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3DSPI在炉后焊点领域以及在

MiniLED、 MicroLED等超密集锡膏领域的测试应用

随着越来越多的SMT工厂已经开始导入3DSPI，3DSPI的应用场景也越来越多，除了测试正常印刷后的锡膏外，还测试很多其他的项目。比如测试胶水（红胶，黄胶，三防胶等等），银浆，炉后的焊点，以及焊盘密集度非常高的MiniLED、 MicroLED等。本文针对炉后焊点领域以及超密集度焊点领域的锡膏的测试与应用做一论述与说明。

1. 3DSPI在炉后焊点领域的测试

1.1 炉后焊点测试的背景

随着人们对电子产品的功能与品质的不断提高,电子产品朝微小化模块化的不断发展，越来越多的产品需要检测锡膏过炉后焊点的品质。特别如BGA等球型阵列的锡球，FPC的触点以及其他一些对炉后焊点有特殊要求的产品，还需要检测其3D的高度以及锡量等信息。这就需要3D检测设备来量测。思泰克研发团队运用相位调制轮廓测量技术从三个以上不同的角度打出结构光栅投影，再根据多步相移法计算出每个投影头的相位分布。最后通过计算三个以上投影头的有效信息，得到完整的三维成像数据。

1.2炉后焊点测试的硬件基础

区别于一般的印刷后锡膏检测，过炉后的焊点具有亮度高，反光强，干扰大等特点。所以用普通的3DSPI 去测试炉后的焊点3D成型效果都不是很好。如图1（普通3DSPI设备内部图像）

图1

因为锡球的表面反光强度很大，所以每个3D投影头照射到焊点上都会有一个对应的反光面，这部分的3D测量信息是无效的。必须要通过多个角度的3D量测数据综合分析，才能形成一个完整的3D成像数据。通过实际测试必须要三个以上的3D投影头才能保证3D数据的完整性。3D投影头越多，效果会越好。如图2（3投影头与4投影头内部结构图）

图2

1.3 炉后焊点测试的算法改善

一般锡膏的高度量测都是基于基准的平均高度与锡膏的平均高度，计算其相对高度。其测试原理一般如图3所示

图3

炉后焊点的测试，一般需要量测焊点的最高高度，所以在算法上不能取门槛以上的平均值，而是需要根据产品的实际情况取最高区域相应的百分比，或者相应的像素点个数来计算最高高度，其测试原理一般如图4所示,A为基准面的平均高度，B为锡球的平均高度，C为锡球的最高点。AB为锡球的平均高度， AC为锡球的最高高度。

图4

在实际测试中发现有一些产品的焊点周围作为基准的区域（base） 是半透明的，或者干扰比较严重的情况。针对这些情况我们通过在3D投影头下方的RGB+W 灯盘拍摄一张2D图片， 通过颜色抽取的方式来指定base的区域以及焊点的区域，过滤掉不需要参与计算的干扰区域。如图5

图5

1.4 炉后焊点测试的实际效果

运用三个3D投影头从不同的角度打出结构光栅投影到焊点上的成像效果如图6

图6

BGA焊点测试效果如图7

1.5 炉后焊点测试关键技术要点

n  通过三个以上的3D投影头无阴影，无干扰的取得焊点的3D成像数据。

n  通过RGB+W 2D灯盘得到2D彩色影像，并通过颜色过滤算法分别定义出焊点区域与基准面区域

n  通过计算得到基准面到焊点区域的高度数据。

n  通过设定参数范围设备能自动标示出不符合要求的焊点

2. 3DSPI在MiniLED、MicroLED等超密集锡膏领域的测试

随着科技的进步，显示屏领域的发展也是一日千里，诸如OLED、MiniLED、MicroLED等专业名词也经常走入我们的日常生活中。对于3DSPI技术人员来说，近年来也经常会接触到检测MiniLED、MicroLED等超密集焊盘的项目。对于动辄数量在几十万，甚至上百万个焊盘来说，用普通的3DSPI设备都会出现如gerber文件转换速度慢，测试速度慢，测试精度达不到客户要求，数据存储效率低等问题。

2.1.1 MiniLED、MicroLED等超密集焊盘的板子的特点

首先，MiniLED、MicroLED因为其物理特性都是由一颗一颗小LED灯泡组成，所以一片板子上小LED的数量是非常庞大的。我们在客户现场已经有遇到100万个焊盘以上的产品了。在不到一个指甲盖大小的区域，已经分布了大概几千个的焊盘。其次，MiniLED、MicroLED等单个焊盘的尺寸都非常的小。MiniLED的单个单元的尺寸大概在100-200μm，而MicroLED的单个单元的尺寸可以在50μm以下。这两个主要的技术特点对于现有的3DSPI设备来说是一个巨大的挑战。图9 microLED与普通Led的尺寸差异。

图9

2.1.1 3DSPI在硬件配置方面的改善

3DSPI的硬件配置主要由取像模块，运动控制模块，运算模块三部分组成。MiniLED、MicroLED因为其超密集度，尺寸小等特点，其三大件配置与一般的SMT 测试设备有很大的差异。如下表1是3DSPI在一般SMT行业 与在超密集小尺寸产品上的硬件对比。

表1

从表中可以看出应用在小尺寸超密集产品上的3DSPI设备的各方面配置都用到了行业内的最高配置。特别是大理石平台，线性马达与光栅尺的运用，确保了小尺寸焊盘的移动精度。业内领先的1.8μm解析度的远心镜头，确保了小尺寸焊盘的测试精度。图10  3μm解析度测试100*100μm尺寸的锡膏

图10

2.1.1 软件算法方面的改善

u  Gerber转换方面：3DSPI一般都是通过一种叫做Gerber的文件来制作测试程序。正常的SMT焊盘数一般都不会超过10万个焊盘。在转换Gerber文件到设备程序的时间正常都是在几秒到几十秒之间。当Gerber焊盘数量超过100万的时候，正常Gerber转换软件已经无法处理。国外主流的E**软件导入超过20W个焊盘的时候时间就要超过半个小时。已经无法满足正常的编程需求。思泰克智能的Gerber转换软件经过改善后导入100万个焊盘的时间在1-2分钟左右，大大提高了编程效率。图10导入超过100W个焊盘的Gerber文件。

图11

  u Load Job方面：目前主流的SPI设备 Load一个不同数量焊盘的Job 大概在几秒到几十秒之间。通过软件的log档案，可以查看到load job的具体时       间。公司技术团队将job数据转成分段字符串格式，有表头记录数据的索引位，再搭配并行、多线程进行存储和读取，相比jbn格式效率大概提升了   3-5倍，特别是百万级焊盘的存储读取效率。同时load一个100万的job ，改善前与改善后的时间如下表2。

表2

u  算法优化方面：100万焊盘的产品单个FOV的焊盘数量都非常多，而且每个FOV的焊盘数量基本一致，针对单个FOV 焊盘密集度很高的情况。除了升级电脑硬件配置如CPU、GPU、内存以外，在过滤算法，多线程并行算法，GPU算法方面都进行了优化。使的系统在整体运算方面的时间大幅提升，达到了客户的CT需求。

u  数据保存与查询方面：主流SPI的都是通过用数据库的方式来保存测试完的数据，最常见的数据库保存方式是用 Access 与Mysql等数据库格式。Mysql相比Access 在批量数据处理速度，资料处理能力，数据备份等方面都比较有优势。

2.1.1 总结

经过公司技术人员在硬件与软件两个方面的不断改善升级，目前测试100万数量级的焊盘从Gerber 转换，打开与保存程式的时间，测试精度，运算的能力与效率，以及数据保存的效率等方面都达到了不错的效果。整体的操作感受也得到了终端客户的肯定。此款设备的综合技术能力已经走在了全球的前列。图11

图12

参考文献：

哪个是未来？miniLED、OLED、MicroLED 详解  ．宅客ZhaiiKer．  2020-5

浅谈Mini LED 显示屏的光学应用与测试 ．复瞻智能． 2020-6