AI 电源模块的在线 BGA 检测

作为智能电子制造硬件和软件解决方案领域的全球技术与市场领导者，ASMPT将人工智能的蓬勃发展视为一个明确的战略机遇，以此持续推进其解决方案的开发。现有的BGA检测传感器解决方案已无法满足新一代元器件的需求。 “我们的客户对质量监控的要求日益全面，特别是针对BGA和复杂连接器。与此同时，系统必须保持高循环率运行。这给所采用的测量技术提出了极高的要求，”ASMPT SMT Solutions贴片解决方案高级产品经理Petra Klein-Gunnewigk解释道。

因此，此次寻求的并非一套全新的系统，而是一款测量性能显著提升的定制化3D激光轮廓传感器，该传感器能够直接集成到现有的ASMPT设备平台中，作为现有设备的替代方案。ASMPT通过与AT Sensors的合作找到了解决方案，这家位于汉堡附近的企业是全球领先的高精度3D激光轮廓传感器制造商。

对新型激光轮廓仪的要求十分严苛：更大的测量范围、更高的精度以及更快的速度。实际上，这正是3D传感器技术面临的终极挑战，因为这三项要求通常相互矛盾。更大的测量范围往往以牺牲细节清晰度为代价；更高的精度需要更复杂的光学系统；而更快的速度则会提高对数据处理的要求。任何希望同时满足这三项要求的人，都必须跳出标准解决方案的框架来思考。

此外，还存在一个与材料相关的挑战：焊球会反射入射光。那些在漫反射表面上表现优异的传感器系统，在高反射金属表面上往往会产生不稳定或无法重复的测量结果。 因此，与 AT Sensors 合作的关键在于两个决定性因素：其在高反射表面上久经考验的成像质量，以及 AT 现有传感器产品组合已具备的高测量速度。此外，还有一项战略优势：AT Sensors 提供模块化传感器方案，能够为客户提供定制化解决方案，且无需漫长的交货周期、额外的定制费用或最低起订量。

这项联合开发最终耗时约两年。在此期间，3D激光轮廓传感器的光学、电子和几何结构均经过精密调整，以满足ASMPT SIPLACE贴片机的要求，最终研制出了一款定制的3D激光三角测量传感器，ASMPT内部将其称为“3D Coplan模块”：C6-3070CS。 “精准的共面度测量与智能数据分析相结合，构成了稳定贴片工艺的基础。正因如此，我们很高兴能选用来自AT Sensors的组件——这是一家可靠且高品质的供应商，”Petra Klein-Gunnewigk在谈到为何特意选择AT Sensors时如是说。

AT激光轮廓仪与标准解决方案的区别在于，其设计专门针对BGA检测的要求而量身定制。该设备每个轮廓拥有3,072个测量点，可在整个测量区域内提供极高的分辨率。其轮廓采集速率达12.5 kHz，即使在生产线在线操作所需的高传输速度下，也能对BGA表面进行完整的3D捕捉。

此外，C6-3070CS 专为在测量反射性焊球时仍能提供稳定且可重复的测量数据而设计，这正是它与标准传感器的一大关键区别——后者在处理此类表面特性时，往往难以避免饱和效应或测量伪影。

该传感器的测量范围还完全覆盖了最大尺寸为 180 × 180 毫米的模块。对于尺寸超出单次传感器扫描视场的超大尺寸组件，会采用拼接处理：将多次轮廓扫描结果整合为一个连贯的 3D 数据集，以呈现整个 BGA 表面。 “为客户开发定制化解决方案不仅仅是我们的一项指导原则。正因为我们自己曾是系统集成商，且拥有超过25年的应用经验，我们才能深刻理解客户的需求，并将其转化为最优的技术解决方案，”AT Sensors首席技术官安德烈·卡斯珀（André Kasper）博士解释道。

对于生产线上的操作员而言，检测流程依然极其简单：AI 功率模块按照正常的生产周期通过 ASMPT SIPLACE 贴片机。在模块传输过程中，Coplan 传感器会持续捕捉 BGA 底面的高分辨率 3D 轮廓。

集成评估软件会实时分析采集到的3D数据，并计算每个焊球的相应质量参数：焊球高度、直径、几何形状以及共面度——即整个接触面高度分布的均匀性，这被视为本次BGA检测中的关键质量特征。一旦发现偏离预定义公差范围的情况，系统会立即检测到，并在受影响的元件引发后续高昂问题之前自动将其剔除。

与此同时，该系统还能提供宝贵的工艺数据。记录的测量值为统计分析提供了可靠依据，有助于识别趋势，并为整个制造过程的数据驱动优化奠定了基础。“可靠的质量控制是电子制造中现代人工智能硬件的关键基础，它确保了该硬件能够以所需的质量和数量进行生产，”AT首席技术官安德烈·卡斯珀（André Kasper）表示。

ASMPT 与 AT Sensors 之间的合作有力地证明了现代电子制造与精密测量技术之间必须紧密协作。 定制的 Coplan C6-3070CS 传感器完全满足当今应用的需求：具备可覆盖最大 180 × 180 毫米模块的宽广测量范围、用于精确共面度测量的超高分辨率、适用于在线操作的千赫兹级扫描速率，以及能够可靠处理高反射率焊球表面的光学设计。

与此同时，这一BGA应用解决方案着眼于超越当前的生产需求：Coplan激光轮廓仪的设计已涵盖目前仍在研发中的新一代元器件，可作为直接替代方案无缝集成到现有系统中，无需进行昂贵的改造。原有的基础设施得以保留，新增的检测解决方案不仅满足当前需求，更能满足未来的需求。 在AI硬件这样快速发展的市场中，这或许是最具决定性的优势：今天进行投资的人，明天就无需从头再来。