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ＳＭＴ工藝經(jīng)典十大步驟 & k- M/ t" h, `5 W/ a, Y c9 q
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,。舉例說明,，在美國，焊錫接點(diǎn)品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)是依據(jù) IPC-A-620及國家焊錫標(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 ffice" />
9 ?5 R5 n6 @7 Y' v# |% Z/ v0 |量產(chǎn)設(shè)計(jì) 8 a' I* w: N- o6 X( C, g' S
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)開發(fā)測(cè)試及製程冶具，及編寫自動(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,、線路圖及測(cè)試點(diǎn)的X-Y座標(biāo),。
, _+ Y8 P$ H' e0 Z Y8 JPC板品質(zhì) 1 h c* j+ O. ^5 s; O5 X
從每一批貨中或某特定的批號(hào)中，抽取一樣品來測(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,。 8 S% h" s2 X$ d
組裝製程發(fā)展
4 p5 C* I: s7 D- p+ Z- ?% U2 k6 t這一步驟包含了對(duì)每一機(jī)械動(dòng)作，以肉眼及自動(dòng)化視覺裝置進(jìn)行不間斷的監(jiān)控,。舉例說明,，建議使用雷射來掃描每一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,。
$ z2 e0 p0 O2 q& z/ ?* a! g' T細(xì)微腳距技術(shù)
0 H- x" y# A$ V4 u- L- |4 Z: F: O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。
舉例說明,，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,。 : ]! z* d4 T# @" M6 @/ s' Q
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 ) P3 I8 y+ v. G) }0 ]/ g+ U
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,。 : d4 M* U; e N( n' I; _" j# R
表面黏著元件放置方位的一致性
! k* S! O3 |# J: W9 s4 j7 l2 E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),，所以沒有這方面的問題。但若是要過波峰焊錫爐,，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)線路設(shè)計(jì)時(shí)就已決定,，製程工程師在了解其線路功能後,，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,。
1 V' Y1 w, V2 ^! V, t7 D; ?: u一致(和足夠)的元件距離
& W, o# l; x7 E4 n& _& o, h5 K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)複雜性的問題,。舉例說明,，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,，使工程師也更能掌握製程上的問題,。設(shè)計(jì)者可發(fā)現(xiàn)已有些國家建立了類似的標(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)國家之不同而有所差異,。舉例說明， SOIC元件供應(yīng)者來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,。 ! B) [ P. @ \8 x0 p* M( H
為提高生產(chǎn)效率而設(shè)計(jì)
+ _2 `. I% x/ {+ ? ~1 X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)者沒注意到製程細(xì)節(jié)的話，也會(huì)變得非常的困難的,。組裝計(jì)劃必須一開始在設(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進(jìn)行量產(chǎn),。 + r8 }5 v5 n# h0 c/ B c0 \& ]
測(cè)試及修補(bǔ)
% M5 }) z. s. j+ d. n1 q通常使用桌上小型測(cè)試工具來偵測(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)試探針無法接觸到線路上每一共通的接點(diǎn)(common junction)時(shí)，則要個(gè)別量測(cè)每一元件是無法辦到的,。特別是針對(duì)微細(xì)腳距的組裝，更需要依賴自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備的探針,，來量測(cè)所有線路上相通的點(diǎn)或元件間相聯(lián)的線,。若是無法這樣做，那退而求其次致少也要通過功能測(cè)試才可以,，不然只有等出貨後顧客用壞了再說,。
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,，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電性測(cè)試來檢查,。 7 Z7 {; n7 h* E
圖二、焊點(diǎn)缺陷,，以目視檢測(cè),，包括因接腳共平面問題所造成的空焊及短路，自動(dòng)測(cè)試機(jī)在發(fā)現(xiàn)肉眼無法檢測(cè)出的缺陷時(shí),，是有其存在的必要的,。
) X @* ]3 Y z& }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。 5 C2 L' p# k# P( y7 k
決定最有效率之組裝
3 w( o, k' N0 l; k8 Q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。
R' ?' X' ?+ @. j- X* S* }9 Y迴焊焊接
! n! w# ]3 g5 i3 \3 E, Q) F" o \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、熱風(fēng)等,，將其加熱液化,。波峰焊錫法可用來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)氧樹脂固定,，才能暴露在熔融的錫爐裡。以下幾種連線生產(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)氧樹脂將第二面的表面黏著元件全部固定起來(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,，再去過錫爐,。這種方式可以把元件以冶具保護(hù)起來，只露出部份選擇性區(qū)域來通過熔融的錫,。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),。 - Q7 \6 t+ }7 }$ h
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這些焊點(diǎn),。
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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,。 . o$ O2 h) `# X
冶具開發(fā)文件
( }, |0 a8 W/ T4 S3 Q4 w; v( d開發(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用來製作板子的資料也常在撰寫機(jī)器程式,，開印刷鋼版及製造測(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。 3 l( ~% a0 J4 T6 Z1 c# r
結(jié)論 ) K+ q5 D& O# r2 _# _3 e0 o
工程師可能會(huì)使用數(shù)種不同的成熟製程方式,，來焊接許多種類的元件到基板上面,。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,。 |
發(fā)表于 2007-4-13 12:52:11
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發(fā)表于 2007-4-13 12:55:41
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