解決共面度檢查問題的量測方法
隨著汽車電子控制的發展以及智能手機和可穿戴設備的普及和小型化，對安裝在這些設備中的電子元件的小型化和高密度化的需求越來越大。
另一方面，在小型和密集組裝的電子設備中，即使是很小的負載也會導致貼裝印刷電路板或表面黏著設備連接部的翹起等問題。特別是在汽車和飛機上，由於關係到人的生命安全，因此需要與小型化一樣追求 IC 晶片等半導體封裝的表面黏著器件 (SMD)和連接器針腳等的連接品質。這就是共面度檢查變得重要的地方。
在這裡，我們將對影響電子設備安裝品質的導線、針腳和焊球等連接部分的共面度的基本知識和量測方法、量測中的問題以及最新的改進方法進行說明。
什麼是共面度
共面度（英文：coplanarity）是一個詞，表示多個點存在於同一平面上的性質或狀態。表面黏著器件和連接器等電子元件中的共面度是 PGA 針腳、BGA 焊球和連接器針腳等接觸點的最高部位和最低部位之間的最大值。也被稱為“表面均勻性”或“端子平坦度”。
例如，當表面黏著器件放置在完全平坦的印刷電路板表面上作為基準線時，允許共面度的值為印刷電路板表面與針腳或焊球的多個接觸點之間的最大間隙，被作為公差予以定義。有一個“對峙”作為一個容易混淆的元素。表示印刷電路板安裝面與器件封裝體（模具）底面之間的距離。
- A
- 共面度
- B
- 基準線
- C
- 對峙
共面度量測的重要性及其對品質的影響
如果電子元件的接觸點存在超出允許範圍（公差）的間隙，則在將電子器件貼裝到印刷電路板上時，可能會出現接觸不良或連接器接觸不良的情況，此外，使用時輕微的負載也有可能導致接觸不良。
量測和檢查電子零件的針腳、焊球和導線等連接部分的共面度，關係到零件本身的品質、組裝時的品質，甚至是出貨後在市場上的可信度。
特別是在對貼裝印刷電路板或器件施加負荷時，會發生肉眼不可見的裂紋、封裝體的裂紋等問題。此外，還存在針腳和導線尖端部焊點浮起的問題。在某些情況下，封裝上的負載會在樹脂部等處產生輕微的氣孔，從而導致內部腐蝕。
針腳、焊球和導線等接點部件會受到機械應力或熱應力，因為是通過沖壓加工、塑性加工、鍛造加工、切削加工、樹脂覆蓋和硬化等製程製造的。因此，共面度可能無法通過簡單地計算其二維尺寸來確定產品已按與圖紙相同的形狀製造。傾斜和彎曲等三維形狀變化也會導致間距和共面度發生偏差，從而導致連接不良。
以往的共面度量測的問題
我們將解釋以往的共面度量測方法及其問題。
使用塞尺進行共面度量測的問題
塞尺是一種通過將薄金屬板插入間隙來量測尺寸的量測工具。也稱為測厚儀。一般情況下，可以量測 0.03 到 1.00 毫米的窄間隙。
使用塞尺進行量測存在以下問題。
- 間隙是通過手動接觸對象物（如IC封裝的導線框）來量測的。但是，這種方法會導致量測值偏差很大，如果處理不當，可能會損壞電子元件。很難進行全數檢查，因為量測和檢查需要大量時間和精力。
- 由於無法將量測結果作為數據輸出，因此必須首先手動輸入數據以創建報告或實施不良率的趨勢分析等。
使用顯微鏡進行共面度量測的問題
量測顯微鏡是在金相顯微鏡和實體顯微鏡的基礎上發展起來的，可以達到1μm左右的量測精度。您還可以用數值檢查量測台的移動量。
使用顯微鏡的量測存在以下問題。
- 由於量測方向沒有自由度，需要用治具將工件固定在各個方向才能量測立體配置的多個針腳，非常耗時。
- 由於需要目視檢查尺寸，誤差是由量測人員造成的。
共面度量測的問題解決方法
用以往使用的普通量測儀和顯微鏡量測和檢查共面度需要花費大量的時間和精力，並且存在量測值發生偏差的大問題。此外，接觸式量測儀難以量測小型化的電子設備，而且量測過程中可能會損壞對象物。
為了解決這些量測問題，KEYENCE 開發了表面 3D輪廓量測儀“VR 系列”。
“VR系列”以非接觸方式在面上準確捕捉對象物的3D形狀。最快1秒3D掃描量測台上的對象物，高精度量測三維形狀。因此，可以在量測結果沒有偏差的情況下瞬時進行定量量測和檢查。這裡就其具體的優點進行介紹。
優點 1：可以簡單快速地量測形狀
使用“VR 系列”，只需將工件放在工作台上即可。通過自動移動量測台以匹配位置並即時掃描形狀，實現簡單的操作。消除了由於量測部位的差異等而導致的量測值的偏差。
此外，無需事先選擇和固定合適的治具，即可同時量測多個針腳、導線和焊球的共面度和形狀，大大縮短了量測所需的時間。
優點 2：可視化 3D 形狀。實現流暢的數據利用
“VR系列”掃描對象物整個表面的3D形狀並將其轉換為數據，因此可以輸出視覺上易於理解的圖像數據。
例如，可以集中捕獲由於大量並排的針腳和導線的彎曲和傾斜導致的高度差異，並將這些差異用顏色區分的 3D 圖像等來表示。因此，可以具體掌握對象物的哪一部分共面度超出公差範圍，是什麼形狀導致了問題，有助於發現不良原因和防止再次發生。此外，此類圖像數據可用於輕鬆創建易於理解的報告並與其他部門共享資訊。
結論：顯著改進困難的共面度量測，提高量測效率
使用“VR系列”，可以非接觸方式即時掃描和量測對象物的3D形狀。在電子元件的共面度量測中，不僅解決了以往的量測問題，而且大大提高了工作效率。
- 因為是非接觸式的，所以不存在因量測壓力而損壞精密電子部件的風險。
- 只需將對象物放在量測台上即可。由於可以自動定位和量測，因此量測值沒有偏差，實現了快速檢查。
- 可以同時量測多個並排的針腳、導線和焊球的共面度。
- 可以輸出視覺上易於理解的圖像數據，例如用顏色顯示 3D 圖像中的高度差。輕鬆創建易於理解的報告。
“VR系列”解決了以往電子元件量測的問題，實現了在表面對對象物的瞬時批量量測，在對應電子元件的小型化和高密度化等現代需求的同時，大大提高了量測或報告製作所需的工時和作業效率。
