无铅SMTDIP制程技术工程手册.doc

1 55 制程技术与材料分析工程制程技术与材料分析工程 目录目录 1 1 產品設計之可製造性產品設計之可製造性 DFM DFM 作業作業 3 3 1 1 何謂 DFM 3 1 2 DFM 使用時機 3 1 3 DFM 的作業流程 圖 1 3 1 4 DFM 檢核表之訂定與使用 3 1 5 關鍵性的 PCB DFM 準則 3 2 2 材料選用材料選用 3 3 2 1 間接材料選擇 錫膏選擇 3 2 2 間接材料的選用準則 助焊劑 3 2 3 直接材料的選用準則 印刷電路板 PCB 3 2 4 直接材料的選用準則 元件 3 3 3 PCBAPCBA 製程管制準則製程管制準則 3 3 3 1 材料儲存與取用 3 3 1 1 溼氣敏感元件 3 3 1 2 印刷電路板 3 3 1 3 錫膏材料 3 3 2 SMT 製程參數之制定準則 3 3 2 1 錫膏印刷 3 3 2 2 印刷機作業流程 Operation Flow 3 3 2 3 零件置放 3 3 2 4 迴焊 3 3 3 DIP 製程參數之制定 3 3 3 1 波焊 3 3 3 2 壓合製程介紹 3 3 3 3 裁板 3 3 4 PCB 重工參數之制定 3 3 4 1 BGA 重工 3 3 4 2 溫度設定 3 3 4 3 小錫爐 3 3 4 4 PCB 重工參數之制定 Solder iron 3 4 4 製程精進與新材料製程精進與新材料 零件零件 製程之導入與驗證流程製程之導入與驗證流程 3 3 4 1 製程精進與新材料 零件 製程導入 3 4 2 統計資料分析方法 3 2 55 5 5 材料材料 製程失效分析製程失效分析 3 3 5 1 材料 製程失效分析作業流程 3 5 2 非破壞性分析 3 5 2 1 顯微鏡 3 5 2 2 X Ray X 射線 3 5 2 3 Side View 側視顯微鏡 3D 旋轉視覺檢查系統 3 5 3 破壞性分析 3 5 3 1 金相製備與破壞性分析 3 5 3 2 D2 个下红外线加热区段 3 SE 线使用 XNK 945 特征为 9 个加热区段 2 个冷却区段 如图 32 所示 4 SB 线使用 XNJ 1145 特征为 11 个加热区段 2 个冷却 区段 3 2 4 6 Reflow 温度设定方法温度设定方法 其设定方法为首先先依据生产的产品类型决定使用 Profile 的形状 再者决定 Conveyor 速度 可由均温时间 镕锡时间的规格决定或是由生产 Cycle time 来决定 Conveyor 速 度 第三决定热风 红外线加热器温度 温度的设定方式可依 1 没有红外线加热器之热 图 29 焊点之形成 图 30 回焊曲线 图 31 加热方式比较 图 32 加热区 冷却区图示 21 55 风 zone 温度设定为目标值趋近于设定值 2 有红外线加热器之热风 zone 温度设定为 目标值趋近于设定温度 0 10 的原则决定加热器温度的设定 最后依前 3 项所决定 之设定实施量测温度 再依量测结果作温度的微调动作 3 2 4 7 测温注意事项测温注意事项 5 1 测温点的选定 原则上是以 PCB 对角四点及中心位置为选点的考虑 但若 PCB 内 零件位置分布较密或有其它特殊规格零件及要求 例如不易加温之零件 可能造成热 损坏或冷焊之关键零件 耐热条件较严苛的零件 Body 等 则需另外加测点量测该零件 位置 5 2 测温线的安装 测温线黏贴及布线注意事项为 1 避免测温线前端交叉点外 还有其它交叉点 如图 33 所示 2 测温线黏贴须注意测温线测点是否黏贴确 实 不可浮动 3 测温线布线尽可能如蛇行一样比较好 以避免测温时拉扯影 响到焊点量测准确性 4 测温点附近如也有测温线容易造成量测误差过大 3 2 4 8 温度量测管制规格温度量测管制规格 无铅制程零件温度管制规格条件 1 非 RLC chip 零件及板温最高温度须介于 230 250 RLC chip 零件最高温度介于 230 260 2 回焊区温度高于 217 以上之 时间须介于 40 90 秒 3 预热区温度介于 150 180 以上之时间须介于 60 120 秒 4 升降温斜率不可大于 3 秒 5 BGA 之锡球焊点最高温度须介于 230 255 3 2 4 9 案例分析案例分析 1 墓碑 如图 34 通常是 chip 零件在遭受急速加热情况下使零件两 端存在温差 电极端一边的锡膏完全熔融后获得良好的湿润 而另一边 的锡膏则未完全熔融而引起零件的翘立 预防对策 a 降低两端 pads 的温差 在 pre heat 阶段时必须降低 T b 延长 soaking time 时间 c 降低通过 217 的速率 2 气泡 Voiding 如图 35 产生的原因为锡膏熔焊时助焊剂等有 机物在焊点凝固前若未能及时浮离 或形成气体后未能逸出者 则 在焊点中形成空洞 预防对策 a 加强氮气减少氧气浓度可改善 voiding 问题 b 延长 pre heating and soaking time 减少回焊时间 3 锡未熔 如图 36 原因为 peak 温度不足所造成 预防对策 a 提 高 peak 温度 b PCB 下板间距须保持最少有一片 PCB 的距离 4 灯蕊效应 如图 37 所示 为零件顶端温度高于 PCB pad 端温度 当锡膏熔化时则会沿着零件脚爬到零件顶端 预防对策 a 拉长 soak time 时间使零件和 PCB 达到相同温度 b 使用温度比率变更 方式使 PCB 温度大于零件 3 3 DIP 制程参数之制定制程参数之制定 3 3 1 波焊波焊 3 3 1 1 波焊的目的波焊的目的 本文系针对波焊原理及制程的基本流程知识作简单的介绍 希望藉由此文件所提 供的数据能够让工程人员初步了解波焊制程相关知识 并活用于产品生产实作中 3 3 1 2 什么是波焊什么是波焊 波焊是将熔融的液态焊锡 借由帮浦运转的作用 配合锡槽 图 33 测温线黏贴方式 图 34 墓碑效应 图 35 气泡 图 36 锡未熔 图 37 灯蕊效应 图 38 波峰焊原理 22 55 内部的设计 使锡槽液面形成一特定形状的锡波面 当插装 DIP 零件的 PCB 放置于传 送链条上 借由传送经过一特定的浸锡角度及深度 使 PCB 焊接面穿过锡波而实现焊 点焊接成型的过程 图 38 3 3 1 3 焊点成型焊点成型 当 PCB 进入焊锡波峰面前端 A 时 PCB 与零件脚被加热 并在未离开波峰面 B 之前 整个 PCB 浸在液态焊锡中 即被液 态焊锡所包覆 但在离开波峰尾端的瞬间 少量的液态焊锡由于润 湿力的作用 黏附在 PCB PAD 上 且由于表面张力的影响 会出 现以引线为中心收缩至最小状态 此时液态焊锡与 PCB PAD 之间 的润湿力大于 PAD 间的焊锡的内聚力 因此会形成饱满且完整的 焊点 而离开焊锡波峰尾端的多余焊料 会因为重力的关系 回收到锡槽中 图 39 3 3 1 4 波焊炉架构及功能 波焊炉架构及功能 目前公司内所使用的波焊炉设备均为吉电公司锁生产 的波焊炉 其特点为各功能可使用 PC 图控制方式做调整 及管控 便于生产制程的管理 其架构区分三个部份 图 40 Flux 喷雾系统 预热器系统及涌锡系统 功能为 1 Flux 喷雾系统功能 完成助焊剂的自动涂布 2 预热器系统功能 a 使助焊剂中的溶剂成份受热挥发 避免溶剂成份高温气化发生 暴裂的现象 b 蒸发 PCB 及零件脚的湿气 防止在过波峰时沸腾产生蒸汽存留在焊 锡里面形成中空的焊点或锡洞 c 避免产生的热冲击造成 PCB 及零件损伤 3 涌锡系统功能 液体焊锡经由帮浦作用通过狭窄的喷嘴形成平稳波峰使浸锡稳定 4 2 波焊焊接流程 插件插件插件助助助焊剂焊剂焊剂涂布涂布涂布PCBPCBPCB预热预热预热焊接焊接焊接 3 3 1 5 波焊制程确认步骤 波焊制程确认步骤 1 首先依据 PCB 特性定义出测温点量测位置 一般选择 PCB 正背面板温 PCB 正面零件焊点及 PCB 背面之穿孔零件 脚作为测温点位置 2 确认波焊生产制程是否符合需求 如炼条速度 锡波高度 及确认锡槽内马达转速是否固定 并进行测温 量测出合适的 生产温度及沾锡秒数 图 41 一般温度的管制条件为 a 预热板温为 100 115 b 沾锡时间为 3 6 秒 c 过锡炉时 PCB 正面板温 最高 不可超过 160 等管制规格 3 助焊剂喷洒系统功能确认 先利用 Flux pattern 方法及结果来确认 Flux 喷雾压力 流量 喷雾扇形是否符合需求 Flux pattern 目的及使 用的方式是利用将感应纸摆放在 PCB 与合成石治具之间 图 42 进入 Flux 喷洒区域进行喷洒 完成后检验感应纸上 Flux 喷洒区域是否均匀 适当 藉以判定 Flux 喷洒是否是否符合需求 冷却冷却冷却 图 39 焊点形成 图 40 波焊炉架构 图 41 沾锡 Profile 图 42 助焊剂喷洒 23 55 4 FAI 制程确认动作 在于确认首 5 片 PCB 过波焊制程后作外观及 X ray 检验焊点上锡性是否符合规格 X ray 检验重点及规格如图 43 5 产线生产并于每小时 X ray 抽测 2 片 PCB 3 3 1 6 焊锡纯度管制及焊锡纯度管制及 Flux 酸性值测定酸性值测定 1 新竹厂目前使用之无铅焊锡为SAC305 96 5 锡 3 0 银 0 5 铜 及锡铅焊锡为63 37 63 锡 37 铅 两种焊锡原料 为预防生产过 程波焊炉的液态焊锡合金成份不佳导致焊点不良问题发生 因此依照 焊锡纯度管制作业 904 F211 为每一个月须将各锡炉内之锡取样化验 一次 检验其合金成份是否符合规格 检验规格如表3 2 为准确掌控Flux的特性 预防新进料之Flux酸性值成份不佳 因此Flux酸性值测定 作业为在每批Flux进料时须测试其酸性值 测试标准须符合免洗FLUX酸性值测试标准 710 F204 测试标准如下 a 锡铅制程使用 KESTER 955 FLUX酸性值标准为 10 14mgKOH g b 无铅制程使用 KESTER 1865FLUX酸性值标准为 35 3 5 mgKOH g 使用 SHENMAO SM816 FLUX酸性值标准为 20 5 mgKOH g 3 3 1 7 波焊炉常见问题与解决方式波焊炉常见问题与解决方式 1 短路 可能原因包括 a 基板沾锡时间不够或预热不足 b 助焊剂劣化 c PCB 进 行方向与锡波配合不良 d PCB 零件相邻两焊点间距小于 2mm 的设计 供参考解决方 式为 a 提高 PCB 预热温度或调整输送带速度以增加沾锡时间或预热温度 b 确认助 焊剂质量如保存期限或开封使用时间等 c 根据 PCB 上零件配置方式改变波焊制程方 向 d 选用零件之焊点间距不宜过近 2 锡尖 可能原因包括 a 基板沾锡时间不够或预热不足 b 锡炉温度不够 c 焊锡 的污染 d 助焊剂劣化 供参考解决方式为 a 提高 PCB 预热温度或调整输送带速度 以增加沾锡时间或预热温度 b 以温度量测设备确认锡炉温度 c 分析锡块以确认是 否受到污染 d 确认助焊剂质量如保存期限或开封使用时间等 3 上锡率不足可能原因包括 a 锡波不稳 b 助焊剂涂布不均 c 预热温度不足 供参考解决方式为 a 调整锡波稳定度及炉座高度 b 确认 Flux 喷嘴是否因脏污或结 晶造成堵塞 喷雾扇形角度是否良好及正确 c 调整预热系统的温度设定以提高 PCB 预热温度 3 3 2 压合制程介绍压合制程介绍 压合制程主要应用于 Server 及 APC 产品上之 VHDM Very High Density Metric 连结器 组装 如图 44 所示 针对压合制程 本文将分成三个部 分进行介绍 1 事前准备 2 Tyco MEP 12T 程序撰写简介 3 操作注意事项及压合结果判定 图 43 穿孔组件沾锡性 表 3 检验规格 24 55 图 46 轮刀切割示意图 图 47 高速铣刀切割示意图 3 3 2 1 目的目的 以计算机化及程序化控制之压合组装技术 是新竹厂在 2005 年新导入之生产制程 希 望能藉此工具书 提供相关之作业信息 以便让工程人员能够快速了解 在执行压合 制程时 制程的规划流程 及执行方式 并能成功导入于产品生产实作中 3 3 2 2 事前准备事前准备 在执行压合制程前 相关的治具及信息的准备是必须要的 下列将介绍相关准备事项 1 压合治具 压合治具主要分成三个部分 一 上压块 主要用来对于连结器进行压 合之压块 二 下承载座 用来辅助支撑电路板之下支撑座 这两项治具缺一不可 三 维修治具 此治具为供压合组装后需维修之电路板使用 2 压合零件之规格书确认 Datasheet 每一个需使用压合制程组装之连结器 其供货商皆有提供规格书 Datasheet 供组装 厂使用 其内容包含几个重点 一 零件之外型尺寸 二 压合组装之压力规格 三 针对电路板之 PTH 建议设计规格 3 其它特殊要求 对于电路板之压合组装 部分产品之客户 Ex Nikki 对于其产品之组装要求 除了 要求组装供货商参照该零件之建议组装规格之外 更会依其制程文件 Document No 21P3543 之内文规格 要求其组装供货商进行压合制程之制程参数亦需符合其 档规定 3 3 2 3 Tyco MEP 12T 程序撰写简介程序撰写简介 目前公司内使用之电子式压合设备皆为 Tyco MEP 12T 其主要驱动方式为利用电 子伺服马达控制其压合作动之行程 其设备最大作动之压力为 12 公吨 除此之外并藉 由可程序化之软件之监控更能有效的控制生产的质量 基本上以一个新零件而言 其压合程序之撰写 主要由下列四个数据库所组成 1 压合治具数据库 建立压块治具之尺寸大小以及压头治具之命名建档管理 2 压合行程数据库 设定压合行程之速度设定 Inch sec 设定压合作动之行程管控 3 连接器及压合压力数据库 建立连结器尺寸及压合作动之行程设定 4 压合程序连结数据库 建立电路板之尺寸 建立支撑座之尺寸 压合组装顺序排程 3 3 2 4 操作注意事项及压合结果判定操作注意事项及压合结果判定 压合制程操作需注意下列几点 1 待组装之电路板否有平放于支撑座上 2 首片检验需确认是否有零件损件问题 3 压合零件之组装间隙是否符合检验标准 4 压合结果之样本如图 45 需确认 Peak Force 是否超过零件组装规格限 制 以及 Termination Force 是否符合 PARS 设定目标 3 3 3 裁板裁板 3 3 3 1 摘要摘要 裁板制程主要应用在 PCB 制程后 厂内 PCB 的切割 主要可以分为轮刀切割 以下简称 V cut 如图 46 以及高速 铣刀切割 以下简称 Router V cut 利用轮刀裁切 PCB 须 图 44 压合设备 图 45 压合结果 25 55 有导轨设计 调整 V cut 导轨角度需配合 PCB 切割线深度 仅适合直线切割 优点为 速度快 不需治具且切割粉尘少 Router 利用高速旋转铣刀切割 PCB 切割压力小 精度高 板边平滑 并可切割任何形状之 PCB 精确的控制切割速度 能减低 V cut 的切割应力瑕疵 提高产品良品率 其缺点为切割粉尘多需额外采购除尘设备 3 3 3 2 事前准备事前准备 在执行裁制程前 相关治具的准备是必须要的 下列将介绍相关准备事项 在 V cut 制程前 必须调整导引轨道高度 配合不同板厚的切割线 切割后须观察板边是否 有不平整现象 轮刀速度必须配合不同的 PCB 执行 Router 制程前必须先调整 Router 治具 Router 主要使用 PCB 支撑器 Supporter 如图 47 来辅助支撑电路板 裁切前应确实调整支撑器 以下简称 Support pin 如图二 Support pin 必须延转角处置放 且每一边最少须有两支 如果板长较长则需使用 3 5 支 Support pin 以免造成板弯 Router 的使用刀径 速度与板厚以及板子的大小有所 相关 厂内常用刀径为 1 6 2 0 mm 进刀路径一般选用直线 如为多连板则使用 U 型 曲线让连板边缘平整 本厂内使用左旋旋转方向之铣刀 如图 47 一般以目检发现 PCB 边缘不平整 产生白屑 发生断刀或是铣刀磨损时应更换铣刀 由于裁板机为了 能更精准地切割 因此使用机器视觉软件来设定切割坐标 机器视觉软件会取得 PCB 图像 显示切割坐标 所以每次置换铣刀后 应重新定位 CCD 与实际机器定位误差并 微调程序定位点 确认正常后方可继续生产 3 3 3 3 程序撰写程序撰写 设定 Router 程序时需设定铣刀转数 刀径 工件数以及下刀的起始点与结束点 设定完程序后须空转测试以避免使用错误程序操作 厂内机台为 aurotek 168s 以及 168sa 机型 由于 168sa 为双工作平台 Table 机型以节省 PCB 取放时间 需注意程序 设定时 168s 程序应设定于单数 168sa 程序应设定于双数 裁版流程及结果判定 进行 Router 裁板流程规范请参照基板分割机作业规范 制程操作需注意 PCB 是否有平 放于支撑座上 首片检验需确认是否有损件问题 如有损件问题应立刻调整机台 裁 切完 PCB 后需用 ESD 风枪将残余粉尘吹离 3 4 PCBPCB 重工参数之制定重工参数之制定 3 4 1 BGA 重工重工 重工广义定义为 将不良品 重 新加 工 使其成为 良品 然而 BGA Rework 特色是使用一喷嘴直接将热风吹到 欲拔取 BGA 上 并同时使用真空吸嘴将 BGA 吸起来 以方 便移除或吸在定位上 以利重新焊回定位 此种制程称之 BGA Rework 如图 48 示意图 3 4 1 1 烘烤烘烤 烘烤之目的是去除 PCBA 上 包含欲拆除之 BGA 之水气 防止因水气于 BGA 维修 过程加热损伤组件 爆米花效应 如果 PCBA 未经长时间暴露于空气中可免除烘烤 因烘烤易使焊垫氧化 详细作业事项请参照湿气敏感组件管制作业标准 716 F204 及 图 48 BGA Rework 26 55 IPC J STD 033B 3 4 1 2 焊垫除锡焊垫除锡 除锡之目的是为了新组件易于重新焊接及各焊接锡球位置之锡量统一 以提升焊 接良率 除锡方式一般可使用真空吸锡设备或烙铁配合吸锡带进行除锡 除锡后应使 用无尘布沾清洁剂清除焊垫 并以放大镜观察清洁效果 使焊垫保持平整并且无锡渣 或纤维 3 4 1 3 焊垫涂布助焊膏或锡膏焊垫涂布助焊膏或锡膏 涂布助焊膏或锡膏于 BGA 焊垫 其目的为提升焊接质量 因助焊膏可清除焊接 表面之氧化物及防止焊锡材料于高温焊接制程中造成氧化 其中涂布锡膏可提升零件 共平面性之差异减少空焊之发生 但锡膏量涂布不当易造成短路之质量异常 通常涂 布助焊膏或锡膏后均应以放大镜检查涂布结果 3 4 1 4 拆除与重焊拆除与重焊 当拆除 BGA 零件时 需先检视周围组件之耐温条件 如有易受高温损伤之零件 须用防焊胶带 高温胶带或其它方式 治具 将热阻隔起来 原因是起保护作用 接着 将液态助焊剂以注射方式滴入预拆除之 BGA 零件内部 以增加组件传热性 拆除后需 将 PCB 板放至室温冷却 20 分钟 并于重焊前确认新零件与拆下之零件料号是否一致 以防止更换错件 详细作业事项请参照 BGA Rework 拆除与重焊 904 F209 3 4 2 温度设定温度设定 BGA 重工前需进行温度量测 以确保温度设定值与实际值一致 且连续拆修同一 颗零件其 Profile 有效时间为 72 小时 超过则需重新测温 测温准则以量测零件本体表 面 选取 1 个距离欲重工零件最近之 DIP 零件 BGA 锡球中心及 1 处角落 当 BGA 组件超过 31 31mm 以上则须再增测 1 角落温度 图 49 901 F230 图 49 测温位置选择 温度设订准则为 1 升温斜率 Ramp up Rate 勿超过 3 sec 以免零件受热冲击产 生焊点空洞 Void 2 均温时间 Soaking Time 建议设定在 60 120sec 使组件趋于热 平衡及锡膏活性剂之充分活化 去除氧化物提升焊接质量 3 最高温度设定需考虑零件 可容许之最高温度极限及焊点融熔时间 使焊点能达到完全焊接 5 降温速率 Cooling Rate 勿太慢而造成焊点结构不良 一般 BGA 焊接温度 Profile 要求如表 4 904 K006 BGA 表 4 BGA Rework 温度设定 27 55 检测条件 Sn63 Pb37 设定值检测条件 Pb Free 设定值 最高加热温度 Peak Temp 210 225 最高加热温度 Peak Temp 230 250 均温时间 Soaking Time 135 170 60 120sec均温时间 Soaking Time 150 180 60 120sec 升温率 Ramp Rate 50 120 0 3 sec升温率 Ramp Rate 50 120 0 3 sec 降温率 Cooling Rate 160 200 0 3 sec降温率 Cooling Rate 180 230 0 3 sec 熔接时间 Temp above Liquids TAL 183 00 60 120sec熔接时间 Temp above Liquids TAL 220 40 120sec 3 4 2 1 判定准则判定准则 BGA Rework 后必须进行检查 判定于修护后之维修质量 由于 BGA 焊点位于零 件底部 需搭配侧视显微镜 Side View 及 X Ray 进行检验 检验项目有焊点短路 空 洞 Void 等 详细检验规范请参照 IPC 610D 8 2 12 1 与 IPC 7095A 7 5 1 1 IPC 610D IPC 7095A 3 4 3 小锡炉小锡炉 3 4 3 1 何谓小锡炉何谓小锡炉 小锡炉 Mini Wave 焊接是一种零件于电路板上 区域性的 沾锡焊接法 换言之 单独将板子之某一欲维修零件之焊锡面 直接与高温熔融锡池中锡液接触 而令设定零件所有脚在炉嘴 中同步焊接之作法 如图 50 所示 3 4 3 2 小锡炉与波峰焊炉差异小锡炉与波峰焊炉差异 小锡炉设备本身并无法提供预热功能 需借用其它加热设备进行预热 反之 波 焊锡炉具有预热温度设定功能 其次 波焊锡炉对 PCBA 而言 是大区域接触锡槽之 炉嘴 热量大 而小锡炉是区域性的接触炉嘴 热量较小 因此小锡炉焊接与锡液接 触时间 相对于波峰焊接接触时间来的长 故小锡炉焊接时需控制焊接时间 以避免 因焊接时间过长而造成焊接后 电路板上铜厚溶解及焊垫剥离情形产生 3 4 3 3 小锡炉作业内容小锡炉作业内容 在焊接前利用较慢升温速率使 PCB 和组件达到温度平衡避免热冲击产生及消除 PCBA 上之水气 同时促使助焊剂活化有助于焊接作用 另一目的 使 PCB 保有预热 温度于焊接时减少沾锡焊接所需之温度 利用最短的沾锡时间 达到良好之上锡率并 且减少电路板铜厚溶解 预热烘烤设定准则为 依照助焊剂 Flux 供货商所建议之最佳 预热温度所制订 同时需考虑电路板上一些无法承受高温之零件材料 如电解电容 进 行综合性考虑设定预热温度 详细作业规范参照 DIP 小锡炉作业规范 图 50 28 55 3 4 3 4 小锡炉作业内容小锡炉作业内容 小锡炉拔除与重焊制程参数 可区分为小锡炉锡槽温度 沾锡时间 沾锡次数及 涌锡间隔时间 其相关影响性分别说明如下 1 小锡炉锡槽温度 温度设定高低影响焊锡之流动性 与PCB或组件可靠性 同时 亦影响焊接质量好坏 例如 当无铅焊接温度不足 一般低于235 时易产生 焊点湿润 Wetting 不良现象 反之 温度过高容易造成PCB或组件热损伤与溶铜 速率快 2 沾锡时间 在无铅制程沾锡焊接中 焊接沾锡时间长 将造成PCB内面铜与孔铜 中铜离子与无铅焊料做交换形成铜溶解消失 所以小锡炉焊接须 探讨沾锡时间 对于铜溶解之影响性 2006 TPCA 细说无铅波焊 下 3 沾锡次数 当沾锡总秒数相同 但用以分多次涌锡沾锡所焊接之结果会具有差异 性 例焊接相同之PCI类型组件 焊接沾锡一次若需12秒 而区分为两次沾锡每 次沾锡6秒所得到的上锡率结果 相较于前者来的好 区分多次涌锡焊接具有瀑 布冲击效应 使锡液流动性较佳上锡较好 另外 涌锡次数与铜溶解是具有相关 性 4 涌锡间隔时间 涌锡间隔时间短 小于0 5秒 不易有焊接瀑布冲击效应产生 反之 涌锡间隔时间长 电路板上温度散热快 易造成焊接后通孔填锡率不足现 象产生 3 4 3 5 小锡炉作业内容小锡炉作业内容 经实验数据得知 助焊膏铜溶解相对于助焊剂速率慢之原因 为助焊剂成份由 助焊膏添加 IPA 溶剂稀释所组成 IPA80 助焊膏 20 助焊膏成份为多数松香 所组成 松香具有良好的保热性 所以助焊膏保热性好 反之 助焊剂保热性差 助焊剂于 85 亦造成挥发作用使大多数 IPA 挥发 而助焊膏则可耐热达 300 相 对耐热性好 由于保热性助焊剂较差 于小锡炉焊接时 PCB 沾锡时瞬间加热 造成 焊料 锡 与 PCB 铜 互融现象加剧 所以助焊剂溶铜率较助焊膏来的快速 2006 李 科进 3 4 3 6 小锡炉作业内容小锡炉作业内容 1 小锡炉设备进行锡渣清洁及即选定合适之炉嘴 2 设定预热烘烤温度及沾锡 时间与沾锡间隔时间 3 于欲焊接处涂抹助焊剂 进行沾锡且插入新零件 5 于修 护完需目视检查焊接处是否有沾锡不良 短路及空焊等不良现象 如图 51 之案例所 示 实际作业 制程条件会依照不同组件与不同电路板厚度 而做适当修定 详细作 业事项请参照 DIP 小锡炉作业规范 One page SOP 29 55 選擇有鉛 無鉛 小錫爐修護設備 進行預熱烘烤設定 溫度125度 10分鐘 小錫爐沾錫時間設定 沾錫時間9 Sec 3次 湧錫間隔0 5 Sec 小錫爐溫度設定 265度 塗抹助焊於焊接面處沾錫插入新零件進行退錫動作目視檢查焊接處 图 51 小锡炉修护流程图 3 4 4 PCB 重工参数之制定重工参数之制定 Solder iron 3 4 4 1 何谓烙铁何谓烙铁 Solder iron 烙铁是手焊之基本工具 其尖端烙铁头可以更换 以匹配不同需求的焊点 目前 除了极少数不耐热的零件需要后焊 以及最后完工的机组特殊区域才需以手动补焊 3 4 4 2 烙铁的组成原理烙铁的组成原理 烙铁头其采用高传热特性的金属 铜 或合金 将发热芯产生之热量传递出来 使其 加热头部的温度达到焊料作业的温度 其次 烙铁头外套采用铁皮制成 作用是固定 烙铁头 使发热芯及手柄使其成为一体 同时具有对发热芯的保护作用 然后 手柄 部分采用耐高温塑料 木头等绝缘隔热材料制成 为操作者握把的部分 3 4 4 3 烙铁的选择准则烙铁的选择准则 烙铁可以从以下几方面来选用 首先 从焊接组件大小来选用 一般的元体积越 大焊垫也越大 焊点一定也越大 所选的烙铁功率就越大 反之 焊点越小所用的烙 铁功率就越小 其次 从组件的吸热大小来选用 有些组件的金属成份比较多 故其 导热 散热的特性也比较好 必须用功率大的烙铁来焊接 接下来 从焊接面积来选用 焊接面积越大其散热特性好 用功率大 热补充速度快 的烙铁 然后 从焊点密度来选 用 焊点密度越大则用的烙铁功率就必须越小 以免热损伤周围零件 总之 大焊接 面积的焊点可使用功率大的烙铁 但要控制好焊接时间 易晓林 电烙铁攻略 3 4 4 4 烙铁的操作使用烙铁的操作使用 一般烙铁的使用 应依被焊接物之大小选用合适的锡丝 锡丝直径一般选定为 0 5 0 8 mm 烙铁的握法 采用握笔式和拿笔写字的方法一样 握在烙铁手柄部位 烙 铁焊接时 烙铁通电至烙铁头使焊料熔化 于湿海绵上擦去过多焊料及氧化物 移动 烙铁至需焊接的部位将烙铁头尖部搭在焊垫上 斜面靠住组件引脚 电路板与烙铁夹 角约 40 度左右 将锡丝头部推入到引脚与斜面交界处使焊料熔化 直至焊料流动充分 浸润焊垫和引脚移去锡丝 最后移去烙铁至焊料凝固 王春青 焊接方法 一般锡丝内 30 55 部均含有助焊剂因此焊接时均不须另外添加助焊剂于焊点 详细作业事项请参照烙铁 焊锡作业标准 901 F230 3 4 4 5 烙铁的使用前后注意事项烙铁的使用前后注意事项 烙铁使用前要上锡 使烙铁头均匀沾上一层锡 焊接时间不宜过长 否则容易热 损伤组件 焊接完成后 要用清洁剂将电路板上残余的助焊剂清洗干净 烙铁长时间 不用应关闭电源以避免烙铁头氧化 也防止带来安全问题 31 55 4 制程精进与新材料制程精进与新材料 零件零件 制程之导入与验证流程制程之导入与验证流程 4 1 制程精进与新材料制程精进与新材料 零件零件 制程导入制程导入 当构装技术不断朝向高密度化 高热传导性化 高频化及体积缩小化精进 因谨 慎规划其制程与选择合适的物料 以提升产品良率与可靠度 因此 当现况水平偏离 了目标 需努力将所产生的偏差加以处理解决时 则需进行制程精进之评估 所谓制 程精进方案如改善 Hole fill 上锡不足问题 无铅制程之小锡炉研究 锡银铜合金之溶 铜改善之研究 BGA 重工 rework 改善之研究 等等 而在面对全球化竞争下必须推动构造改革 技术革新及新产品开发需求的增加 以面 过去从未经验之事 因此 为达成所期待的目的 需创造出新的做法之活动 以达缩短在制时间 改善质量 降低成本与缩短交期 降低产品成本 提升客户满 意 等各种能协助增强竞争力之目标时 则需进行新材料 零件 制程之导入与验证 所谓新材料 零件 制程导入方案如细微脚距技术之研究 0201 01005 0 3 mm QFP POP 制程研究 新无铅焊料之研究 无铅制程导入之研究 无铅制程电路板评估 等 4 1 1 可行性评估可行性评估 于制程精进或导入与验证前需确认实施的理由及目的 制程精进或导入与验证之 效益性 迫切性 技术性 人员时间及制程检验设备之可行性 并且定义系统目标与 范围 决定完成期限 可用资源 Optional 成本效益以及预期达成的目标及成果 于实施任一方法对策前需选择相关关键绩效指标 Key Performance Index KPI 在任务进行时则针对实际执行的绩效加以衡量 并和原来订定的标的比较 以落实绩 效管理制度中通过管理诊断 检讨来改进组织的管理体系 提升组织的管理效率 另 外 当实施新材料 零件 制程导入与验证时 需通过投资报酬分析 Return on Investment ROI 使导入之相关投资更趋于实务 进而达到降低成本 增加获利之目标 4 1 2 评估评估 导入与验证流程导入与验证流程 首先 与 WW Sites 进行讨论达成评估或导入与验证共识 并针对问题进行现况 技术数据搜集及设定目标 利用要因分析归纳出影响显著的因子及拟定合适的对策 并预估最适对策效果及阻碍预测与回避对策检讨 藉由实验设计 DOE 规划并决定 实验方法 实验前需进行制作测试板评估 实验排程规划 实验材料检验 接着 执行物料特性 组装性 可靠度及功能 等测试实验 并制订检验标准与 失效定义 将实验结果汇整及统计分析 验证实验通过后建议最佳制程参数组合 图 52 最后 将实验结果导入产线 并持续维护及追踪 另外 当新材料 零件 制程 导入与验证实施最适方策时 因先确认客户是否有指定或直接提供新材料及新零组件 32 55 需制定详细规格和相关技术参数 并于导入前对人员做相关教育训练 以确保评估及 导入与验证之正确性 4 1 3 成果落实与分享成果落实与分享 将制程精进评估结果导入产线后需确认产量及效率是否提升 产品质量是否稳定 不良率减少 成本效益及目标达标率确认 最后 将结果与建议档化及修订或重新 制订 SOP 以落实于日常管理 并与 WW Sites 成果分享 持续追踪效果 当目标未达 成时应回到认为未能做好的步骤 继续实施 锲而 舍地至达成为止 因应 况以评 估与导入与验证之流程实施 6 效果的確認 導入產線 7 效果的維持 標準化 製作 修改SOP 要因解析與對策的擬定 問題 技術資訊蒐集 與目標設定 評估計畫的製作 與WW Sites討論達成共識 8 反 及今後計畫 決定實驗方法與因子水準 決定執行廠址 Site 測試板特性 製作測試板 元件選用與配置測試板設計 測試板佈線 Lay out 實驗排程規劃與物料檢驗 製訂實驗檢驗標準與失效定義 執行製程改善實驗 資料蒐集與統計分析 驗證實驗 可靠度及功能測試組裝性測試物料特性測試 對策的實施 開始 結束 制定詳細規格與技術參數 图 52 制程精进评估与新材料 零件 制程导入与验证流程 4 2 统计资料分析方法统计资料分析方法 统计是资料的搜集 整理 分析与解释 目的在于提供决策者在做有效决策时所 需的参考数据 以利于制定较为正确且合理的决策并大幅降低结果之不确定性 1995 张忠朴 目前常用统计分析为实验设计及田口实验设计两种方法 皆是降低实验成本 及能使决策错误发生的机率降低 并且在有限的时间与成本下 发挥最大情报的效果 2001 Montgomery 2002 苏朝墩 33 55 4 2 1 实验设计统计分析实验设计统计分析 实验设计对工程师而言是很用的情报信息 它可以作为产品开发或制程改善的工 具 让产品能在不同环境下都有良好的表现 不会产生太大的变异 Robust 稳健设 计 不但能降低产品开发成本与时间 也能降低产品的不良率 及增加产品的适用范 围 统计的实验设计是科学化的研究 它能利用操作或控制一些变量 因子 Factor 的水平 Level 来找出影响结果的要因 但由于统计计算相当复杂 因此 可透过计 算机与统计软件包可有效解决繁琐的统计公式 常用软件包有 STATISTICA SAS SPSS MINITAB 2002 陈顺宇 郑碧娥 4 2 2 统计数据分析流程统计数据分析流程 首先 决定实验因子与水平数 如以田口实验设计进行则需配置直交表 接着 将实验数据汇整并对每一变量分别计算平均值 标准差及分配形状 进行简单比较分 析 其次 可透过直方图 长条图 箱型图等测知分配型态 及获知如制程中所产出之平 均锡厚 不良率 上锡率数据等的中心值及变异的程度 运用假设检定对两变量间 如两种合金材料之溶铜速率 不同助焊剂之上锡率 不同 钢板开孔形状之良率 平均数是否有相关的显著性检定 并且 透过模型适合度检定 判定 实验数据是否符合常态分布 运用变异数分析 以获得实验中之显著因子 如 以田口实验设计需再配合信号杂音比 S N 最后 需执行验证实验以验证最佳制程参数 水平组合是否有再现性 图 53 另外 也可透 过相关性分析法或反应曲面分析法了解显著因子 如沾锡时间 预热温度 与质量特性 Hole fill 上锡率 之关系 并建立回归方程式以预测 反应值 2002 陈顺宇 郑碧娥 4 2 3 常见统计资料方法解析常见统计资料方法解析 如预研究预热温度 preheat temp 尖峰温 度 peak temp 沾锡时间 dwell time 及助焊 剂种类对 hole fill 上锡率的影响 其常见统计分 析方法分别如下说明 1 利用箱型图测知分配型态 可获知如预热温 度高 低 沾锡时间长 短所产出之上锡率数据 的中心值及变异程度 2 可用 t 检定检定如二组助焊剂材料对 hole fill 上锡率的差异 3 寻找预热温度 尖峰温度两个以上的变量间对 平均上锡率相互变化的关系可利用回归分析 1 定義系統目標 範圍 4 確認控制因子及其水準 配配置置直直交交表表 田田口口 3 發展雜訊策略 2 選擇回應值 望望目目 望望大大 望望小小特特性性 田田口口 6 準備及執行實驗 蒐集資料 假設T檢定 成對檢定 相關 迴歸分析 直方圖 長條圖 箱型圖 計計算算SN比比與與回回應應圖圖 田田口口 變異數分析 計算敘述統計量 簡單比較分析 8 執行確認實驗 9 執行結果 確認 重新檢視步驟1 8 7 資料分析 yes no 5 實驗設計選定 模型適當性檢驗 靈靈敏敏度度分分析析 田田口口 反反應應曲曲面面分分析析 田田口口 34 55 4 运用变异数分析 以获得实验中之显著因子 及建议最佳参数组合 图 53 实验设计分析流程 35 55 5 材料材料 制程失效分析制程失效分析 5 1 材料材料 制程失效分析作业流程制程失效分析作业流程 材料及制程失效分析的目的乃在发现问题的根本原因 提出有效之防堵及解决对 策 其过程中将针对失效之样品或成品 使用各项非破坏及破坏的设备对失效现象及 部位进行分析 并将量测之结果反馈给制程及材料供货商加以改进 目前纬创于新竹 WIH 设有材料及制程实验室 可进行非破坏性及破坏性分析 现有材料分析设备如下 光学 实体及侧视显微镜 金相样品前处理 切割 镶埋 研磨 微蚀 SEM EDS FTIR XRF X ray 检测 Wetting Balance Material Tester 及红墨水染色 分析等技术设备 各项分析设有专门负责之人员 可提供分析及技术上之支持 当客 户及纬创公司内部各单位有材料及制程上的失效案件欲使用实验室设备及技术分析时 可透过图 54 所示之流程提出分析申请 CFE PM request to material process Lab fill out request form Customer request to PM CFE Lab reply on acceptance and required time cost on request form PM CFE s decision and confirm with customer Provide summary report with standard format Material process FA Fill out request form Reply on acceptance Decision Case login 参考下图 流程图的横轴为产品开发的时程 代 表 C 流程的各个阶段 纵轴则为与 Green product 开发有关的部门 整个流程图包含 四个主要路径 1 文件审核 蓝色线 2 风险评估 有害物质测试与供货商稽核 黄线 3 Disqualify 之处置 红线 4 Green Card Green Visa 绿线 与 RoHS 零件承认有关的作业主要是 1 档审核 2 风险评估 有害物质测 试与供货商稽核这两个作业 以确保 Green product 所使用的材料与零组件均能符合 RoHS 要求 首先 C0 C1 为 Proposal 与 Planning 阶段 PM 或 AM 会取得客户的产品规格 要求 其中也会包括 RoHS 规格的参考文件 例如 Annie 731 0001 Rosa 6T198 Astro HX 00011 Lily 41A7733 等 PM 在取得这类档后 必需请 TQM 推广中心进行客户与纬创规格的比对 确认纬创规格可否涵盖客户要求 假如客户规格比纬创的还严格时 Project team 必需与客户沟通 了解客户所关切的 51 55 重点为何 最好的方式是说服客户采用纬创的规格 因为这样对我们的运作影响最少 万一 客户坚持他们的规格时 project team 必须考虑是否接单 一但决定接单 就必须采取相关因应措施 例如 给供货商的规格书或图面就必须注明客户的规格 零件的料号也必须不同 当然 厂商的 环境管理物质不使用声明书 也就必须另外 签署一份 同时 PM 也必须将客户的规格清楚的传递给 project team 的所有成员 确保整个产品的开发是依据客户的要求进行 相关作业内容可参考 Procdure 717 R026 C2 阶段 R D 开始依据客户的规格进行产品设计与零件选用 对于 RoHS 产品设 计而言 最重要的就是原材料与零件的选用 只要用来制造零件的原料 以及生产制 程所用到的副材料都能符合 RoHS 的要求 自然生产出来的零件也就能够符合 所以 零件符合 RoHS 的规格就必须清楚地让供货商知道 目前的作法是将规格注明于规格 书 图面上或者其它相关档 以避免选错零件或材料的情形发生 万一不幸出问题 也不致与供货商有规格上的争议 对于 2nd source 的选用当然也必须比照上述方式 处理 进入 C3 阶段 R D 与 Sourcer 开始要求供货商提出相关的左证数据 供货商必 须证明其所供应的零件能够符合纬创的 RoHS 要求 及檔 717 R025 所订定的规格 有效的左证数据主要有 1 符合 ISO 17025 认证的第三方实验室的化学成分测试报告 2 物质成分宣告书 MCD Material Composition Declaration 3 物质安全数据表 MSDS Material Safety Data Sheet 4 符合性的宣告书或证明书 以上 4 种数据 以项目 1 为优先 当供货商无法提供时 若要使用其它三种档中 的任一种文件取代 则必须由 Sourcer 认定为低风险的供货商才会被纬创接受 判定 标准为 国际级供货商 信用可靠 财务健全 并且是产业界常用的供货商 R D 在 确定厂商提供的档无误后 必须将左证数据上传于 PDM 利用 PDM 发出 CUF form 请求 R D 主管或者 RoHS CE 进行审核 只要 CUF form 被 approved PDM 系统即 自动将 Green Factor 更改为 R SA RoHS Spec Approved 相反地 若是资料有 问题 则要求更正并重新提出 CUF Form 此外 公司已经于 2007 10 1 导入新的 IT 系统 GPM Green Product Management GPM 系统提供一网络平台 供货商可利用此平台直接上传 RoHS 相 关数据 如此可大幅减少纬创之作业时间 GPM 之网址为 所有 操作 SOP 可直接自 GPM 系统下载参考 对于风险较高的供货商与零件 光是书面审 查仍嫌不足 因此必须透过有害物质测试与厂商稽核作进一步的确认 至于哪些是风 险较高的供货商与零件呢 目前 RoHS CE 依据 RoHS Lab 过去的测试纪录以及相 52 55 关文献数据 归纳出几大类的高风险材料与制程 如塑料 喷漆 油墨 电镀 镀锌 镀铬 钝化膜处理 焊锡焊接等 此外 也记录曾经出过问题的黑名单供货商 将这两类档存放于 高风险材料 供 货商数据库 当产品开发进行到 C4 阶段时 对产品 BOM 中料号逐一进行进行风险 评估 Risk Assessment 只要是被定义为高风险的零件 如机构零件 PVC cable connector 使用高风险的材料与制程且尚未经过测试验证者 或者曾经被检 验出有害物质含量超过规格之材料零件 或者由黑名单供货商所生产的零件 RoHS CE 会将其列于抽样清册中 交由 SQM 进行 on site audit 与取样 取得之样品交由 GPTS lab 进行检验 SQM 根据 RoHS CE 所列的抽样清单 以及