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SMT工作原理及品質問題分析 1 一 概述 3二 印刷機工作原理及品質問題 8三 高速貼片機工作原理及品質問題 27四 泛用貼片機工作原理及品質問題 42五 回焊爐工作原理及品質問題 46六 來料造成的品質問題 58七 SMT發展趨勢 65 2 編寫本教程的目的 是希望透過對smt設備工作原理及結構的講解 引伸出smt設備可能造成的品質問題 反過來 對於在檢驗及測試工位發現的不良 我們能夠很快的判斷造成該不良的機台 位置 原因等 幫助我們很快的做出改善措施 3 一 SMT概述 什麽叫SMT SurfaceMountTechnology 表面 貼裝 技術 4 SMT設備構成 印刷機 高速貼片機 泛用貼片機 回焊爐 錫膏厚度檢查機 測試設備 周邊設備 5 分析品質問題經常使用的設備 實體顯微鏡圖片X ray側視顯微鏡切片設備Dyeprytest測溫儀 6 分析不良的常用方法 當發現某一個不良現象時 首先要判斷是批量性的不良還是單一突發的不良 如果是批量性的不良 應該找到出問題的線別 然後停線查找原因 通常需要找到不良品的數量 不良品產生的時間段 不良位號 料號及不良現象在pcb板上的分佈狀況 主要是爲了看是否可以找到一定的規律 以判斷故障發生的環節 通常來講 批量性發生的不良都可以找到原因並找到改善的方法 對於單一突發性的不良 通常需要對機器結構原理有深入了解的工程人員根據經驗判斷可能出現問題的環節 採用試探性調整改善的方法 一邊改善一邊觀察後續的結果 單一突發性不良有時找不到確定的原因 對於來料不良的部分 更多的需要借助各種分析設備來幫助進行分析 如顯微鏡 上錫性試驗設備等 有時需要借助廠外更高級的分析設備 有用的分析手段 Fmea魚骨圖 7 分析不良的常用方法 8 二 印刷機工作原理及品質問題分析 印刷機工作原理 簡介 9 印刷機關鍵部位構成 將錫膏準確適量的印刷到PCBpad上 錫膏 網板 刮刀 擦拭系統 頂板機構 影像系統 10 印刷機動作簡易原理 刮刀 stencil snugger Maintable Supportblock 11 印刷機印刷錫膏的方法 普通印刷機管狀印刷機印刷點膠機滴凃模板印刷雙向刮刀印刷印刷后 焊料預製片 12 印刷機印刷錫膏的方法 管狀印刷機印刷 pin pcb stencil squeegee Solderpaste smd 13 印刷機印刷錫膏的方法 點膠機滴凃 Solderpaste 壓力 pin pcb smd 14 印刷機印刷錫膏的方法 模板印刷 pin pcb pin pcb squeegee Solderpaste 15 印刷機印刷錫膏的方法 雙向印刷 16 印刷機印刷錫膏的方法 印刷后加焊料預製片 焊料預製片 錫膏 17 印刷機造成的主要不良 少錫 無錫 連錫 偏位 拉尖 脫模不好 錫膏厚度不均勻 錫膏印刷殘缺 18 少錫 無錫 網板開孔太小堵孔不下錫錫膏在網板上停滯太久擦拭系統故障忘記填加錫膏錫膏填加過多造成粘刮刀 造成少錫的原因 19 少錫 無錫 遇到少錫時的分析步驟 1 檢查是個別pad少錫還是大面積少錫 1 堵孔 2 網板開孔問題 1 是否忘記添加錫膏 2 是否錫膏添加過多 3 是否因爲停線太久造成錫膏變硬 4 是否擦拭系統故障 5 是否刮刀不下降 3 印刷參數是否有問題 單個pad 大面積少錫 20 少錫 無錫 堵孔實例 21 少錫 無錫 少錫的改善及預防 禁止將stencil上變硬的錫膏二次使用 要求錫膏及pcb供應商改善其生産製程 嚴格控制smt環境 防止異物產生 優化印刷機的各項參數 隨著元件尺寸越來越小 印刷會變得越來越困難 需要從錫膏及網板的製作方法上尋找對策 22 材料 人員 機器 環境 忘記及時添加錫膏 空氣中的異物 毛髮 頭皮 PCB板的綠漆 PCB板的包裝材料 擦拭紙異物 錫膏中的硬塊 將變硬的錫膏二次使用 設定參數錯誤 刮刀損壞 Stencil損壞 脫模不好 Sunnger問題 少錫 無錫 看板時踫到 錫膏添加過多 印刷少錫會影響到後面元件產生open 偏位 少錫 豎件等不良 印刷少錫魚骨圖 23 連錫 網板開孔太大網板變形夾板問題擦拭系統故障Pcb支撐不好Pcb板上有異物殘留或者綠油過厚PCB變形嚴重 造成連錫的原因 24 連錫 遇到連錫時的分析步驟 通常在遇到印刷連錫的問題時應按照如下順序查找原因 1 檢查擦拭系統是否故障造成不能擦拭2 檢查網板是否存在局部損壞或變形3 檢查Supportpin是否支撐良好以及夾板是否正常4 檢查PCB與網板之間是否有異物或者綠油過厚5 檢查網板開孔是否有問題6 檢查PCB是否變形嚴重7 檢查印刷機的脫模等參數 25 連錫案例 K綫不噴solvent造成網板擦拭不乾淨 產生大量連錫 Tank剛導入無鉛出現大量南橋固定角連錫 通過修改網板解決問題 26 連錫 連錫的改善及預防 確保印刷參數的正確 需要擦拭系統可以正常穩定工作 選取最佳的網板厚度及開孔方式 需要從pcb設計的角度進行改善 確保支撐良好且夾板正常 做好網板及刮刀的保護 27 材料 人員 機器 環境 PCB板的綠漆過高 PCB板的包裝材料 網板厚度不對 設定參數錯誤 刮刀損壞 Stencil損壞 脫模不好 Sunnger問題 連錫 看板時踫到 網板開孔問題 Pad設計問題 擦網板系統故障 印刷連錫主要會造成後面元件產生連錫不良 印刷連錫魚骨圖 28 印刷偏位 網板Mark與PCBMark不對應夾板問題Pcb支撐不好印刷程式錯誤影像系統誤判 造成印刷偏位的原因 29 印刷偏位 遇到印刷偏位時的分析步驟 通常在遇到印刷偏位的問題時應按照如下順序查找原因 1 檢查印刷程式是否正確2 檢查Supportpin是否支撐良好以及夾板是否正常3 檢查網板mark否有問題 印刷偏位的改善及預防 1 確保印刷程序的正確2 確保Supportpin支撐良好以及夾板正常3 確保各印刷參數的正確 30 材料 人員 機器 環境 PCB板的mark點不好 Sunnger夾板不好 連錫 網板開孔與gerber不符 影像系統故障 Supportpin未頂好 Program問題 印刷偏位魚骨圖 會影響到後面元件產生open 偏位 豎件等不良 31 三 高速貼片機 高速機的分類 1 FUJICP6 7 8系列 CAM驅動 2 FUJINXT系列 模組式結構 3 SIEMENS系列 模組式結構 32 三 高速貼片機 高速機的工作原理 FUJICP6 33 三 高速貼片機工作原理及品質問題分析 高速機的工作原理 模組化結構 34 高速貼片機關鍵構成 將需要貼片的小chip元件安裝到印好錫膏的PCB板上 真空 Nozzle Maintable feeder 防錯料系統 影像系統 35 高速貼片機工作流程 機器Load板 Devicetable移動 照mark點 抓料 影像處理 完成 END no yes 置件 36 高速貼片機常見不良及分析方法 漏件 偏位 損件 錯件 豎件 立碑 飛件 多件 側件 翻件 37 高速貼片機常見不良及分析方法 錯件 批量錯件 單個錯件 批量錯件通常由兩種情況造成 1 smt程序本身寫錯 造成錯料 通常pvs也無法預防 但是改善方法很簡單 修改掉程序中錯誤的地方即可 2 Operator上錯料 這一種情況在加裝pvs系統後出錯機會減小 而東園區試用中的pts系統 因爲增加了reel條碼等功能 出錯的機會就更進一步降低 而且出錯後很容易追蹤到出錯的每一片板 對於operator上錯料的預防 主要是作業員一定要按照上料的規則上料 不可擅自變通 38 高速貼片機常見不良及分析方法 錯件 批量錯件 單個錯件 批量錯件雖然後果嚴重 但是一般比較容易檢出 而個別位置的錯件有時不能通過測試發現 所以風險也會很大 個別位置錯件通常也有兩種成因 1 飛件造成 也就是說置件頭抓到料以後運動過程中元件掉落到pcb板上 造成錯件 通常是抓料不良會造成這種狀況 改善起來比較困難 因爲抓料不良跟很多因素有關 如 feeder nozzle 真空 supportpin 影像 出現不良時 建議按照如下步驟進行檢查 校準該站feeder Check真空 Checksupportpin Checknozzle 39 高速貼片機常見不良及分析方法 錯件 批量錯件 單個錯件 2 抛料機構問題導致沒有抛掉的料被再次打到板子上 本狀況只針對CP6系列機型 這種錯料的現象通常表現為 所錯的位號的料通常是前一站或前幾站中置件顆數很多的元件 舉例如下 概況 8 5 8 8共打出12PCSSaltlake錯料現象 CP3 25站錯成CP3 19站CP3 44站錯成CP3 43站分析 1 19站 272101104417 0 1uf 10v 10 143個位 2 43站 272102104712 0 1uf 16v 80 20 41個位原因 CP3 16站拋料不良 在貼片元件較多的站 機器運轉速度高 造成料未拋掉 貼到后面的位置 改善 調整16站間隙 更換毛刷以後不良消失 40 高速貼片機常見不良及分析方法 錯件 遇到錯件時的處理方法 1 將所有錯件的板子找出來 2 統計錯件的時間 位號 及錯件在pcb上的位置 看是否有規律性 如果是固定位置連續錯料則應判斷為上錯料或者程序錯誤 3 如果是上錯料 則要檢查線上剩餘的物料 看是否還有錯的料在線上 查找錯料原因 4 如果是無規律的錯料 則要檢查抛料狀況是否正常 或者是否飛件造成 可按照前面講述的方法進行分析改善 41 高速貼片機常見不良及分析方法 損件 打裂 固定位號或固定區域 整板不確定位置 Supportpin頂到板底元件 Supportpin高度不對造成板面元件打裂 Partdata元件高度寫錯 Nozzle彈簧卡死 無法縮回 Z0跑掉 來料損件 疊板 在06年12月中旬SG1D試產過程中出現印刷機maintable上的鋼尺將板底元件打損件的狀況 42 高速貼片機常見不良及分析方法 損件 打裂 遇到元件被打裂的狀況 第一步就是要查清楚是局部裂件還是大面積不規則裂件 大多數裂件會和supportpin有關 所以應該重點檢查pcb板的支撐狀況 打裂元件的檢查方法 使用110倍實體顯微鏡觀察元件的側面 板子要傾斜觀看 43 高速貼片機常見不良及分析方法 損件 產生損件的其他原因 設計造成錫膏量印刷不均衡PCB變形熱衝擊機械應力 如測試設備產生等分板時造成的外力運輸過程產生的外力 元件 PCB 焊點之間熱膨脹係數不匹配 焊接過程中變形 回流焊升溫 降溫過快 陶瓷CTE 3 5ppm 度PCBCTE 20ppm 度焊點CTE 約18ppm 度 44 高速貼片機常見不良及分析方法 漏件 飛件 漏件 人員作業 機器設定 program 制程方法 NOZZLE FEEDER 中間位擺治具時踫到 看板時手踫到 程式中坐標被改動 Partdata中元件高度被改動 抓料高度不對 Devicetable走不到位 切刀切不斷料帶 Nozzle高度不對 Nozzle被堵塞 元件掉落 Feeder進料不到位 Feeder齒輪有一個或幾個齒壞掉 Feeder下面有元件 Feeder卡住料盤 進料困難 Feeder彈簧壞掉 真空管破裂 Holder堵塞 Maintable不平 Supportpin高度 位置不對 生産線換不同高度的料 回焊爐氧含量 溫度控制不好 錫膏印偏位 網板塞孔 來料 PCB變形 來料氧化造成飛件 漏件的魚骨圖 45 高速貼片機常見不良及分析方法 偏位 坐標錯誤 修改坐標 吸料不穩 檢查nozzle feeder 元件partdata錯誤 元件上錫不良 修改partdata 日本松下爲了應對01005小元件貼裝開發了APC系統 傳統貼裝 APC 46 高速貼片機常見不良及分析方法 電阻翻件 側件 人員作業 機器設定 材料包裝 NOZZLE FEEDER 上料時將散料放入feeder造成翻件 寫錯partdata 來料編帶的裝料孔尺寸太大 造成電阻在料帶中滑動 來料本身翻件 來料有折痕造成翻件 側件 抓料高度不對 Devicetable走不到位 切刀切不斷料帶 Nozzle高度不對 Nozzle被堵塞 電阻掉落 Feeder進料不到位 Feeder齒輪有一個或幾個齒壞掉 Feeder下面有元件 Feeder卡住料盤 進料困難 Feeder彈簧壞掉 真空管破裂 Holder堵塞 47 四 泛用貼片機工作原理及品質問題分析 泛用機工作原理 簡介 48 泛用機關鍵構成 將需要貼片的IC BGA等大元件安裝到印好錫膏的PCB板上 真空 Nozzle feeder Tray PVS 影像系統 49 泛用機使用材料的特點 材料包裝 MSD管控 Reel Tube Tray FLOORLIFE SHELFLIFE JEDECJ STD 033A 40 90 RH條件下可以存放12個月 BAKING 50 泛用貼片機常見不良及對策 置件偏位 坐標錯誤影像問題吸料不穩 偏位 連錫 壓件 偏位 下壓過量 51 五 回焊爐工作原理及品質問題分析 回焊爐工作原理 簡介 熱風 IR 52 五 回焊爐 回焊爐的類型 1 氣相焊接 vaporphasereflow 2 熱板傳導式回流焊爐3 紅外輻射回流焊4 強制熱風對流回流焊 53 回焊爐工作原理 將完成元件貼片的PCB加熱 完成焊接過程 加熱 氮氣 鏈條速度 支撐 降溫 54 焊點形成機理 潤濕擴散溶解冶金結合 形成結合層 最佳潤濕角度15 45度 金屬與金屬接觸時 界面上晶格紊亂導致部分原子從一個晶格點陣移動到另一個晶格點陣 Cu6Sn5 Cu3Sn Sn Pb Cu Cu焊端表面 合金層的厚度在0 5 4um時強度較佳 55 Profile 升溫區 恒溫區揮發區預熱區 助焊區 焊接區回流區 冷卻區 56 Profilechecklist 57 BGA焊接過程演示 58 焊接常見不良及對策 冷焊 偏位 連錫 焊接不良 錫珠 錫裂 豎件 59 焊接常見不良及對策 冷焊 通常由於溫度過低或預熱時間錯誤造成錫膏不熔 遇到冷焊的狀況 應該立刻檢查爐溫 及時測量溫度曲綫 同時應確認測溫板是否ok 是否熱風馬達出現故障等 60 焊接常見不良及對策 偏位 1 理論上講過快的熱風速度會將較小的元件吹動 造成小chip的偏位 但並無實驗數據或直接案例 2 回焊爐擋簾過硬或者爐内殘留異物掃到元件造成偏位 在現場均有發生 3 熱風陰影效應造成元件的偏位 實例 61 焊接常見不良及對策 普利華機种中Q404偏位 Q404緊鄰一個相對較高的電感 由於距離很近 懷疑會在熱風爐中產生陰影效應 同時Q404可能會受到大電感大量吸熱的影響 因此在線上有做進一步的驗證動作 將PCB進回焊爐的方向調轉90度過爐 如下示意圖 結果 在SMTPI的良率有較大改善 Q404 電感 電感 Q404 62 焊接常見不良及對策 連錫 對於雙面板 使用治具過爐時有可能發生pin頂到元件上造成連錫 實例 錫爆是產生bga連錫的一種可能原因 示意圖 63 焊接常見不良及對策 氧氣濃度對焊接的影響 3F9線生産HK23無鉛機种 使用SbZn錫膏 時 由於回焊爐内氧氣含量過高 客戶建議小於1000ppm 造成焊點發黑 且焊錫在pad上的延展性較差 見圖片 造成焊接品質問題數十片 後經過調整氧氣濃度降至3000ppm以下 焊錫狀況好轉 因此可以判斷回焊爐内的氧含量會影響到焊接的品質 包括BGA的焊接品質 氧氣濃度高造成焊點發黑 無光澤 氧氣濃度低焊點發亮 且延展性好 64 焊接常見不良及對策 爆米花現象 回流焊時 水蒸氣壓力隨溫度上升而增加導致封裝破裂或者是封裝内關鍵層破裂 65 六 來料及其他原因造成的品質問題 PCB造成的不良 66 六 來料及其他原因造成的品質問題 PCB造成的不良 67 六 來料及其他原因造成的品質問題 68 六 來料及其他原因造成的品質問題 來料造成的不良 69 六 來料及其他原因造成的品質問題 錫膏的問題 助焊劑的揮發也會造成焊接的不良 70 六 來料及其他原因造成的品質問