IPC中文版

IPC-9850

表面贴装设备标准

集成设备附属委员会（5-41）

正式提案2001.5

译者序言

IPC5-41附属委员会，由SMT设备用户和供应商组成，制定了IPC-9850标准，它将描述贴装机器能力的性能参数标准化，从而简化了评估贴装机器能力的过程。它结合了贴装产出和贴装品质，因此速度与精度参数相互依赖。该标准也规定了一致的、可证实的、性能参数测量的方法。最终结果将是一个共同的语言，运行用户和供应商对设备性能更有意义的沟通。

IPC（theInstituteforpackagingandinterconnect）:封装与互连协会由300多家电子设备与印制电路制造商，以及原材料与生产设备供应商等组成，下设若干技术委员会。SMEMA（theSurfaceMountEquipmentManufacturesAssociation）表面贴装设备制造商联合会现在已经并入IPC。IPC还包括IPC设计者协会（主要是PWB印制电路板的设计者）、ITRI（InterconnectionTechnologyResearchInstitute）互连技术研究会和SMC（SurfaceMountCouncil）表面安装委员会。

目录

1

简介

1.1

范围

1.2

目的

1.3

历史背景

1.4

执行

1.4.1

限制条件

1.4.2

测试元件

1.4.3

测试板

1.4.4

测试方法

测量仪器

报告

1.5

表格形式

1.6

数据格式

1.7

术语解释

1.8

测试单元

2

参考文献

3

贴片机性能

3.1

贴片机特性表IPC-9850-F1

3.1.1

共性

3.1.2

性能认证

3.2

描述方法

3.2.1

背景

元件可变性

可贴片元件范围

板可变性

3.3

机器性能参数

3.3.1

测试条件

头/轴的数目

头/轴的类型

摄像头的类型

送料器/送料托盘的数目

吸嘴的类型

吸嘴的数目

贴装的板数

每块贴装板上的元件数目

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3.3.2

基本时间参数

贴装时间

传输时间（Tt）

总体节拍时间

节拍时间

净产量

3.3.3

CMM测试参数

稳定性

精确度

Cpk的规定极限

用Cpk描述元件终端覆盖焊盘的精确度

4

不良比例和可靠性能表——IPC-9850-F2

4.1

不良比例

4.2

可靠性参数

4.2.1

辅助之间的贴装平均值（MPBA）

4.2.2

修理辅助的平均时间（MTTRA）

4.2.3

失效之间贴装平均数（MPBF）

4.2.4

修理失效平均时间（MTTRF）

4.2.5

总时间

4.2.6

非计划时间

4.2.7

操作时间

4.2.8

机器正常运转时间

4.2.9

预防性维护（PM）时间

抓取失败率（PPM）

4.3

测试地点

4.3.1

机器数目

4.3.2

贴片机总数

4.3.3

抓取元件总数

5

测试能力确认——表IPC-9850-F3

5.1

稳定性和重复性能力规定

5.2

精确度能力

6

测试工具

6.1

贴装测试板说明

6.2

贴装测试板传送器说明

6.3

玻璃片规格

6.4

粘胶介质的应用

6.5

贴装程序

6.5.1

1608C元件

6.5.2

SOIC-16元件

6.5.3

QFP-100和BGA-228玻璃元件

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6.5.4

QFP-208玻璃元件

7

表格和图表

附录A:能力指数

附录B:CPK值的规定极限值

附录C:机器能力测试中粘结剂的使用

附录D:贴片后采用光学坐标检测元件的推荐方法

附录E：贴装板上元件的位置

附录F：精度测试板上元件的位置（待开发）

附录G：如何进行GR&R测试、GR&R电子表格简介

附录H——GR&R电子表格的介绍

附录I——贴装测试板托架

附录J——“终端覆盖焊盘率计算.XLS”电子表格使用介绍

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1 简介

1.1 范围

这个标准是以说明书的形式对贴片机的贴装能力进行描述的。也就是在一定的贴装精度和贴装速度关系条件下，检验某一规格的贴片机是否与说明书相符合。

1.2 目的

采用一定的参数、测试程序和方法对贴片机的性能进行说明、评估和长期认证。IPC-9850将这些参数、测试程序和方法进行了标准化。用这些标准化的工具来获得出现在本标准中的信息并报告之。

1.3 历史背景

随着表面贴装技术（SMT）的发展，用户始终面对着在特定的生产环境中能使贴片机保持最佳工作状态的问题。能够精确对中、快速贴装元件到印刷线路板（PWB）的焊盘布局上（pattern）是贴片机的一个优势，也是选择贴片机的起码标准。贴装速度最快而对材料的损伤最少的贴片机才是最好的贴片机。

最初，通用的评定贴片机的方法是看其贴装产出率。根据这一标准，贴片机为用户贴装了大量的产品，能够目测到贴装错误的产品才是废品。在当时，最少的废品和最耐用的机器就是最好的机器。对于现代贴片机的高产量和可靠性的评定，需要收集大量的评估产量和可靠性的有效数据。这个标准提供了一个新的衡量现代贴片机产量和可靠性的工具，性能结果还是以传统的形式表现。

此外，除了产量和可靠性的要求，对贴片机的需求也越来越广泛。元件尺寸逐渐减小，元件的引脚越来越密，贴装位置越来越紧凑。而且，印刷线路板（PWB）上的元件和产品的种类显着增加。现在的贴片机必须更高速精确贴装以降低成本。这就对贴片机提出了更多的要求。

在过去，贴片机厂商采用自己的参数和方法来说明机器的生产能力和产量。众多的评估手法造成在相似类型机器之间进行优劣性比较的难度增大。为了获得比较数据，用户不得不

采用相同条件下不同机器现场开工比较的方法。这种方法浪费了用户的大量时间，同时要求厂商有雄厚的资本。

这个标准将描述贴片机贴装能力的性能参数标准化，从而达到了简化评估过程的目的。同时，也将贴装产量和贴装质量联系起来，即贴装速度和贴装精度是相互影响的。标准也规定了测量贴片机贴装能力参数的方法。从而减少了由于客户怀疑机器功能是否正常而造成客户与厂商之间的潜在矛盾的发生。这里采用的方法是始终如一的、有据可察的，是客户与厂商之间通用的方法。

这些方法是通过从所有的SMT工艺变量中分离贴片机的性能参数来获得的。包括印刷锡膏、元件质量、包装类型和PWB质量等参数。这个标准中的速度和质量评估方法指出，所做的测试是把标准元件贴到洁净的玻璃板上的粘性介质上进行的。经验表明表面贴装设备要想在生产中运行良好必须先在粘胶介质上运行良好。而且，提高在粘胶带上的工艺能力通常也就是加强在生产中的工艺能力。虽然这种方法不能用来预测产品的质量，但可以用来尽可能的减少设备、产品、工艺和操作之间的变量。

虽然最终目标是评估机器在真实PWB上的贴装能力，但是以实际生产中的精度和速度进行测试是不现实的。我们希望将来的在线监测系统能够提高测量元件的位置和方向的能力。在将来有可能实现使用在线的贴装后（POST-PLACEMENT）（在回流焊前）AOI处理系统来测量贴片机的贴装能力。

由于高速贴装和细间距元件贴装设备之间没有明显的界限，在本标准中没有将其分成两种类型的机器。客户可以根据厂商提供的数据来决定那一款是最好用的机器。

1.4 执行

1.4.1 限制条件

这个标准是由一系列表面贴装设备的最基本的参数组成的。在某些场合下补充规定是有其价值的。标准中选用的参数集中有作为厂商通用说明中要求的核心部分最佳子集。这一核心部分将来将作为技术规定进行修订。

此外，因为软件和硬件在每一种独立类型的机器上有着多种可能组合，标准不可能包含所有的组合形式。这些特征和选择对特定机型的整体能力都有影响，这些复杂性将留给用户去体会。而且，用户有义务理解标准中给出的每一个参数的限制条件和误差，才能得出正确的性能结论。

1.4.2 测试元件

选择QFP-100、QFP-208、BGA-228、1608C电容和SOIC-16这五种类型的元件为贴装元件的代表。详见表3-1和第6节。

在考核一部贴片机时，其中的一个目的就是评估贴片机引起的误差。隔离贴片机对贴装误差的影响，能很好的减少其他因素对贴装误差评审工艺的影响，这也正是本标准想要厂商能够作到的。采用最好的元件可以很好的减少元件对贴装错误估计的影响。这样元件误差的影响减小到最小，与SMT元件间的变量联系起来。例如，选择1608C电容芯片作为测试样品主要是因为其侧边的制造精度高，外形方正。之所以不选择芯片电阻，是因为它的顶部外缘的制造形式，在贴片机的CMM摄像头下不能靠侧边或底边很好的定位。但由于陶瓷的芯片电容为球形，所以在确定它的电极时仍然存在一些问题。

选择SOIC-16集成电路作为一个标准元件，是因为它相对低的成本和坚固的结构。SOIC-16元件可以代表很大范围的标准化粗间距引脚元件。几乎所有类型的贴片机都可以处理SOIC-16器件，因此使用SOIC-16为样板，可以对不同的贴片机进行比较。而且1608C和SOIC-16都采用了经济的带式包装，此种包装方式能使贴装速度达到最大从而得到了广泛的应用。不管1608C还是SOIC-16都要符合JEDEC标准。

玻璃元件能给贴片机中的视觉系统带来无弯曲引脚和其他缺陷的完美图像。玻璃元件还具备基准Mark点，可以加速坐标测试器（CMMs）的测量速度。CMM通过测量玻璃元件上的基准Mark点，而不是玻璃元件真实特征，来计算玻璃元件特征的位置。只有通过NIST认证有效的玻璃元件基准Mark点才可以用来表现玻璃元件特征的位置。在贴片机测试中不对玻璃元件基准Mark点进行处理，这些点对正常的视觉系统操作没有什么影响。明确定义基

准Mark点有利于减少整体误差，包括测试仪器本身的部分误差，尤其重要的是密间距元件（QFP和BGA）的规定误差要求非常严格。

在这个标准中，选用了两种QFP和一种BGA玻璃元件为代表元件。尤其是QFP-100、QFP-208和BGA-228这三种元件可以用来对很大范围的具有特定IC盘和复合贴装功能的射片机（chip-shooter）进行比较。当利用玻璃元件时，为了维持连续性，料盘中的玻璃元件应该保持相同的方向。

可以利用标准中定义的相同的基本方法对其他类型的SMT元件进行分析。采用玻璃元件代表微小BGA（micro-BGA）和倒装芯片(flip-chip)元件，很显然扩充了厂商和用户所希望考虑的因素。标准的后面会提到相关其它类型元件的附加规定。

1.4.3 测试板

标准中的测试方法是，将元件贴到洁净的玻璃板上的粘胶介质上。这种方法有两个优点。第一，玻璃板的尺寸稳定，与环氧树脂玻璃PWB原料不同，玻璃板不容易收缩和卷曲。第二，可以利用标准光学坐标测试仪（CMM）对元件外形进行照明。CMM可以快速准确测量大量元件。

为了使评估过程简单化，采用相同玻璃板贴装不同类型元件进行评估和认证。标准中提到的板称为贴装认证板（PVP）。PVP的特殊位置上有位置精度符合NIST标准的基准Mark点。这些点可以作为贴装和测试仪器的参考点。

在标准中与测试板匹配的元件如下（每次一组）：

a) 36个QFP-100

b) 30个QFP-208

c) 100个BGA-228

d) 80个SOIC16

e) 400个1608C（电容）

粘胶介质的使用需要有经验基础。粘胶的量应该足够粘着元件，但又不能过多，过多会与背光亮度干涉。附录C将说明如何使用粘胶介质。

1.4.4 测试方法

这个标准主要用来确保测试工具能够正确描述工艺。为用户提供有效的测试工具检验厂商提供的数据是否属实。同时，也为厂商保证了用户能正确评估机器性能。CMM可以用来作为评估表面贴装工艺的标准，必须具备明显高于贴片机的精确度和重复性的精确度和重复性。CMM要求的测试能力主要取决于被测元件类型和厂商提供的规定限制条件。

测试系统性能的可行性的方法称为可重复再现性法则（GaugeRepeatabilityandReproducibility－GR&R）。这种方法决定了测试系统能够对相同的产品进行连续的反复的测试。这种方法要求测量不确定性（6倍的GR&R误差）的绝大部分都在被测产品的说明范围内。GR&R法则不保证测试精度，只保证连续性。需要采用其他的测量方法证明CMM测量程序得到的结果是正确的。附录G将进行论述。

CMM的精度只能通过反证法测得。标准中所选的量具是刻有选定元件形状的符合NIST标准的玻璃测试板。玻璃板在CMM上测量，然后将CMM测得的位置报告与测试板合格说明书中的元件图像真实位置进行比较，从而得到结论。

1.4.4.1 测量仪器

所选的测试仪器应该满足或超过GR&R和特定元件的特定评估程序下精度限制的要求。

自动光学坐标测试仪由于具有较高的测试速度而被许多贴片设备厂商和用户普遍使用。为了获得可靠的统计结果需要进行大量的数据测量，这要求测试系统有极快的测试速度。虽然这种方法很有效果，但也有很多限制条件。

最初的CMMs系统是用于机器生产中的，其光学系统和测试工具对于表面贴装元件来说并不是最优的。在贴装评估过程中利用了洁净的PVP板的仪器使得在CMM上得到高质量的图像成为可能。元件被贴装到PVP板上、被照亮，然后进行位置测试。

CMM的缺点是成本高、灵活性差。由于采用了许多特征以得到坚固的结构、精确的位置和优质图像，使得CMM的成本很高。CMM要有精密的刻度和随环境条件改变的灵敏度，这些导致了它不能是便携式。

1.4.4.2 报告

测试结果以标准表格的形式记录。表IPC-9850-F1是贴装性能表。这张表有两个截然不同的功能。第一，表明某类型机器的通用性能；第二，证实该系列机器的特殊性能。表中还列有通过仿真得到的速度和精度值。表IPC-9850-F3中是证实CMM能力的评估参数表格，为表IPC-9850-F1中的数据的正确性提供有力依据。

表IPC-9850-F2是可靠性表格，表中所列是用户反馈的典型结果。与贴装性能表不同，性能表格是引证厂商保证的性能，可靠性表格只是表明贴片机可靠性水平数据，它是用户在工厂中使用厂商提供的贴片机时收集到的表面数据。但是，这个可靠性表格确实为贴片机工业提高其可靠性、有效性和可维护性奠定了基础。

1.5 表格形式

第7节中列有所有需要的表格副本。

1.6 数据格式

关于贴装误差数据的统计学处理，我们假设它们服从正态分布（高斯定理）。但不一定总是如此。数据有其他分布形式并没有内在的错误。不管怎样，根据环境的不同，对于规定的两个极限指标Cpk值(1.33和2.0)，总会有一部分是符合Cpk极限值的，分别少于99.9968%和99.999%。如果机器精密贴装的错误贴装极限值是否与Cpk值1.33或2.0相一致对用户是至关重要的，那么用户在认证具有极其接近正态分布数据的机器时一定要谨慎。

1.7 术语解释

基准点：设在底板——如PWB和玻璃板上——贴装视觉系统用来确定位置和方向的参考点。

元件：用来组装成电子产品的表面贴装部件。

贴装误差：元件贴装的真实位置与贴装程序中数据指定的元件贴装位置的物理距离。

玻璃元件：通过NIST认证的刻有单一元件图像和基准点的玻璃板。

Xdev：X方向的贴装误差（平行于PVP板标签“9850认证”的方向）。

Ydev：Y方向的贴装误差（垂直于PVP板标签“9850认证”的方向）。

θdev：旋转贴装误差（元件在X-Y面上的质心位置）。

突出量：引脚宽度部分，在引脚的顶部，超出焊盘的部分。主要是由X、Y和θ误差综合造成。

援助：在下面3种场合下无意中中断设备的运行：

 通过外部干涉恢复运行（如控制器或用户终端，也可以是人或主机）

 没有可替换的机械部件（区别贴装元件），不同于厂商指定的损耗部件。

 与操作说明没有更多的不同。

贴装时间：贴片机拾取和贴装所有元件的累计时间。这个时间周期包括基准的读取时间和吸嘴的更换时间。

错误：与操作说明书的操作说明不同的无意中的中断或变化，但不同与援助。尤其是某些贴装部件必须更换或已经关机仍然向后以继续生产。

净生产量：贴片机一小时内在认证PVP板上贴装元件的数量（CPH）。

预防性保养（PM）：厂商提供的保养表中要求的机器休息时间。

重复性：在复合板上贴装复合元件时的贴装误差的标准偏差。

间隔时间：维持指定的贴装工艺能力时贴装一个元件所必须时间，不包括传输时间、测基准的时间和更换吸嘴的时间。

总间隔时间：维持指定的生产工艺能力时贴完认证板上的所有元件所需时间，不包括传输时间、基准测试时间和吸嘴更换时间。

传输时间：基板传入和传出贴片机的总体时间，不包括基板在工作区内的传输时间。

 传入和传出工作区

 在工作区内夹紧/松开基板的时间

焊接区：通常指IPC-T-50术语解释中提到的PWB板上的终端面积的一部分，但不排除连接和/或接头元件，通常也指焊盘（pad）。

1.8 测试单元

文件中的所有尺寸都采用国际单位制，括弧中的为英制单位。所有涉及的元件也采用国标，如1608C就等同于0603（60mil×30mil）型元件。

2 参考文献

IPC-A-610电子产品贴装的可接受性

IPC-SM-782表面贴装设计和焊接范围标准

IPC-T-50互连和包装电路板的术语解释

SEMIE10-0699E定义和测试仪器可靠性的标准

MSA-2测试系统分析1995年2月第二版

IPC/EIAJ-STD-001电子产品焊接和贴装标准（有时也叫国际焊接标准）

3 贴片机性能

3.1 贴片机特性表IPC-9850-F1

该表有两个不同的功能（见表7）。第一，列出了该型号贴片机的通用性能；第二，通过序列号确认每一台机器的装运性能。表的上方分成两个部分。左上方填写厂商和机器型号。右上方的表格只当要装运时才能用到：

 序列号

 生产时间和日期

下面分四部分对表格正文进行介绍：

Ⅰ得到表格Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ报告数据所需的测试条件：

 头/轴数

 头/轴型号

 摄像头型号

 吸嘴型号

 吸嘴数

 构成板的区域数

 每区元件数

由报告的结果可以知道设备上的软硬件安装情况。

Ⅱ介绍了元件贴装生产循环中的基本时间参数。参数为：

 生产时间（s）

 传输时间（s）

 间隔时间（s）

从基本时间参数中可以得到净生产量（CPH）。

Ⅲ和Ⅳ这两部分表示，在Ⅰ的设置条件下收集Ⅱ的数据时CMM测得的板上贴装的参数：

 重合性（一个标准偏差）

 对于指定的极限参数Cpk=1.33的精度

 对于指定的极限参数Cpk=2.0的精度

 终端焊区覆盖率为50%时的Cpk值

 终端焊区覆盖率为75%时的Cpk值

附录D是计算元件中心位置以得到测量误差的两种可能算法。

3.1.1 共性

使用IPC-9850标准时，使用标准中的算法得到的公制表格IPC-9850-F1，该表就表示特定机型的贴装能力。完全拷贝该表，它就成为贴片机文档和性能包的一部分（也就是将其应用到所列机型中，成为通用表）。

3.1.2 性能认证

在向用户交货前，应用表IPC-9850-F1对每一部机器进行性能认证。厂商为用户提供IPC-9850-F1表，该表中具有采用标准中的算法得到的至少一种贴片元件的数据。厂商会提供最具代表性的那台机器能贴装的（提供给用户的那台机器）贴装元件的数据，至少是用户和厂商公认的。如果使用表IPC-9850-F1认证某台机器的性能，那么就会提供机器的序列号和生产日期。

只有对1608C的性能认证是特例。特例是指，确认机器装运性能时，厂商可以选择只测试板上的1，5，9，13，17和20这几行进行测试（第一行是指“IPC9850测试板”标签上方的第一水平行元件）。这个特例主要是为了减少厂商为准备装运所花时间。尤其是，为了减少CMM的测试时间和大量板上元件贴装后测试前等待测试的时间。毕竟根据标准的程序，测试板上要贴装400个元件。

对于IPC-9850-F1中提供的厂商认为在贴片机贴装能力范围内的元件也应在机器类型评估时评估。此外，对于其他类型元件应增加厂商认定。如果这样做，应遵循下面的流程：

至少有30个元件/玻璃元件，或者适合“8×8”测试板尺寸的数量。

四个方向必须同样利用（除非贴片机不具有多面贴装能力）。

测试板基准内的所有面积都要用到。

贴装模型应该布局平衡，密度合理，从左到右，从上到下。

板是运行的。

如果模型中少于100个部分，每个部分都要测量。

如果布局中至少有100个部分，而且每行的方向相同，那么列中的系统样本精度必须测试；如果每列的方向相同，则行中的系统样本精度必须测试。

3.2 描述方法

3.2.1 背景

过去有很多评估贴片机性能的方法。本标准中选用非接触光学CMM对关于测试板基准点的元件位置的测试。之所以选用这种方法，是因为厂商和用户对CMM都有很广泛的了解，并开发了利用CMM设备的评估方法和测试工具。

为获得指定参数的数字值，描述方法设计成可重复性和重合性的，且与特定的用户产品不相关。为了达到这一目的，指定了一个标准PVP板作为所有程序的通用测试基板。（见6.1节）测试的媒介上压有一层有胶的薄层，用来扑捉和把持贴装元件。

描述程序的结果是得到一系列的性能参数。这些参数通过四块PVP板进行评估。四块板必须连续贴装，将它们视做生产环境中比邻的四块PWB板。因为只对四个连续的板进行测试，利用机械的PWB板前或后缓存器为其它的板得到适当的脉冲率。只要厂商提供的PVP传送器能够正确传送一块PVP板，就可以在测试中使用厂商提供的传送器。附录Ⅰ是委员会成员们设计的一款PVP板传送器。

3.2.1.1 元件可变性

采用玻璃元件代替QFP-100、QFP-208和BGA-256贴装元件可以减少由于元件间的物理区别造成的可变性。6.3节中将专门介绍玻璃元件。根据离散元件的高质量和包装问题特性，对其的贴装测试采用6.5节中指定质量的SOIC-16和1608C元件。

3.2.1.2 可贴片元件范围

标准的PVP板是用来接受不同类型的贴装元件的，在设计每块板的同时也设计了每种元件在板上的贴装布局。这样做是为了避免某种机器不能贴装所有指定的元件。尤其是设计的高速贴片机没有贴装QFP或BGA元件的能力，没有设计密间距元件贴片机快速贴装1608C的能力。每种元件的贴装位置见附录E。

每一个厂商都利用贴装优化程序对贴装指令进行优化，哪个吸嘴贴装哪个元件，哪个相机要动作。毕竟希望所有的轴/吸嘴都尽可能得到均衡利用，在特定的轴/吸嘴完成的贴装动作中所有的吸嘴和旋转连接件都尽可能的利用到（可以手动优化布局，排除部分吸嘴）。在最小化状态下，板组只需用到一个贴片头和相机合作。用户有责任决定采用一个或多个贴片头和相机结合动作，使一种类型的机器的速度和精度结合得到最佳的优化结果。

3.2.1.3 板可变性

为了获得每个元件在板内和板子之间的变量源，对四个板子进行组装。在寻找基准点的过程中，利用四个板子捕捉板间的贴装变量。基准点的读取工艺主要是为了判定板的方向而进行的基准点读取和数学分析从而获得图像处理误差。

3.3 机器性能参数

3.3.1 测试条件

表IPC-9850-F1的测试条件参数部分报告了在执行速度和重合性/精确度程序时的机器条件。选择这些条件主要是为用户提供阐述和消化性能文件的有效信息。

3.3.1.1 头/轴的数目

在该标准中，利用头/轴数对机器性能进行评估。每一个头/轴都要平等的用到。贴装程序不用手动优化以避免某些轴向移动或旋转。（轴通过上下移动进行元件贴装。轴的末端是吸嘴，使轴适用于一定范围类型的元件。有些机器有多个吸嘴轴，有些机器有多个轴头，还有些机器有复合贴装头。）只记录使用的头/轴数。

3.3.1.2 头/轴的类型

这是指对中元件用的头/轴类型。（有些机器对于不同类型的元件使用不同的头/轴。）只记录使用的头/轴类型。

3.3.1.3 摄像头的类型

在标准中，这主要是指对中元件用的相机类型。（一些机器对中一种元件使用一种类型的相机，而对中另一种元件使用另一种相机。还有一些机器要使用多种相机对才能对一种特殊元件对中。）

3.3.1.4 送料器/送料托盘的数目

在该标准中，这主要是指机器性能评估中用到的元件送料器和送料托盘数量。（有一部分机器的速度会受到送料器数量的影响。有时候，为了达到最大的产出，需要在多个送料器上安装同一种元件。）

3.3.1.5 吸嘴的类型

在该标准中，这是指在性能评估中轴所利用到的吸嘴类型。（有些机器为了吸取和贴装一种特殊类型元件要使用多种吸嘴。）

3.3.1.6 吸嘴的数目

在该标准中，这是指性能评估中头/轴利用到的吸嘴数。

3.3.1.7 贴装的板数

在该标准中，这是指评估性能参数时贴装的板数。

计算方法——程序中指定的板数量为四。

3.3.1.8 每块贴装板上的元件数目

在该标准中，这是指进行性能参数评估时板子上面贴装的元件数。

计算方法——贴装元件数由与每一个特定部分对应的程序指定的。

3.3.2 基本时间参数

这些参数描述的是完成在PWB板（这里是指玻璃测试板）上贴装元件的一个循环的时间段。图3-1和3-2描述了这些参数是如何定义的。在获取重合性和精确性值时，这些被测参数——贴装时间，传输时间和节拍时间——必须是在板上贴装条件下获得的。

这些基本时间参数的测试程序中需要用到秒表和/或示波镜。秒表用来测试一个循环周期所用的时间。示波镜用来监测硬件的变化，以辨认用裸眼不易辨认到的循环的开始和结束时间。

图3-1：单板上的性能参数描述

图3-2：四块板上的性能参数描述

测试基本时间参数的能力必须经过用户验证以确保其精确性，也就是重合性和精确性都是可接受的。秒表和/或示波镜必须在0.01秒内可以得到结果，甚至更快。必须进行GR&R学习，以证明重合性测试小于0.01秒的精度，或者误差比率小于25%（详见附录G关于GR&R的讨论）。

3.3.2.1 贴装时间

在该标准中贴装时间是指每一个标准板贴装所需的平均时间。它包括板的对齐时间，元件的贴装时间和更换吸嘴的时间。贴装时间不包括板传入和传出工作区的时间。一些机器将基准对中和元件贴装的操作交叠在一起进行。还有些机器把吸嘴的更换和拾取动作与传输动作交叠在一起进行。贴装时间里没有将这些因素计算在内。

测试程序——用滤波器或秒表测试板在工作区的时间。夹紧装置夹紧开始计时，夹紧装置松开计时结束。贴装四块板，得到四块板的平均贴装时间。

计算方法——贴装四块板并对四个测量值进行平均，得到贴装标准时间。

3.3.2.2 传输时间（Tt）

该标准中的传输时间包括将板送入工作区的时间，夹板时间，送板时间和将板送出工作区的时间。这意味着产品的正常流动和板的传送是同时一致进行的。

测试程序——采用示波镜或秒表测试从第一块板到第五块板的全部贴装时间（对于玻璃认证板则不需要），小于用四块板测得的全部贴装时间。为了减小测试误差，在循环中应该利用一些容易发现又定义清晰的点。利用机械的PWB板前或后缓存器为其它的板得到适当的脉冲率，但是正确的描述程序只有四块连续的玻璃认证板是可以接受的。

计算方法——测试第一块板到第五块板（不一定是玻璃测试板）的时间，全部时间减去全部的贴装时间再除以四得到传输时间。

3.3.2.3 总体节拍时间

在该标准中，这是指在维持一定的贴装工艺能力时，将所有的元件贴到玻璃测试板上所需的节拍时间。它不包括传输时间，读取基准点时间和更换吸嘴时间。

测试程序——在贴装每一块板（共四块）的第一片元件时启动示波镜或秒表，在结束最后一片元件的贴装时结束示波镜或秒表的计时。

3.3.2.4 节拍时间

在该标准中，节拍时间是在标准的CAD坐标系中在标准的四块玻璃测试板上贴装每一片元件所需的时间。节拍时间不包含传输板到正确位置的时间，夹紧的时间，对齐的时间和机器更换吸嘴的时间。标准的CAD坐标系允许机器在200mm2的板的表面进行元件贴装，排除了使元件紧密贴装在一起的人为节拍时间，从而减少了运动时间。在外部将机器拾取和板子传输动作交叠起来进行，从而该标准中的节拍时间还是比较另人满意的。在该标准中，允许厂商定义测试使用的送料器的构造，拾取和贴装的次序。需要给出送料器和头数，标准节拍时间数据评论器（reviewer）才能明白需要得到的条件。测试工艺能力数据时需要测试节拍时间。这可以保证对贴装工艺参数的优化得到最佳的速度和精度组合。

计算方法——平均所有的节拍时间量，就是被在任意一块板上减掉一个元件后的所有元件数平分总的节拍时间得到节拍时间。

3.3.2.5 净产量

在该标准中，净产量是指贴片机每小时在认证PVP板上贴装元件的数量。在大多数的工业中，这一定义对衡量机器的能力都是有效的。虽然这个值与生产PWB的能力（因为每一个板上只有一种元件）不相关，但是对于设备类型间的比较都是一个很有用的参数。

计算方法——一块玻璃测试板上的元件数除以贴装时间与传输时间参数的和再除以3600的商。

以QFP-100为例：

净产量=36×3600/（贴装时间+传输时间）

3.3.3 CMM测试参数

下面是用来收集重合性和精确度数据的测试程序。用黏合剂对四块板进行处理（见附录C黏合剂应用实例）。四块板按照程序指定的布局形式连续贴装，然后把板放到有效的光学坐标测试仪上，则沿着X、Y和θ轴的误差均可测得。

测试这些参数的测试系统的认证，在第五节测试能力评估中讨论。

3.3.3.1 稳定性

在该标准中，稳定性被定义为在多块板上贴装多种元件时贴装误差的一个标准偏差。偏差被定义为机器贴装一个元件的贴装误差。贴装误差被定义为元件真实位置中心与利用板上的基准点为参考用CAD指定的位置的距离。附录D提供了测试元件的中心位置的两种可能方法。Xdev被定义为X向的贴装误差。在这个标准中，X、Y向分别指平行与和垂直与测试板上的字母的方向。θdev是指旋转贴装误差（相对于元件X-Y面积的质心）。

计算方法：

1n1nXXiSXn1ni1i1Xdev的平均值是：，Xdev的标准偏差是：其中i是玻璃元件或元件数。

Xi是指第i个X向玻璃元件或元件误差。

XXi2

n是指贴装在所有的板上的所有位置的元件或玻璃元件的总数。例如，对QFP-100或BGA-228进行评估时，每一块板上36个玻璃元件，则4块板上总数为：n=36×4=144。

3.3.3.2 精确度

在工业中，大多数的厂商指定的性能（参数）与其统一的常规极限和能力指数相互矛盾。（如：40m同Cpk1.5）。IPC-9850标准一方面是取代厂商们不同的规定极限和不同的水平标记，每一个厂商提供的结论都应该明确提供的规定极限与Cpk值1.33和2.0相符。当宣布机器的Cpk水平相同时，可以直接比较两台不同的机器。

3.3.3.2.1 Cpk的规定极限

在该标准中，Cpk的规定极限都是关于机器以板上的基准点为参考正确贴装元件的能力规定极限。这个参数表示机器能够根据给定的工艺能力指数值进行对中贴装的能力。关于Cpk极限，Cpk=1.33表示64PPM的实际能力，Cpk=2.0表示0.002PPM的实际能力。想使用其他错误率（除了Cpk=1.33或2.0外的值）水平的用户，可以根据这里提供的信息很容易地将机器性能转换到自己想要的水平。

计算方法

能力指数的讨论见附录A，与Cpk值一致的规定极限的讨论和算法举例见附录B

3.3.3.2.2 用Cpk描述元件终端覆盖焊盘的精确度

许多错误都是适当大小的X、Y和θ贴装误差的综合，绝不是他们中的一项造成的。这种方法考虑了三者误差的综合影响，被称作突出量（overhang）。用突出量决定终端形状和焊盘布局的重合量。广义上来说，终端是指引脚，盖帽末端，焊球和栏（一些普通的终端），主要取决于被贴元件。

IPC-9850-F1表中选用了两个性能参数用来评估终端覆盖焊盘率。根据IPC-SM-782和IPC-A-610，这两个参数是相对于第1和2类规定极限的机器Cpk（最大超出量是引脚宽度的50%）和相对于第3类规定极限的机器Cpk（最大超出量是引脚宽度的25%）。这些参数采

用包含所有误差的数学方程式进行评估，也就是将X、Y和θ的偏差的影响综合起来。“终端覆盖焊盘计算.xls”电子表格为这些方程式提供了结构向导和范例表格。

对于引脚元件，总误差就是引脚尖端误差最大量（MLTE）。最大量是公制中的一个名称，因为公制中所指的引脚的尖端误差大多数都是由于X、Y和θ三方偏差的特殊综合造成的，如图3-3所示。其中SX是指元件在X方向上的间隙（引脚尖端与引脚尖端间的空隙），SY是指元件在垂直方向Y上的间隙。对于阵列元件，总误差是指焊球误差（MBE）的最大量。所以，通常采用总误差计算终端覆盖焊盘率。标准中没有对1608C的终端覆盖焊盘率进行评估，因为不容易得到有意义的尾端帽覆盖焊盘比例结果。在该标准中，大量引用了IPC/EIAJ-STD-001和IPC-A-610标准。

基于理论的元件尺寸和最小焊盘尺寸（IPC-SM-782），总误差（对于引脚元件和阵列元件）用来计算终端覆盖焊盘率。对于引脚设备，终端覆盖焊盘率是根据引脚宽度计算的。对于面积阵列元件，终端覆盖焊盘率是在焊盘面积百分比的基础上得到的，它与焊球或栅的二维尺寸数学模型相关（不是焊球在焊盘上的百分比，因为焊盘的面积比焊球的小）。一组贴装需要计算这些平均标准偏差值。用平均标准偏差获得Cpk值。

在该标准中，终端覆盖焊盘的Cpk值是衡量贴片机贴装元件终端到一定的焊盘上的能力的参数。是引脚-焊盘（LTL）还是焊球-焊盘（BTL）取决于元件的类型，以焊盘上的终端衡量贴片的结果。

焊盘尺寸在IPC-SM-782中有定义。这里使用的终端尺寸是名义尺寸（最大量和最小量的平均值）（见表3-1）。Cpk的计算与装配标准中的50%和75%的百分比是相关的。

图3-3

表3-1

总误差的规总误差的规元件类型 元件长X宽 终端宽度 焊盘长X宽

定极限（1，定极限（3

2类）

SOIC-16

QFP-100

QFP-208

BGA-228

注：

8.89X6.0

16.0X16.0

32.0X32.0

15.0X15.0

0.42

0.20

0.20

0.50(直径)

NAX0.60

NAX0.30

NAX0.30

0.45(直径)

0.3001

0.1502

0.1502

0.2073

类）

0.1951

0.1002

0.1002

0.1143

1. 对于SOIC，要求总误差（对于引脚元件则是MLTE）0.195，与要求引脚覆盖焊盘率75%是等价的。0.3的总误差极限与LTL50%相对应。

2. 对于QFP，要求总误差（对于引脚元件则是MLTE）0.100，与要求引脚覆盖焊盘率75%是等价的。0.15的总误差极限与LTL50%相对应。

3. 要求总误差（对于阵列元件则是MBE）0.100，与要求引脚覆盖焊盘率75%是等价的。0.207的总误差极限与LTL50%相对应。

计算方法——这里列举了3种元件的计算方法：2种引脚元件，1种面积阵列元件。终端覆盖焊盘率是根据IPC-SM-782定义的终端和焊盘的尺寸计算的，而不是真实的元件尺寸。在出版本标准时，还没有面积阵列元件焊球-焊盘比例的标准。该标准中，选用焊球直径为0.5mm，焊盘为0.45mm的BGA228进行计算。

引脚覆盖焊盘率（LTL）：是焊盘上引脚宽度的百分比。这种测量量化了元件引脚误差，经验表明最大偏移量（全部引脚中），是由X、Y和θ三者共同的误差引起的。

四面都有引脚元件的计算如下：

其中MLTE（引脚误差最大量）如下定义：

对于引脚在四边的矩形或方形元件：

对于引脚在两个长边上的矩形或方形元件：

如果贴装的元件的长边平行于板的X轴，

如果贴装的元件的长边平行于板的Y轴，

焊球覆盖焊盘（BTL）率是指BGA焊球或面积阵列元件的栅在焊盘上的百分比。BTL量化了焊球的误差，最大的偏移量（所有的焊球中）是由X、Y和θ三者共同的误差引起的。

其中：

其中：

RL=焊盘半径

RB=焊球半径

R1=最小（焊球半径，垫半径）

R2=最小（焊球半径，垫半径）

Xdev=元件位置与贴装目标位置在X方向上的偏移量

Ydev=元件位置与贴装目标位置在Y方向上的偏移量

θdev=元件位置与贴装目标位置在旋转方向上的偏移量

X=焊球位置与贴装目标位置在X方向上的最大偏移量

Y=焊球位置与贴装目标位置在Y方向上的最大偏移量

r=焊球中心位置与垫中心位置的偏移量。与本标准中的MBE同义。

计算注释：Sin-1(x)的结果应该表示为半径而不是角度。

终端覆盖焊盘率的Cpk极限计算实例：

X，Y和θ误差已经由CMM测试决定（四块板采用一种特殊的元件），单个元件的终端覆盖焊盘率也可用上面的公式计算，接下来计算这组终端覆盖焊盘率的平均标准偏移量。利用Cpk方程，首先是50%规定极限其次是75%规定极限。然后将这2个Cpk值列入性能报告表。假设144个QFP100的终端覆盖焊盘率的平均值是85%，标准偏差是5%。则与50%相对的Cpk是（85-50）/3/5=2.33。

4 不良比例和可靠性能表——IPC-9850-F2

全面评估一台SMT设备，不能只考虑表IPC-9850-F1中涵盖的贴装性能能力，还应该包括系统的产出率和可靠性。就像表IPC-9850-F1中的一般性能一样，表IPC-9850-F2用来表达一种特定机型设备的预期不良比例和可靠性。与表IPC-9850-F1不同，对于表IPC-9850-F2单个的机器不需要认证，也不需要保质期的保证书。

标准中选用的可靠性参数分3类——可靠性，有效性和可维护性。预期的不良比例是根据SEMIE10-0699E标准确定的。

表中所列的信息将根据本标准进行收集并报告，反映贴装性能表中的机器的性能。下面所列信息是表中报告的信息：

1. 厂商名称，机器型号（ManufacturerName,MachineModel）

2. 不良比例（AttributeDefectRate(ppm)）

3. 援助之间的贴装平均值（MeanPlacementsBetweenAssists(MPBA)）

4. 修理援助的平均时间（MeanTimeToRecoverfromassists(MTTRa)）

5. 失效之间贴装平均数（MeanPlacementsBetweenFailures(MPBF)）

6. 修理失效平均时间（MeanTimeToRepairfailures(MTTRf)）

7. 设备受控运行时间（EquipmentDependentUptime）

8. 每6000小时可预防性修理值（AmountofPreventativeMaintenanceper6000Hours）

9. 抓取失败率（MispickRate(ppm)）

10. 收集的数据：

a) 工厂数

b) 机器数

c) 贴装数

4.1 不良比例

尽管贴装产出率取决于PWB板上的焊锡印刷质量，我们仍然可以在该贴装测试程序中用粘胶带代替焊锡。在粘胶介质上的贴装失效水平要远远低于在焊锡上的贴装失效水平或在传导性粘性介质上的贴装失效水平。但是使用焊锡还会引出许多其他变量如锡浆的黏性，粘着性和焊球高度。使用粘胶带可以提供以最少变量对机器性能进行比较的方法。而且，不需要厂商有高成本的屏蔽印刷设备和印刷模板专家系统，板的清洗工艺和残余焊锡的处理控制。

由于元件的混合和PWB板尺寸的原因，表面贴装产品有着很大不同，所以产生了特殊的工具包。这个工具包设计成“典型用户”产品的代表。这个“典型用户”工具包中有4400个元件，这些元件通过粘胶介质贴装到PWB板上。表4-1提供了4400个元件的类型和数量。有一些设备没有设计贴装所有的SMT元件，所以不能贴装这一套特定的元件。如果必须改变元件的混合，则要进行一个在贴片机能力范围内的相似的元件混合的测试。表IPC-9850-F2将清晰的阐述混合元件的选择。这些元件被传送到厂商认可的厂商提供的标准送料器或料盘上。

表4-1典型工具包中元件的类型和数量

数量

440

440

880

880

880

880

元件类型

SOT-23

SOIC-8

1608C

1608R

1005C

1005R

元件贴装到PWB的粘胶薄层上。PWB上的焊盘上的垫符合IPC-SM-782标准（特殊尺寸板和布线在这个标准中没有定义）。将元件贴装到PWB上后，采用手动视觉监视器检测有多少贴装错误。然而手动监视器具有主观性并不是理想的，对于自动光学检测器的投资应用于这类检测似乎是不明智的。

在该标准中，不良比例信息明显不同于通过稳定性和精度参数定义的性能公制表。然而稳定性和精度性能参数是通过连续的数据定义的——也就是多少贴装误差数字量——，不良比例参数只是一种离散错误函数也就是被贴装元件没有形成正确的焊点。一般说来这种离散

的错误出现的几率很小，百万分（PPM）之几的贴装错误总数中不含有离散错误。这些离散错误是指属性失效，预期出现率是指不良比例。

属性失效包括贴装面颠倒，侧面，缺少，墓碑，超出，焊线损坏，损坏元件，完全缺焊和反装极性。当使用盘式送料器时，元件装颠倒不列入错误范围。部分缺焊和歪斜贴装不属于离散错误，这些类型的错误属于稳定性和精度性参量问题。对这些参量的评估，每一个元件都有错误的可能，但是只有一个最大量，但是不包括异型元件——例如引脚数量等。其它的不同于贴片机的因素也会引起属性失效，但是这些因素可以归结为贴片机缺少任何其他明显的标记引起的，例如基准点质量不合格等。

对每百万个贴装错误进行平均数估计不是一个小任务。估计错误率小于50PPM需要很大的样本尺寸（不同的采样计划，每个都有其自己的特征和样本尺寸。）。这个标准需要88,000个贴装元件。根据贴装88,000个真实元件的时间和成本的考虑，将其分为每台贴装4,400个元件的20个连续机器运做。所得结果可靠水平适合于该组中的每一台机器，而不是任何一台特殊的机器。得到的数据可以用来进行该类型的性能评估。当一种新的机型投产了，且只有一台样机共测试时，这台单个杨即将用到88，000个元件。

计算方法-----PPM水平是用所观察到的88，000个不同类型元件属性失效的总数除以88,000再乘以1,000,000得到的。如果每次测试至少4400个不同类型元件，则88000个元件最少也要测试20次。那么算得的失效数值就是前20次测试的运动平均值。

表4-3的例子中，对于88K元件中有2个失效（3台机器），失效率是23PPM。对于第一台和第二台机器，88K元件中有3个失效---分别在运行序列2,7和17---失效率是34ppm。一旦使用了3台机器，则失效率极小到23ppm，因为运行序列2中的失效被第三台机器的0失效代替，即运行序列22中的0失效。

表4-3计算举例

机器1（注1）

号

运行序列号1

运行序列号2

运行序列号3

属性失效次数

注1：第一台机器需要贴装20次每次4400个元件。

0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

2 3

4.2 可靠性参数

为了对比贴片机性能参数中最差的性能，该标准采用可靠性描述典型性能。对于厂商来说，在装运之前提供可靠性的说明是很困难的，因为没有一个可行的方法证明一台特定机器的这些参数，除非进行上千小时的实际运行。这不仅花费大量的成本，而且使一台新的机器变成了用过的机器。因此希望所有的厂商致力于机器可靠性测试是不合情理的，在这里，厂商将采用从用户那里收集来的可靠性信息。

可靠性说明的问题现在由用户收集的数据和厂商根据用户的数据进行的可靠性评估构成。每一个用户在每天的产品压力中都有自己的一套理解和可靠性跟踪能力。应用的设备和

操作人员和技师的技术，是影响最终观察可靠性和可维护性的主要因素。在该标准中，开发了术语学和公制量来帮助厂商和用户进行可靠性数据收集和交换。

现代SMT设备的高产出率和可靠性的评估需要大量的数据。用于可靠性评估的大量数据必须有良好的评估精度，且尽可能与可靠性报告的要求相一致。许多机器的置信度间隔都可以在观察的样本基础上确定，潜在的统计分布有参数相协调会更容易理解。然而，制定标准的最初，一些厂商说不能完全理解标准中的与一个或更多可靠性公制量相一致的统计分布。

有些型号的贴片机采用错误的泊松数据分布（χ2分布）。第一印象中，大约有一半的机器可靠性水平要好于所研究的范围，而余下的要差于所研究的。事实上，如果机器有连续的错误率，则63%的机器的辅助和错误频率要高于MPBF和MPBA所观察到的频率。这主要是因为大多数的可靠性分布偏离了正确的分布（如泊松分布），导致了其中纤小于他们平均值。

在建议预防性维护以一种及时的定期的方式完成时，与典型的MPBF和MPBA设备性能相似的性能将会令人满意。如果预防和纠正性维护没有依照维护手册进行，可靠性就可能退化。

由于需要在多台机其中的几台上收集可靠性数据，下面的方法可以用来合并数据的。例如，假设厂商有两台特殊类型机器的数据。第一台机器观察了300000次贴装运动，出现了2次辅助；第二台机器观察了500000次贴装运动，出现了3次辅助。该机型的MPBA的计算是所有的循环次数除以所有的辅助次数。MPBA是：

（300000+500000）/（2+3）=160000

其它的共质量也可如此计算，如果观察多台机器。

辅助是指，在机器循环中无计划的打断，适用于下面三种情况：

 被打断的设备循环通过外部干涉得到恢复（如，操作器或客户，也可以是人或主机）

 没有机器替换部件，不同于厂商提供的消耗部件。

 与设备操作说明书没有太多不同。

这不包括元件的补给，因为这是由客户选择的送料器的类型和带的能力决定的。可以认为补给的打断是计划内的停机。

失效是指无计划的打断或不同于操作说明书的打断，但不同于辅助。

预防性维护，是按照厂商的PM计划进行的停机。

表4-4是标准中应用的术语举例：

表4-4术语解释

机器停下来更换/恢复损坏的送料器或“解除堵塞”。不包括元件补给送料器辅助时时间，测试时间是从操作员开始辅助送料器到机器开始运作。不包括间

操作员反应时间。不包括特殊元件，如带中的粘性元件和分层的盖带。

软件辅助时间 由于程序结果的错误造成停机，但是不包括操作程序的错误。

基准点辅助时间

为了捕捉不可辨认的或在捕捉范围外的基准点而停机.测试时间从停机开始到从新运作结束。不包括操作的反应时间。

机器为了纠正堵塞而停机。测试时间从机器停止到机器运转。不包括传输辅助时间

反应时间。不包括由于板在机器内的颠倒或旋转引起的辅助的时间。

软件原因造成的停机。包括推出现在的操作所需时间，从新启动（如果需要）和恢复所有数据和材料到真实的生产条件。测试时间从机器软件失效时间

停机到机器准备好恢复正常运行。不包括操作员（和厂商）的反应时间。

厂商提供的部件出错引起的停机。包括所有不在计划内的校准，调整，部件替换。不包括机器手册中替换消耗件和轴承鉴认时间。测试时间硬件失效时间

从停机开始到机器恢复正常运作。不包括操作员反应时间。不包括预防性维护时间。不包括未授权的第三方部件或原料的失效。

预防性维护时包括所有的检测，清洗，润滑，调整，校准和部件替换。包括所有机

间 器手册中包含的替换部件和轴承辨认所需的时间。测试时间从开始预防性维护动作开始计算，到机器准备好恢复正常运作结束。不包括操作员反应时间。不包括返修时间。

4.2.1 辅助之间的贴装平均值（MPBA）

这是辅助之间元件贴装的平均值。

计算方法——总的贴装元件数除以贴装这些元件过程中的辅助次数。

MPBA=总贴装元件数/辅助次数

4.2.2 修理辅助的平均时间（MTTRa）

这是修理辅助并将机器恢复到其能够运行指定的功能的平均时间。

计算方法——在一段时间（包括设备和工艺测试时间，但不包括测试延迟时间）内总的辅助修理时间（浪费的时间，不必要的总人工时间）除以在该时间内的辅助次数。

MTTRa=总修理时间/辅助次数

4.2.3 失效之间贴装平均数（MPBF）

这是失效间贴装元件的平均值。

计算方法——总的贴装元件数除以在贴装这些元件时的失效次数。

根据可靠统计，MPBF一定不会高于贴装元件总数的1/3。

MPBF=贴装元件总数/失效总数

4.2.4 修理失效平均时间（MTTRf）

这是修理失效并将机器恢复到其能够运行指定的功能的平均时间。

计算方法——在一段时间（包括设备和工艺测试时间，但不包括测试延迟时间）内总的失效修理时间（浪费的时间，不必要的总人工时间）除以在该时间内的失效次数。

MTTRf=总修理时间/失效次数

4.2.5 总时间

测试阶段内的所有时间（按24小时/天，7天/周）

4.2.6 非计划时间

机器不是用于计划的生产中的时间。

4.2.7 操作时间

除去非计划时间的总时间。

4.2.8 机器正常运转时间

这是机器按照预设的功能正常运转的操作时间百分比。包括生产时间，待命时间和工程时间，不包括任何非计划时间。

计算方法——机器正常运转时间乘以100再被操作时间除。

4.2.9 预防性维护（PM）时间

这是根据厂商的要求进行的预防性维护的总时间。这个规定是根据为保证机器正常运作在一年内进行维护的需要的条例制订的，在6000小时的时间内总的维护程序需要的时间就是PM时间。

计算方法——再6000小时时间内每个PM所需的时间乘以其次数，并将所有的时间加起来就是总的PM时间。

4.2.10 抓取失败率（PPM）

这是指元件没有抓取到或者抓取错误的频率。包括抓取失败和视觉失败，但不包括元件用光。

抓取失败的处理方式与贴装失败的处理方式相似。抓取失败分为真空失效和视觉失效。许多厂商都有不同的自动修复程序，防止抓取失效引起的没有元件的错误贴装，这类失效由于其对贴装工艺的影响仍然被认为有进行跟踪和报告的价值。抓取失效引起了净产量的减少和不必要的正品的退回和废弃。

4400个贴装部分中出现的抓取失效数所决定的贴装饰效率在表IPC-9850-F2中有记录。20台机器产生的抓取失效数量将汇报，由此可以得到抓取失效（PPM）的点估计。

测试程序——抓取失效计数器清零。清空退回品箱。记录相对湿度。进行属性失效测试（贴装4400个元件）。记录真空失效和视觉失效熟知。检查退回品箱清点废品数。

计算方法——应该抓取的元件总数减去贴装的元件总数再减去失效的元件数，然后除以应该抓取的元件数减失效元件数的差，在乘以1000000得到PPM值。

吸取失效率=1000000*{应吸取总元件数-贴装总元件数-失效元件数}/（应吸取总元件数-失效元件数）

4.3 测试地点

这是指可靠性计算中包含的机器地点数。

4.3.1 机器数目

这是指可靠性计算中包含的机器数目。

4.3.2 贴片机总数

这是指可靠性计算中包含的贴片机的数目。

4.3.3 抓取元件总数

这是指吸嘴抓取元件的次数。

5 测试能力确认——表IPC-9850-F3

表IPC-9850-F3的作用是，阐述用于得到性能参数表（IPC-9850-F1）参数值的测试设备的测试能力。表中所列的测试能力信息将根据本标准进行收集和报告，并反映用于机器性能分析的测试仪器的性能。报告的信息将在机器性能分析的前90天内得到。

表中的参数将评估测试系统的能力，以便于精确测试机器稳定性和重复性性能分析中的测试工具。每种类型的元件都要进行这种评估，得到CMM沿着贴装性能表中报告的轴的测试能力的结果。表中的关于性能报告的每种元件的规定极限值永远不会比GR&R和CMM精度的规定极限中的较大值小。对于贴装性能表中额外的元件类型，厂商会提供他们对同种类型元件的测试能力。

贴片机本身就有测试贴装的程序。对于这种特殊机器（不只是特殊机型的样机），只要通过本节中设计的决定其测试能力是否合乎要求的规定都是可以接受的。

5.1 稳定性和重复性能力规定

这个认证程序决定CMM的重复和复制元件位置并将其旋转贴装到PVP上的能力。每种类型的元件都要进行这种评估。

虽然可以使用复合GR&R方法学，本标准中使用传统的平均范围法，附录H中讨论建议使用的电子数据表。结果采用上下极限法报告，产生的公差精确度比率小于25%。

虽然小于20%的公差精确度（P/T）比率才是可以接受的，为了配合现在的CMM设备本标准中采用25%的比率。毕竟如果是集中有一些偏移酒会减小P/T比率，分析中严格要求使用AIAG推荐的相对于传统的5.15倍的σ（+/-2.575倍的σ或99%）多一些的6倍的σ(+/-3倍的σ或99.7%)。

测试程序——根据贴装性能表描述的程序得到一块具有指定贴装布局形式的玻璃认证板，第3节。连续3次测试贴装好的PVP板。每次测试中PVP板都完全从CMM中移走和替换。每次只需测试36个元件。附录F中列出了指定元件布局中元件的位置。3次测试后，CMM必须关闭重启。

同一块PVP将接受同样程序的另外两个测试循环。得到3组数据至少要使用2个操作。完整的GR&R评估将在一段时间内完成，它所需的时间不会比进行4块连续的PVP板的贴装性能评估所需的时间长。

对于SOIC-16和1608C元件，将分别利用引脚外形和元件外形进行元件中心测试。测试程序与贴装到PVP上的差监测是程序相同。然而，因为CMM要利用玻璃元件上的基准点，而与指定元件的图像部相关，所以必须评估CMM测试基准点的能力，而对于QFP和BGA则不需要。附录D中有建议相关的测试方法。

5.2 精确度能力

这个程序决定了光学CMM精确地测试玻璃测试板上的贴装元件的能力。这是通过评估CMM测试图5-1中指定的符合NIST标准的玻璃测试板的能力来实现的。这个精度确认板（AVP）是用来评估CMM测试第3节中要求的3种类型元件的能力的。

为了评估对1608C和SOIC-16元件的测试能力，先将它们的图像雕刻到AVP上。因为玻璃元件是用来代表QFP和BGA的，只将玻璃元件的基准点雕刻到AVP上。为了检测CMM测试有测试误差的元件的能力，故意将一些雕刻到AVP上的元件图像相对于指定的CAD位置进行翻转和旋转。AVP上的图像调转的范围是±50微米，旋转范围是±3度。一些基准点的图像调转范围是±25微米，旋转角度范围是±1度。“CMM精度评估.xls”文件提供结构向导和CMM精度评估数据表格。

这种方法通过CMM上的测试程序来实现，测试程序利用玻璃测试板上的元件的CAD位置来搜索测试板上的元件。这些CAD位置都是玻璃测试板上没有调转和旋转前的元件的中心位置。在附录F中可以找到图像的CAD位置。将CMM测得的结果与上面所用的玻璃测试板上的元件图像的位置和旋度进行比较。CMM测得的值越接近标准值，CMM的能力越好。结果以上下极限的形势报告，产生的工艺能力指数等于2.0。见附录B。

测试程序——一次性测试认证过精度的测试板上的元件图像的中心位置和方向。测试没一组代表玻璃元件类型的4个基准点的中心位置和方向。使用贴装性能评估中使用的图像分析程序。附录D中有正确测试元件中心位置的测试方法。

计算方法——对于1608C、SOIC-16和玻璃元件特征，用通过NIST认证的图像的位置沿着X、Y、θ轴减去CMM测得的图像位置。得到CMM测试误差的分布。利用这些分布计算每个轴上的平均值和标准偏差。当Cpk=2.0时，利用下面的等式计算每个轴的工艺规定极限。关于这些等式的讨论见附录B。

其中

图5-1精度认证板

6 测试工具

使用这个标准就要利用标准化的测试工具和方法，以确保SMT设备的用户和厂商能够看到相同的贴装性能结果，结果应在他们测试稳定性，重复性和精确度标准的公差范围内。

表6-1用于贴装性能评估的工具列表

数量

4

1

150

130

150

1600+

240+

4

工具名称

贴装认证板（见图6-2）

CMM测试认证板

没有背景或白色背景的QFP-100玻璃元件

没有背景或白色背景的QFP-208玻璃元件

没有背景或白色背景的BGA-228玻璃元件

1608C元件

SOIC16元件

选择配件

PVP传送器

胶带

6.1 贴装测试板说明

采用不反射铬合金的金属（chromemetallization）玻璃测试板，其尺寸稳定可以达到很高的精度。玻璃板上的基准点可以在CMM和贴片机上产生稳定的高对比度的图像。透明的玻璃允许在CMM上使用背光灯，以增强测试重复性的标准。

IPC-9850-P1贴装测试板（图6-1），为了在相关的CMM上测试可以将其设计的足够小，也可以设计的足够大来代表典型的PWB的尺寸。

图6-1贴装认证板

6.2 贴装测试板传送器说明

标准中没有制定或要求使用PVP传送器。附录I中有传送器的设计建议。

6.3 玻璃片规格

玻璃元件的尺寸必须符合图6-2、6-3、6-4、6-5、6-6和6-7的规格。

玻璃片的重量与贴装加速度和速度的关系也有考虑到。虽然根据玻璃元件对机器性能进行调整或许是一个问题，但是目前许多厂商都使用这种玻璃元件而没有性能问题。

玻璃元件上的布局是由黑色铬合金组成的。由于有些厂商使用前光，有些厂商使用背光，所以玻璃元件既可以是铬合金背景白色引脚，也可以是无背景的铬合金引脚。

图6-2引脚在铬合金背景上的QFP-100玻璃元件白色背景（负）

图6-3没有背景的铬合金引脚QFP-100玻璃元件（正）

图6-4引脚在铬合金背景上的QFP-208玻璃元件白色背景（负）

图6-5没有背景的铬合金引脚QFP-208玻璃元件（正）

图6-6引脚在铬合金背景上的BGA-228玻璃元件白色背景

图6-7没有背景的铬合金引脚BGA-228玻璃元件

6.4 粘胶介质的应用

为了保持元件在玻璃测试板上的位置不变，在测试板的基准点之间有一层双面胶层。对于粘胶介质有两点重要的要求。第一是，贴到玻璃测试板面的原料的连接性（粘性）。粘结剂可以平坦的铺到整个玻璃的表面，对于为CMM背光提供足够的透明度是非常重要的。第二是，铺到玻璃表面的粘结剂的稳定性。玻璃测试板有可能被飞快的加速，贴装循环中粘结剂必须有维持元件的位置不变稳定性。同时，必须保证元件在整个评估过程中位置部发生变化，尽管时间和环境变化——从贴片机的位置到CMM的位置。

将粘胶介质铺到玻璃测试板上要有足够的耐心和小心。粘胶介质应用的过程没有说明（不正确应用不可能提高测试结果——只能使其更差）。正确的应用由用户决定。

详见附录C。

6.5 贴装程序

6.5.1 1608C元件

为了练习贴片机贴装不同距离的元件，设计了1608C元件的贴装布局，这样所有的轴都可以用到，见图6-8。元件以四个最通用的贴装角度进行贴装——0、90、180和270度——贴装的次序和送料器的数量由每个机器厂商按照各自的贴装速率优化目标和特定机型的精度来决定。附录E以数字表示基准点的形式表示了相关元件的位置。

图6-81608C元件的位置布局图

6.5.2 SOIC-16元件

图6-9表示SOIC-16元件在PVP上的贴装布局。附录E以数字表示基准点的形式表示了相关元件的位置。

图6-9SOIC16元件的位置布局图

6.5.3 QFP-100和BGA-228玻璃元件

测试板贴装的玻璃元件都代表相应的元件类型。图6-10是标有位置和旋转角度的QFP-100和BGA-228的密间距元件贴装程序布局。附录E以数字表示基准点的形式表示了相关元件的位置。

图6-10QFP-100和BGA-228玻璃元件的位置布局图

6.5.4 QFP-208玻璃元件

图6-11表示QFP-208在PVP上的贴装布局。附录E以数字表示基准点的形式表示了相关元件的位置。

7 表格和图表

以下各页的表格和图表可以自由的拷贝和复制。电子拷贝请联系IPC。

贴装性能表

IPC-9850-F1

厂商名称

机器型号

该表在装运认证时用

序列号

生产日期和时间

元件类型

生产中的测试条件

头/轴数目

头/轴类型

相机类型

送料器/送料盘的数目

吸嘴类型

吸嘴数目

贴装板数目

每块贴装板上的部件数目

QFP-100 QFP-255 BGA-228 1608C

4

36

4

30

4

36

4

400（120个CMM能够测试确认）

测试结果

贴装时间（s）

传输时间（s）

应答时间（s）

净产量（CPH）

4

80

SOIC-16

稳定性（一个标准偏差）

轴

精确度

Cpk=1.33的规定极+Y，(微米)

限1

+θ，（度）

Cpk=2.0的规定极+Y，(微米)

限1

+θ，（度）

终端覆盖焊盘率的Cpk值

覆盖50%

覆盖75%

+X，(微米)

+X，(微米)

X，(微米)

Y，(微米)

θ，（度）

N/A2

N/A2

注1：为了确保有效性，表IPC-9850-F1中的规定极限一定不能超过CMM对每种元件测试能力极限的最差值。

可靠性表

IPC-9850-F2

不管怎么样都不能分析不良比例和可靠性数值。它们只能简单的指示这台设备到达用户处的可靠性的真实水平。

厂商名称

机器类型

替换的元件

数量

440

440

880

880

880

880

元件类型

数量

不良比例（PPM）

选定的元件

元件类型

SQT-23

SOIC-8

1608C

1608R

1005C

1005R

援助之间的贴装平均值（MPBA）

修理援助的平均时间（MTTRa）,秒

失效之间贴装平均数（MPBF）

修理失效平均时间（MTTRf），小时

设备受控运行时间，%

每6000小时可预防性修理值

抓取失败率（ppm）

数据来源：

工厂数

机器数

总贴装数

CMM评估能力参数表

IPC-9850-F3

机器的GR&R分析数据

贴装认证玻璃θ,deg

板

测试能力玻璃θ,deg

板

注1：为了确保有效性，表IPC-9850-F1中的规定极限一定不能超过CMM对每种元件测试能力极限的最差值。

注2：由于CMM利用玻璃元件上的基准点进行测试，与给定的图像无关，因此只需要测试CMM测试玻璃元件基准点的能力。

X,μm

Y,μm

X,μm

Y,μm

轴

可重复性和可重复性，GR&R极精度，规定极限1

限1

玻璃元件2

1608C

SOIC-16

玻璃元件2

1608C SOIC-16

附录A:能力指数

根据给定的工艺极限值，可以采用下式计算Cp值：

Cp=（上极限-下极限）/6s

工艺目标为0时，上下极限值相同，则上式改写为：

Cp=上极限/6s

Cpk确定了工艺平均值和最接近规定极限的值之间有3组标准偏差。正态或非正态分布中利用Cpk值，这是很有价值的，因为它可以确定由于贴装设备缺乏精确度和稳定性造成的不在规定极限范围内的ppm的值。

Cpk=min(间的距离/3s

其中s=样本的标准偏差。

图A-1

对于中心的工艺规定极限（SL）可以由下面的方程得到，其中SD是标准偏差，Avg是数据平均值。

)/3s=平均值和最接近规定极限的值之

附录B:Cpk值的规定极限值

定义：

工艺范围=数组的标准偏差=SD

工艺平均值=数组的平均值=Avg

工艺目标=Target

规定上限=USL

规定下限=LSL

如果中心工艺的目标=0，则USL=LSL

中心工艺规定极限的定义=SL=USL=-1×LSL

规定宽度的定义是SW=USL-LSL，则对中心工艺来说：

SW=SL-(-1×SL)=2×SL

通用的工艺能力指数Cp和Cpk为：

Cp=SW/(6×SD)

Cpk=Cp×(1-K)

其中K=(Target-Avg)/(SW/2)

对于中心的工艺

Cp=2×SL/(6×SD)=SL/3×SD

Cpk=((SL/3SD)×(1-K)

其中K=(0-Avg)/(2×SL/2)=-Avg/SL

替换Cpk表达式中的Cp和K得到：

Cpk=(SL/(3×SD))×(1--Avg/SL)=SL/(3×SD)+SL*Avg/(3×SD×SL)=SL/(3×SD)+Avg/(3×SD)

Cpk表达式中的SL的解是：

例如：

X平均值=-9.7微米

X的标准偏差=15.9微米

Y平均值=7.6微米

Y的标准偏差=21.7微米

对于Cpk=2是SL在X轴上为：

SL=3×15.9×2+9.7=105微米

SL在Y轴上为：122微米

附录C:机器能力测试中粘结剂的使用

C-1背景

根据IPC组织中会员的经验，提出了编写机器能力测试中使用粘结剂的使用指南。委员们决定不对某种指定粘结剂进行说明，而是为用户在进行机器性能测试时选择和应用粘结剂建立方向指引。不正确的选择和应用粘结剂会导致机器性能无法正确表达。换句话说就是使机器看起来比实际情况更糟糕。

C-2目的

该指南的目的是为希望进行机器性能测试的用户提供选择粘结剂的一些方向方法。粘结剂用来使测试元件在贴装过程中固定在测试玻璃板上，直到采用认证过的CMM进行精确测试。粘结剂应保持元件相对于真实贴装条件中贴装的位置部发生移动，真实贴装条件就是玻璃测试板的时间、温度和运动。

C-3原料/设备

不指定具体的粘结剂是委员会的想法。根据委员会委员的经验，喷雾式粘结剂不够稳定均匀。指南中为用户提供了带或片的粘结剂。指南指导用户如何选择适当的粘结剂和结构以及如何正确使用它。或许将来，如果委员们认为值得同时EPC同意的话，将会选举一个附属委员会来建立通过IPC识别特定粘结剂的工艺或系统。

利用CMM保证校准并处于正确的工作指令下。CMM必须通过认证是可以使用GR&R程序的，这个认证附属委员会已经建立。为了进行GR&R分析程序指定了玻璃板、元件、贴装布局和工作条件。

用于测试特定的粘结剂的玻璃板和元件必须与用于每个IPC规定的机器性能测试所需的玻璃板和元件相同。

C-4测试程序

1. 用酒精和软布清洗玻璃板和元件。