SMT制程标准化

1、1.1.電子行業發展與趨勢電子行業發展與趨勢汽車用電子設備汽車用電子設備電腦、周邊設備電腦、周邊設備消費電子產品消費電子產品電腦電腦通信設備通信設備網絡技朮網絡技朮精量技朮精量技朮光電技朮光電技朮液晶顯示技朮液晶顯示技朮納米電子時代納米電子時代電子行業發展與趨勢電子行業發展與趨勢短短薄薄輕輕小小高技朮含量高技朮含量2.SMT2.SMT制造業發展與趨勢制造業發展與趨勢SMT有鉛制程有鉛制程SMT無鉛制程無鉛制程WEEE指令全面實指令全面實施施ROHS指令全面指令全面實施實施全球綠色制造全球綠色制造SMT制造業發展與趨勢制造業發展與趨勢全球綠色制造全球綠色制造铅、汞、镉、六价铬、多溴联苯（铅、汞、

2、镉、六价铬、多溴联苯（PBB）、多溴二苯醚（、多溴二苯醚（PBDE）及其他有毒有害）及其他有毒有害物质的含量物质的含量 將被雙規。將被雙規。3.SMT 3.SMT 設備的認識設備的認識印刷印刷貼片貼片回流焊回流焊4.4.常見電子元件的認識常見電子元件的認識BGABGAPLCCPLCCQFPQFPSOPSOPSOT(Small outline transistor)SOT(Small outline transistor)R RRNRNLEDLEDTRTRR RD DC CC C5.5.貼片技術組裝流程圖貼片技術組裝流程圖Surface Mounting Technology Process F

3、low ChartSurface Mounting Technology Process Flow Chart發料Parts Issue基板烘烤Bare Board Baking錫膏印刷Solder Paste Printing泛用機貼片Multi Function Mounting 迴焊前目檢Visual Insp.b/f Reflow迴流焊Reflow Soldering修理Rework/Repair爐后比對目檢ICT/FT測試品檢修理Rework/Repair點固定膠Glue Dispnsing高速機貼片Hi-Speed Mounting修理Rework/Repair供板PCB Load

4、ing 印刷目檢VI.after printing插件M.I / A.I波峰焊Wave Soldering 裝配/目檢Assembly/VI入庫Stock6.SMT 6.SMT 元件常見不良圖示元件常見不良圖示 反白 空焊 短路 錫珠 多錫 偏位 立碑 少件 PAD脫落 多錫 空焊 錫渣7.7.制程的主要內容制程的主要內容Cost down&Cost down&技朮支援技朮支援作業過程作業過程監控監控原材料品質原材料品質判定判定作業方法訂定作業方法訂定& &檢討修訂檢討修訂品質提升品質提升& &失失效分析對策效分析對策產品可靠性產品可靠性驗証驗証

5、產品品質評估產品品質評估設備投入設備投入& &利用率評估利用率評估人力工時評估人力工時評估利用率評估利用率評估LayoutLayout制定制定, ,產產能評估提升能評估提升新產品導入新產品導入制程分析制程分析制程制程8.SMT 8.SMT 制程標准化制程標准化CROSS CROSS SECTIONSECTION離子濃度離子濃度分析分析剝離試驗剝離試驗熱沖擊測試熱沖擊測試TEMP,.&TEMP,.&HUMIDUTE HUMIDUTE TESTTESTBOND TESTBOND TESTX-RAY X-RAY MACHINEMACHINE SOPSOPAOI AOI

6、 MACHINEMACHINEREFLOWREFLOWMOUNTING MOUNTING MACHINEMACHINEMATERIALMATERIALLOADERLOADERPRINTER PRINTER MACHINEMACHINESTENCILSTENCILSOLDERSOLDER PASTE PASTEPCB PCB 制造制造工藝管制工藝管制SMTSMT制程制程標准化標准化9.9.錫膏錫膏, ,鋼網鋼網& &印刷印刷錫膏管制錫膏管制錫膏的成份及作用錫膏的成份及作用錫膏的使用錫膏的使用錫膏類型的選擇錫膏類型的選擇錫膏的檢驗錫膏的檢驗錫膏的運輸錫膏的運輸 . . 儲存儲存9.

7、1 9.1 錫膏錫膏9.1 9.1 錫膏錫膏原材料原材料重重量量(%)(%)功功 效效金屬合金金屬合金85-85-9292元件與電路板間電氣性元件與電路板間電氣性和機機械的接合和機機械的接合助助焊焊劑劑松香松香(Rosin)(Rosin)2-82-8給以黏性黏著力金給以黏性黏著力金屬氧化物的去除屬氧化物的去除黏著劑黏著劑1-21-2防止滴下防止焊料表防止滴下防止焊料表面氧化面氧化活性劑活性劑0-10-1金屬氧化物的去除金屬氧化物的去除溶劑溶劑1-71-7黏性印刷性的調整黏性印刷性的調整a. a.錫膏的基本成份配合合成比例錫膏的基本成份配合合成比例表表9.9.錫膏錫膏, ,鋼網鋼網& &

8、amp;印刷印刷b. b.錫膏的選用原則錫膏的選用原則: : 客戶指定客戶指定錫膏的合金成分及比例錫膏的合金成分及比例錫膏的錫粉顆粒大小錫膏的錫粉顆粒大小2 20 0- -3 38 8微微米米- -4 40 00 0 + +6 63 35 5T TY YP PE E 4 42 25 5- -4 45 5微微米米- -3 32 25 5 + +5 50 00 0T TY YP PE E 3 34 45 5- -7 75 5 微微米米- -2 20 00 0 + +3 32 25 5T TY YP PE E 2 2顆顆粒粒球球經經大大小小網網眼眼大大小小顆顆粒粒等等級級2 20 0- -3 38

9、8微微米米- -4 40 00 0 + +6 63 35 5T TY YP PE E 4 42 25 5- -4 45 5微微米米- -3 32 25 5 + +5 50 00 0T TY YP PE E 3 34 45 5- -7 75 5 微微米米- -2 20 00 0 + +3 32 25 5T TY YP PE E 2 2顆顆粒粒球球經經大大小小網網眼眼大大小小顆顆粒粒等等級級Type2:Type2:用於標準的用於標準的SMT, SMT, 間距為間距為50mil (1.25mm), 50mil (1.25mm), 當間距小當間距小 於於30mil (0.75mm)30mil (0.7

10、5mm)時時, , 必須用必須用3 3型型; ;Type3:Type3:用於小間距用於小間距 (30mil15mil), (30mil15mil), 即即 (0.75mm0.38mm), (0.75mm0.38mm), 在間距為在間距為15mil15mil或更小時或更小時, ,必須使用必須使用; ;Type4:Type4:精細間距印刷時選用球形細粒度焊膏精細間距印刷時選用球形細粒度焊膏, ,間距間距0.5mm0.5mm時時, , 焊膏顆粒尺寸應在焊膏顆粒尺寸應在20-38um20-38um之間之間. . 低黏度的錫膏低黏度的錫膏:V600 KCPS;:V600 KCPS; 中黏度的錫膏中黏度的

11、錫膏:600 KCPS V 800KCPS;:600 KCPS V 800 KCPS:V800 KCPS備註備註:1mil=0.0254mm:1mil=0.0254mm9.2.9.2.選擇助焊劑的要素選擇助焊劑的要素A.A.化學活性化學活性 ( (除去母材和焊料除去母材和焊料表面的氧化膜表面的氧化膜) )B.B.對母材來講助焊劑的浸潤對母材來講助焊劑的浸潤性和流動性要好性和流動性要好C.C.良好的覆蓋性良好的覆蓋性( (在焊接過程中在焊接過程中防止母材被氧化防止母材被氧化) )D.D.良好的穩定性良好的穩定性( (在焊接溫度時在焊接溫度時保持活性保持活性) )E.E.電化學的活性電化學的活性(

12、 (對不鏽鋼和鋁對不鏽鋼和鋁而言而言) )F. F.其殘渣易去除其殘渣易去除G.G.助焊劑反應迅速助焊劑反應迅速( (用于高頻焊用于高頻焊接接) )H.H.電絕緣性好電絕緣性好I. I.對人體和設備無害并且經對人體和設備無害并且經濟濟9.9.錫膏錫膏, ,鋼網鋼網& &印刷印刷 A. A.保存：需保存保存：需保存4 104 10冷藏冷藏下，會影響錫膏性能。儲存下，會影響錫膏性能。儲存時間不超過時間不超過6 6個月。個月。 B.B.回溫回溫: : 在錫膏回溫到室溫前在錫膏回溫到室溫前切勿拆開容器或攪拌錫膏切勿拆開容器或攪拌錫膏, , 一般回溫時間約為一般回溫時間約為 4848小時

13、小時( (以自然回溫方式以自然回溫方式; ;如未回溫完如未回溫完全即使用，錫膏會冷凝空氣全即使用，錫膏會冷凝空氣中的水氣。中的水氣。 C.C.使用使用: : 時間不超過時間不超過8 8小時，回小時，回收收, ,隔夜之錫膏最好不要用，隔夜之錫膏最好不要用，印刷錫膏過程在印刷錫膏過程在2328 , 2328 , 40% 70%RH40% 70%RH環境作業最好環境作業最好，不可有冷風或熱風直接對，不可有冷風或熱風直接對著吹，錫膏使用前攪拌約著吹，錫膏使用前攪拌約2.52.5分鐘。分鐘。9.3. 9.3. 錫膏管理錫膏管理: :9.4.9.4.錫膏的檢驗內容錫膏的檢驗內容: :1.Bonding T

14、est1.Bonding Test2.Solder-joint Quality2.Solder-joint Quality3. 3.焊點外觀檢驗焊點外觀檢驗4. 4.殘留物檢驗殘留物檢驗5.BGA5.BGA焊點焊點SIZESIZE檢驗檢驗6. 6.合金及不純物檢驗合金及不純物檢驗7. 7.銅鏡試驗銅鏡試驗8. 8.鉻酸銀試紙試驗鉻酸銀試紙試驗9. 9.氟含量試驗氟含量試驗10.10.銅片腐蝕試驗銅片腐蝕試驗11.11.表面絕緣阻抗表面絕緣阻抗12.12.錫粉粒徑錫粉粒徑13.13.錫粉顆粒形狀錫粉顆粒形狀14.14.金屬含量試驗金屬含量試驗15.15.粘度檢驗粘度檢驗16.16.錫球試驗錫球試

15、驗17.17.錫膏粘力試驗錫膏粘力試驗9.9.錫膏錫膏, ,鋼網鋼網& &印刷印刷9.5. 9.5. 鋼板鋼板(Stencil)(Stencil)9.9.錫膏錫膏, ,鋼網鋼網& &印刷印刷 1.化学蚀刻模板2./激光模板3.电铸模板9.9.錫膏錫膏, ,鋼網鋼網& &印刷印刷 2.3.3.2.3.3.印刷參數印刷參數 2.3.3.1.印刷速度 2.3.3.2.印刷角度 2.3.3.3.印刷壓力 2.3.3.4.脫模速度 2.3.3.5.清洗方式 2.3.4.2.3.4.印刷機調整印刷機調整 2.3.5.CPK2.3.5.CPK 2.3.5.1.

16、印刷精度 2.3.5.2.印刷高度 9.6.9.6.印刷印刷10.10.貼片貼片 1. 1.零件的選取正确零件的選取正确2.FEEDER2.FEEDER的選取正确的選取正确3. 3.零件貼裝位置正确並准确零件貼裝位置正确並准确4. 4.貼裝路徑的优化貼裝路徑的优化5. 5.貼裝程式的重要參數貼裝程式的重要參數6.PCB6.PCB貼裝中的支撐貼裝中的支撐7. 7.機臺保養的意義機臺保養的意義8. 8.常見貼裝不良的分析及改善方向常見貼裝不良的分析及改善方向9. 9.貼裝貼裝CPKCPK2. 2.零件著裝的基本要點零件著裝的基本要點: :1. 1.程序的制作程序的制作: :1.PCB data1.

17、PCB data2. PART data/NOZZLE data/FEEDER data2. PART data/NOZZLE data/FEEDER data3.MARK data3.MARK data4.MOUNT data/BLOCK data4.MOUNT data/BLOCK data5.CHECK&IMPORT and EXPORT5.CHECK&IMPORT and EXPORT6.DOWNLOAD&TEACHER6.DOWNLOAD&TEACHER11.11.設置爐溫曲線設置爐溫曲線理论上理想的曲线由預熱恆溫回流和冷卻四个溫區组成，前面三个溫區加

18、热、理论上理想的曲线由預熱恆溫回流和冷卻四个溫區组成，前面三个溫區加热、最后一个溫區冷却。最后一个溫區冷却。1. 1.預熱區預熱區该区域的目的是把室该区域的目的是把室温的温的PCBPCB尽快加热，尽快加热，用来将用来将PCBPCB的温度从的温度从周围环境温度提升到周围环境温度提升到所须的活性温度。在所须的活性温度。在这个区，产品的温度这个区，产品的温度以不超过每秒以不超过每秒2525 C C速度连续上升，温度速度连续上升，温度升得太快会产生热冲升得太快会产生热冲击，电路板和元件都击，电路板和元件都可能受损，如陶瓷电可能受损，如陶瓷电容的细微裂纹，而温容的细微裂纹，而温度上升太慢，锡膏会度上升太

19、慢，锡膏会感温过度，溶剂挥发感温过度，溶剂挥发不充分，没有足够的不充分，没有足够的时间使时间使PCBPCB达到活性达到活性温度。炉的预热区一温度。炉的预热区一般占整个加热通道长般占整个加热通道长度的度的2533% 2533% ，上升，上升速率设定为速率设定为13/S13/S。典型的升温速率为典型的升温速率为2/S2/S。11.11.設置爐溫曲線設置爐溫曲線2. 2.恆溫區恆溫區指温度从指温度从130130一一160160升至焊膏熔点的升至焊膏熔点的区域，也叫活性區区域，也叫活性區 ，有两个功用，第一，有两个功用，第一，将将PCBPCB在相当稳定的在相当稳定的温度下感温，允许不温度下感温，允许不

20、同质量的元件在温度同质量的元件在温度上同质，减少它们的上同质，减少它们的相当温差。第二，保相当温差。第二，保証助焊剂活性化，挥証助焊剂活性化，挥发性的物质从锡膏中发性的物质从锡膏中充分挥发。一般普遍充分挥发。一般普遍的活性温度范围是的活性温度范围是120150120150 C C，如果活性，如果活性区的温度设定太高，区的温度设定太高，助焊剂没有足够的时助焊剂没有足够的时间活性化，温度曲线间活性化，温度曲线的斜率是一个向上递的斜率是一个向上递增的斜率。这个区一增的斜率。这个区一般占加热通道的般占加热通道的3350% 3350% 。3. 3.回流區回流區該区的作用是将該区的作用是将PCBPCB装配

21、的温度从活性温装配的温度从活性温度提高到所推荐的峰度提高到所推荐的峰值温度，在这一区域值温度，在这一区域里加热器的温度设置里加热器的温度设置得最高，使组件的温得最高，使组件的温度快速上升至峰值温度快速上升至峰值温度，峰值温度视所用度，峰值温度视所用焊膏的不同而不同，焊膏的不同而不同，一般推荐为焊膏的溶一般推荐为焊膏的溶点温度加点温度加20-4020-40。对。对于熔点为于熔点为183183的的63Sn/37Pb63Sn/37Pb焊膏和熔点焊膏和熔点为为179179的的Sn62/Pb36/Ag2Sn62/Pb36/Ag2焊膏，焊膏，峰值温度一般为峰值温度一般为205-205-230230，再流时

22、间不要，再流时间不要过长，以防对过长，以防对PABAPABA造造成不良影响。理想的成不良影响。理想的温度曲线是超过焊锡温度曲线是超过焊锡熔点的熔点的“尖端区尖端区”覆覆盖的面积最小。盖的面积最小。4. 4.冷卻區冷卻區冷卻區焊膏中的铅冷卻區焊膏中的铅锡粉末已经熔化并锡粉末已经熔化并充分润湿被连接表充分润湿被连接表面，应该用尽可能面，应该用尽可能快的速度来进行冷快的速度来进行冷却，这样将有助于却，这样将有助于得到明亮的焊点并得到明亮的焊点并有好的外形和低的有好的外形和低的接触角度。缓慢冷接触角度。缓慢冷却会导致电路板的却会导致电路板的更多分解而进入锡更多分解而进入锡中，从而产生灰暗中，从而产生灰

23、暗毛糙的焊点。在极毛糙的焊点。在极湍的情形下，它能湍的情形下，它能引起沾锡不良和减引起沾锡不良和减弱焊点结合力。冷弱焊点结合力。冷却段降温速率一般却段降温速率一般为为310/S310/S，冷却至，冷却至7575即可。即可。1. 1.無鉛爐溫設置標准無鉛爐溫設置標准11.11.設置爐溫曲線設置爐溫曲線11.11.設置爐溫曲線設置爐溫曲線2. 2.無鉛爐溫設置標准無鉛爐溫設置標准11.11.設置爐溫曲線設置爐溫曲線3. 3.無鉛爐溫設置標准無鉛爐溫設置標准12.SMT12.SMT制程標准化方法制程標准化方法貼片程式優化貼片程式優化DOE印刷參數印刷參數DOE錫膏錫膏DOE治具治具DOE鋼板鋼板DO

24、E波峰爐波峰爐FluxFlux選用選用DOEDOE波峰爐參數波峰爐參數DOEDOEREFLOW DOE制程標准化設計制程標准化設計SMTSMT制程標准化制程標准化DOEDOE12.SMT12.SMT制程標准化方法制程標准化方法SMTSMT制程標准化分析方法制程標准化分析方法波峰焊接最佳參數波峰焊接最佳參數-DOE-DOE試驗設計試驗設計實驗設計對象目標和架構材料選擇實驗layout田口實驗設計(sample size)田口實驗分析方法實驗結果DOE實驗設計實驗對象 無鉛物料及工藝的導入帶來諸多的品質缺陷,其中波峰焊接過程的控制是其中最重要的一個環節: 尋找波峰焊接的最佳參數,為將來的調整提供依

25、據. 驗証最佳參數的合理化 盡可能使用少的時間和試驗次數,以及試驗樣本,尋找到最佳合理化參數,本文重點介紹”田口試驗方法. 基于實驗要求我們可分為三大部分展開 1.優化波峰爐參數. 利用田口試驗方法優化參數,減少試驗樣本 2.產品品質驗証 利用可靠性驗証參數設置效果 3.參數效果確認 參數設置后其效果參數規定在一定相隔時間內取得,且必須確認波峰爐狀態已在設置參數范圍內實驗設計 實驗架構實驗設計試驗材料焊錫鈀(name)產品名(name)助焊劑名(name)設備名(name)樣本樣本數量 試驗layout波峰爐參數田口方法分析參數優化(part1)試驗樣本可靠性測試產品質量驗証(Part2)參數

26、驗証(part3)噪音因素冷卻斜率控制因素1.預熱溫度 2.鏈速 3.錫溫 4.助焊劑量試驗種類切片.產能拉力試驗材料 材料選擇 錫巴: ShenMao Sn96.43Ag3.0Cu0.5Ni0.06Ge0.01 Flux Selection: Euro NL6836 Products: A產品 Equipment :SELL- 450-CTV實驗設計實驗設計 樣本樣本 在試驗前必須先確認兩事項:樣本數量和設計layout. 樣本數量: part1= 根據田口試驗方向,我們先確定樣本的數量. part2= 比對參數設置更改后的效果,. 基于 90%信賴性和 90%可靠度, 我們計算 n22 對

27、每組試樣數. Rc = (1-C)1/n C= 信賴性等級; Rc = 在信賴性C的可靠度 N= 樣本數 實驗設計 樣板layoutLocationC176C205DIMM-1DSKTQ8,Q9,Q10LocationC295C424IDERISERPOWERLocationAll PTH Component 切片拉力不良率(DPPM) 參數收集實驗設計產品質量 設備傳送系統預熱系統松香系統錫槽物料貯存時間基材元器件PCB量測KIC 系統人員紀律不按SOP作業錯誤 培訓不足方法松香系統 延遲時間噴量預熱長度傾斜角 預熱角預熱溫度錫槽傳送冷卻斜率 錫溫 噴霧壓鏈速 浸錫時間冷卻系統實驗設計 參數

28、設計 影響產品品質結果的因素很多,但為了限制實驗次數,特選擇影響波峰爐變動較大的几個可變因素及參數來控制產品不良結果: 表表 1 .控制可變量控制可變量NO.可變因素可變因素范圍范圍Level 1Level 2Level 31松香噴量松香噴量(ml/min)801201602預熱溫度預熱溫度 (0C)110-1200c120-1300c130-1400c3鏈速鏈速 (m/min)11.11.24錫溫錫溫 (0C)260265270實驗設計 結果驗証 不同的調校參數,將得到不同的質量特性及不同的品質結果,我們將列入最能反映調校不同參數而帶來的品質結果,以作為實驗分析手段的一種具體方法:項目結果回

29、饋1切片實驗2拉力實驗3不良率表表2.結果驗証結果驗証實驗設計 量測工具量測工具結果驗証結果驗証量測設備量測設備設備型號設備型號切片實驗切片實驗研磨拋光機研磨拋光機PHOENIX BETA精密切割機精密切割機ISOMET 1000立體顯微鏡立體顯微鏡SMZ1500立體顯微鏡立體顯微鏡ECLIPSE自動研磨機自動研磨機PHOENIX 4000拉力實驗拉力實驗Bonding TesterSERIES 4000不良率不良率(DPM)(DPM)放大鏡放大鏡(Microscope)NIKOM實驗設計 噪音因子: 我們盡可能最大程度來適應噪音因子的自然狀態來進行實驗.如果噪音因子直接影響反應結果或過程,采

30、取以下辦法:1.盡可能合并到實驗中.2.盡可能使噪音因子保持在一定水平上.3.在進行實驗時,盡量排配消弱噪音影響因素噪音因子噪音因子Level 1Level 2冷卻斜率冷卻斜率10%-10%我們用下表對噪音因子進行限制,保証實驗順利進行通過田口實驗分析方法尋找最佳參數,限制實驗范圍, 直角表如:L9(34) 是田口分析方法的點型運用,分別介紹如下:計算公式如下: 普通型(N.B) 公式:S/N= 10 log 1/n(Sm-Ve)/Ve; S=10Log 1/n(Sm-Ve); St=(Yi)2, ft=n; Sm=Yi2/n, fm=1; Se=St-Sm, fe=n-1; Ve=Se/fe

31、 望小型- (S.B) 公式:S/N = -10 log MSD ; MSD= 1/n (Yi)2 望大型(B.B) 公式:S/N = -10 log MSD; MSD= 1/n (1/Yi)2 田口實驗設計田口實驗設計ResponsesTypesS/N切片實驗(評分)B.B.S/N = -10 log MSD拉力實驗B.B.S/N = -10 log MSD不良率(DPPM)S.B.S/N = -10 log MSD具體計算方法如下:望小特性望大特性望大特性田口實驗設計 實驗結果數據收集 Factor ResponseItemABCDY1(評分評分)總分總分20Y2(g)Y3(DPM)SNR

32、A1SNRA2SNRA3180110-1201.126011107052710020.827980.5917-88.6594280120-1301.2265161625054224.082484.2171-54.68380130-1401.32701213070135521.583682.3255-62.63884120110-1201.2270131400354222.278982.9244-54.685120120-1301.326089705813018.061879.7399-78.20186120130-1401.1265141507554222.922683.5651-54.687

33、160110-1201.32651111750135520.827981.4008-62.63888160120-1301.1270131587581322.278984.0143-58.20189160130-1401.22601010300265582080.2567-88.4839Y1Y2Y3田口實驗設計S/N參數及分析表Cross SectionLevel 1Level 2Level 3DeltaRankFlux Spray Volume22.1621.0921.041.133Preheat Temperature21.3121.4721.50.194Belt Speed 22.012

34、2.1220.161.962Spot Temperature19.6322.6122.052.981M M e ea an n o of f S SN N r ra at ti io os s1 6 01 2 08 02 32 22 12 01 3 0 -1 4 01 2 0 -1 3 01 1 0 -1 2 01 .31 .21 .12 32 22 12 02 7 02 6 52 6 0ABCDM Ma a i in n E E f ff fe e c c t ts s P P l lo o t t ( (d d a a t ta a m m e e a a n n s s) ) f fo o r r S S N N r ra a t ti io o s sS ig n al-to -n o ise: L arg er is b etter田口實驗設計S/N參數及分析表Pull TestLevel 1Level 2Level 3DeltaRankFlux Spray Volume82.3882.0981.890.494Preheat Temperature81.6482.6682.051.023Belt Spe