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表面組裝工藝控制關鍵點及工藝窗口和工藝能力


時間:2019-07-26

應用領域:工業


   一、表面組裝工藝控制關鍵點據統計,名列PCBA焊接不良前五位的是虛焊、橋連、少錫、移位和多余物,而這些不良現象的產生在很大程度上與焊膏印刷、鋼網設計、焊盤設計以及溫度曲線設置有關,也就是與工藝有關。如果說提升SMT的終極目標是為了獲得優質焊點的話,那么就可以說工藝是SMT的核心。SMT工藝,按照業務劃分,一般可分為工藝設計、工藝試制和工藝控制,如圖1所示,其核心目標是通過合適焊膏量的設計與一致的印刷沉積,減少開焊、橋連、少錫和移位,從而獲得預期的焊點質量。

   圖1 工藝控制點在每項業務中,有一組工藝控制點,其中焊盤設計、鋼網設計、焊膏印刷與PCB的支撐,是工藝控制的關鍵點。隨著元器件焊盤以及間隔尺寸的不斷縮小,鋼網開窗的面積比以及鋼網與PCB印刷時的間隙越來越重要。前者關系到焊膏的轉移率,而后者關系到焊膏印刷量的一致性以及印刷的良好率。為了獲得75%以上的焊膏轉移率,根據經驗,一般要求鋼網開窗與側壁的面積比大于等于0.66;要獲得符合設計預期的、穩定的焊膏量,印刷時鋼網與PCB的間隙越小越好。要實現面積比大于等于0.66,不是一件困難的工作,但是要消除鋼網與PCB的間隙就是一件非常難的工作,這是因為鋼網與PCB的間隙與PCB的設計、PCB的翹曲、印刷時PCB的支撐等很多因素有關,有時受制于產品設計和使用的設備是不可控的,而恰恰這是精細間距元器件組裝的關鍵!像0.4mm引腳間距的CSP、多排引腳QFN、LGA、SGA的焊接不良幾乎百分之百與此有關。因此,在先進的專業代工廠,發明了很多非常有效的PCB支撐工裝,用于矯正PCB的翅曲,以保證零間隙印刷。
   二、工藝窗口與工藝能力1.工藝窗口工藝窗口通常用來描述工藝參數可用的極限范圍,是“用戶規格范圍(USL-LSL)”概念在SMT工藝領域的專業用語。例如,按照經驗,再流焊接的最低溫度一般要比焊料熔點高11~12℃,當使用Sn63Pb37時,合金的熔點為183℃,其最低的再流焊接溫度為195℃左右。在J-STD-020B中,規定元件的最高溫度為245℃,這樣有鉛工藝可用的工藝窗口為50℃,而不是“245-183”所得的理論上的62℃。這里一定要注意“可用”兩字。2.工藝窗口指數(PWI)工藝窗口指數(Process Window Index,PWI),是衡量用戶確定的工藝極限值范圍內工藝能力適應程度的指標,換句話說,就是使用工藝窗口的最大百分比,用于簡單說明工藝是否滿足技術規范的要求,其值基本上是Cp倒數的百分數。PWI越大,工藝穩定性越差,反之,亦然。PWI=100×Max{(測量值-平均極限值)/最大極限范圍/2}例如,貼片機的工藝窗口指數(見圖2)

   圖2 PWI的概念以再流焊接曲線為例說明,工藝曲線主要控制參數有升溫速率、預熱時間、預熱結束時間、峰值溫度和熔點以上時間,通過測量與計算,取四個參數中PWI最大的值作為溫度曲線的PWI。3.工藝能力指數(Cp)工藝能力指數Cp,臺灣企業稱為制程能力指數。反映了用戶的規格范圍(δ)內有多少個6σ,數值越大,工藝的穩定性越高。Cp=(USL-LSL)/6σ其中,σ標準偏差,反映了數據各點到其平均數距離的平均值,即正態分布“鐘”形圖形的寬窄,越窄說明工藝能力越強;USL為用戶規格上限,LSL為用戶規格下限。一般選取核心工藝指標進行測量。如再流焊接爐,我們可以測量峰值溫度的在不同負載率的情況下的波動。4.工藝能力管理指數(Cp k)工藝能力管理指數 Cpk,反映的是正態分布“鐘”形圖形的居中性,即 Cp k=(USL-μ)/3σ或(μ-LSL)/3σ的最小值。其中μ為用戶規格的中心值。根據賈忠中著SMT核心工藝解析與案例分析改編

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