【SMT资料】SMT新产品钢板导入流程及其作业方案(WORD档，可编辑.docx

系統名稱SYSTEM主 題SUBJECT文件編號DOCUMENT No.品質管理系統新產品鋼板導入流程及其制作方案XXX-PCA-006PAGE18OF17REVA 修 訂 履 歷 Revision History版本Rev.變更編號DCN No.修訂內容Revised Content修訂時間Revised Date修訂人AuthorA初版發行Initial Issue核准APPROVED審核CHECKED承辦PREPAREDBYDATE 目 錄 Catalogue章 節Chapter內 容Content頁 次Page1目 的Purpose32适 用 范 圍 Scope33參 考 文 件Reference34職 責Responsibility35定 義 Definition346作 業 內 容Procedure4177記 錄 保 存Record Conservation178附件及附表Attachment171 目的Purpose1.1 規範新鋼板製作的作業流程保證產品品質;1.2 明確鋼板開孔的一般要求,規範鋼板開孔的統一標準;2 適用范圍Scope 適用於本事業處新產品鋼板的設計及制作3 參考文件Reference3.1 3.2 3.3 3.4 4 職責Responsibility4.1 工程主要負責鋼板的設計及改善,並做到設計準確合理,新鋼板上線時跟蹤其印刷及焊錫品質;4.2 品管主要負責對鋼板印刷品質的確認及反饋:IPQC根據產線的印刷状况(例如:锡膏厚度等)或焊接不良(例如:空焊,偏位等)分析,可能是鋼板開孔不合理造成的不良,並及時通知工程相關人員做進一步分析確認.4.3 SMT主要負責鋼板的使用、管理、保養,配合工程對鋼板驗證以及對由鋼板設計引起的焊接不良的反鐀5 定義 Definition5.1 模板(Stencil): 是由框架,絲網,和開孔的薄片組成,由於目前本事業處所使用的薄片都是不鏽鋼材質的,所以習慣上叫鋼板.5.2 框架(Frame): 用來固定鋼板的裝置,目前本事業處鋼板的框架都採用鋁合金材質,根據本事業處印刷機的特性鋼板使用29*29的框架.5.3 薄片(Foils): 用於製造鋼板的薄片, 目前本事業處采用不鏽鋼材質,鋼片厚度大部分為5mil,根據不同情況也會使用4mil, 6mil, 7mil 厚度的鋼片.為保證鋼网有足夠的張力和良好的平整度，通常要求鋼片距框架內側保留有2030mm.5.4 絲網(Border): 用來連接框架和鋼片的物質.5.5 開孔(Aperture): 鋼板鋼片上開的通道,目前本事業處鋼板都使用激光開孔5.6 基准點(Fiducials): 鋼板鋼片上的參考標記點,用於印刷機上視覺系統識別,用來校準PCB基板和鋼板.一塊鋼板上最少要求3個基準點,其中包括對角線上距離最遠的兩個. 對所選的基準點半刻(接觸PCB面)處理 ,刻圓大小和PCB上對應的MARK點大小一致或直徑等於1mm的圓.5.7 階梯鋼板(Step Stencil): 為了滿足一些產品的制程需求通過某種處理(化學蝕刻,電鑄等)方法, 使一塊鋼板有不同的厚度.5.8 寬厚比和面積比(Aspect Ratio and Area Ratio): 為了滿足錫膏的下錫性,保證印刷品質,要求鋼板設計時需滿足如下要求: 寬厚比=開孔寬度/鋼板厚度1.5面積比=開孔底面積/開孔孔壁面積0.665.9 标识（Labeling):为能方便生产管理,通常要求供應商在钢片上刻以下字符：機種名稱（MODEL,厂商编号（P/C）,钢片厚度（T）和生产日期（DATE）,供應商名稱等.6 作業內容Procedure6.1 鋼板制作流程(參考附件)6.2 鋼片厚度的選擇 鋼片厚度的選擇和PCB 上的所有PAD的設計有關係,即要考慮到開孔下錫性又要考慮到焊接品質.選擇鋼片厚度的兩個主要參數是鋼片開孔的寬厚比(Aspect Ratio)和面積比(Area Ratio).目前本事業處根據其產品零件封裝,鋼片厚度一般選擇5mil,反面有測試點的一般選擇4mil, 根據不同需要有時也會選擇6mil,7mil等厚度的鋼片.6.2.1 鋼板開孔面積大小計算 元件焊接點的體積直接影響錫膏的用量, 從而決定鋼板的開孔大小. 首先必須知道元件本體尺寸以及其焊盤尺寸, 再根據此元件的標準焊接形狀建立合理的數學模型算得焊後固態錫的體積, 再由錫膏回焊前後體積比（一般為2：1,無鉛錫膏有所不同, 需根據廠家參數決定）算出錫膏體積, 錫膏體積除以鋼板厚度得出鋼板開孔面積.（下面為chip元件需要的參數）. 注：這種方法涉及模型的建立, 在實際中很少應用 . 目前設計鋼板的開孔已經有很多經驗開法, 對於多數元件我們只要考慮元件上錫飽滿便可以; 對於容易發生短路和空焊的元件從能使元件獲得最多錫量的角度出發, 保證鋼板的寬厚比（Aspect Ratio ）以及面積比（Area Ratio)便可以了. 焊盤尺寸 元件尺寸 標準焊接點尺寸參數6.2.2 面積比和寬厚比計算方法6.2.2.1 對於細長型開孔（例如：PLCC、QFP）, 開孔應計算寬厚比（Aspect Ratio ）和根據錫膏顆粒大小開孔寬度不小于45個錫球直徑 wtAspect Ratio = W / t 1.5Width = 4-5 Particle Diameters6.2.2.2 對於長寬相當的矩形、圓形、類正方形或類圓形的開孔, 應計算面積比（Area Ratio).Aopening = L x WAwalls = 2 (L x t) + 2 (W x t)Aopenging/Awalls0.66LWt DtAopening = *D2/4 Awall = *D* tAopenging/Awalls0.666.2.3 鋼片厚度可參照表一選擇合適厚度,根據PCB貼裝元件類型和大小的不同可採用Step鋼板.(注:以下所有類型元件之開孔方案均只提供參考,實際開孔往往需考究元件類型,焊盤形狀,PCB表面處理,錫膏性能等方面. 根據焊接狀況對鋼板開孔作DOE驗證). 表一:一般钢板厚度选用参数对照表6.2.4 PIH元件錫膏用量計算及開孔尺寸計算 對於PIH元件的開孔,首先計算保證理想焊盤所用錫量, 再根據實際錫膏填充量(受孔徑及印刷能力影響),推算鋼板錫膏印刷量, 從而決定鋼板開孔面積. PIH元件鋼板開孔注意事項:6.2.4.1 零件的耐溫值大于260 ,需滿足SMT回焊制程需求;6.2.4.2 如果反面有PIH零件,零件腳的長度不可以超出PCB 的厚度;6.2.4.3 正面PIH零件,零件腳長度小于2.0mm,建議零件腳超出PCB厚度0.41.0mm;6.2.4.4 PIH零件位置鋼板可以做成階梯鋼板,增加此區域的鋼板厚度(階梯鋼板開孔要求可以參考 6.3.2 階梯鋼板的制作);6.2.4.5 PIH元件鋼板開孔尺寸是越大越好,但是需要保持兩開孔之間的安全距離為0.2mm以上,且外擴的錫膏熔錫是可以被拉回, 在PCB上不殘留錫珠為宜;h PIH孔體積:Vc = r2 h; fillet 切面面積 A = 0.215 x (r x r); fillet 重心離圓心距離 x = 0.2234 x r + a; 引腳半徑(radius of the contact): a; fillet 重心軌跡長 L= 2x; fillet 體積:a V (fillet) = 0.215 (r x r) x 2(0.2234 x r + a); 總錫膏體積VT = (VThrough Hole - Vpin + Vfillet) x 2;T 鋼板錫膏印刷體積:Vaperture=VT +Hole Fill % VC; VT為鋼板開孔錫膏印刷體積;VT=S*T T為鋼板厚度; S為鋼板開孔的面積:S=L1*W1dW1L1 開孔間距d0.2mm 6.3 鋼板開孔加工方式及鋼板孔壁表面處理方式:6.3.1 鋼板開孔加工方式: 目前,業界主要有三種鋼板開孔加工方式:激光切割法,化學蝕刻法及電鑄法.基於對印刷品質及鋼板制作成本等各方面的綜合考量, 本事業處優先採用激光切割方式進行鋼板開孔加工. 在錫膏印刷過程中,由于錫膏本身的黏滯特性以及不同的鋼板開孔之寬厚比係數的影響, 經常會出現鋼板堵孔或者下錫量不足等一系列印刷不良.對此,業界普遍採用了梯形開孔的方式來防止或者減少此類不良的發生,本事業處推薦之典型鋼板開孔方式如下圖所示: 梯形角度(如上圖所示)一般為25度,如有特殊需求要增大此角度以增強鋼板的下錫能力, 需與鋼板製造商聯繫,可酌情增加該角度至11.5度左右.6.3.2 階梯鋼板的制作 在鋼板印刷制程中, 為了同時滿足某些鋼板開孔對錫膏量及下錫能力的需求(如:需同時滿足PIH制程的下錫量及Fine pitch 開孔的下錫能力 ), 常常會使用到階梯鋼板, 目前本事業處有貼片連接器的板子都採用階梯鋼板.其制作工藝為 (激光切割+化學蝕刻). 常見的階梯鋼板(Step stencil)如下圖所示:由厚的鋼板蝕刻成較薄的階梯區域通常的階梯面可以蝕刻在鋼板與刮刀的接觸面,也可以蝕刻在鋼板與PCB的接觸面,如以下圖三,圖四所示,目前本事業處階梯鋼板蝕刻面如圖三所示都在印刷面. 圖三:蝕刻面為鋼板與刮刀的接觸面 圖四: 蝕刻面為鋼板與PCB的接觸面圖中的K1及K2是我們在選擇蝕刻區域時需要管控的兩個關鍵參數,其中K1是鋼板台階邊緣與蝕刻區域內最近的鋼板開孔的距離,K2是鋼板台階邊緣與最近的PIH鋼板開孔的距離.一般來說K2不得小于0.65mm,而K1不得小于台階厚度的36倍.6.3.3 鋼板孔的表面處理方式: 為了增強鋼板的下錫能力,業界除了採用鋼板錐形開孔外,還引入了電拋光工藝(Electro- polishing). 電拋光工藝的原理是通過輕微電化學腐蝕,清除鋼板孔壁毛刺,使鋼板孔壁光滑,從而達到增強鋼板下錫能力之目的.本事業處制作的所有鋼板均需經過電拋光處理. 常見的電拋光後及未經過電拋光處理的鋼板孔壁對比如下圖所示: 未經電拋光處理圖片 經過電拋光處理圖片6.3.4 鋼板開孔設計6.3.4.1 目前本事業處的PCB 表面處理方式都為OSP保護膜, 在樣品生產時鋼板一般採用PCB 開孔,6.3.4.2 即PCB所有PAD都開孔, 在進入量產時可以採用PCA開孔, 但是不貼裝零件的PCB PAD鋼板開孔面積減少一半.A. Chip元件的开孔设计a. 封装为0402Chip元件一般采用按焊盤面積1:1開孔,開孔外移0.05mm 如下圖所示 開孔要求:LDWL1D1W1 1). L1=L; 2).W1=W; 3).D1=D+0.1mm PCB 原始PAD 鋼板建議開孔方法 LDWL1W1D1b. 封装为0603和0805類chip元件開孔方式按PCB PAD 1:1開孔,中間內凹1/3,如圖所示: 開孔要求: 1). W1=1/3 * W; 2). L1=1/3 *L; 3). D1=D+0.1mm PCB 原始PAD 鋼板建議開孔方法c. 1206以及大于1206的電容,電阻類元件開孔有以下几種開孔方式R1LD 開孔要求:L1 1). D1=D+0.04mmR2 2). L1=L+0.05mm;D1W2 L2=0.45mmL2W 3). W1=W; W2=0.3mmW1 4). R1=0.2mm; PCB原始PAD 1206元件建議鋼板開孔 R2=0.05mm D1W1L1s1w1 開孔要求: 1). D1=D+0.1mm 2). L1=L;W1=W 3). s1 =1/3*L1;w1=1/3*W1 大于1206元件建議鋼板開孔 B. 電晶體類零件開孔方式a. SOT223晶体开口通常建议按1：1的方式L1D1L1W1W1LDLWW 1). L1=L 2). W1=W 3). D1=D 4). L1=L 5). W1=W PCB 原始PAD 鋼板開孔方法b. 对于 SOT23-1， 由于焊盘和元件的尺寸都比较小，产生锡珠和短路的机率小，通常建议按焊盘1：1开口 所有尺寸按PCB PAD尺寸 1:1開孔 PCB 原始PAD 鋼板開孔方法c. 對于MOS類( TO-263,TO252等)元件開孔需根據PCB PAD大小和零件Thermal PAD大小而開孔,一般要求需覆蓋零件Thermal PAD面積的2/3以上.建議開孔方法零件腳按1:1開孔,Thermal PAD按如下圖所示開孔W1DL1W2W3RWL1). 2/3WW14/5W; 2). 2/3LL14/5W;3). 0.8mmW22.0mm4). 0.8mmW32.0mm5). D=0.4mm6). R=0.2mm PCB 原始PAD 鋼板開孔方法C. IC類(QFP,SOP,QFN等)開孔方法a. Pitch=0.4mm的IC開孔寬度為0.190.20mm, 長度向外延0.10mmb. Pitch=0.5mm的IC開孔寬度為0.24mm,長度向外延0.10mmc. Pitch為0.50mmPitch0.65mm的, 鋼板開孔寬度為50%Pitch,長度向外延0.20mm.d. Pitch0.65mm的IC鋼板開孔寬度都按1:1開孔,長度向外延0.20mm.D. BGA/UBGA類(包括CPU Socket)鋼板開孔方法a. Pitch1.0mm BGA開孔,先根據PCB PAD實際尺寸做出選擇,但需遵循以下原則1. 開孔開成圓形或方形2. 如PCB PAD 直徑大于0.6mm,鋼板開孔可以按PCB PAD 1:1開孔,或根據實際情 況鋼板開孔可以外擴一些,開孔為50%55% Pitch3. 如PCB PAD 直徑小于0.5mm,鋼板開孔直徑可以外擴為50%55% Pitch4. 針對LGA 1156,LGA1366 CPU Socket,角落5排及外圍2排開成邊長0.6mm正方 形(四角倒半徑0.1mm的圓角),其它位置開成直 徑0.6mm的圓,對于AMD941 CPU Socket,開孔方式參照LGA1156,1366 Socket,保證鋼板開孔之間距離不小于0.3mm.b. 0.8mmPitch1.0mm1. 開孔開成圓形或方形2. Pitch為0.80mm的建議開孔直徑為0.45mm的圓3. 此類BGA開孔一般都比PCB PAD大,建議開孔為50%55% Pitchc. Pitch0.80mm1. 開孔開成方形2. Pitch為0.70mm的建議開成邊長為0.42mm的正方形,四個角倒半徑0.1mm的圓角3. Pitch為0.60mm的建議開成邊長為0.38mm的正方形,四個角倒半徑0.1mm的圓角,保證鋼板開孔之間的距離不小于0.2mm4. Pitch為0.50mm的CSP,可以開成邊長為0.28mm的正方形, 四個角需倒半徑為0.05mm的圓角E. 對與有Thermal PAD元件的鋼板開孔,需滿足以下開孔要求a. 鋼板開孔孔壁離Thermal PAD的四邊距離不小于0.3mmb. 面積比控制在5075%c. 避開Thermal PAD內的VIA孔 d. Thermal PAD開孔直徑為0.61.2mm的圓或邊長為0.61.2mm的正方形e. Thermal PAD內鋼板開孔圓與圓或正方形之間的距離保持在0.30.5mm1. Thermal PAD為正方形兩邊或四邊有腳的元件鋼板開孔方法,建議開成圓形或正方形(四角倒圓角), 根據其Thermal PAD大小可以開成116個數量不等的圓或正方形(四角倒圓角),其要求如下:RD1WD PCB 原始PAD 建議鋼板開孔方法S1=n*R2 1). 50%S1/S75%; 2). D1-D0.3mm; 3). 0.3mmR0.6mm或S2=n*L*L 1). 50%S2/S75%; 2). D2-D0.3mm; 3). 0.6mmL1.2mm; 4). 0.1mmR20.2mmR2D2L建議鋼板開孔方法2. 對Thermal PAD為長方形兩邊或四面有零件腳元件開孔方法建議開成長方形兩頭為半圓,如下圖所示:WLDL1W1D1 S1=n*W12/4 +(L1-W1)*W1 1) 50% S1/S75%; 2)D1-D0.3mm 3) W1L10.5mm的排阻,排容 開孔长外加0.100.15mm,兩邊PAD寬外加0.1mm,中間PAD宽开48%pitchD1L1W1W2DLWP 1) W1=48%*P; 2). D1=D; 3). L1=L+0.1mm 4). W2=W+0.1mm PCB 原始PAD 鋼板建議開孔方案WDLW2W3D1L1W1D2L2b. Pitch=0.5mm的排阻,排容開孔方法見下圖PCB 原始PAD 鋼板建議開孔方案 1). D1=D; 2). D2=D+0.1mm 3). L1=L+0.1mm