сборки.

Правило	Рекомендуемое значение/диапазон	Почему это важно	Как проверить	Если проигнорировано
Смачивание припоем	Угол смачивания < 90° (вогнутый галтель)	Обеспечивает прочное интерметаллическое соединение.	Микроскоп под углом 45°.	Холодные пайки, прерывистый отказ.
Полярность компонента	Выемка/точка соответствует шелкографии	Предотвращает немедленный отказ цепи.	Сравнить маркировку детали с наложением на печатную плату.	Выгорание печатной платы, короткие замыкания.
Выравнивание компонента	Нависание < 25% ширины контактной площадки	Поддерживает электрическую изоляцию и механическую прочность.	Увеличение сверху (4x).	Слабые соединения, потенциальные короткие замыкания.
Мостики припоя	0% допускается между проводниками	Предотвращает короткие замыкания.	Подсветка или угловая кольцевая лампа.	Немедленный функциональный отказ.
Шарики припоя	Нет > 0,13 мм (свободных)	Могут сместиться и вызвать короткие замыкания позже.	Сканирование с большим увеличением, тест щеткой.	Отказ в эксплуатации из-за вибрации.
Заполнение сквозного отверстия	> 75% вертикального заполнения (Класс 2)	Обеспечивает целостность соединения втулки.	Вид сбоку или рентгеновский образец.	Обрыв вывода, обрывы цепи.
Выступ вывода	1,5 мм - 2,5 мм (типично)	Предотвращает короткие замыкания на корпус/экранирование.	Штангенциркуль или визуальный измеритель.	Механические помехи.
Поверхность печатной платы	Отсутствие открытой меди или глубоких царапин	Защищает дорожки от окисления/коротких замыканий.	Невооруженный глаз + 2-кратное увеличение.	Долгосрочная коррозия.
Остатки флюса	Минимальные (безотмывочный) или отсутствуют (водорастворимый)	Предотвращает дендритный рост/коррозию.	Осмотр в УФ-свете.	Ток утечки, коррозия.
Профиль высоты	Соответствует механическому чертежу	Помещается внутри корпуса.	Высотомер / Калибр "проход-непроход".	Несоответствие при сборке.

Этапы реализации

Внедрение эффективного процесса контроля требует структурированного рабочего процесса. Выполните следующие шаги для внедрения надежного контрольного списка визуального осмотра на производстве.

Настройка окружения: Убедитесь, что рабочее место имеет ESD-защиту (антистатический браслет, коврик) и адекватное освещение (1000+ люкс). Очистите оптику микроскопа или лупы.
Сравнение с "эталонной платой": Поместите заведомо исправную "эталонную плату" (Golden Board) рядом с тестируемым устройством. Это обеспечивает немедленную визуальную справку для ориентации и размещения компонентов.
Общее сканирование поверхности: Держите плату на расстоянии вытянутой руки, чтобы проверить на наличие очевидных повреждений, подпалин или отсутствующих крупных компонентов. Проверьте плату на деформацию.
Систематический осмотр пайки: Используя микроскоп (4x-10x), сканируйте плату по "Z"-образному шаблону. Сосредоточьтесь на паяных соединениях. Ищите смачивание, форму галтели и перемычки. Это соответствует стандартным стандартам качества печатных плат.
Проверка компонентов: Проверьте значение и полярность критически важных компонентов (ИС, электролитических конденсаторов, диодов). Прочитайте лазерную маркировку на корпусе.
Проверка на наличие мусора и загрязнений: Ищите незакрепленные шарики припоя, обрезки проводов или излишки флюса между выводами с малым шагом.
Маркировка и регистрация: При обнаружении дефекта отметьте место неперманентной стрелкой или наклейкой. Запишите код дефекта (например, "U12 - Перемычка") в отчет о качестве.
Окончательная приемка: Если плата проходит все проверки, нанесите штамп или наклейку "QC Pass" на край печатной платы или на сопроводительный документ.

Режимы отказов и устранение неисправностей

Даже при наличии контрольного списка дефекты возникают. Понимание связи между визуальным симптомом и первопричиной помогает инженерам исправлять процесс, а не только плату.

Симптом: Эффект надгробного камня (компонент стоит на торце)
- Причина: Неравномерный нагрев или несбалансированные размеры контактных площадок, вызывающие неравномерное поверхностное натяжение.
- Проверка: Осмотрите геометрию контактной площадки и объем паяльной пасты.
- Исправление: Вручную припаяйте поднятую сторону.
- Предотвращение: Отрегулируйте рекомендации DFM для обеспечения теплового баланса на контактных площадках.
Симптом: Паяльные перемычки (короткие замыкания между выводами)
- Причина: Избыток паяльной пасты, низкое натяжение трафарета или слишком высокое давление при установке компонента.
- Проверка: Проверьте уменьшение апертуры трафарета (обычно 10-15%).
- Исправление: Удалите излишки припоя с помощью оплетки для выпайки.

Предотвращение: Чаще чистить трафарет; регулировать давление печати.

Симптом: Холодная пайка (Тусклая, зернистая, выпуклая поверхность)
- Причина: Недостаточный нагрев во время оплавления или нарушение во время охлаждения.
- Проверка: Проверить время профиля оплавления выше температуры ликвидуса.
- Исправление: Нанести флюс и оплавить паяльником.
- Предотвращение: Оптимизировать профиль печи оплавления.
Симптом: Деветинг (Припой отходит от контактной площадки/вывода)
- Причина: Загрязненные контактные площадки или окисленные выводы.
- Проверка: Проверить срок годности поверхностного покрытия печатной платы.
- Исправление: Очистить выводы, использовать более сильный флюс и перепаять.
- Предотвращение: Улучшить условия хранения печатных плат и компонентов.
Симптом: Смещенный компонент (Несоосность)
- Причина: Неточность установочной машины или высокоскоростное движение конвейера перед оплавлением.
- Проверка: Проверить координаты установки.
- Исправление: Перевыровнять с помощью станции горячего воздуха, если электрический контакт нарушен.
- Предотвращение: Откалибровать систему машинного зрения установочной машины.
Симптом: Недостаток припоя (Недостаточное соединение)
- Причина: Отверстие трафарета заблокировано или паста высохла.
- Проверка: Проверить чистоту трафарета.
- Исправление: Добавить проволочный припой вручную.
- Предотвращение: Внедрить автоматизированную инспекцию паяльной пасты (SPI).

Проектные решения

Эффективная инспекция начинается на этапе проектирования. Дизайнеры могут сделать контрольный список визуального осмотра проще и быстрее в выполнении, следуя определённым правилам компоновки.

Группировка компонентов: Группируйте мелкие пассивные компоненты в ряды, чтобы обеспечить более быстрое визуальное сканирование. Случайное размещение замедляет инспектора.
Индикаторы полярности: Убедитесь, что шелкографические метки полярности видны после установки компонента. Если корпус закрывает метку, инспектор не сможет её проверить.
Доступ для инспекции: Избегайте размещения высоких компонентов (например, конденсаторов) непосредственно рядом с короткими микросхемами с малым шагом выводов. Высокий компонент отбрасывает тень и блокирует угол микроскопа, необходимый для проверки выводов микросхемы.
Реперные точки: Хотя они в основном предназначены для машин, чёткие реперные точки помогают инспекторам-людям ориентироваться на плотных платах.
Разборчивость текста: Используйте толщину штриха не менее 6 мил для позиционных обозначений, чтобы они были разборчивы без экстремального увеличения.

Часто задаваемые вопросы

1. Может ли визуальный осмотр заменить электрическое тестирование? Нет. Визуальный осмотр проверяет структурную целостность и качество изготовления. Он не может обнаружить внутренние сбои микросхем, неправильную прошивку или микротрещины в дорожках. Его необходимо сочетать с тестами окончательного контроля качества, такими как ICT или FCT.

2. В чём разница между IPC Классом 2 и Классом 3 для визуального осмотра? Класс 2 (Специализированное обслуживание) допускает некоторые косметические дефекты, если функциональность сохраняется. Класс 3 (Высокая надежность) имеет более строгие критерии; например, Класс 3 требует 75% заполнения отверстий для сквозных отверстий, тогда как Класс 2 может допускать 50%.

3. Сколько времени должна занимать визуальная проверка? Для стандартной платы средней сложности ручная проверка занимает от 2 до 5 минут. Если это занимает больше времени, наступает утомление оператора, и точность падает.

4. Нужен ли мне микроскоп для всех проверок? Не для всех. Общие проверки сборки можно проводить с помощью лупы с подсветкой (3x). Однако компоненты 0402, QFP с малым шагом и проверка на наличие микрошариков припоя требуют стереомикроскопа (10x-20x).

5. Как визуально проверять компоненты BGA? Вы можете проверять только внешний ряд шариков с помощью бокового зеркала или эндоскопа. Внутренние ряды невидимы для глаза и требуют рентгеновского контроля.

6. Что такое "Золотая плата"? Золотая плата — это проверенный, бездефектный образец, хранящийся в качестве эталонного стандарта. Инспекторы сравнивают производственные единицы с этой платой для разрешения неоднозначности в отношении ориентации или размещения деталей.

7. Как часто инспекторы должны делать перерывы? Визуальный контроль требует большого зрительного напряжения. Инспекторы должны делать 5-10-минутный перерыв для отдыха глаз каждый час, чтобы поддерживать показатели обнаружения дефектов.

8. Лучше ли AOI, чем ручная проверка? АОИ быстрее и стабильнее для массового производства. Однако ручная инспекция лучше подходит для мелкосерийного производства, деталей нестандартной формы и оценки субъективных критериев, таких как «чрезмерный флюс».

9. Каковы предпосылки для основ программирования АОИ? Для перехода от ручной инспекции к АОИ вам потребуются хорошие данные САПР (координаты XY), согласованная библиотека компонентов и определенные параметры освещения для различных типов соединений.

10. Как документировать результаты визуального контроля? Используйте цифровую систему управления качеством (QMS) или простой бумажный сопроводительный лист. Запишите серийный номер платы, конкретный код дефекта и позиционное обозначение.

Стандарты качества печатных плат: Подробное изучение классов IPC и критериев приемки.
Автоматическая оптическая инспекция (АОИ): Когда переходить от ручных контрольных списков к машинному зрению.
Рекомендации по DFM: Советы по проектированию, чтобы упростить инспекцию и производство ваших плат.

Глоссарий (ключевые термины)

Термин	Определение
Галтель	Вогнутая поверхность припоя, образованная между выводом компонента и контактной площадкой.
Мениск	Изогнутая верхняя поверхность припоя; указывает на хорошее смачивание.
Эффект надгробия	Дефект, при котором компонент встает на один конец из-за несбалансированных сил смачивания.
Холодная пайка	Соединение с плохой смачиваемостью, характеризующееся тусклым, серым или пористым видом.
Перемычка (Bridging)	Нежелательное электрическое соединение (короткое замыкание) между двумя проводниками, созданное избытком припоя.
Пустоты (Voiding)	Пустые пространства или пузырьки воздуха, застрявшие внутри паяного соединения.
Компланарность	Состояние, при котором все выводы компонента лежат в одной плоской плоскости.
Десмачивание (De-wetting)	Состояние, при котором припой изначально покрывает поверхность, но затем отступает, оставляя тонкую, нерегулярную пленку.
Head-in-Pillow	Дефект BGA, при котором шарик припоя лежит на пасте, но не сливается в единое соединение.
Позиционное обозначение	Буквенно-цифровой код (например, R1, C5), напечатанный на печатной плате для идентификации компонента.
IPC-A-610	Отраслевой стандарт, определяющий требования к приемлемости электронных сборок.
Эталонная плата (Golden Board)	Идеальный образец, используемый в качестве визуального эталона для инспекторов.

Запросить коммерческое предложение

Готовы перейти от прототипа к производству? APTPCB предоставляет комплексные обзоры DFM и строгие протоколы контроля качества, включая AOI и рентген, чтобы гарантировать, что ваши платы соответствуют каждому пункту вашего контрольного списка визуального осмотра.

Для получения точного коммерческого предложения, пожалуйста, предоставьте:

Файлы Gerber (формат RS-274X).
Спецификация (BOM) с номерами деталей производителя.
Сборочные чертежи, указывающие особые требования к проверке.
Желаемый класс IPC (2 или 3).

Заключение

Хорошо структурированный контрольный список визуального осмотра необходим для отсеивания производственных дефектов и обеспечения надежности продукции. Сочетая ручную проверку прототипов с автоматизированными системами для серийного производства, инженеры могут поддерживать высокие стандарты качества. В APTPCB мы применяем эти строгие критерии контроля к каждому проекту, гарантируя, что полученные вами платы готовы к эксплуатации.