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SMT生产线新产品导入浅谈【摘要】由于缺乏SMT生产现场经验, 研发人员设计的PCB 进入试产环节时,经常发现各种问题影响生产效率或产品质量，甚至不能上线.很多SMT专家对可制造性设计,有系统的、全面的研究和介绍.但是我们仍然悲哀的发现,科研产品向生产转化的过程中 ,出现了太多的“低级错误”.再改版再生产,不但增加了额外的成本,而且失去了抢占市场的先机.除了PCB可制造性设计问题,我们还经常发现其他诸多因素，比如：物料信息不清,工艺信息模糊，工艺更改信息传达不及时等等。这些因素，分别会造成如下问题：准备工作重复、生产频繁被中断、生产错误、返修、耽搁货期等，不但增加了物料成本、人工成本、市场占有成本,同时影响产品质量，降低可靠性，延长生产周期。本文从SMT生产实践出发，总结归纳出SMT生产线新产品导入前期出现的常见问题，希望可以供给PCB设计工程师以作参考，能够在PCB设计时提前考虑。 同时也供生产线参考，预见生产过程中可能存在的部分问题并避免。研发产品 设计缺陷 PCB的要求 贴装元件及包装 工艺信息 生产相关文件 。 一、PCB设计注意事项PCB工程师如果不清楚SMT 生产线产品生产过程和工艺流程，在他的设计中，就可能不会考虑PCB在生产线上流转所必须的设计元素。一般而言，生产线是自动化生产线，PCB通过传送轨道进入生产设备。简单讲，是丝印贴片回流三个主要工艺过程。因为要适应设备的工作，现在把影响生产的PCB设计常见缺陷归纳如下：1. PCB板尺寸目前常见丝印机（以DEK丝印机为例），可以使用的最大网板外框是29英寸见方（736 mm *736mm），可以印刷的最大范围是510mm *508mm，通常的电子产品一般不会大于这个范围，都能满足。但是，丝印机的两个轨道，可以调节的最小间距是50 mm,所以PCB的一对长边最短不能小于50 mm.如果小于，就需要做成拼板 ，否则无法进入设备进行自动生产。小于100mm的PCB,也建议做成拼板，拼板的尺寸最好为350mm以内，长宽比为3：2左右。拼板的连接和分离方式采用双面对刻V型槽(或断签)来实现。要求刻槽尺寸精确，深度均匀。深度一般控制在板厚的1/3左右。2.工艺边 SMT生产要求PCB至少有两条相对的平行边，距离边缘至少3mm（最好5mm）内不能排放表贴元器件，如不能满足，必须考虑在长边加工艺边。 这是基本的工艺要求，我们却经常发现客户提供的PCB不能满足要求。没有一对平行边，不能直接上生产线生产。有的PCB是“刀”型板，例如PCI卡，如果长边进轨道，容易掉板、卡板。如果改用短边进轨道，因为长边悬空，在进入回流焊过程中，容易发生形变，QFP,GBA等芯片的焊接可靠性下降。小小的工艺边，在生产中却有大作用。设计时稍作考虑，可解决大问题。3. 表贴焊盘设计 表贴焊盘上不能出现导通孔。焊盘上有导通孔，在焊膏融化时，焊料会流进孔内，直接导致焊点焊锡量不足，造成焊点虚焊或元件立碑。另外，焊膏融化后，会经过导通孔流到PCB的另一面，给另一面的生产造成麻烦。应对方法是可以“移开”(图1)，也可以是“塞孔”。 QFP、SOP等元件焊盘设计的一般原则：A焊盘中心距等于引脚中心距;B单个焊盘引脚长度Y=T+B1+B2.(T:元件管脚脚趾长度；B1=B2:爬锡焊盘，一般0.30.5mm).设计中常见问题：B1过长，元件贴装后，BODY 下易桥接，检查不容易发现;B2过短，不能形成弯月面，也不利于返修设计注意事项：0.8mm间距的SSOIC,TSOP,SQFP(公制)，0.8mm间距的CQFP等封装形式芯片存在公英制累积误差，严重时会达到半个焊盘。 BGA 焊盘的设计的一般原则：A 焊盘直径通常小于焊球直径，一般是焊球的75%-80%。B PBGA基板上的焊盘和PCB上的焊盘直径相同C CBGA的焊盘设计要保证钢网开口后焊膏量不小于0.08立方毫米。设计注意事项：每一个焊球采用单独焊盘，并严格要求大小均匀一致，保证引出线良好的阻焊。这样保证元件焊接均匀，不虚焊，不桥接。我们曾装联过一排焊球的焊盘设计成一体的元件，返修多次都不成功。也经常发现有的BGA 焊盘阻焊不够良好，焊盘大小不一，有的是水滴状焊盘，造成焊接效果不太理想。BGA焊盘表面处理方式要保证表面的平整度，保证BGA焊球在PCB上良好的共面性。由于元件受热会发生形变，经过回流炉后，外形较大的BGA 有时会出现明显的“草帽”现象，严重时会导致个别焊点不良。没有良好的共面性会增加这种缺陷的发生几率。焊盘不能过大或过小。设计者为了在焊盘间布线，减小焊盘直径；有的设计者为了保证足够大的电流，增大焊盘的直径。这时，忽略了SMT可以实现的工艺极限。元件的装联不只是元件贴装的准确对位，还涉及钢网焊膏的脱模，焊膏在回流炉内的坍塌，元件的变形、氧化等。批量生产的可重复性，不能满足无限接近的两个焊点都能成功的形成。目前SMT行业，可以保证0.2mm间距的焊点能够稳定的生产，小于这个数量级的焊点，从PCB工艺，到焊膏及网板的工艺，还没有被广泛认可的成熟稳定的方案。 CHIP元件焊盘设计缺陷经常是焊盘间距不合适：相距太远或太近。相距太远，容易虚焊或立碑，严重时元件不能连接到两个焊盘上。如果相距太近，容易导致桥接，或是元件端头超出焊盘面。IPC-A-610D认为是缺陷，不可接受。0402，0603，0805封装的元件焊盘设计缺陷比较常见。0402的焊盘间距是0.45 mm比较理想。我们的一个客户，焊盘曾经有过0.28 mm的间距，生产后元件大量缺少焊锡，不得不大量的手工补装。也有的客户0402焊盘设计到0.68 mm,我们只能在制作钢网时适当调整，希望不会有太多的立碑现象。以下焊盘标准供参照：IPC-SM-782 CHIPSMT焊盘标准：元件之间的最小电气间隙 IPC-2221-6.3 电气间隙 指各层上导体之间只有可能应该最大化的距离。导体之间，导电图形之间，层间距离（Z轴）以及导电的材料（例如导电的标记或装配零件）与导体之间的最小距离有固定的要求（可以查阅IPC-2221-表6-1 导体电气间距）PCB 设计时，尽可能的大于表6-1要求的最小的距离。板面的设计对于与高阻抗或高压电路相关的外层导体区域应该优先考虑给以最大的间距。这会使因湿气凝结或高湿度引起的漏电问题减至最小。有的设计者疏忽了最小电气间隙的要求，元件设计过于集中，装联时已经很容易桥接了，更不必说后期运行中的环境影响带来的质量问题了。PCB设计除了以上诸多因素，还要注意元器件的整体布局。比如大器件局部热容量的考虑，返修空间的考虑，可调解元件的位置安排，波峰焊和回流焊对元件方向的要求，便于检查元器件的方向排列，等等。4 参考点（MARK）在丝印和贴片工序，需要对PCB精确定位。例如，SIPLACE D3 贴片机的贴片精度是22?m, 0.05? 3。设备的定位以参考点为基准， MARK 有很好的一致性，才能保证产品能够准确的、顺畅的生产。我们在生产实践中，经常碰到有的参考点不够理想，生产线被迫频繁停机。增加生产周期，同时造成物料的损失，降低产品质量。甚至有的PCB没有设计参考点,生产的精度大大的下降。参考点设计，注意以下基本原则：.参考点的外型：最好为直径为1-1.5mm的圆点. 参考点一定是镀金属层的实心亮光点，切勿被阻焊膜封住。. 参考点的位置：最好位于PCB板的斜对角，且与板边缘有5mm以上的距离，周围3mm以内无其他过孔等光亮点的干扰。. 参考点的数量：2个以上，外型最好相同。如果是拼板，最好每个独立的单板上都有2个参考点。.若为双面表贴，正反面均需按上述要求加参考点。5 丝印层设计PCB的丝印层，标明元件名称，位置，方向。常见问题：， 位号混乱，大小不一，或者一个焊盘附近有几个位号，不知应该是哪个位号。， 位号或丝印框印在焊盘上，影响焊盘上锡。， 另外，对于BGA ,CSP，QFN等元件检查，参照丝印框比较直观。如果丝印框偏移，当元件安装不正时，不容易发现。， 有方向元件的方向标识不明确，或者没有标识。例如：通常PCB上钽电容标识端代表元件正极；二极管,电解电容,LED标识端代表元件负极。但是，有的设计者不管钽电容还是二极管，标示端均代表正极，并且不做极性说明，造成焊接反向。良好的设计是：有极性元件用 “+” 或“-”标明。引线封装元件用1、5、10等标明管脚；BGA 用A，B,C,1,2,3, 相互配合标明阵列。， 元件的极性和方向标识在元件的BODY 下面。这样的设计不利于后期的检查。生产后，、等标识被元件遮挡，元件安装后看不到。检查人员工作起来不方便。， 元件应该安装在A面，设计者却把丝印层画在了B面。这种情况经常发生在背板的连接器上。或者是与主板相配合的小功能板的插座。因为焊接在错误的一面，造成成千上万的连接器焊接的返修。， 无方向元件在PCB 上标出方向。例如：电感、复位键、无极性电容、单排针、双排针等。特别提醒，排阻一般没有方向。我们经常发现PCB标示了方向，和设计者确认时，回答不要求方向。但是，偶尔有的产品，排阻没有标注方向，可是却有方向要求。二、物料发放问题在新产品投产中，物料的控制，至关重要。准确的物料控制，能提前扫清后续生产中可能出现的障碍，提高生产效率，保证质量。生产过程被中断，常常因为物料问题。一个新产品投产前，物料发放，需要注意以下问题：1. 损伤、氧化及处理 物料入厂，需要检验工序，物料总会有异常现象。常见损伤包括PCB磕角、分层，翘曲；密间距芯片管腿变形；BGA焊球缺失。器件氧化也容易发生，有时不容易检出。由于元件表面镀层不同，元件的外观也会不同。有的器件看起来光泽度很好，但是已经氧化了。当焊接不良查找原因时，才发现是元件氧化，此时为时已晚。对于氧化器件，受潮器件，必要时需要处理。氧化器件的浸锡，打磨；受潮器件、PCB的烘干，都是SMT生产线需要执行的控制手段2物料信息和工艺文件不符合 初次生产的产品，小批量试产产品，经常出现物料信息和工艺文件不符合的现象。和工艺要求相比，所提供物料封装不对，种类或多或少，物料名称配错，单机数量配错。这些问题，要求库房人员发料前发现，才能保证生产过程流畅，高效率。3. 元件包装不理想。 SMT生产线是自动化生产线，对物料包装有固定的要求。盘装元件需要料盘做载体供料；编带元件需要连续不断的供料。料带前端要求一定长度的空白料带配合上料器。有的客户不了解设备的要求，盘装元件不提供料盘，编带剪成数段。造成无法上机生产。元件的包装除了配合设备上料、便于运输，当然还起到保护元件不被氧化、不受潮和防静电的作用。电子元器件有的静电敏感度很高，甚至不能耐受十几伏的静电压。PCB和BGA如果受潮，焊接过程很容易出现质量问题。所以，建议客户最好采用原包装，特别是重要芯片。如果由于物料检验原因需要拆封，那么检验后必须马上抽真空包装，或者尽快安排投产。三、提供相关文件包括:1生产装联说明 特殊工艺要求提前说明。有的设计者的习惯和业内通常的规范不同，在生产前需要明示，避免生产错误。以下情况如果没有说明，常常导致生产错误：l 插件不安装在丝印所在面（元件面）时；l PCB上二极管标识端不代表负极时；l 排阻有方向时；l 元件高度有要求时l 元件不能耐受回流炉的高温时；l 再次投单产品，有更改时。当然，不止这些。不同于常规工艺流程的要求，都需要生产前提出。2电子档贴片位置清单(BOM)此文件至少包括:物料名称,封装,单机用量,位号.SMT生产线以此为核心文件编制工艺文件及生产程序.客户最好采用此文件(BOM)发料.如果发料单是其他格式,请保证包含信息与BOM严格一致.如果有代用料等不同信息,需要提前指出。经常出现问题：l BOM不是电子文档。生产准备浪费工时，手工输入信息，增加了出错的概率 ； l BOM是PART LIST 格式，或合并过位号。文件转换不匹配，需要手工整理，增加了出错的概率；l 代用物料不通知。进入生产环节后发现封装不对，物料不对，需要改变生产程序，中断生产线生产，降低生产效率。例如，用0805的代用1206的，程序要改，用窄体封装的SOP代用宽体的，等等。3电子档贴片元器件中心坐标文件此文件至少包括:位号,X坐标,Y坐标,角度,BOT(TOP).经常发现问题：l 客户提供的是第一管脚坐标.或个别元件是第一脚坐标，造成元件贴偏，物料丢失。甚至重叠的物料损坏，物料丢失。甚至伤害设备。4 GERBER文件丝印图。此文件至少包括:正反面的丝印层,焊盘层.机械层.如果不需要制作网板,PDF的丝印层也可.经常发现问题：l PCB到厂后发现是拼板，生产准备程序时提供给SMT工程师的却是单板文件。有的设备形成拼板程序比较快捷，然而有的设备却有点麻烦