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ＳＭＴ工藝經(jīng)典十大步驟
: [, d F* k+ J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(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 ffice" /> 8 }: n7 z; A* T3 b7 H; R
量產(chǎn)設(shè)計(jì) + t# u1 _$ m, D8 D
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)。 1 M$ U: o8 {7 `1 \( T) J3 W% M0 _
PC板品質(zhì) 7 B) e6 m" v# V6 W! x( y
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。 0 [7 m5 ]' _1 v, e
組裝製程發(fā)展 0 X! l( k' ^7 g6 `6 ?! q( j
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。
, t3 _: W. X* y9 P$ O8 O9 M% K+ _細(xì)微腳距技術(shù) ; c' V: e. @3 b- g; n0 f: C: B
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。
, X+ e$ [$ h7 Y9 w/ J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
, Y9 ?7 K, z( a( F3 e+ p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。 # L5 N5 j5 f& S Z5 ]
表面黏著元件放置方位的一致性
) T- N% |' C+ \ r& Y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。
$ R9 }- H7 n4 P6 u% }) X2 R一致(和足夠)的元件距離
9 F |( Y: U+ x2 n% T2 [2 _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(guó)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(guó)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。 4 u& l( }$ S- ]7 c% u) I# @
為提高生產(chǎn)效率而設(shè)計(jì)
y2 N& i- u" ]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)。 ; s0 G# O4 H! H- c' ?
測(cè)試及修補(bǔ)
8 a2 P2 d$ N( i/ {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。 & {# J- Z2 ^% u+ W' x
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。 % W3 S, r- z: `2 |) s9 |- O
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。
# t" T3 s& a" _" p f決定最有效率之組裝 , a) o" [6 J: T% s+ E4 G7 w
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。 * A- A& G6 I+ K7 C
迴焊焊接
0 w. H3 x0 Q+ ?* j% U4 ~( Q/ _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)。
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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。
$ T6 H: {' E, C7 A7 z3 T$ r冶具開發(fā)文件
; J" S! o% _8 x% s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。
0 H+ U, _2 ]) n$ W: }8 v結(jié)論 ' h0 }$ y# C( p+ b
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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