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              SMT貼片加工常用基礎知識

              來源:SMT     時間:2020/08/12


              第一步驟:制程設計


              SMT貼片加工表面黏著組裝制程,特別是針對微小間距組件,需要不斷的監視制程,及有系統的檢視。舉個例子,目前在美國,錫焊接點品質標準是依據IPC-A-620及國家錫焊標準ANSI/J-STD-001。了解這些準則和規格,設計師可以開發符合工業標準要求的產品。


              量產設計


              量產設計包含了所有大量生產的制程、組裝、可測性及可靠性,而且是以書面文件需求為起點。


              一份完整且清晰的組裝文件,對從設計到制造一系列轉換而言,是絕對必要的也是成功的保證。其相關文件及CAD數據清單包括材料清單(BOM)、合格廠商名單、組裝細節、特殊組裝指引、PC板制造細節及磁盤內含Gerber資料或是IPC-D-350程序。

              在磁盤上的CAD資料對開發測試及制程冶具,及編寫自動化組裝設備程序等有極大的幫助。其中包含了X-Y軸坐標位置、測試需求、概要圖形、線路圖及測試點的X-Y坐標。

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              PCB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錫焊性。這PC板將先與制造廠所提供的產品資料及IPC上標定的品質規范相比對。接下來就是將錫膏印到焊墊上回焊,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。在評估焊點的品質的同時,也要一起評估PC板在經歷回焊后外觀及尺寸的反應。同樣的檢驗方式也可應用在波峰焊錫的制程上。


              組裝制程發展


              這一步驟包含了對每一機械動作,以肉眼及自動化視覺裝置進行不間斷的監控。舉個例子,建議使用雷射來掃描每一PC板面上所印的錫膏體積。

              在將樣本放上表面黏著組件(SMD)并經過回焊后,品管及工程人員需一一檢視每組件接腳上的吃錫狀況,每一成員都需要詳細紀錄被動組件及多腳數組件的對位狀況。在經過波峰焊錫制程后,也需要在仔細檢視錫焊的均勻性及判斷出由于腳距或組件相距太近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制造概念。組件密度及復雜度都遠大于目前市場主流產品,若是要進入量產階段,必須再修正一些參數后方可投入生產線。

              舉個例子,細微腳距組件的腳距為0.025“或是更小,可適用于標準型及ASIC組件上。對這些組件而言其工業標準有非常寬的容許誤差,就(如圖一)所示。正因為組件供貨商彼此間的容許誤差各有不同,所以焊墊尺寸必須要為此組件量身定制,或是進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 IPC-SM-782A的規范。然而,為了達到制程上的需求,有些焊墊的形狀及尺寸會和這規范有些許的出入。對波峰焊錫而言其焊墊尺寸通常會稍微大一些,為的是能有比較多的助焊劑及焊錫。對于一些通常都保持在制程容許誤差上下限附近的組件而言,適度的調整焊墊尺寸是有其必要的。


              表面黏著組件放置方位的一致性


              盡管將所有組件的放置方位,設計成一樣不是完全必要的,但是對同一類型組件而言,其一致性將有助于提高組裝及檢視效率。對一復雜的板子而言有接腳的組件,通常都有相同的放置方位以節省時間。原因是因為放置組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。致于一般表面黏著組件則因為放置機的抓頭能自由旋轉,所以沒有這方面的問題。但若是要過波峰焊錫爐,那組件就必須統一其方位以減少其暴露在錫流的時間。


              一些有極性的組件的極性,其放置方向是早在整個線路設計時就已決定,制程工程師在了解其線路功能后,決定放置組件的先后次序可以提高組裝效率,但是有一致的方向性或是相似的組件都是可以增進其效率的。若是能統一其放置方位,不僅在撰寫放置組件程序的速度可以縮短,也同時可以減少錯誤的發生。


              一致(和足夠)的組件距離


              全自動的表面黏著組件放置機一般而言是相當精確的,但設計者在嘗試著提高組件密度的同時,往往會忽略掉量產時復雜性的問題。舉例說明,當高的組件太靠近一微細腳距的組件時,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較低、矮的組件如二極管及晶體管等。小型組件如SOIC等也可使用在波峰焊錫上,但是要注意的是有些組件無法承受直接暴露在錫爐的高熱下。


              為了確保組裝品質的一致性,組件間的距離一定要大到足夠且均勻的暴露在錫爐中。為保證焊錫能接觸到每一個接點,高的組件要和低、矮的組件,保持一定的距離以避免遮蔽效應。若是距離不足,也會妨礙到組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面黏著組件。如果有可能,盡可能使用符合標準的組件,如此可使設計者能建立一套標準焊墊尺寸的數據庫,使工程師也更能掌握制程上的問題。設計者可發現已有些國家建立了類似的標準,組件的外觀或許相似,但是其組件之引腳角度卻因生產國家之不同而有所差異。舉例說明, SOIC組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EIAJ為其外觀設計準則。要注意的是就算是符合EIAJ標準,不同公司生產的組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,也可是非常復雜,全視組件的形態及密度來決定。一復雜的設計可以做成有效率的生產且減少困難度,但若是設計者沒注意到制程細節的話,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。通常只要調整組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,具不規則外形或有組件很靠近板邊時,可以考慮以連板的形式來進行量產。


              測試及修補

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              通常使用桌上小型測試工具來偵測組件或制程缺失是相當不準確且費時的,測試方式必須在設計時就加以考慮進去。例如,如要使用ICT測試時就要考慮在線路上,設計一些探針能接觸的測試點。測試系統內有事先寫好的程序,可對每一組件的功能加以測試,可指出那一組件是故障或是放置錯誤,并可判別焊錫接點是否良好。在偵測錯誤上還應包含組件接點間的短路,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,則要個別量測每一組件是無法辦到的。特別是針對微細腳距的組裝,更需要依賴自動化測試設備的探針,來量測所有線路上相通的點或組件間相聯的線。若是無法這樣做,那退而求其次致少也要通過功能測試才可以,不然只有等出貨后顧客用壞了再說。


              ICT測試是依不用產品制作不同的冶具及測試程序,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組件及接點的品質。(圖二)所示為可以目視看到的焊錫接點不良。然而,錫量不足及非常小的短路則只有依賴電性測試來檢查。


              SMT貼片加工表面黏著組裝制程,特別是針對微小間距組件,需要不斷的監視制程,及有系統的檢視。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。了解這些準則及規范后,設計者才能研發出符合工業標準需求的產品。




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