ＳＭＴ工藝經(jīng)典十大步驟
第一步驟：製程設(shè)計(jì)
表面黏著組裝製程,，特別是針對(duì)微小間距元件,，需要不斷的監(jiān)視製程，及有系統(tǒng)的檢視,。舉例說(shuō)明,，在美國(guó),，焊錫接點(diǎn)品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)是依據(jù) IPC-A-620及國(guó)家焊錫標(biāo)準(zhǔn) ANSI / J-STD-001。了解這些準(zhǔn)則及規(guī)範(fàn)後,，設(shè)計(jì)者才能研發(fā)出符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)需求的產(chǎn)品,。 ffice
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量產(chǎn)設(shè)計(jì)
量產(chǎn)設(shè)計(jì)包含了所有大量生產(chǎn)的製程,、組裝、可測(cè)性及可*性,，而且是以書(shū)面文件需求為起點(diǎn),。
一份完整且清晰的組裝文件，對(duì)從設(shè)計(jì)到製造一系列轉(zhuǎn)換而言,，是絕對(duì)必要的也是成功的保證,。其相關(guān)文件及CAD資料清單包括材料清單(BOM)、合格廠商名單,、組裝細(xì)節(jié)、特殊組裝指引,、PC板製造細(xì)節(jié)及磁片內(nèi)含 Gerber資料或是 IPC-D-350程式,。
在磁片上的CAD資料對(duì)開(kāi)發(fā)測(cè)試及製程冶具，及編寫(xiě)自動(dòng)化組裝設(shè)備程式等有極大的幫助,。其中包含了X-Y軸座標(biāo)位置,、測(cè)試需求、概要圖形,、線(xiàn)路圖及測(cè)試點(diǎn)的X-Y座標(biāo),。
PC板品質(zhì)
從每一批貨中或某特定的批號(hào)中，抽取一樣品來(lái)測(cè)試其焊錫性,。這PC板將先與製造廠所提供的產(chǎn)品資料及IPC上標(biāo)定的品質(zhì)規(guī)範(fàn)相比對(duì),。接下來(lái)就是將錫膏印到焊墊上迴焊，如果是使用有機(jī)的助焊劑,，則需要再加以清洗以去除殘留物,。在評(píng)估焊點(diǎn)的品質(zhì)的同時(shí)，也要一起評(píng)估PC板在經(jīng)歷迴焊後外觀及尺寸的反應(yīng),。同樣的檢驗(yàn)方式也可應(yīng)用在波峰焊錫的製程上,。
組裝製程發(fā)展
這一步驟包含了對(duì)每一機(jī)械動(dòng)作，以肉眼及自動(dòng)化視覺(jué)裝置進(jìn)行不間斷的監(jiān)控,。舉例說(shuō)明,，建議使用雷射來(lái)掃描每一PC板面上所印的錫膏體積。
在將樣本放上表面黏著元件(SMD) 並經(jīng)過(guò)迴焊後,，品管及工程人員需一一檢視每元件接腳上的吃錫狀況,，每一成員都需要詳細(xì)紀(jì)錄被動(dòng)元件及多腳數(shù)元件的對(duì)位狀況。在經(jīng)過(guò)波峰焊錫製程後,，也需要在仔細(xì)檢視焊錫的均勻性及判斷出由於腳距或元件相距太近而有可能會(huì)使焊點(diǎn)產(chǎn)生缺陷的潛在位置,。
細(xì)微腳距技術(shù)
細(xì)微腳距組裝是一先進(jìn)的構(gòu)裝及製造概念。元件密度及複雜度都遠(yuǎn)大於目前市場(chǎng)主流產(chǎn)品,，若是要進(jìn)入量產(chǎn)階段,，必須再修正一些參數(shù)後方可投入生產(chǎn)線(xiàn),。
舉例說(shuō)明，細(xì)微腳距元件的腳距為 0.025“或是更小,，可適用於標(biāo)準(zhǔn)型及ASIC元件上,。對(duì)這些元件而言其工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)有非常寬的容許誤差，就(如圖一)所示,。正因?yàn)樵⿷?yīng)商彼此間的容許誤差各有不同,，所以焊墊尺寸必須要為此元件量身定製，或是進(jìn)行再修改才能真正提高組裝良率,。
圖一,、微細(xì)腳距元件之焊墊應(yīng)有最小及最大之誤差容許值
焊墊外型尺寸及間距一般是遵循 IPC-SM-782A的規(guī)範(fàn)。然而,，為了達(dá)到製程上的需求,，有些焊墊的形狀及尺寸會(huì)和這規(guī)範(fàn)有些許的出入。對(duì)波峰焊錫而言其焊墊尺寸通常會(huì)稍微大一些,，為的是能有比較多的助焊劑及焊錫,。對(duì)於一些通常都保持在製程容許誤差上下限附近的元件而言，適度的調(diào)整焊墊尺寸是有其必要的,。
表面黏著元件放置方位的一致性
儘管將所有元件的放置方位,，設(shè)計(jì)成一樣不是完全必要的，但是對(duì)同一類(lèi)型元件而言,，其一致性將有助於提高組裝及檢視效率,。對(duì)一複雜的板子而言有接腳的元件，通常都有相同的放置方位以節(jié)省時(shí)間,。原因是因?yàn)榉胖迷淖ヮ^通常都是固定一個(gè)方向的,，必須要旋轉(zhuǎn)板子才能改變放置方位。致於一般表面黏著元件則因?yàn)榉胖脵C(jī)的抓頭能自由旋轉(zhuǎn),，所以沒(méi)有這方面的問(wèn)題,。但若是要過(guò)波峰焊錫爐，那元件就必須統(tǒng)一其方位以減少其暴露在錫流的時(shí)間,。
一些有極性的元件的極性,，其放置方向是早在整個(gè)線(xiàn)路設(shè)計(jì)時(shí)就已決定，製程工程師在了解其線(xiàn)路功能後,，決定放置元件的先後次序可以提高組裝效率,，但是有一致的方向性或是相似的元件都是可以增進(jìn)其效率的。若是能統(tǒng)一其放置方位,，不僅在撰寫(xiě)放置元件程式的速度可以縮短,，也同時(shí)可以減少錯(cuò)誤的發(fā)生。
一致(和足夠)的元件距離
全自動(dòng)的表面黏著元件放置機(jī)一般而言是相當(dāng)精確的，但設(shè)計(jì)者在嘗試著提高元件密度的同時(shí),，往往會(huì)忽略掉量產(chǎn)時(shí)複雜性的問(wèn)題,。舉例說(shuō)明，當(dāng)高的元件太*近一微細(xì)腳距的元件時(shí),，不僅會(huì)阻擋了檢視接腳焊點(diǎn)的視線(xiàn)也同時(shí)阻礙了重工或重工時(shí)所使用的工具,。
波峰焊錫一般使用在比較低、矮的元件如二極體及電晶體等,。小型元件如SOIC等也可使用在波峰焊錫上,，但是要注意的是有些元件無(wú)法承受直接暴露在錫爐的高熱下。
為了確保組裝品質(zhì)的一致性,，元件間的距離一定要大到足夠且均勻的暴露在錫爐中,。為保證焊錫能接觸到每一個(gè)接點(diǎn)，高的元件要和低,、矮的元件,，保持一定的距離以避免遮蔽效應(yīng)。若是距離不足,，也會(huì)妨礙到元件的檢視和重工等工作。
工業(yè)界已發(fā)展出一套標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用在表面黏著元件,。如果有可能,，儘可能使用符合標(biāo)準(zhǔn)的元件，如此可使設(shè)計(jì)者能建立一套標(biāo)準(zhǔn)焊墊尺寸的資料庫(kù),，使工程師也更能掌握製程上的問(wèn)題,。設(shè)計(jì)者可發(fā)現(xiàn)已有些國(guó)家建立了類(lèi)似的標(biāo)準(zhǔn)，元件的外觀或許相似,，但是其元件之引腳角度卻因生產(chǎn)國(guó)家之不同而有所差異,。舉例說(shuō)明， SOIC元件供應(yīng)者來(lái)自北美及歐洲者都能符合EIZ標(biāo)準(zhǔn),，而日本產(chǎn)品則是以EIAJ為其外觀設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,。要注意的是就算是符合EIAJ標(biāo)準(zhǔn)，不同公司生產(chǎn)的元件其外觀上也不完全相同,。
為提高生產(chǎn)效率而設(shè)計(jì)
組裝板子可以是相當(dāng)簡(jiǎn)單,，也可是非常複雜，全視元件的形態(tài)及密度來(lái)決定,。一複雜的設(shè)計(jì)可以做成有效率的生產(chǎn)且減少困難度,，但若是設(shè)計(jì)者沒(méi)注意到製程細(xì)節(jié)的話(huà)，也會(huì)變得非常的困難的,。組裝計(jì)劃必須一開(kāi)始在設(shè)計(jì)的時(shí)候就考慮到,。通常只要調(diào)整元件的位置及置放方位，就可以增加其量產(chǎn)性。若是一PC板尺寸很小,，具不規(guī)則外形或有元件很*近板邊時(shí),，可以考慮以連板的形式來(lái)進(jìn)行量產(chǎn)。
測(cè)試及修補(bǔ)
通常使用桌上小型測(cè)試工具來(lái)偵測(cè)元件或製程缺失是相當(dāng)不準(zhǔn)確且費(fèi)時(shí)的,，測(cè)試方式必須在設(shè)計(jì)時(shí)就加以考慮進(jìn)去,。例如，如要使用ICT測(cè)試時(shí)就要考慮在線(xiàn)路上,，設(shè)計(jì)一些探針能接觸的測(cè)試點(diǎn),。測(cè)試系統(tǒng)內(nèi)有事先寫(xiě)好的程式，可對(duì)每一元件的功能加以測(cè)試,，可指出那一元件是故障或是放置錯(cuò)誤,，並可判別焊錫接點(diǎn)是否良好。在偵測(cè)錯(cuò)誤上還應(yīng)包含元件接點(diǎn)間的短路,，及接腳和焊墊之間的空焊等現(xiàn)象,。
若是測(cè)試探針無(wú)法接觸到線(xiàn)路上每一共通的接點(diǎn)(common junction)時(shí)，則要個(gè)別量測(cè)每一元件是無(wú)法辦到的,。特別是針對(duì)微細(xì)腳距的組裝,，更需要依賴(lài)自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備的探針，來(lái)量測(cè)所有線(xiàn)路上相通的點(diǎn)或元件間相聯(lián)的線(xiàn),。若是無(wú)法這樣做,，那退而求其次致少也要通過(guò)功能測(cè)試才可以，不然只有等出貨後顧客用壞了再說(shuō),。
ICT測(cè)試是依不用產(chǎn)品製作不同的冶具及測(cè)試程式,，若在設(shè)計(jì)時(shí)就考慮到測(cè)試的話(huà)，那產(chǎn)品將可以很容易的檢測(cè)每一元件及接點(diǎn)的品質(zhì),。(圖二)所示為可以目視看到的焊錫接點(diǎn)不良,。然而，錫量不足及非常小的短路則只有依賴(lài)電性測(cè)試來(lái)檢查,。
圖二,、焊點(diǎn)缺陷，以目視檢測(cè),，包括因接腳共平面問(wèn)題所造成的空焊及短路,，自動(dòng)測(cè)試機(jī)在發(fā)現(xiàn)肉眼無(wú)法檢測(cè)出的缺陷時(shí)，是有其存在的必要的,。
由於第一面及第二面的元件密度可能完全相同,，所以傳統(tǒng)所使用的測(cè)試方式可能無(wú)法偵測(cè)全部錯(cuò)誤。儘管在高密度微細(xì)腳距的PC板上有小的導(dǎo)通孔(via)墊可供探針接觸,，但一般仍會(huì)希望加大此導(dǎo)通孔墊以供使用,。
決定最有效率之組裝
對(duì)所有的產(chǎn)品都提供相同的組裝程序是不切實(shí)際的。對(duì)於不同元件、不同密度及複雜性的產(chǎn)品組裝,，至少會(huì)使用二種以上的組裝過(guò)程,。至於更困難的微細(xì)腳距元件組裝，則需要使用不同的組裝方式以確保效率及良率,。
整個(gè)產(chǎn)品上元件密度的升高及高比率使用微細(xì)腳距元件都將使得組裝(測(cè)試及檢視)的困難度大幅提高,。有些方式可供選擇：表面黏著元件在單面或雙面、表面黏著元件及微細(xì)腳距元件在單面或雙面,。
當(dāng)製程複雜度升高時(shí),，費(fèi)用也隨之上升。舉例說(shuō)明,，在設(shè)計(jì)微細(xì)腳距元件於一面或雙面之前,，設(shè)計(jì)者必須了解到此一製程的困難度及所需費(fèi)用。另一件則是混載製程,。PC板通常都是採(cǎi)用混載製程,，也就是包含了穿孔元件在板子上。在一自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)上,，表面黏著元件是以迴焊為主要方式,，而有接腳的元件則是以波峰焊錫法為主。在這時(shí)有接腳的元件,，就必須等迴焊元件都上完後再進(jìn)行組裝,。
迴焊焊接
迴焊焊接是使用錫、鉛合金為成份的錫膏,。這錫膏再以非接觸的加熱方式如紅外線(xiàn)、熱風(fēng)等,，將其加熱液化,。波峰焊錫法可用來(lái)焊接有接腳元件及部份表面黏著元件，但要注意的是,，這些元件必須先以環(huán)氧樹(shù)脂固定,，才能暴露在熔融的錫爐裡。以下幾種連線(xiàn)生產(chǎn)方式可供參考：迴焊焊接,、雙面迴焊焊接,、迴焊/波峰焊錫、雙面迴焊/波峰焊錫,、雙面迴焊/選擇性波峰焊錫等方式,。
迴焊/波峰焊錫及雙面迴焊/波峰焊錫，需要先用環(huán)氧樹(shù)脂將第二面的表面黏著元件全部固定起來(lái)(元件會(huì)暴露在熔融的錫中),。設(shè)計(jì)者在使用主動(dòng)元件於波峰焊錫中要特別的注意,。
選擇性波峰焊錫法，是先用簡(jiǎn)單的冶具將先前以迴焊方式裝上的元件遮蔽起來(lái)，再去過(guò)錫爐,。這種方式可以把元件以冶具保護(hù)起來(lái),，只露出部份選擇性區(qū)域來(lái)通過(guò)熔融的錫。這方法還需要考慮到兩種不同的元件(表面黏著元件及插件式元件)之間的距離,，是否能確保足夠的流錫能不受限制的流到焊點(diǎn),。較高的元件(高於3mm)最好是放到第一面，以免增加冶具的厚度(如圖三所示),。
圖三,、在雙面迴焊後使用選擇性波峰焊錫時(shí)，表面黏著元件和插件式元件接腳要保持一定的距離,，以確保錫流能順利流過(guò)這些焊點(diǎn),。
魯柏特方式(Ruppert process)提供製程工程師，一次就將迴焊元件及插件式元件焊接好的方式,。將一計(jì)算過(guò)的錫膏量放置到每一穿孔焊墊的四周,。當(dāng)錫膏熔化時(shí)會(huì)自動(dòng)流入穿孔內(nèi)， 填滿(mǎn)孔穴並完成焊接接點(diǎn),。當(dāng)使用這種方式時(shí)元件必須要能承受迴焊時(shí)的高溫,。
冶具開(kāi)發(fā)文件
開(kāi)發(fā)PC板組裝用冶具需要詳細(xì)如CAD等的資料。Gerber file或IPC-D-350用來(lái)製作板子的資料也常在撰寫(xiě)機(jī)器程式,，開(kāi)印刷鋼版及製造測(cè)試冶具時(shí)被用到,。儘管每一部份所使用的程式相容性都不同，但全自動(dòng)的機(jī)械設(shè)備,，通常都會(huì)有自動(dòng)轉(zhuǎn)換或翻譯的軟體來(lái)把CAD資料轉(zhuǎn)成可辨視的格式,。使用資料的單位包括組裝機(jī)器的程式、印刷鋼版製作,、真空冶具製作及測(cè)試冶具等,。
結(jié)論
工程師可能會(huì)使用數(shù)種不同的成熟製程方式，來(lái)焊接許多種類(lèi)的元件到基板上面,。有著完整的計(jì)劃及一清晰易懂的組裝流程步驟及需求,，設(shè)計(jì)者可以更容易準(zhǔn)備出一符合生產(chǎn)線(xiàn)生產(chǎn)的產(chǎn)品。提供一好的PC板設(shè)計(jì)及完整且清晰的文件,，可以確保組裝品質(zhì),、功能及可*度都能在一定預(yù)算下順利達(dá)到目地。
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