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SMT之家论文中心 / 表面贴装工艺 / 工艺综述 / 经典:SMT十大步驟
经典:SMT十大步驟
2004-01-02    资料提供:chh210    http://www.smthome.net    点击: 22284
第一步驟:製程設計

     表面黏著組裝製程,特別是針對微小間距元件,需要不斷的監視製程,及有系統的檢視。舉例說明,在美國,焊錫接點品質標準是依據 IPC-A-620及國家焊錫標準 ANSI / J-STD-001。了解這些準則及規範後,設計者才能研發出符合工業標準需求的產品。

量產設計

     量產設計包含了所有大量生產的製程、組裝、可測性及可靠性,而且是以書面文件需求為起點。
     一份完整且清晰的組裝文件,對?脑O計到製造一系列轉換而言,是絕對必要的也是成功的保證。其相關文件及CAD資料清單包括材料清單(BOM)、合格?S商名單、組裝細?、特殊組裝指引、PC板製造細?及磁片內含 Gerber資料或是 IPC-D-350程式。
     在磁片上的CAD資料對開發測試及製程冶具,及編寫自動化組裝設備程式等有極大的幫助。其中包含了X-Y軸座標位置、測試需求、概要圖形、線路圖及測試點的X-Y座標。

PC板品質

     ?拿恳慌浿谢蚰程囟ǖ呐栔校槿∫粯悠?頊y試其焊錫性。這PC板將先與製造?S所提供的產品資料及IPC上標定的品質規範相比對。接下?砭褪菍㈠a膏印到焊墊上迴焊,如果是使用有機的助焊劑,則需要再加以清洗以去除殘留物。在評估焊點的品質的同時,也要一起評估PC板在經歷迴焊後外觀及尺寸的反應。同樣的檢驗方式也可應用在波峰焊錫的製程上。

組裝製程發展

     這一步驟包含了對每一機械動作,以肉眼及自動化視覺裝置進行不間斷的監控。舉例說明,建議使用雷射?頀呙杳恳籔C板面上所印的錫膏體積。
     在將樣本放上表面黏著元件(SMD) ?K經過迴焊後,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紀錄被動元件及多腳數元件的對位狀況。在經過波峰焊錫製程後,也需要在仔細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使焊點產生缺陷的?撛谖恢谩

細微腳距技術

     細微腳距組裝是一先進的構裝及製造概念。元件密度及複雜度都遠大於目前市場主流產品,若是要進入量產階段,必須再修正一些參數後方可投入生產線。
     舉例說明,細微腳距元件的腳距為 0.025“或是更小,可適用於標準型及ASIC元件上。對這些元件而言其工業標準有非常寬的容許誤差,就(如圖一)所示。正因為元件供應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,或是進行再修改才能真正提高組裝良率。

圖一、微細腳距元件之焊墊應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的規範。然而,為了達到製程上的需求,有些焊墊的形狀及尺寸會和這規範有些許的出入。對波峰焊錫而言其焊墊尺寸通常會稍微大一些,為的是能有比較多的助焊劑及焊錫。對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

     ?管將所有元件的放置方位,設計成一樣不是完全必要的,但是對同一?型元件而言,其一致性將有助於提高組裝及檢視效率。對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?省時間。原因是因為放置元件的抓頭通常都是固定一個方向的,必須要旋轉板子才能改變放置方位。致於一般表面黏著元件則因為放置機的抓頭能自由旋轉,所以沒有這方面的問題。但若是要過波峰焊錫爐,那元件就必須統一其方位以減少其暴露在錫流的時間。
     一些有極性的元件的極性,其放置方向是早在整個線路設計時就已決定,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其效率的。若是能統一其放置方位,不僅在撰寫放置元件程式的速度可以縮短,也同時可以減少錯誤的發生。

一致(和足夠)的元件距離

     全自動的表面黏著元件放置機一般而言是相當精確的,但設計者在嘗試著提高元件密度的同時,往往會忽略掉量產時複雜性的問題。舉例說明,當高的元件太靠近一微細腳距的元件時,不僅會阻擋了檢視接腳焊點的視線也同時阻礙了重工或重工時所使用的工具。
     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接點,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。若是距離不足,也會妨礙到元件的檢視和重工等工作。
     工業界已發展出一套標準應用在表面黏著元件。如果有可能,?可能使用符合標準的元件,如此可使設計者能建立一套標準焊墊尺寸的資料庫,使工程師也更能掌握製程上的問題。設計者可發現已有些國家建立了?似的標準,元件的外觀或許相似,但是其元件之引腳角度卻因生產國家之不同而有所差?。舉例說明, SOIC元件供應者?碜员泵兰皻W洲者都能符合EIZ標準,而日本產品則是以EIAJ為其外觀設計準則。要注意的是就算是符合EIAJ標準,不同公司生產的元件其外觀上也不完全相同。

為提高生產效率而設計

     組裝板子可以是相當簡單,也可是非常複雜,全視元件的形態及密度?頉Q定。一複雜的設計可以做成有效率的生產且減少困難度,但若是設計者沒注意到製程細?的話,也會變得非常的困難的。組裝計?必須一開始在設計的時候就考慮到。通常只要調整元件的位置及置放方位,就可以增加其量產性。若是一PC板尺寸很小,具不規則外形或有元件很靠近板邊時,可以考慮以連板的形式?磉M行量產。

測試及修補

     通常使用桌上小型測試工具?韨蓽y元件或製程缺失是相當不準確且費時的,測試方式必須在設計時就加以考慮進去。例如,如要使用ICT測試時就要考慮在線路上,設計一些探針能接觸的測試點。測試系統內有事先寫好的程式,可對每一元件的功能加以測試,可指出那一元件是故障或是放置錯誤,?K可判別焊錫接點是否良好。在偵測錯誤上還應包含元件接點間的短路,及接腳和焊墊之間的空焊等現象。
     若是測試探針無法接觸到線路上每一共通的接點(common junction)時,則要個別量測每一元件是無法辦到的。特別是針對微細腳距的組裝,更需要依賴自動化測試設備的探針,?砹繙y所有線路上相通的點或元件間相聯的線。若是無法這樣做,那退而求其次致少也要通過功能測試才可以,不然只有等出貨後顧客用壞了再說。
     ICT測試是依不用產品製作不同的冶具及測試程式,若在設計時就考慮到測試的話,那產品將可以很容易的檢測每一元件及接點的品質。(圖二)所示為可以目視看到的焊錫接點不良。然而,錫量不足及非常小的短路則只有依賴電性測試?頇z查。

圖二、焊點缺陷,以目視檢測,包括因接腳共平面問題所造成的空焊及短路,自動測試機在發現肉眼無法檢測出的缺陷時,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,所以傳統所使用的測試方式可能無法偵測全部錯誤。?管在高密度微細腳距的PC板上有小的導通孔(via)墊可供探針接觸,但一般仍會希望加大此導通孔墊以供使用。

決定最有效率之組裝

     對所有的產品都提供相同的組裝程序是不切?際的。對於不同元件、不同密度及複雜性的產品組裝,至少會使用二種以上的組裝過程。至於更困難的微細腳距元件組裝,則需要使用不同的組裝方式以確保效率及良率。
     整個產品上元件密度的升高及高比率使用微細腳距元件都將使得組裝(測試及檢視)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腳距元件在單面或雙面。
     當製程複雜度升高時,費用也隨之上升。舉例說明,在設計微細腳距元件於一面或雙面之前,設計者必須了解到此一製程的困難度及所需費用。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。在一自動化生產線上,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。在這時有接腳的元件,就必須等迴焊元件都上完後再進行組裝。

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、熱風等,將其加熱液化。波峰焊錫法可用?砗附佑薪幽_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氧樹脂固定,才能暴露在熔融的錫爐裡。以下幾種連線生產方式可供參考: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,需要先用環氧樹脂將第二面的表面黏著元件全部固定起?(元件會暴露在熔融的錫中)。設計者在使用主動元件於波峰焊錫中要特別的注意。
     選擇性波峰焊錫法,是先用簡單的冶具將先前以迴焊方式裝上的元件遮蔽起?恚偃ミ^錫爐。這種方式可以把元件以冶具保護起?恚宦冻霾糠葸x擇性區域?硗ㄟ^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。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,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。

     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。將一計算過的錫膏量放置到每一穿孔焊墊的四周。當錫膏熔化時會自動流入穿孔內, 填?M孔穴?K完成焊接接點。當使用這種方式時元件必須要能承受迴焊時的高溫。

冶具開發文件

     開發PC板組裝用冶具需要詳細如CAD等的資料。Gerber file或IPC-D-350用?硌u作板子的資料也常在撰寫機器程式,開印刷鋼版及製造測試冶具時被用到。?管每一部份所使用的程式相容性都不同,但全自動的機械設備,通常都會有自動轉換或翻譯的軟體?戆袰AD資料轉成可辨視的格式。使用資料的單位包括組裝機器的程式、印刷鋼版製作、真空冶具製作及測試冶具等。

結論

     工程師可能會使用數種不同的成熟製程方式,?砗附釉S多種?的元件到基板上面。有著完整的計?及一清晰易懂的組裝流程步驟及需求,設計者可以更容易準備出一符合生產線生產的產品。提供一好的PC板設計及完整且清晰的文件,可以確保組裝品質、功能及可靠度都能在一定預算下順利達到目地。

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责任编辑: skylee
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