元件贴片工艺技术培训模板.doc

n0201装配，从难关到常规贴装 即使通常认为是相当近期一项发展，印刷电路板(PCB, printed circuit board)自从五十年代早期就已经有了。从那时起，对越来越小、越来越轻和越来越快速电子产品需求就一直推进着电子元件、PCB和装配设备技术朝着SMT方向发展。对SMT最早普遍接收是发生在八十年代早期，那时诸如Dynapert MPS-500和FUJI CP-2这些机器进入市场。在那时，1206(3216)电阻和电容是最流行贴装元件。可是在一两年内，1206即让路给0805(2125)作为SMT贴装最普遍元件包装。在这个期间，机器和元件二者全部快速进化。在机器变得愈加快更灵活同时，0603 (1608) 元件开始发展。在这时，很多装配机器制造商走回研究开放(R&D, research and development)试验室，重新评定用于接纳这些更新、更小元件设备中技术。更高分辨率相机和更小真空吸嘴就在这些元件带给装配设备改变之中。0402(1608)包装出现在PCB装配各方面全部产生了深入挑战。在机器发展方面，真空吸嘴变得更小和更脆弱。新关键放在元件送料器(feeder)上面，它作为需要改善一个单元，为机器更正确地送出零件。伴随0402元件出现，工艺挑战又增加到那些需要为成功元件贴装而探讨问题之中。锡膏(solder paste)印刷变得愈加关键 - 模板(stencil)厚度和锡膏网孔是越来越关键工艺考虑原因。这种贴装所需要技术也包含关键新成本。这些原因结合造成在电子工业历史中最慢采取一个新包装形式。总计，几乎快要五年时间，0402包装才在工业中达成广泛接收 - 而且在今天还有很多装配工厂历来不贴装一颗0402片状。现在，进入了0201。在过去十二个月半时间里，0201贴装已经是整个工业内讨论一个关键专题。因为尺寸、重量和功率消耗需求，很多OEM电路板装配商需要将甚至更小元件和技术结合到其产品中去。合约制造商(CM, contract manufacturer)也必需含有新技术，以保持装配工艺最新和为用户提供完整服务范围。对于机器制造商，其挑战是开发在一个动态技术改变时代中愈加抵御陈旧过时装配设备。0201贴装挑战0201元件贴装比其前面元件介入更具挑战性。关键原因是0201包装大约为对应0402尺寸三分之一。原先能够接收机器贴装精度立即变成引进0201一个局限原因。另外，传统工业带包装(taping)规格对于可靠0201贴装许可太多移动，而工艺控制水平也必需提升，以使得0201贴装成为生产现实。即使这些障碍很大，但它们远不是不可克服。当然，它们需要全体决心，因为对0201贴装所必需技术取得要求大量资金和最高管理层对研究开发(R&D)许诺。可靠0201贴装关键在FUJI，进取R&D计划已经产生了使全部电路装配机器以100%速度兼容0201能力，最低吸收可靠性为99.90%，目标吸收可靠性为99.95%，和最低贴装可靠性为99.99%。在一开始，设计每个方面全部得到评定其对一个完整0201方案能力，还有紧密相关机器元件参数单一元素结合证实对达成成功是关键。这些参数包含： 元件送料器工作台。R&D计划得出结论，精密定位料车(carriage)工作台能力 - 和作出极小调整来赔偿料带 (tape) 不正确 - 是达成元件吸收可靠性高于99.95%关键原因。为了达成这个，送料器(feeder)工作台必需精密加工，以确保单个送料器可反复定位，而且使用双轨线性移动导轨和一个高分辨率半封闭循环伺服系统相结合。该设计许可作出很小调整 - 基于由视觉系统判定吸收精度结果。这确保元件尽可能地靠近中心吸收。 元件送料器。送料器必需制造达成极紧公差，以确保吸收位置维持可反复性，不管元件高度和大量可能元件位置改变。用于定位和将送料器锁定在位置上机构必需耐用和精密，还要保持用户友好。另外，用于制造送料器材料必需强度高、重量轻，以许可人机工程上操作，同时确保元件料带(carrier tape)精密、可反复送出。 送料器驱动链轮。驱动链轮在机器定位元件料带能力中起关键作用。驱动链轮轮齿形状、锥度和长度重大地影响送料器定位料带能力。其它原因也作了调查研究，比如驱动链轮直径和料带和链轮接触数量等。对基础链轮设计所作改变得到定位精度改善，比较早设计在X方向提升20%，Y方向提升50%。 吸收头。在合适地进给元件以后，下一步是将元件吸收在真空吸嘴上，并把它带到电路板上。真空吸嘴(nozzle)需要顺应以吸收在吸收和贴装元件期间冲击，赔偿锡膏高度上微小改变，而且降低元件破裂危险。为了这些原因，吸嘴必需能够在其夹具内移动。材料选择、材料硬度、加工公差和热特征全部必需了解，以结构一个可靠吸收头。吸嘴必需在其夹具(holder)内自由移动，而不牺牲精度(图一)。 吸嘴轴装配。吸嘴轴(nozzle shaft)也是一个关键设计元素 - 经过保持整个吸嘴和轴装配直接对中，消除了过压(overdrive)现象。过压是因为当贴装头上下运动是所产生惯性造成。假如吸嘴和轴不在一条直线，就产生一点抖动(whip) - 或过压。过压造成定位精度改变，它决定于运动速度、吸嘴重量和元件重量。经过消除过压，直接对中降低和元件吸收和贴装相关负面原因数量(图二)。 吸嘴设计。吸嘴设计上改变对于许可接纳0201元件是一个很关键原因。为了吸收 0.6x0.3 mm 元件，吸嘴必需有小于 0.40mm 外径。这么形成一个长而细吸嘴轴，弯曲脆弱但还必需保持精度以维持吸收高可靠性。从直线轴到锥形设计改变增加吸嘴强度，并许可吸嘴抵御弯曲(图三)。 基体结构。全部机械在运行期间全部产生振动。基体框架设计是降低产生振动友好波共振速度和运动效应关键第一步。经过使用铸铁基础框架和艺术级结构技术，振动和谐波共振可在机器内降低到可控制水平，这么，负面影响能够应付。达成标准经过全部六个关键原因，可靠0201贴装障碍已经消除。所以，R&D焦点已经转向更新、更小元件，0201不再认为是前缘元件包装技术。对于0201元件贴装，现在接收工艺窗口是在3 时大约75m X 和75m Y。为了达成 6 贴装可靠性，X和Y公差必需降低到50m。最新高速贴装设备含有66m等级，实际标准偏差大约为3545m。伴随0201元件变得愈加广泛地使用和制造工艺变紧，可达成提升正确性。供给商之间元件尺寸差异对0201进料和贴装全部产生挑战。散装进料(bulk feeding)正在开放之中，应该在能够得到。即使机器现在含有这个能力，但只有一小部分使用者将准备在未来1224个月内迈出使用0201贴装步伐。这类似于球栅阵列(BGA, ball grid array)和0402元件引入，在装配这个环境里，机器能力超前于工艺状态。前面挑战即使0201元件贴装现在是新贴装设备一个标准特征，还需要作另外工作来改善终端用户整体工艺。在机器制造商、元件供给商、电路板制造商、模板工厂和锡膏制造商之间关系需要加强，以形成一个愈加无缝(seamless)开发过程。最终止果将是对该工艺统一了解，和将使最终用户受益愈加好工作关系，尤其是经过使新生产技术愈加快和更有效结合。怎样正确地贴装0201元件 本文介绍，更小元件和更窄间距为电路板装配提出了新挑战。了解这些贴装问题能够使产品愈加快地推出市场，并降低缺点。业界所面临现实是零件变得越来越小。比如，0201片状电容比0402小75%，在电路板上所占面积少66%，这些元件在本十年早期将出现在部分通用印刷电路板上，而甚至更小01005片状元件到将在空间更珍贵模块电路板上看到。因为对于很多新产品板空间是如此珍贵，尽管更小元件成本更高，但还是会得到甚至更广泛使用。这种新小型化要求贴装精度提升但又不降低速度。确定所面临挑战小元件提出了很多问题。更高密度 - 这是困扰较小元件关键原因 - 使得贴装任务难度大了一个数量级。比如，0201元件通常要求较小焊盘尺寸来预防焊锡污迹，和接纳无焊脚焊接。还有，更小焊盘意味着更窄元件间距。即使这些许可设计者取得高度功效化和紧凑产品所需要更高密度，但也使情况复杂化。对于密度高PCB，贴装精度直接影响回流焊接后装配缺点数量，比如，贴装偏移会增加锡桥、锡珠、元件竖立和元件不对准焊盘机会。所以，我们需要什么呢？现在，现实生产目标是达成99.9%吸收率，同时3贴装精度为60m。为了达成这个目标，机器精度变成首要问题。比如，摩托罗拉试验表明，在贴装偏移中小到0.025mm改变全部可能重大地影响缺点水平。对于标准焊盘(用十万个元件进行试验)，y0.075mm, x0.075mm贴装偏移对缺点影响类似于没有偏移。可是，当偏移增加到0.1mm时，缺点水平上升到超出5000ppm。即使这个绝对距离意味着很小，不过研究表明该工艺留下极少犯错余地。还有，贴装操作包含不止其本身。它包含吸收可靠性、正确元件视觉识别和贴装可反复性。实际上，试验表明0201元件要求99%吸收可靠性。吸收位置公差为了保持生产系统连贯性，吸嘴必需能够在全部三个方向上移动，即沿X,Y和Z轴移动 - 这一点是关键，因为在全部生产机器上Y轴控制是没有。可是，为了保持贴装精度在公差之内，Y方向控制对于将元件对中在吸嘴上是必需(图一)。自然地，这个对中对于0201比对其它零件含有更紧公差。图一、Y方向是0201元件贴装唯一最关键轴向纠正因为在三个轴上闭环实时反馈，对送料器校准需要实际上消除了。没有三个轴上实时闭环反馈，送料器校准是关键。研究表明，在Y方向0.07mm精度对于确保成功0201贴装是必需。还有，成功贴装要求在X方向0.1mm公差，在Z方向0.1mm，以达成0.2mm目标值。纠正吸嘴X/Y轴运动是确保稳定和连续元件吸收关键。在锡膏上运动另一个贴装问题是在一些条件下，0201不会停留在其贴装位置。考虑这么一个情况，试验将0201电容贴装在印刷锡膏和助焊剂PCB上，期望得到0.05mm受控行程和0.15mm元件间距。试验已经显示，对于Y方向3贴装精度，板上小于0.05mm超程元件有时将会向短边方向滑行超出60m。会发生什么呢？有趣是深入调查显示当元件只是贴装在助焊剂上时，元件不会发生因为超程滑移，不过在锡膏上时会发生。结论：问题在于锡膏颗粒直径。为了赔偿Z轴纠正，机器必需含有实时反馈机构，测量每个元件厚度。当颗粒大小大于20m时，元件偏斜就有可能，因为颗粒在焊盘上分布不均。因为元件贴装时间是几毫秒，所以任何不平表面度可能造成零件偏斜或运动。这就是为何热风焊锡均涂(HASL)板不适合于0201贴装，这和0402许可HASL形成对照。图二、当元件超程冲击焊锡颗粒时，反作用力改变吸嘴轴向并产生一个水平力，产生元件偏移所以，超程降低贴装精度。它也可能增加高密度贴装锡桥，因为当使用无焊脚焊盘时，元件会将锡膏从零件下挤出(图二)。所以，能够将超程定义为使得元件和PCB之间间隙小于焊锡颗粒大小，即，贴装系统必需控制该间隙，将它保持在40-60m。一个起作用原因是板支撑，没有支撑元件可能从过高高度落下或被压入锡膏中。为了正确地控制行程，板支撑系统必需为板拱形提供足够纠正。需要改善要取得有效0201元件使用，部分处理方法将在吸嘴设计改善中找到。因为元件是如此小，它们要求吸嘴设计尽可能加大真空接触表面积，同时提供一个不会干涉高密度布局外形。另外，吸嘴必需高度耐磨，因为其腐蚀作用会因为小接触面积而恶化。全部这些全部必需意识到怎样满足和处理立即面临01005元件挑战。现在结果为0.25mm间隙提供0.75节拍时间、60m(3)精度、和99.9%吸收率。目标是要为0.10-0.15mm间隙达成每个零件0.075秒节拍时间、40m(3)精度、和99.9%吸收率。为0201元件专门开发盘带送料器也应该有利于更正确和愈加快速元件贴装。结论一个现实经济问题是用0201元件生产板将比其对应较大零件愈加昂贵。另外，更紧公差肯定需要增加工艺控制、更根本预防性维护、更多培训和工艺知识、和对报废及检验/修理活动增加认识。预防性维护总是生产一个关键部分，现在因为0201贴装而愈加关键。因为误差公差和可达性和元件本身一样小，预防性维护是0201生产线比其它元件愈加关键制造成本原因。类似地，似乎0201使用将要求更频繁吸嘴清洗、摄像机清洁和机器贴装测量和调整。元件吸收和贴装高度将是关键，对于初始元件吸收，送料器轴调整是需要，尽管机器能够在吸收位置赔偿元件偏移。工作台运行对元件贴片影响处理转塔式平台问题要求完全了解很多工艺参数，并一直将关键放在过程控制上。1986年转塔式贴片机问世以来，已为电路板组装工业生产出大量合格产品。当其作为新产品进入市场时，转塔式平台曾以每小时贴片14400个元件震惊一时。在过去中，转塔式贴片机平均贴片速度已提升了近四倍，可贴装元件和器件类型和范围也显著扩大，现在，贴片机烦琐换线仅用微波炉嘣一袋爆米花时间就可完成。然而，经多年进展，转塔式贴片机基础原理却没有任何改变。其基础设计是相当简单。元件送料器前后运行，向固定拾取位置供给元件。PCB沿X-Y方向运行，使PCB正确地定在要求贴片位置，而贴片机关键转塔在两点间携带着元件，在运动过程中实施视觉检测，并进行旋转校正（图1）。就高速贴片机而言，任何转塔式设计基础结构全部含有部分显著优点： 多达6个不一样尺寸吸嘴适适用于任何贴片头，工作中不需要更换吸嘴。也就是说，任何吸嘴全部能够随时拾取元件，取消了过多或无须要运行操作步骤。 将用于校正元件视觉检测系统，按规则安装在转塔式贴片机拾取点和贴片点之间，能够在“飞行”中进行图像处理。 简单机械齿轮传动式转塔设计可保持供电用电缆、伺服系统、编码器、传感器和摄像机等静止不动。这么就不会产生因为恒定弯应力使线路断裂而出现电气问题（比如：当台架一直不停从送料器向摄像机、电路板在运行时可能出现故障）。 现在转塔式贴片机贴片速度每小时可达53，000个元件以上。而最好单头台架式贴片机，每小时仅能贴装约15，000个元件。为使台架式贴片机达成相同速度需要多台机器，这就意味着，将有更多零部件需要维护、润滑、校准和返修。 使用转塔式设计，只在贴片机一侧安装送料器。这么，可使贴片机前后宽度降低达3英尺左右，为此，就无须在生产线另一侧额外安装送料器和元件储存装置，从而降低了整个操作区域面积。问题何在？含有这么一系列有说服力优点，似乎转塔式平台能够被认为是“最好选择”。然而，大家眼光关注着不停运动着工作台。有些人认为，工作台运行会影响到元件贴片精度，而且，工作台运行会造成元件移位，甚至从PCB上脱落下来。这是真吗？还是仅仅是生产台架式贴片机制造商发出“中伤”之言？事实是二者全部有一点。假如使用不妥，元件贴片后，转塔式贴片机工作台运行会使元件翻转。不过，元件贴片后移位，一直是组装工艺过程已经失控征兆。假如改用一台固定工作台贴片机，就能使产品质量得到改善话，这实际表明更为严重工艺问题很有可能被掩盖了。 元件为何会移位？对位不正确或漏贴元件原因通常和贴力度不适宜相关。假如PCB在贴片机中得不到合适支撑，它就会下沉，这么话，PCB表面高度就会低于贴片机“Z”轴零点。这么会造成元件在PCB上策略高位置就被释放，和直接贴片到润湿、有粘性焊膏上有所不一样。另一个很可能原因是元件高度设置不适宜。即使，大多数新机器可对高度进行自动校正，不过，旧贴片机必需经过编程，才能取得正确元件高度。在生产过程中常常需要更换元件卷带，有时，更换元件不是同一个厂家生产，这种元件外形尺寸可能有所差异。假如程序指出元件高度为1.0mm，而元件实际高度只有0.6mm，元件就会从距贴片点上方0.4mm落到焊膏上，而不是直接贴片到焊膏上。即使贴片机是台架式机器（即在贴片过程中PCB保持静止状态），在这种情况下，贴片精度也会不好。元件有可能晃动而脱离焊盘，或深入移位，或在PCB传送过程中完全脱落。另外，在元件贴装过程中，当元件高度设置得不正确时，在回流焊接阶段，就很有可能产生“墓碑”现象。其它工艺原因在PCB印刷焊膏后，需要在传送机上等候多长时间？焊膏制造厂家总是说焊膏可敞开放置达6个小时，然而，这只对大量焊膏才是真实。一旦将焊膏印刷到焊盘上，其厚度仅为6mil，它有五个面暴露于大气中，焊膏往往出现干涸。假如PCB要在生产线上再停留20或30分钟话，焊盘上焊膏外表会形成一层发干表皮，从而其粘性会下降。所以，制造过程中需控制PCB在生产线上传送速率。假如生产周期小于1分钟话，那么最好在印刷机和贴片机之间缓冲一定数量PCB；不过，假如生产周期为2分钟或3分钟话，待贴片PCB数量就必需少一点了。假如生产线停止操作一段时间话，更应尤其谨慎。此时，焊膏已经干涸，元件仅能放置在焊膏顶部而不能够完全插入到焊膏中。即使，这个问题在工作台运行机器上会被放大，不过，它一样会造成其它类型生产线出现丢失元件和质量问题。工作台运动控制现代转塔式贴片机含有用户控制X-Y工作台运行速度和加速度功效。比如，FujiCP Series系列，可依据下述方法控制工作台运动。贴片机有五种工作台速度方法可供用户选择。工作台速度方法设置适适用于不一样类型元器件，而且元件数据库中已带有对应缺省参数设置。用户可经过缺省值设置，来简化参数实施。多个设定选项包含：超高速、高速、中速、低速和超低速。每个设置参数可改变伺服系统加速曲线、减速曲线和工作台最大速度，从而实现对因为工作台运行而施加于元件作用力加以控制。一个常有错误观念是，降低工作台速度将对贴片机性能带来不利影响。而实际上，即使，工作台速度延长了贴片机工作周期，但较大和重元件已使用较慢凸轮速度来实施拾取和移动操作。因为这个原因，当工作台速度以超高速或高速运行时，可能意味着工作台在转塔式贴片头携带元件抵达要求位置之前，工作台早已就位。所以，放慢工作台速度，使其和转塔速度基础靠近在多数情况下，不会影响到PCB贴片工作周期。 优化程序效果怎样？贴片机优化程序有利于元件贴片质量改善。优化程序目标是设定送料器和贴装次序，以确保设备尽可能有效地发挥其作用，提升贴片总产量。优化程序还考虑了转塔式贴片机凸轮速度、吸嘴选择、元件放置高度和工作台速度方法。较大元件使用较低凸轮速度和工作台速度，在编程时被安排在末尾进行贴装。优化后程序，实现了较后贴装较大元件，逐步降低工作台速度，直到完成PCB组装。然后，工作台以最低编程速度运行到卸载位置，PCB以后位置返回到传送机，并送入下一道工序。 为特种元件确定适用工作台方法有四个原因影响到元件在贴片后会出现误差：元件质量、元件高度、引线接触焊料面积和焊料粘度。经过定义“元件系数”，能够确定贴装各类元件最适用工作台速度方法。元件系数等于质量高度/端子焊盘面积（图2）。 不一样焊膏粘度，元件系数对应工作台速度方法稍有不一样（图3）。不过，不一样类型焊膏对应曲线还是极相同。所以，使用粘度和元件系数能够确定每种元件工作台速度方法（图4）。 表1所列是测试元件类型和汇编结果例子。这些元件全部是电子组装业最常见元件，占贴片元件总数95%以上。 结论平均来说，贴片在电路板上元件大约有85%是无源元件。这些元件有0603（0201）、1005（0402）、1608（0603）、2125（0805）和3216（1206），它们包含电阻和电容。这些元件质量极小，而接触焊膏面积却很大，所以可连续采取超高速工作台方法贴片这类元件。只要最基础工艺控制到位话，工作台运行不会影响到贴片精度。其它15%贴片元件是有源元件，包含大型钽电容、D-PAK、玻璃二极管、SOIC、PLCC、QFP和电解类型元件。多数元件是已使用多年标准封装，计算出元件系数已被载入塔式贴片机标准元件数据库中。大多数设备制造厂家全部设有应用工程部，方便帮助寻求特定问题根源，并帮助建立和维持过程控制，排除这些问题。一个良好制造工艺将会提升生产现场产量和质量。高效率0201工艺特征 By Danial F. Baldwin, Paul N. Houston, Brian J. Lewis and Brian A. Smith最近研究找到了影响0201元件装配工艺缺点数量变量.。即使现在大多数企业还没有达成0201这一工艺水平，不过本文所使用研究方法和得到研究结果值得我们学习和借鉴，方便愈加好地做好我们1206、0805、0603、0402.在过去几年中，消费品电子工业已经显著地出现迅猛增加，这是因为越来越多人佩带手机、传呼机和个人电子辅助用具。有趋势显示，每十二个月所贴装无源元件数量在快速增加，而元件尺寸在稳步地减小。将产品变得越来越小、越快和越廉价需求，推进着对提升小型化技术研究永无止境需求。大多数消费品电子制造商正在将0201元件使用到其最新设计中去，在很快未来，其它工业也将采取这一技术。所以，将超小型无源元件装配和工艺特征化是理所当然。我们需要研究来定义焊盘设计和印刷、贴装和回流工艺窗口，以满足取得0201无源元件较高第一次经过合格率和较高产出需求。最近进行了一个0201元件高速装配研究，对每一个工艺步骤进行了调查研究。研究目标是要为高速0201装配开发一个初始工艺特征，尤其是工艺限制和变量。试验准备对应于锡膏印刷、元件贴装和回流焊接，进行了三套关键试验。为了了解每个工艺步骤最整个0201装配工艺影响，我们进行检验了每个工艺步骤。在工艺次序方面，只改变研究下工艺步骤变量，而其它工艺参数保持不变。我们设计了一个试验载体(图一)，提供以下数据：图一、试验载体 0201到0201间距：焊盘边缘到边缘距离按4, 5, 6, 8, 10 和 12 mil(千分之一英寸)改变 焊盘尺寸影响，标称焊盘尺寸为12x13mil矩形焊盘、中心到中心间距为22mil。标称焊盘改变为10%、20%和30%。 元件方向，在单元A、B、C和D中，研究元件方向为0和90。E和F单元研究45角度对0201工艺影响。 单元1至6研究0201和其它无源元件包含0402、0603、0805和1206之间相互影响。这些分块用来决定0201元件对其它较大无源元件大致影响，它可影响印刷、贴装和回流焊接(散热)。这里，焊盘对焊盘间距为本4、5、6、8、10和12mil。另外，0201焊盘尺寸在这六个单元上改变。 测试载体含有6,552个0201、420个0402、252个0603、252个0805、252个1206，总共7,728个无源元件。基板是标准FR-4环氧树脂板，厚度1.57mm。迹线金属喷镀由铜、无电解镍和浸金所组成。全部测试板使用相同装配设备装配：一部模板印刷机、一部高速元件贴装机、和一台七温区对流回流焊接炉。模板印刷试验为了表现对0201无源元件印刷特征，我们使用了一个试验设计方法(DOE, design for experiment)，试验了印刷工艺多个变量：锡膏目数、刮刀类型、模板分开速度、和印刷之间模板上锡膏滞留时间。这个DOE是设计用来决定是否这些原因会影响0201装配印刷工艺。度量标准是印刷缺点数量和锡膏厚度测量。结果是基于95%可信度区间，从统计分析上决定关键原因。印刷缺点定义为在印刷后没有任何锡膏空焊盘和锡桥。对于这个印刷试验，模板厚度为125微米，100%开孔率，商业使用免洗锡膏。印刷机设定是基于锡膏制造商推荐值，在推荐范围中间。模板印刷试验结果表一列出只检验印刷影响试验。使用了三个度量标准来评定每个试验条件。第一个度量标准是平均锡膏印刷高度。使用一部激光轮廓测定仪从四个象限测量16个数据。表一、第一个模板印刷试验试验设计试验编号锡膏类型刮刀类型锡膏滞留时间(分钟)分开速度(cm/s)1III金属0.50.052III金属100.133III聚合物0.50.054III聚合物100.135IV金属100.056IV金属0.50.137IV聚合物0.50.058IV聚合物100.13锡膏厚度标准偏差用作第二个度量标准。图二显示来自八个试验平均高度和高度标准偏差。图二、从第一次模板印刷试验得到印刷高度结果第三个度量标准是缺点总数。用光学检验单元1-6和A-D选择部分，统计缺点数量。含有锡桥焊盘和没有锡膏焊盘被认为是缺点(图三)。图三、从第一次模板印刷试验得到缺点结果基于这些度量标准和使用95%可信度区间，在统计分析上唯一关键关键影响是刮刀类型。锡膏类型、分离速度和锡膏滞留时间有低于85%可信度区间。分离速度和擦拭频率试验进行第二个更小试验是要检验分离速度和擦拭频率影响。调查模板擦拭频率，是因为它影响产量。因为模板擦拭大大增加模板印刷机周期时间，所以在生产中应该避免或降低这个步骤。进行这个试验是要决定是否对于0201装配必需做模板擦拭，以取得良好印刷。另外还期望确定是否分离速度是一个关键原因，所以将它包含在本试验中。使用0.05和0.13cm/sec分离速度。对这两次运行，使用了IV类型锡膏和金属刮刀，没有滞留时间。表二中列出试验9和10结果。这些结果和试验5和6(来自表一)比较，也是使用了IV型锡膏和金属刮刀。基于这些结果，模板擦拭频率是这个试验唯一关键影响。表二、第二次模板印刷试验结果试验编号分离速度(cm/s)擦拭频率平均(mil)标准偏差缺点数50.05每次印刷149.9713.451560.13每次印刷149.3620.204390.05无145.7715.41236100.13无136.4515.19238贴装试验做一个试验来确定是否基准点形状或基准点定义方法对元件贴装有影响。基准点形状使用了圆形和十字形基准点，而基准点清楚度方面使用了阻焊和金属界定基准点。这些试验度量是使用视觉元件检验。用来评定每个试验条件标准是0201元件贴装精度。元件贴装在板上四个象限内(象限4、19、25和40)。这些象限是横穿电路板，象限4和25使用+30%焊盘尺寸(17x19mil)，而象限19和40使用标称焊盘尺寸(12x13mil)。元件贴装在水平和垂直两个方向。四百八十个0201元件贴装在每块板上，每个试验总共1920个元件。元件焊盘边缘到边缘间隔范围从5-12mil。在贴装试验中。最好贴装发觉在象限4，逐步地在板上向左偏移，很可能是因为在很大试验载体上伸展缘故。所以，贴装最大偏移发生在象限40。当使用金属界定十字型基准点时发生最坏偏移，在象限40元件几乎跨接焊盘。同时也注意到对于金属界定圆形基准点比无任哪一个阻焊界定基准点偏移更大。表三显示对于象限40四个试验平均X和Y偏移。基于这些结果，阻焊界定基准点提供比金属界定基准点愈加好板上贴装精度。基准点形状对元件贴装精度没有大影响。表三、对象限40贴装试验平均试验偏差基准点图案平均X偏差(微米)平均Y偏差(微米)阻焊界定圆223金属界定十字1122金属界定圆539阻焊界定十字154回流焊接试验为了确定是否一些变量对0201回流焊接有影响，我们进行了另一个试验。研究变量是保温时间、保温温度、液相线以上时间和峰值温度。这些参数在一个要求九次不一样反复DOE中设定(表四)。全部变量全部在锡膏供给商所提供锡膏规格范围内。表四、回流试验设计试验编号保温时间(秒)保温温度(C)液相以上时间(秒)峰值温度(C)145-50125-13555-65217-219255-60165-17555-65211-214345-50145-15545-50211-214425-35165-17545-50217-219525-35145-15555-65222-225625-35125-13535-40211-214745-50165-17535-40222-225855-60125-13545-50222-225955-60145-15535-40217-219对这个试验，印刷和贴装工艺保持不变，而对回流温度曲线作改变。使用印刷工艺和印刷试验中使用相同，是本研究中找到很好变量。使用贴装参数是和在贴装期间使用阻焊界定圆形基准点相同。使用了对锡桥和直立视觉和X射线检验标准，对于统计上认为关键原因要求95%或更高可信度区间。回流焊接试验结果对于在表五中所列出每一个试验，反复做三次，每次反复总共564个元件，或每个试验1692个元件。在每一块测试板上，贴装了396个0201无源元件。这些元件贴装在15x17mil和12x13mil焊盘上，以6mil和10mil焊盘边缘对边缘距离排列。除了0201元件之外，168个0402、0603、0805和1206也贴装，以决定一个产生可接收0201元件工艺会怎样影响较大无源元件。使用了三个标准来评定每个试验条件：焊点质量、元件竖立和锡桥。全部试验条件全部产生良好焊接点，完全以细粒度湿润。我们也检验了回流焊接元件中缺点数量。确定缺点是锡桥和元件竖立。锡桥在两个相邻焊接点连接到一起时候发生，将元件短接在一起。这个缺点很可能在以很密焊盘对焊盘间距贴装元件上发生。当一个元件脱离一个焊盘而立起时候发生元件竖立(tombstoning)。元件竖立通常是由元件不均衡湿润所造成，或当元件放在一个表面积大得多焊盘上时候。全部这些缺点全部在0201元件上找到。可是，没有一个较大元件出现元件竖立或锡桥，这显示使用装配工艺对较大元件并不是不利。图四、锡桥和元件竖立X射线图象图四显示显示一个X射线图象，它包含锡桥和元件竖立。锡桥、元件竖立数量和总缺点在表五中显示。图五描述每个试验发生缺点数量。表五、回流焊接试验结果试验编号贴装0201总数锡桥竖立总缺点缺点率(%)其它元件缺点缺点率(DPM)11,188615211.77017,67721,1881010.08084231,1880000.000041,1880000.000051,1880220.1701,68461,188611171.43014,31071,1880000.000081,1884370.5905,89291,1880000.0000图五、回流焊接试验结果基于这些度量标准和使用95%可信度区间，唯一在统计上关键关键影响是保温温度，它含有大于97%可信度区间。保温时间、液相线以上时间和峰值温度含有可信度区间小于40%，所以被认为是随机诱发影响。保温温度关键作用是在低保温温度和其它水平之间，因为在中等和高保温温度结果之间存在差异很小。结论从第一次模板印刷试验数据显示，只有刮刀类型对锡膏高度和缺点数量含有统计意义上关键影响。如锡膏高度数据所显示，在第III和IV类锡膏之间就锡膏数量而言存在极少甚至没有差异。即使存在极少差异，我们选择了第IV类锡膏作深入研究，因为在研究这个阶段只检测大模板开孔。第二次印刷试验证实分离速度对锡膏高度和缺点没有统计意义上影响，不过擦拭频率有。锡膏缺点数量在这两次试验中比在用每一次印刷全部擦拭模板类似试验中要多得多。从贴装试验数据显示，只有用于定义基准点方法对贴装精度相关键影响。阻焊界定基准点 - 不管圆形还是十字形 - 全部比金属界定基准点达成更高贴装精度。从回流焊接试验数据显示，只有保温温度对焊接点品质和缺点数量相关键影响。如缺点数据所显示，在不一样保温时间、液相线以上时间或峰值温度之间存在极少或没有差异。当使用低保温温度时，缺点数量大大增加。本研究检验了一些变量对0201无源元件工艺影响。研究发觉诸如刮刀类型、模板擦拭频率和保温温度这些变量影响工艺缺点数量。还有，诸如锡膏滞留时间、液相线以上时间和峰值温度等变量对工艺缺点数量有很小到没有影响。监测表面贴装元件贴装 By Edward Kamen, Alex Goldstein and Erin Sahinci 本文介绍：“要达成所期望效率和可靠性很大程度上取决于元件贴装工艺过程。”在PCB上增加电路密度愿望继续是表面贴装装配线技术发展水平进步关键推进力之一。这个进步包含0201片状包装、密间距QFP、高输入/输出BGA、CSP和倒装芯片(flip chip)使用。这些元件使用给装配工艺过程提出了很严厉要求。尤其是，要达成所期望效率和可靠性很大程度上取决于元件贴装工艺过程。越来越多表面贴装线正在使用自动、在线式、贴装后检验工具，来监测贴装过程状态。贴装后检验能够发觉诸如元件丢失、极性交换和元件位置超出所要求误差等缺点。除了查找缺点之外，贴装后检验工具也能够检验影响精度、质量和装配过程效率工艺更改情况。假如能够经过监测元件贴装精度来发觉和确定更改工艺情况，那么立即能够采取更正行动，以使其对效率影响最小。这个能力要求分析测量数据诊疗工具应用，诊疗使用要求对贴装过程中错误可能根源全方面了解。模板印刷工艺贴装错误一个可能根源是模板印刷过程。尤其是，锡膏块高度、面积或体积可能影响贴装精度，因为贴装期间引脚落到锡膏里面时元件横向运动。为了检验这个推测，经过在乔治亚工学院(Georgia Tech, Atlanta, GA)电路板装配研究中心(CBAR, Center for Board Assembly Research, Sidebar)表面贴装/倒装芯片装配线，处理了大量板。在运行期间，改变模板印刷机刮板压力、印刷速度、脱离(snap-off)间隔和脱离速度以得到锡膏块高度、面积和体积一个范围值。使用商业上可购置到检验工具，我们测量了印刷后锡膏块高度、面积和体积，和贴装后元件X和Y偏差。图一和图二显示了X和Y偏差图，它们是0402元件和0.4mm间距LQFP元件锡膏块高度、面积和体积函数。假如在偏移和锡膏参数之间存在很强关联，图一和图二中图表将揭示这个关系。不过，从图表上看到，该图由一簇簇点所组成，没有显示显著关系。对于0402元件，图形显示X和Y偏移伴随高度增加而有些分散，不过数值分散是因为较大高度值数据点占多数。从测得数据计算相互关值很低