AI增强型、自校正和闭环SMT制造系统的制作方法

本发明总体上涉及一种用于生产印刷电路板组件(pcba)的人工智能(ai)增强型、自校正和闭环表面安装技术(smt)制造系统，更具体地，涉及一种用于生产pcba的ai增强型、自校正和闭环smt制造系统，其中该系统包括过程分析引擎，该分析引擎采用ai/机器学习(ml)模型来提供用于自校正目的的过程反馈控制。

背景技术：

1、smt指一种生产电子电路的技术，其中电路的部件以电气方式安装或直接放置在pcb的表面上以生产pcba。pcb通常是具有表面的平坦的介电板，表面上以预定配置形成有不带孔的锡铅、银或金镀铜焊盘，称为焊盘。焊膏是焊剂和焊料颗粒或焊料片的粘性混合物，通过使用不锈钢或镍模板和丝网印刷过程沉积在焊盘上，但也可以通过喷射印刷机制施加，例如喷墨打印机，其中重要的是，焊膏必须准确地定向到焊盘以防止短路等。

2、然后将pcb放置在传送带上以送至拾放机。要安装在pcb上的部件通常放在纸/塑料带或塑料管上以传送到拾放机，纸/塑料带或塑料管缠绕在卷轴上，其中大型集成电路可以放在防静电托盘上以传送到拾放机。拾放机以预定方式将部件从带、管或托盘上取下，并将它们正确放置在pcb上的焊盘上，其中部件通过焊膏的粘性固定到位。然后将pcb送至包括预热区域的回流焊炉，其中pcb的温度逐渐且均匀地升高。然后pcb进入高温区域，其中的温度足够高以熔化焊膏中的焊料颗粒，例如，260℃，从而将部件引线粘合到pcb上的焊盘。熔融焊料的表面张力有助于将部件保持在适当的位置，如果焊盘几何形状设计正确，则表面张力会自动将部件在焊盘上对齐。

3、众所周知，pcba中出现的焊点缺陷大部分是由于焊膏印刷不当造成的。因此，smt过程通常采用焊膏检查(spi)系统来检查pcb上的焊膏沉积情况，以识别焊膏的体积以及焊膏相对于焊盘的x方向、y方向和z方向，即焊膏的体积中心位于其应位于的位置，以减少pcb缺陷。随着部件密度变得更小，即pcb同一面积上的部件数量增加，部件引线变得更靠近，焊膏的精确位置对于防止短路变得更加关键。此类spi系统通常包括相机和其他传感设备的布置，以获得pcb上焊膏的视觉图像，以供检查。

4、然而，在smt过程中使用的已知spi系统的能力有限。例如，已知的spi系统通常不能识别部件的密度，即部件之间的间距，其中较高部件密度可能需要较慢的检查速度。已知spi系统的另一个缺点是，它们不提供关键的印刷变量，例如温度和湿度，这些变量在smt过程中可能会发生变化，并且可用于确定焊膏的粘度，其中该粘度确定了焊膏的流变性，它决定焊膏穿过模板并留在焊盘上的程度。而且，已知的spi系统通常不能识别焊膏中焊剂的类型以验证是否使用正确的焊剂，或者不能识别所使用的焊料的类型或焊料片的尺寸。目前，焊剂通过编码颜色来识别，但已知的spi系统无法识别该颜色。焊膏的粘度、焊剂的类型、焊料的类型和焊料片的尺寸都可以用来确定是否使用了正确的模板或丝网。

5、自动光学检查(aoi)是电路装置(如通过smt过程生产的pcba)的自动非接触式视觉检查过程，其中相机自动扫描pcba以监测诸如缺失零件的严重故障和诸如焊料流动问题的质量缺陷。然而，已知的用于smt的aoi过程的能力也有限。例如，已知的aoi过程无法确定金属间化合物(imc)的存在或测量其体积，即由焊料类型和焊料流动过程产生的不良材料，这可能会影响部件引线与焊盘的电气连接并导致可靠性问题。此外，已知的aoi系统不能确定流动的焊料和焊盘之间是否存在空隙，这也可能影响热接合和电接合完整性。具体地，如果流动的焊料和焊盘之间的空隙数量足够多或空隙足够大，则可能会影响功耗，即散热，特别是对于高密度部件而言。而且，已知的aoi系统不能确定流动的焊料相对于焊盘是否是平面的，即，焊接接合线厚度(blt)的斜率，该斜率限制其引线接合的能力。

6、smt制造过程的变化常常导致pcb回流期间不期望的后回流部件状况，其不符合smt工艺质量标准，通常称为smt制造缺陷。由于与报废、返工、停机和其他非增值活动相关的浪费，这些smt缺陷对产品质量和制造成本产生重大影响。

技术实现思路

1、本发明公开并描述了用于生产pcba的ai增强型、自校正和闭环smt制造系统。该系统包括丝网印刷机，用于在pcb上的导电焊盘上沉积焊膏；以及spi子系统，用于检查沉积在pcb上的焊膏以识别缺陷。该系统还包括拾放机，用于将电路部件放置在焊膏上；aoi子系统，用于在将电路部件放置在pcb上之后检查pcb；以及回流焊炉，用于将部件引线以电气和机械方式接合到pcb上的焊盘。ai/ml分析引擎，响应来自丝网印刷机、spi子系统、拾放机、aoi子系统和回流焊炉中的每一个的过程数据和变量，并为丝网印刷机、spi子系统、拾放机、aoi子系统和回流焊炉中的每一个提供下游反馈信号，以用于自校正的目的。

2、结合附图，根据以下描述和所附权利要求，本发明的附加特征将变得显而易见。

技术特征：

1.一种用于生产印刷电路板组件(pcba)的表面安装技术(smt)制造系统，所述系统包括：

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述分析引擎采用自学习马尔可夫决策过程(mdp)模型，所述模型管理顺序决策过程结果并提供多智能体强化学习，其中在两个马尔可夫状态之间的转换期间，状态和转换被量化为计算奖励。

3.根据权利要求1所述的系统，还包括第二aoi子系统，用于在所述pcb已经到达所述回流焊炉之后检查所述pcb，所述分析引擎响应来自所述第二aoi子系统的数据和变量，并为所述第二aoi子系统提供反馈信号，以用于自校正的目的。

4.根据权利要求1所述的系统，还包括自动插入机，用于将所述拾放机无法放置的附加部件插到所述pcb上，所述分析引擎响应来自所述自动插入机的数据和变量，并向所述自动插入机提供反馈信号，以用于自校正的目的。

5.根据权利要求1所述的系统，还包括用于批量焊接所述pcb的波峰焊接机，所述分析引擎响应来自所述波峰焊接机的数据和变量，并向所述波峰焊接机提供反馈信号，以用于自校正的目的。

6.根据权利要求1所述的系统，还包括在线x射线检查机，用于在所述pcb上执行x射线检查过程，所述分析引擎响应来自所述在线x射线检查机的数据和变量，并向所述在线x射线检查机提供反馈信号，以用于自校正的目的。

7.根据权利要求1所述的系统，还包括用于对所述pcb执行电气测试的内电路测试机，所述分析引擎响应来自所述内电路测试机的数据和变量，并向所述内电路测试机提供反馈信号，以用于自校正的目的。

8.根据权利要求1所述的系统，其中，由所述丝网印刷机提供给所述引擎的所述过程数据和所述变量包括：焊膏类型、清洁循环冲程和丝网印刷机参数，所述引擎向所述丝网印刷机提供由上游过程和检查确定的压力调整、刮刀更换和模板清洁信息，以用于丝网印刷自校正。

9.根据权利要求1所述的系统，其中，由所述spi子系统提供给所述引擎的所述过程数据和所述变量包括：焊膏偏移测量值和所述pcb上的部件的密度或分辨率，所述引擎向所述spi子系统提供由上游过程和检查确定的信息，以用于spi自校正。

10.根据权利要求1所述的系统，其中，由所述拾放机提供给所述引擎的所述过程数据和所述变量包括：地面、包装和机器信息，所述引擎向所述拾放机提供由上游过程和检查确定的更换喷嘴或进料器、调整零件分辨率、改变放置位置、优化放置偏移以实现更好放置以及执行维护信息，以用于拾放自校正。

11.根据权利要求1所述的系统，其中，由所述第一aoi子系统提供给所述引擎的所述过程数据和所述变量包括：部件状况和部件偏移测量值，所述引擎向所述第一aoi子系统提供由上游过程和检查确定的预流程程序参数调整设置，以用于aoi自校正。

12.一种用于生产印刷电路板组件(pcba)的表面安装技术(smt)制造系统，所述系统包括：

13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述分析引擎采用自学习马尔可夫决策过程(mdp)模型，所述模型管理顺序决策过程结果并提供多智能体强化学习，其中在两个马尔可夫状态之间的转换期间，状态和转换被量化为计算奖励。

14.根据权利要求12所述的系统，其中，由所述丝网印刷机提供给所述引擎的所述过程数据和所述变量包括：焊膏类型、清洁循环冲程和丝网印刷机参数，所述引擎向所述丝网印刷机提供由上游过程和检查确定的压力调整、刮刀更换和模板清洁的信息，以用于丝网印刷自校正。

15.根据权利要求12所述的系统，其中，由所述spi子系统提供给所述引擎的所述过程数据和所述变量包括：焊膏偏移测量值和所述pcb上得部件的密度或分辨率，所述引擎向所述spi子系统提供由上游过程和检查确定的信息，以用于spi自校正。

16.根据权利要求12所述的系统，其中，由所述拾放机提供给所述引擎的所述过程数据和所述变量包括：地面、包装和机器信息，所述引擎向所述拾放机提供由上游过程和检查确定的更换喷嘴或进料器、调整零件定义、改变放置位置、优化放置偏移以实现更好放置以及执行维护信息，以用于拾放自校正。

17.根据权利要求12所述的系统，其中，由所述第一aoi子系统提供给所述引擎的所述过程数据和所述变量包括：部件状况和部件偏移测量值，所述引擎向所述第一aoi子系统提供由上游过程和检查确定的预流程程序参数调整设置，以用于aoi自校正。

18.一种用于生产印刷电路板组件(pcba)的表面安装技术(smt)制造系统，所述系统包括：

19.根据权利要求18所述的系统，其中，所述分析引擎采用自学习马尔可夫决策过程(mdp)模型，所述模型管理顺序决策过程结果并提供多智能体强化学习其中在两个马尔可夫状态之间的转换期间，状态和转换被量化为计算奖励。

20.根据权利要求18所述的系统，其中，所述多个装置包括：用于将焊膏沉积在pcb上的导电焊盘上的丝网印刷机、用于检查沉积在所述pcb上的所述焊膏以识别缺陷的焊膏检查(spi)子系统、用于将电路部件放置在所述焊膏上的拾放机，用于在将所述电路部件放置在所述pcb上之后检查所述pcb的自动光学检查(aoi)子系统，以及用于将部件引线以电气和机械方式接合到所述pcb上的所述焊盘的回流焊炉。

技术总结
一种用于生产PCBA的AI增强型、自校正和闭环SMT制造系统。该系统包括丝网印刷机，用于在PCB上的焊盘上沉积焊膏；SPI子系统，用于检查沉积在PCB上的焊膏以识别缺陷；拾放机，用于将电路部件放置在焊膏上；AOI子系统，用于在将电路部件放置在PCB上之后检查PCB；以及回流焊炉，用于将部件引线以电气和机械方式接合到PCB上的焊盘。AI/ML分析引擎，响应来自丝网印刷机、SPI子系统、拾放机、AOI子系统和回流焊炉中的每一个的过程数据和变量，并为丝网印刷机、SPI子系统、拾放机、AOI子系统和回流焊炉中的每一个提供下游反馈信号，以用于自校正的目的。

技术研发人员：安瓦尔·A·穆罕默德,哈普尼特·辛,尼古拉斯·兰德尔·托克奇,加里·罗霍,邦妮·洛厄尔
受保护的技术使用者：捷普有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22