第一(yī)步驟(zhòu):製程設計
表麵黏著組裝製程,特別是針對微小間距元件,需要不斷的監視製程,及有係統的檢視。舉例說明,在美(měi)國,焊錫接點品質標(biāo)準是依據 IPC-A-620及國家焊錫標準 ANSI / J-STD-001。了解這些準則及規範後,設計者才能研(yán)發出符合(hé)工(gōng)業標準需求的(de)產品。
量產設計
量產設計包(bāo)含了所有大(dà)量(liàng)生產的製程、組裝、可測性及可靠性,而且是(shì)以書麵文件需求為起點。
一份完整且清晰的組(zǔ)裝文(wén)件,對從設計到製造一係列轉換而言(yán),是絕對必要的也是(shì)成功的保證。其相(xiàng)關文件及CAD資料清單(dān)包括(kuò)材料清單(BOM)、合格廠商名單、組裝細節、特殊組裝指引、PC板製造細節及磁片內含 Gerber資料或是 IPC-D-350程式。
在磁片上的CAD資料對開發測試及製程冶具,及編寫自動化組裝設備程式等有極(jí)大的幫助。其中包含了X-Y軸座標位置、測試需(xū)求、概要圖形、線路圖及測試點(diǎn)的X-Y座標。
PC板品質
從每一(yī)批貨中或某(mǒu)特定的批號中,抽取一樣品來測(cè)試其焊錫性。這PC板將先與製造廠所提(tí)供的產品資料及IPC上標(biāo)定的品質規(guī)範相比(bǐ)對。接下來就是將錫膏印到焊墊上迴焊,如果是使用有機的助焊劑,則需要再加以清洗以去除(chú)殘留物。在評估焊點的品質的同時,也要一(yī)起評估PC板(bǎn)在經歷迴焊(hàn)後外觀及尺(chǐ)寸的反應。同樣的檢驗方式也可應用在波(bō)峰焊錫的製程上。
組裝製程發展
這一步驟包含了對每一機械動作,以肉眼(yǎn)及自動化視覺裝(zhuāng)置進行不間(jiān)斷的監控。舉例(lì)說明,建議使用雷射來掃描每一PC板(bǎn)麵上所印的錫膏體積。
在將樣本(běn)放上表麵黏著(zhe)元件(SMD) 並經過迴焊後,品管及工程人員需一一檢視每元件接腳上的吃錫狀況,每一成員都需要詳細紀錄被動元件及多腳數元件的(de)對位狀況(kuàng)。在經過波峰焊錫製程後,也需要在仔細(xì)檢視焊錫(xī)的均勻性及判斷出由於腳距或元(yuán)件相距太近而有可(kě)能會使焊點產生缺陷的潛在位(wèi)置。
細微腳距技術
細微腳距組裝是一先(xiān)進的構裝及製(zhì)造概念(niàn)。元件密度及複雜度都遠大於(yú)目前市場主(zhǔ)流產品,若是要進入量產(chǎn)階段,必須再修(xiū)正一些參數後方可投入(rù)生產線。
舉例說明,細微腳距元件的腳距為 0.025“或是更小,可適用於標(biāo)準(zhǔn)型及(jí)ASIC元件上。對這(zhè)些元件(jiàn)而(ér)言其工業標準有非常寬的容許(xǔ)誤差,就(如(rú)圖一)所示。正因為元件供應商彼此間的容許誤差各(gè)有不同,所以焊墊(diàn)尺寸必須要為此(cǐ)元件量(liàng)身定製,或是進行再修改才能真正提(tí)高組裝良率。
焊墊外型尺寸及間距(jù)一般是遵循 IPC-SM-782A的規範(fàn)。然而,為了達到製程上的需求,有些焊(hàn)墊的形狀及尺(chǐ)寸會和這規範有些許(xǔ)的出入。對波峰焊錫而言其焊墊尺寸通常會(huì)稍微大一些,為的是(shì)能有比較(jiào)多的助焊劑及(jí)焊錫(xī)。對於一些通常都保持在製程容許誤(wù)差上下限附近的元件而言,適度的調整焊墊尺寸是有其必要的。
表麵黏著元件放置方位的一致性
儘管將所有元件的(de)放置方位,設計成一樣不是完全(quán)必要的,但是對同一類型元件而言,其(qí)一致性將有助於(yú)提(tí)高組裝及檢視效率。對一複雜的板子而言有接腳的元件,通常都有相同(tóng)的(de)放置方位(wèi)以(yǐ)節(jiē)省時間。原因是(shì)因為(wéi)放置元件的抓頭通常都是固定一個方向的,必須要旋轉板子(zǐ)才能(néng)改變放置(zhì)方位。致於一般表麵黏著元件則因為放置(zhì)機的抓頭能自由旋轉,所以沒有這方麵的問題。但(dàn)若是(shì)要過波峰焊錫爐,那元件就必須統一其方位以減少其暴露在錫流的時間。
一些有極性的元件的極性,其放置(zhì)方向是早在整個線路設計時就已決定,製程工程師在了解其線路功能後,決定放置元(yuán)件的先後次序可以提高組裝效率,但是有一致的方(fāng)向性或是相似的元件都是可以增進其效率的。若是(shì)能統(tǒng)一其放置方位,不僅(jǐn)在撰寫放置元件程式的速度可以縮短,也同時可以(yǐ)減少錯(cuò)誤的發生。
一致(和足夠)的元件距(jù)離
全自動的表麵黏(nián)著元件放置(zhì)機一般而言是相當精確的,但(dàn)設計者在嘗試著提高元(yuán)件密度的同時,往往會忽略掉量產時(shí)複雜(zá)性的問題。舉例說明,當高的元件太(tài)靠近一微細腳距(jù)的元件時,不僅會阻擋了檢視接腳焊點的視線也同時阻礙了重工或重工時所使用的工具。
波峰焊錫一般使用在比(bǐ)較低、矮的元件如二極體及電晶體等。小型元(yuán)件如SOIC等也可使用在波峰(fēng)焊錫上,但是要注意的(de)是有些元件無法承(chéng)受直接(jiē)暴露在錫爐的高(gāo)熱下。
為了(le)確保組(zǔ)裝品質(zhì)的一致性,元(yuán)件間的距離一(yī)定要大到(dào)足(zú)夠且均勻的(de)暴露在錫爐中。為(wéi)保證焊錫能接觸到每一個接點,高的元件要(yào)和低、矮的元件,保持一定的距離以避免(miǎn)遮蔽效(xiào)應。若(ruò)是距離不足,也會妨礙到元件的檢視和重工等工(gōng)作。
工業界已(yǐ)發展出一套標準應(yīng)用在表麵黏著元件。如果(guǒ)有可能,儘可能(néng)使用符合標準的元件,如此可使(shǐ)設計(jì)者能建立一套標準焊墊尺寸(cùn)的(de)資料庫,使工程師也更能掌握製程(chéng)上的問題。設計者可發現已有些(xiē)國家建立了(le)類似的標準,元件的外觀或許相似,但是其元件之引腳角度卻因生產國家(jiā)之不同而有所差異。舉例說明, SOIC元(yuán)件供應者來自北美及歐洲者都能符合EIZ標準,而日本產品則是以(yǐ)EIAJ為其外觀設計準則。要注意的(de)是就算是符合EIAJ標準,不同公司生產(chǎn)的元件其外觀上也不完全相同。
為提高生產效率而設計
組裝板子可以是相當簡單,也可是非常複雜,全視(shì)元件的形態及密度來決定。一複雜的設計可以(yǐ)做成有效率的(de)生產且減少困難度(dù),但若(ruò)是設計者沒注意到製程細節的話,也會變(biàn)得非常的困難的。組裝計劃必須(xū)一開始在設計(jì)的時(shí)候就考慮到。通常(cháng)隻要調整元件的位置及置放方位,就可以增加其量產性。若是一(yī)PC板尺寸很小,具不規(guī)則外形或有元件很(hěn)靠近板邊時,可以考(kǎo)慮以(yǐ)連板的形(xíng)式來進行量產。
測試及修補
通(tōng)常使用桌上小型測試工具來偵測元(yuán)件或製程缺失是相當不(bú)準確且費時的,測(cè)試(shì)方式必(bì)須(xū)在設計時就加以考慮進(jìn)去。例如(rú),如要使用ICT測(cè)試時就要考慮在線路上,設計一些探針能(néng)接觸的測試點。測試係統內有事(shì)先寫好的(de)程式,可對每一元件的功(gōng)能加以測試,可指出那一元件是故障或是放置錯誤,並可判別(bié)焊錫接點是否良(liáng)好。在偵(zhēn)測錯誤上還應包含(hán)元件接點間的(de)短路,及接腳和焊墊之間的空焊等現(xiàn)象。
若是測試探針(zhēn)無法接觸到線路上每一共通的接(jiē)點(common junction)時(shí),則要個別量測每一(yī)元件是無法辦到的。特別是針對微細腳距的組裝,更需要依賴自(zì)動化測試設備的(de)探(tàn)針(zhēn),來量測所(suǒ)有線路上相通(tōng)的(de)點或(huò)元件間相聯的線。若是無(wú)法這樣做,那退而求其次致(zhì)少也要通過功能測試才可以,不然隻有等出貨(huò)後顧客用壞了再說。
ICT測試是依不(bú)用產品製作不同的冶具及測試程式,若在設計時就考慮到測試的話,那(nà)產(chǎn)品將可以很容易的檢測(cè)每一元件及接點的品質。(圖(tú)二)所(suǒ)示為可以目視看到(dào)的焊(hàn)錫(xī)接點不良。然而,錫量不(bú)足及非常小的(de)短路則隻有依賴電性測試來檢查。
第一步驟:製程設計
表麵黏著組裝製程,特別是針對微小間距元件,需要不斷的(de)監(jiān)視製程,及有係統的檢視(shì)。舉(jǔ)例說明,在美國,焊錫接點品質標準是依(yī)據 IPC-A-620及國家焊錫標準 ANSI / J-STD-001。了解這些準則及規範後,設計者才能研(yán)發出符合工業標準需求(qiú)的產品。
量產設計
量產設計包含了所有(yǒu)大量生產的製程、組裝、可測(cè)性(xìng)及可靠性,而且是以書麵文件需求為起點。
一份完整且清(qīng)晰的組裝文件,對從設計到製造一係列轉換而言,是絕對必(bì)要的也是成功的保證。其(qí)相關文件及CAD資料清單包括材料清單(BOM)、合格廠商名單、組裝細節、特殊組裝指引、PC板製造細節及磁片內含 Gerber資料或是 IPC-D-350程式。
在磁片上的CAD資料對開發測試及製程冶具,及(jí)編(biān)寫自動化組裝(zhuāng)設備程式等有極大的幫(bāng)助。其中包含了X-Y軸座標位置、測試需求、概要圖形(xíng)、線路圖及測試點的X-Y座(zuò)標。
PC板(bǎn)品質
從每一批貨中或某特定的批號中,抽取一樣品來測試其焊錫性。這PC板將先與製造(zào)廠所提供的產品資料及IPC上標(biāo)定(dìng)的品質(zhì)規(guī)範相比(bǐ)對。接下來就是將錫膏印到焊墊上迴焊,如果是使用有機的助焊劑,則需要再加以清洗以去除殘留物。在評估焊(hàn)點的品質的同時,也要一(yī)起評估PC板(bǎn)在經歷迴焊後外觀及尺寸的(de)反(fǎn)應。同樣(yàng)的檢驗方式也可應用在波峰焊錫的製程(chéng)上。
組裝製程發(fā)展(zhǎn)
這一步驟包含(hán)了對每(měi)一機械動作,以肉眼(yǎn)及自動化視覺裝置(zhì)進行不間斷的監控。舉例說明,建議使用雷射來掃描每一PC板麵上所印的錫膏(gāo)體積。
在將樣本放上表麵黏著(zhe)元件(SMD) 並經過迴焊後,品管及工程人員需一(yī)一檢視(shì)每(měi)元件(jiàn)接腳上的吃錫狀況,每一成員都需要詳細(xì)紀錄(lù)被動元件及多腳數元件的對位狀(zhuàng)況。在經過波峰焊錫製程後,也需要在(zài)仔(zǎi)細檢視焊錫的均勻性及(jí)判斷出由於腳距或元件相距太近(jìn)而有可能會使焊點產生缺陷的潛在位置。
細微腳距技術
細微腳距組裝是一先進的構裝及製造概念。元件密度及複雜度都遠大於目前市場主流產品,若是要進入量產階段,必須(xū)再修正一些參數後方可投入(rù)生產線。
舉例說明,細微腳距(jù)元件的(de)腳距為 0.025“或是更小,可適用於標準(zhǔn)型及ASIC元件上。對這些元件而言其(qí)工業標準有非常(cháng)寬的容許誤差,就(如圖一)所示。正因為元件供應商彼此間的(de)容許誤(wù)差各有不同,所以焊墊尺寸必須要為此元件量身定製,或是進行再修改才能(néng)真(zhēn)正提高組裝(zhuāng)良率(lǜ)。
焊墊外型尺寸及間距一般(bān)是遵循 IPC-SM-782A的規範(fàn)。然而,為了達到製程(chéng)上的需求,有些焊墊的形狀及尺寸會(huì)和這規範有些(xiē)許的出入。對波峰(fēng)焊錫而言其焊(hàn)墊尺寸通常會(huì)稍微大一些,為的是能有比較多的助焊劑及(jí)焊錫。對(duì)於一些通常都保持在製程容許誤差上下限附近的元件而(ér)言,適度的調整焊墊尺寸是有其必要的。
表麵黏著元件放置方位(wèi)的一致性(xìng)
儘管將所有元件的放置(zhì)方位(wèi),設計成一樣不是完全必(bì)要的,但是對同一類型元件而(ér)言,其一致性將有助於提(tí)高組裝及檢視(shì)效率。對(duì)一複雜的板子而言有接腳的(de)元件,通常都有相同的放置(zhì)方位以(yǐ)節省時間。原因是因為放置元件的抓頭通常都是固(gù)定一個方向的,必須要旋轉(zhuǎn)板子(zǐ)才能改變放置方位。致於一般表麵黏著元件則因為放置機的抓頭能自由旋轉,所以沒有這方麵的(de)問題。但若是要過(guò)波峰焊錫爐,那元件就必須統一其方位以減(jiǎn)少(shǎo)其(qí)暴露在錫流的時間。
一(yī)些有極性的元件的極性,其放置方向是早在整個線路(lù)設計時就已決定,製程工程師在了解其線路功能後,決定放置元件的先後次序(xù)可以提高組裝效率,但是有一致的方向性或是相似的元件都是(shì)可以增進(jìn)其效率的。若是能統一其放置方位,不僅在撰寫(xiě)放置元件程式的速度可以縮短,也同時可以減少錯誤的發生。
一致(和足夠)的元件距離(lí)
全自動的表麵黏著元件放(fàng)置機一般而言是相當精(jīng)確的,但設計者(zhě)在嘗試著提高元件密度的同時,往往會忽略掉量產(chǎn)時複雜性的問題。舉例說明,當高的元件太靠近一微細腳距的元件時,不僅會阻擋了檢視接腳焊點的視線也同時阻礙了重工(gōng)或重(chóng)工時所使用的工(gōng)具。
波峰焊錫(xī)一般使用在比較低、矮的元件如二極體(tǐ)及電晶體等。小型元件如SOIC等也可使用在波峰焊錫上,但是要注意(yì)的是有些元件(jiàn)無法承(chéng)受直接暴露在錫爐(lú)的高熱下。
為了確保組裝品(pǐn)質的(de)一致性,元件間的距離一定要(yào)大到足夠且均勻的暴露在錫爐中。為保證(zhèng)焊錫能接觸到(dào)每一個接點,高的元件要和低、矮的(de)元件,保持一定的距離以避免遮蔽效應。若是距離不足,也會妨礙到元件的檢視和重工等工作。
工業界已發展出一套標準應用在表麵黏著元件(jiàn)。如果有可能,儘可能使用(yòng)符合標準的元件(jiàn),如此可使設計者能(néng)建(jiàn)立一套標準焊墊尺寸的資料(liào)庫,使工程(chéng)師也更能掌握製程上的問題。設計者可發現已有些國家建立了類似的標準(zhǔn),元件的外觀或(huò)許相似,但是其元件之引腳角度(dù)卻因生產國家之不同(tóng)而有所差異。舉例說(shuō)明, SOIC元件供應者來自北美及歐洲者都能符合EIZ標準,而日本產(chǎn)品則是以EIAJ為其外觀設計準則。要注意(yì)的是就算是符合EIAJ標(biāo)準,不同公司(sī)生產的元件其外觀上也不(bú)完全相同。
為提高生產效率(lǜ)而設計
組裝板子可以是相當簡單(dān),也可是非常複雜,全視元件的形態及密度來決(jué)定。一複雜的設計可以做成有效(xiào)率的生產且減少困難度,但若是設計者沒注意到製程細節的話,也會變得非常的困難的。組裝計劃必須一開始在設計的時候就考慮到。通常隻要調整元件的位置及置放方位,就可以增加其量(liàng)產性。若是(shì)一PC板尺寸很小,具不規則外形或有(yǒu)元件很靠近板(bǎn)邊時,可以考慮(lǜ)以(yǐ)連板的形式來進行量產。
測試及修補
通常使用桌上小型測試工具來偵(zhēn)測元件或製程缺失是相當不準確且費時的,測試(shì)方(fāng)式必(bì)須在設計時就加以考(kǎo)慮進去。例如(rú),如要使用ICT測試時就要考慮在線路(lù)上,設(shè)計(jì)一些探針能接觸的(de)測試點。測試係統內有事先寫(xiě)好的程式,可對每一(yī)元件的功能加以測試,可指出那一元件是故(gù)障或是放置錯誤,並(bìng)可判別焊錫接點是否良好。在偵測錯誤上還(hái)應包含元件接點間的短路,及接腳和焊墊之間的空焊等現象。
若是測試探針無法接觸到線路上每一共通的接點(common junction)時,則要個(gè)別量測每一元件是無法辦到的。特別是針對微細腳距的組裝,更需要依賴(lài)自(zì)動(dòng)化測試設備的探針,來量測所有線路上相通的點或元件間相聯的線。若是無法(fǎ)這樣做,那退而求其次(cì)致少也要通過功能測試才可以,不然隻有(yǒu)等(děng)出貨後顧(gù)客用壞(huài)了再(zài)說。
ICT測試是依不用產品製作不同的冶具及測試程式(shì),若在設計時就考慮到測(cè)試的話,那產品將可以很容易的檢測每一元件及接點的品(pǐn)質.
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