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,需要不斷的監視製程(chéng),及有係統的檢視(shì)。舉例說明(míng),在美國,焊錫接(jiē)點品質標準是依據(jù) IPC-A-620及國家焊錫標準(zhǔn) ANSI / J-STD-001。了(le)解(jiě)這些準則及規範(fàn)後,設(shè)計者才能研發出符合工業標準需求的(de)產品。
量產(chǎn)設計
量產設計包含(hán)了所有大量生產的製程、組裝、可測性及可靠性,而(ér)且是以書麵文件需求為起點。
一份完整(zhěng)且清晰的組裝文件,對從設計到製造(zào)一係列轉換而言,是絕對必(bì)要的也(yě)是成功的(de)保證。其相關文件及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(zǔ)裝指引、PC板製(zhì)造細節(jiē)及磁片內含 Gerber資料或是 IPC-D-350程式(shì)。
在磁片上的CAD資料對開(kāi)發測試及製程冶具,及編寫自動化組裝設備程式等有極大的幫(bāng)助。其中包(bāo)含了X-Y軸座標位置、測試需求、概要圖形、線(xiàn)路圖及測試點的X-Y座標。
PC板品質
從每一批貨中或某特定的批號中,抽取一樣品來測試其(qí)焊錫性(xìng)。這PC板將先與(yǔ)製造廠所提供的產品資料及IPC上標定的品質規範相比對。接下來就是將錫膏印到焊墊上迴焊,如果是使用有(yǒu)機的助焊劑,則(zé)需要再加以清洗以去除(chú)殘留物。在評估(gū)焊點(diǎn)的品(pǐn)質的同時,也要(yào)一起評估PC板在經歷迴焊後外觀及尺寸的反應。同樣的檢(jiǎn)驗方式也(yě)可應(yīng)用在波峰焊錫的製(zhì)程上。
組裝製程發展
這一步驟(zhòu)包含了對每一機械動作,以肉眼及自(zì)動化視覺裝置進行不間斷的監控。舉例說明,建議使用雷射來掃描每一PC板(bǎn)麵上所印的錫膏體積。
在將樣本(běn)放上表麵黏(nián)著元件(SMD) 並經過迴焊後(hòu),品管及工程人員(yuán)需一一檢視(shì)每元件接腳上的吃錫(xī)狀況,每(měi)一成員(yuán)都需要詳細紀錄被動元件及多腳數(shù)元件的對位狀況。在經過波峰焊錫製程後,也(yě)需要在仔細檢視焊(hàn)錫的均勻性及判斷出由於腳(jiǎo)距或元件相距太近而有可能會(huì)使(shǐ)焊點產生缺陷的(de)潛在(zài)位置。
細微腳距技術
細微腳(jiǎo)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,必須再修正一些參數後方可投入生(shēng)產線。
舉例說(shuō)明,細微腳距(jù)元(yuán)件的(de)腳距為 0.025“或是更小,可適用(yòng)於(yú)標準型及ASIC元件上。對這些元件而言其工業標準有非常寬的容(róng)許誤差(chà),就(如圖一)所示。正因為元件供(gòng)應(yīng)商彼此間的容許誤差各有不同,所以焊墊尺寸必須要(yào)為此元件量身定製,或是進(jìn)行再修改才能真正提高組裝良率。
焊墊外型尺寸及間距一般是遵循(xún) IPC-SM-782A的規(guī)範(fàn)。然而,為了達到製程上的需求,有些焊墊的形狀及尺寸會和這(zhè)規範有些許的出入。對波峰(fēng)焊錫而言其焊墊(diàn)尺寸通常(cháng)會(huì)稍微(wēi)大一些,為的是能有比較多的助焊劑及焊錫。對於一些通常都保持在製程(chéng)容許誤差上下限附近的元件而言,適度(dù)的調整焊墊尺(chǐ)寸是有其必要的。
表麵黏著元(yuán)件放置(zhì)方位的一致性(xìng)
儘管將所有元(yuán)件的(de)放置方位,設計成一(yī)樣不是完全必要的,但是對同一類型元件而言,其一致性將有助於提高組裝(zhuāng)及檢視效率。對一複雜的板子而言有接腳的元件,通常都有相同的(de)放置方位以節省時(shí)間。原(yuán)因(yīn)是因為放置元件的抓頭通常都是固定一個方向的,必須要旋轉板子才能改變放置方位。致於一般表(biǎo)麵黏(nián)著元件則因為放置機的抓頭能自由旋轉,所以沒有這方麵的問題。但若是要過(guò)波峰焊錫爐,那元件就必(bì)須統(tǒng)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(fàng)置方向是(shì)早在整(zhěng)個線路(lù)設計時就已決定,製程(chéng)工程(chéng)師在了解其線路功能(néng)後,決定放置元件的先後次序可以提高組裝效率,但(dàn)是有一致的方向性或是相似的(de)元件都(dōu)是可以增進其效率的。若是(shì)能統一其放(fàng)置方位,不僅(jǐn)在撰寫放置(zhì)元件程式的速度可以縮短,也同時(shí)可以減少錯誤的發(fā)生(shēng)。
一致(和足夠)的元件距離
全自動的表麵(miàn)黏著元件放置(zhì)機一般而言是相當精確的,但設計者在嘗試著提高元件密度的同時,往往會忽(hū)略掉量產時複雜性的問題。舉例說明,當高的元件太靠近一微細腳距的(de)元件時,不僅會阻擋了檢視接腳焊點的視線也同時阻礙了(le)重工或重工時所使用的(de)工具。
波峰焊錫一般(bān)使用在比較低、矮的元件如二(èr)極體及電晶體等(děng)。小(xiǎo)型元件如SOIC等也可使用在波峰焊錫上(shàng),但是要(yào)注意的是有(yǒu)些(xiē)元件無法承受直接暴露(lù)在錫爐的高熱下。
為了(le)確保組裝品質的一致性,元件間的距離一定要大到足夠且均勻的(de)暴露在錫(xī)爐中。為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(jiàn),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(jiàn)的檢視和重工等工作。
工業界已發展出一(yī)套標準應用在表麵(miàn)黏著元件。如果有可(kě)能,儘可(kě)能使用符合標準的元件,如此可使設計者能建立一套(tào)標準(zhǔn)焊墊尺寸的(de)資料庫,使工程師也更能掌握製(zhì)程上的問(wèn)題(tí)。設計者可發(fā)現已有些(xiē)國家建立(lì)了類似的標準,元(yuán)件的外觀或許相(xiàng)似,但是其元件之(zhī)引腳角度卻因生(shēng)產國家之不同而有所差異(yì)。舉例說明, SOIC元(yuán)件(jiàn)供應者來自北美及歐(ōu)洲者都能(néng)符合EIZ標準,而(ér)日(rì)本產品則是以EIAJ為其外觀設計準則。要注意的是就算是符合EIAJ標準,不(bú)同公司生產的元件(jiàn)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(shì)相當簡單,也可是非常複雜,全視元件的形態及密度來決定。一複雜(zá)的設計可以做成有效率的生產且減(jiǎn)少困難度,但若是設計者(zhě)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(shè)計的時候就考慮到。通常隻要調整元件的位置及置放(fàng)方位(wèi),就可以增加其(qí)量(liàng)產性。若是一PC板尺寸很小,具不規則外形或(huò)有元件很靠近板邊(biān)時,可以考慮以連板的形式來(lái)進行量產。
測(cè)試及修補
通常使(shǐ)用桌(zhuō)上小型測(cè)試工具來偵測(cè)元件或製程缺失是相當不準(zhǔn)確且費時的,測試方(fāng)式必須在設計時就加以考慮進去。例如,如要使用ICT測試時(shí)就要(yào)考慮在(zài)線路上,設計(jì)一些探針能接觸(chù)的測試點。測試係統內有事先寫(xiě)好的程(chéng)式(shì),可對每一元件的功能加以(yǐ)測試,可(kě)指出那一元件是故障或是放置錯誤,並可判別焊錫接點是否良好。在偵測錯誤上還應包含元件接點間的(de)短路(lù),及(jí)接腳和焊墊之間的空(kōng)焊等現象。
若(ruò)是測試探(tàn)針無法接觸到線路(lù)上每一共通的接點(common junction)時,則(zé)要個別量測每一元件是無(wú)法辦到的。特別是針對微細腳距的組裝,更需要(yào)依賴自動(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。若是無法這樣做,那退而求其次致少也要通(tōng)過功能測試(shì)才可以,不然隻有等出貨(huò)後顧客用壞了再說。
ICT測試是依不用(yòng)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,那產品將可以很容易的檢測每一元件及接點的品質。(圖二)所示為可以目視看到的焊錫(xī)接點不良。然而,錫量不足及非常小的短路則隻有依(yī)賴電性測試(shì)來(lái)檢查。
第一步驟:製程設計(jì)
表麵黏著組裝製程,特別是針對微小間距元件,需要不(bú)斷的監視製程,及有係統的檢視。舉例說明,在美國,焊錫接點品質標準是依據 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)發出符合工業標準需求的產品。
量產設計
量產設計包含了所(suǒ)有大量生產的(de)製程、組裝(zhuāng)、可測性(xìng)及可靠性,而且是以書麵文件需求為起點。
一份完(wán)整且清(qīng)晰(xī)的組裝文件,對從設計(jì)到製造一係列轉換而言,是絕對必要的也是(shì)成功的保證(zhèng)。其(qí)相關文件及CAD資料清單包括材料清單(BOM)、合格廠商(shāng)名單、組裝細節、特殊組裝指引、PC板製造細(xì)節及磁片內含 Gerber資料或是 IPC-D-350程(chéng)式。
在磁片上的CAD資料對(duì)開發測試及製(zhì)程冶具,及編寫自動化組裝設備程式等有極(jí)大的幫助。其(qí)中包含了X-Y軸座標位置、測試需求、概要圖形、線路圖及測試點的X-Y座標。
PC板品質
從每一批貨中或某特定的批(pī)號中(zhōng),抽取一樣品來測試其焊錫性。這PC板將先與製造廠所提供的產品資料及IPC上標(biāo)定的品(pǐn)質規範相比對。接下來就是將錫膏印到焊墊上迴焊,如(rú)果是使用有機的助焊劑,則(zé)需要再加以清洗以去除殘留物。在評(píng)估焊點(diǎn)的品質的同時,也要一起評估PC板在經歷迴焊後外觀及尺寸的反應。同樣的檢驗方式也可應用(yòng)在波峰焊錫的製程上。
組裝製程發展
這一步驟包含了對每一機(jī)械動作,以肉眼及自動化視覺裝置進行不間(jiān)斷的監控。舉例說明,建議(yì)使用雷射來掃描每(měi)一PC板麵(miàn)上所印的錫(xī)膏體積(jī)。
在將樣(yàng)本放上表麵黏著元件(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(dōu)需要詳(xiáng)細紀錄被動元件及多腳數元件的(de)對位狀況。在經過波峰焊錫製程(chéng)後,也需要在仔細檢視焊錫的均勻性及判(pàn)斷出由於腳(jiǎo)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(wēi)腳距技術
細微腳距組(zǔ)裝是一先進的構裝及製(zhì)造概念。元件密度及(jí)複雜度都遠大於目(mù)前市場主流產品,若是要進入量產階段(duàn),必須再修正一些參數後方可(kě)投入生產線。
舉例說明,細微腳距元件的腳距為 0.025“或是更小(xiǎo),可適(shì)用於標準型及ASIC元件上。對這些元件而言其工業標準有非常寬的容許誤差,就(如圖一)所示。正因為元件(jiàn)供應商彼(bǐ)此間的容許誤差各有不同,所以焊墊尺寸必須(xū)要為此(cǐ)元件量身定製,或是進行再修改才能真(zhēn)正(zhèng)提高組(zǔ)裝良率。
焊墊外(wài)型尺寸及間距一般是(shì)遵循 IPC-SM-782A的規範。然而,為了達到製程上的需求,有些焊(hàn)墊的形狀及尺寸會和(hé)這規範有些許的出入。對波峰焊錫而言其焊墊尺寸通常會稍微大一些,為(wéi)的是能(néng)有比較多的助焊劑及焊錫。對於一些通常都保持在製程容許誤差上下限附近的元件而言,適度的調整焊墊尺寸是有其(qí)必要的。
表(biǎo)麵黏(nián)著元件放置方位的一致性(xìng)
儘管將所有元件的放置(zhì)方(fāng)位(wèi),設計成一樣不是(shì)完(wán)全必要的,但是對同一類型元件而言,其一致性將有助於提高(gāo)組裝(zhuāng)及檢視(shì)效率。對一(yī)複雜的板子而言有接(jiē)腳的元件,通常(cháng)都有相同的(de)放(fàng)置方位以節省時(shí)間。原因(yīn)是因為放置元件的抓頭通常(cháng)都是固定一個方向的,必須要旋轉板子才(cái)能改變(biàn)放置方位(wèi)。致於一般表麵黏(nián)著元件則因為放置機的抓頭能自由旋(xuán)轉,所以沒有(yǒu)這方麵的問題(tí)。但(dàn)若(ruò)是要過波峰焊錫爐,那元件就必須統(tǒng)一(yī)其方位以減少其暴露在錫流的時間。
一些(xiē)有極性(xìng)的元件的極性(xìng),其放(fàng)置方向是早在整個線(xiàn)路設計時就已(yǐ)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可以提高組裝效率,但是(shì)有一致的方向性或是相似的元(yuán)件都是可以增進其效率的。若是能統一其放置方位,不僅在撰(zhuàn)寫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
全自動的(de)表(biǎo)麵黏著元件放置機一般而言是相當精確的,但設計者在嘗試著提高元件密度的同時(shí),往往(wǎng)會忽略掉量產時複雜性的問(wèn)題。舉例說明,當高的元件太靠近一微細腳距(jù)的元件時,不僅會阻擋了檢視(shì)接腳焊點的視線也同時阻礙了重工或重工時所(suǒ)使用的工具。
波峰焊錫一般使用在比較低、矮的元件如二極體及電晶體等。小型(xíng)元件如SOIC等也可使(shǐ)用在波峰焊錫上,但是要注意的是有些元件無(wú)法承受直接暴露(lù)在錫爐的高熱下。
為(wéi)了確保組裝品(pǐn)質的一致性(xìng),元件間的距離一定要大到足(zú)夠且均勻的(de)暴露(lù)在錫爐中。為保證焊錫能接(jiē)觸(chù)到每一個接點,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(yuán)件的檢視和重工等工(gōng)作。
工業(yè)界已發展出一套標準應用(yòng)在表麵(miàn)黏著元件。如果有可能,儘可能使用符合標準的元件,如此可使設計者能建立一(yī)套標準焊墊尺寸的資料庫,使工程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(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(chǎn)國家之不同而有所差異。舉例說明, SOIC元件供應者來自北美及歐洲者都(dōu)能符合EIZ標準,而日本產品則是以EIAJ為其(qí)外觀設計準則。要注意的是就算是符合EIAJ標(biāo)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(jì)
組裝板子可以是相當簡單,也(yě)可是非常複雜,全視元件的形態及密度來決定。一複雜的設計可以做成有(yǒu)效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(huì)變(biàn)得非常的困難的。組(zǔ)裝計(jì)劃必須一開始(shǐ)在設計的(de)時候就考慮到。通常隻要調整元件的位置及置放方位,就可以增加其量產性。若是一PC板尺寸很小,具不規則外形或有元(yuán)件(jiàn)很靠近板(bǎn)邊時,可以考慮以連板的形式來進行量(liàng)產。
測試及修補(bǔ)
通常使用桌上小型測試工具來偵測元件或製程缺失是(shì)相當不準確且費時的,測(cè)試方式必須在設(shè)計時就加以(yǐ)考慮進去。例如,如(rú)要使用ICT測試(shì)時就要考(kǎo)慮(lǜ)在線路上,設計一些探針能接觸的測試點。測(cè)試係統內(nà)有事先(xiān)寫好的程式,可對每一元件的功能加以測試,可指出那一元件是故障或是放置錯誤,並(bìng)可判別焊錫接點是(shì)否良好。在偵測錯誤上還應包含元件接點(diǎn)間的短路,及接腳和焊墊(diàn)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(de)接點(common junction)時,則要個別量(liàng)測每一元件是無法辦到的。特別(bié)是針對微細腳距的組裝,更需要依賴(lài)自動化測試設備的探針,來量測所有(yǒu)線路上相通的(de)點(diǎn)或元件間相聯的線。若(ruò)是無法這樣做,那退而求其次致少也要通過功能測試才可以,不然隻有等出貨後顧客用壞了再說(shuō)。
ICT測試是依(yī)不用產品製作不同的冶(yě)具及測試程式,若在設計時就考慮(lǜ)到測試(shì)的話,那產品將可以很容易的檢測每一(yī)元件及(jí)接點(diǎn)的品質.