pcb工藝技術(shù)教學(xué)提綱

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。pcb工藝技術(shù)-0201裝配，從難關(guān)到常規(guī)貼裝ByScottWischoffer本文解釋并探討在高產(chǎn)量與高混合裝配兩種運(yùn)作中的支配0201貼裝的指導(dǎo)原則。雖然通常認(rèn)為是相當(dāng)近期的一項(xiàng)發(fā)展，印刷電路板(PCB,printedcircuitboard)自從五十年代早期就已經(jīng)有了。從那時(shí)起，對(duì)越來越小、越來越輕和越來越快速的電子產(chǎn)品的需求就一直推動(dòng)著電子元件、PCB和裝配設(shè)備技術(shù)朝著SMT的方向發(fā)展。對(duì)SMT最早的普遍接受是發(fā)生在八十年代早期，那時(shí)諸如DynapertMPS-500和FUJICP-2這些機(jī)器進(jìn)

2、入市場(chǎng)。在那時(shí)，1206(3216)電阻與電容是最流行的貼裝元件?？墒窃谝粌赡陜?nèi)，1206即讓路給0805(2125)作為SMT貼裝的最普遍的元件包裝。在這個(gè)期間，機(jī)器與元件兩者都迅速進(jìn)化。在機(jī)器變得更快更靈活的同時(shí)，0603(1608)元件開始發(fā)展。在這時(shí)，許多裝配機(jī)器制造商走回研究開放(R&D,researchanddevelopment)實(shí)驗(yàn)室，重新評(píng)估用于接納這些更新、更小元件的設(shè)備中的技術(shù)。更高分辨率的相機(jī)與更小的真空吸嘴就在這些元件帶給裝配設(shè)備的變化之中。0402(1608)包裝的出現(xiàn)在PCB裝配的各方面都產(chǎn)生了進(jìn)一步的挑戰(zhàn)。在機(jī)器發(fā)展方面，真空吸嘴變得更小和更脆弱。新的重點(diǎn)放在元

3、件的送料器(feeder)上面，它作為需要改進(jìn)的一個(gè)單元，為機(jī)器更準(zhǔn)確地送出零件。隨著0402元件的出現(xiàn)，工藝挑戰(zhàn)又增加到那些需要為成功的元件貼裝而探討的問題之中。錫膏(solderpaste)印刷變得更加關(guān)鍵-模板(stencil)厚度與錫膏網(wǎng)孔是越來越重要的工藝考慮因素。這種貼裝所需要的技術(shù)也涉及重要的新成本。這些因素的結(jié)合造成在電子工業(yè)歷史中最慢采用的一種新包裝形式。總計(jì)，幾乎將近五年時(shí)間，0402包裝才在工業(yè)中達(dá)到廣泛的接受-并且在今天還有許多裝配工廠從來不貼裝一顆0402片狀?，F(xiàn)在，進(jìn)入了0201。在過去一年半時(shí)間里，0201貼裝已經(jīng)是整個(gè)工業(yè)內(nèi)討論的一個(gè)關(guān)鍵主題。由于尺寸、重量和功

4、率消耗的需求，許多OEM電路板裝配商需要將甚至更小的元件和技術(shù)結(jié)合到其產(chǎn)品中去。合約制造商(CM,contractmanufacturer)也必須具備新的技術(shù)，以保持裝配工藝最新和為客戶提供完整的服務(wù)范圍。對(duì)于機(jī)器制造商，其挑戰(zhàn)是開發(fā)在一個(gè)動(dòng)態(tài)的技術(shù)變化的時(shí)代中更加抵抗陳舊過時(shí)的裝配設(shè)備。0201貼裝的挑戰(zhàn)0201元件的貼裝比其前面的元件介入更具挑戰(zhàn)性。主要原因是0201包裝大約為相應(yīng)的0402尺寸的三分之一。原先可以接受的機(jī)器貼裝精度馬上變成引進(jìn)0201的一個(gè)局限因素。另外，傳統(tǒng)的工業(yè)帶包裝(taping)規(guī)格對(duì)于可靠的0201貼裝允許太多的移動(dòng)，而工藝控制水平也必須提高，以使得0201貼裝

5、成為生產(chǎn)現(xiàn)實(shí)。雖然這些障礙非常大，但它們遠(yuǎn)不是不可克服的。當(dāng)然，它們需要全體的決心，因?yàn)閷?duì)0201貼裝所必須的技術(shù)獲得要求大量的資金和最高管理層對(duì)研究開發(fā)(R&D)的許諾?？煽康?201貼裝的關(guān)鍵在FUJI，進(jìn)取的R&D計(jì)劃已經(jīng)產(chǎn)生了使所有的電路裝配機(jī)器以100%速度兼容0201的能力，最低的吸取可靠性為99.90%，目標(biāo)的吸取可靠性為99.95%，和最低的貼裝可靠性為99.99%。在一開始，設(shè)計(jì)的每個(gè)方面都得到評(píng)估其對(duì)一個(gè)完整的0201方案的能力，還有緊密相關(guān)的機(jī)器元件參數(shù)的單一元素的結(jié)合證明對(duì)達(dá)到成功是關(guān)鍵的。這些參數(shù)包括：元件送料器工作臺(tái)。R&D計(jì)劃得出結(jié)論，精密定位料車(carriag

6、e)工作臺(tái)的能力-和作出極小的調(diào)整來補(bǔ)償料帶(tape)的不精確-是達(dá)到元件吸取可靠性高于99.95%的關(guān)鍵因素。為了達(dá)到這個(gè)，送料器(feeder)工作臺(tái)必須精密加工，以保證單個(gè)送料器的可重復(fù)定位，并且使用雙軌線性移動(dòng)導(dǎo)軌與一個(gè)高分辨率半封閉循環(huán)的伺服系統(tǒng)相結(jié)合。該設(shè)計(jì)允許作出很小的調(diào)節(jié)-基于由視覺系統(tǒng)判斷的吸取精度結(jié)果。這保證元件盡可能地靠近中心吸取。元件送料器。送料器必須制造達(dá)到極緊的公差，以保證吸取位置維持可重復(fù)性，不管元件高度和大量的可能元件位置的變化。用于定位和將送料器鎖定在位置上的機(jī)構(gòu)必須耐用和精密，還要保持用戶友好。另外，用于制造送料器的材料必須強(qiáng)度高、重量輕，以允許人機(jī)工程上

7、的操作，同時(shí)保證元件料帶(carriertape)的精密、可重復(fù)的送出。送料器驅(qū)動(dòng)鏈輪。驅(qū)動(dòng)鏈輪在機(jī)器定位元件料帶的能力中起關(guān)鍵作用。驅(qū)動(dòng)鏈輪輪齒的形狀、錐度和長(zhǎng)度重大地影響送料器定位料帶的能力。其它因素也作了調(diào)查研究，比如驅(qū)動(dòng)鏈輪的直徑和料帶與鏈輪接觸的數(shù)量等。對(duì)基本的鏈輪設(shè)計(jì)所作的改變得到定位精度的改進(jìn)，比較早的設(shè)計(jì)在X方向提高20%，Y方向提高50%。吸取頭。在適當(dāng)?shù)剡M(jìn)給元件之后，下一步是將元件吸取在真空吸嘴上，并把它帶到電路板上。真空吸嘴(nozzle)需要順應(yīng)以吸收在吸取與貼裝元件期間的沖擊，補(bǔ)償錫膏高度上的微小變化，并且減少元件破裂的危險(xiǎn)。為了這些原因，吸嘴必須能夠在其夾具內(nèi)移動(dòng)。

8、材料選擇、材料硬度、加工公差和熱特性都必須理解，以構(gòu)造一個(gè)可靠的吸取頭。吸嘴必須在其夾具(holder)內(nèi)自由移動(dòng)，而不犧牲精度(圖一)。吸嘴軸裝配。吸嘴軸(nozzleshaft)也是一個(gè)關(guān)鍵的設(shè)計(jì)元素-通過保持整個(gè)吸嘴與軸裝配直接對(duì)中，消除了過壓(overdrive)現(xiàn)象。過壓是由于當(dāng)貼裝頭上下運(yùn)動(dòng)是所產(chǎn)生的慣性造成的。如果吸嘴和軸不在一條直線，就產(chǎn)生一點(diǎn)抖動(dòng)(whip)-或過壓。過壓造成定位精度的變化，它決定于運(yùn)動(dòng)速度、吸嘴重量和元件重量。通過消除過壓，直接對(duì)中減少與元件吸取和貼裝有關(guān)的負(fù)面因素的數(shù)量(圖二)。吸嘴設(shè)計(jì)。吸嘴設(shè)計(jì)上的變化對(duì)于允許接納0201元件是一個(gè)很重要的因素。為了吸取

9、0.6x0.3mm的元件，吸嘴必須有不大于0.40mm的外徑。這樣形成一個(gè)長(zhǎng)而細(xì)的吸嘴軸，彎曲脆弱但還必須保持精度以維持吸取的高可靠性。從直線軸到錐形設(shè)計(jì)的改變?cè)黾游鞆?qiáng)度，并允許吸嘴抵抗彎曲(圖三)?；w結(jié)構(gòu)。所有機(jī)械在運(yùn)行期間都產(chǎn)生振動(dòng)?；w框架設(shè)計(jì)是減少產(chǎn)生振動(dòng)和諧波共振的速度與運(yùn)動(dòng)效應(yīng)的關(guān)鍵第一步。通過使用鑄鐵基礎(chǔ)框架和藝術(shù)級(jí)結(jié)構(gòu)技術(shù)，振動(dòng)與諧波共振可在機(jī)器內(nèi)減少到可控制水平，這樣，負(fù)面影響可以應(yīng)付。達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)通過所有六個(gè)關(guān)鍵因素，可靠的0201貼裝的障礙已經(jīng)消除。因此，R&D的焦點(diǎn)已經(jīng)轉(zhuǎn)向更新、更小的元件，0201不再認(rèn)為是前緣的元件包裝技術(shù)。對(duì)于0201元件貼裝，現(xiàn)在接受的工藝窗口是

10、在3時(shí)大約75m的X和75m的Y。為了達(dá)到6的貼裝可靠性，X與Y的公差必須減少到50m。最新的高速貼裝設(shè)備具有66m的等級(jí)，實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)偏差大約為3545m。隨著0201元件變得更加廣泛地使用和制造工藝變緊，可達(dá)到提高的準(zhǔn)確性。供應(yīng)商之間的元件尺寸差別對(duì)0201進(jìn)料和貼裝都產(chǎn)生挑戰(zhàn)。散裝進(jìn)料(bulkfeeding)正在開放之中，應(yīng)該在2001年可以得到。雖然機(jī)器現(xiàn)在具備這個(gè)能力，但只有一小部分使用者將準(zhǔn)備在未來1224個(gè)月內(nèi)邁出使用0201貼裝的步伐。這類似于球柵陣列(BGA,ballgridarray)和0402元件的引入，在裝配這個(gè)環(huán)境里，機(jī)器的能力超前于工藝狀態(tài)。前面的挑戰(zhàn)雖然0201元件

11、的貼裝現(xiàn)在是新貼裝設(shè)備的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)特性，還需要作另外的工作來改進(jìn)終端用戶的整體工藝。在機(jī)器制造商、元件供應(yīng)商、電路板制造商、模板工廠和錫膏制造商之間的關(guān)系需要加強(qiáng)，以形成一個(gè)更加無縫的(seamless)開發(fā)過程。最終結(jié)果將是對(duì)該工藝的統(tǒng)一的理解，以及將使最終用戶受益的更好的工作關(guān)系，特別是通過使新的生產(chǎn)技術(shù)更快和更有效的結(jié)合。如何準(zhǔn)確地貼裝0201元件ByDaveKalen本文介紹，更小的元件與更窄的間距為電路板裝配提出了新的挑戰(zhàn)。理解這些貼裝問題可以使產(chǎn)品更快地推出市場(chǎng)，并減少缺陷。業(yè)界所面臨的現(xiàn)實(shí)是零件變得越來越小。例如，0201片狀電容比0402小75%，在電路板上所占的面積少66%，這

12、些元件在本十年的早期將出現(xiàn)在一些通用的印刷電路板上，而甚至更小的01005片狀元件到2005年將在空間更珍貴的模塊電路板上看到。因?yàn)閷?duì)于許多新的產(chǎn)品板的空間是如此珍貴，盡管更小的元件成本更高，但還是會(huì)得到甚至更廣泛的使用。這種新的小型化要求貼裝精度提高但又不降低速度。確認(rèn)所面臨的挑戰(zhàn)小的元件提出了許多問題。更高的密度-這是困擾較小元件的主要原因-使得貼裝任務(wù)的難度大了一個(gè)數(shù)量級(jí)。例如，0201元件通常要求較小的焊盤尺寸來防止焊錫污跡，和接納無焊腳焊接。還有，更小的焊盤意味著更窄的元件間距。雖然這些允許設(shè)計(jì)者取得高度功能化與緊湊的產(chǎn)品所需要的更高密度，但也使情況復(fù)雜化。對(duì)于密度高的PCB，貼裝精

13、度直接影響回流焊接后的裝配缺陷數(shù)量，例如，貼裝偏移會(huì)增加錫橋、錫珠、元件豎立和元件不對(duì)準(zhǔn)焊盤的機(jī)會(huì)。因此，我們需要什么呢？現(xiàn)在，現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)目標(biāo)是達(dá)到99.9%的吸取率，同時(shí)3的貼裝精度為60m。為了達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，機(jī)器精度變成首要問題。例如，摩托羅拉的試驗(yàn)表明，在貼裝偏移中小到0.025mm的變化都可能重大地影響缺陷水平。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的焊盤(用十萬個(gè)元件進(jìn)行試驗(yàn))，y0.075mm,x0.075mm的貼裝偏移對(duì)缺陷的影響類似于沒有偏移?？墒?，當(dāng)偏移增加到0.1mm時(shí)，缺陷水平上升到超過5000ppm。雖然這個(gè)絕對(duì)距離意味著很小，但是研究表明該工藝留下很少犯錯(cuò)的余地。還有，貼裝操作涉及的不止其本身。它

14、包括吸取的可靠性、準(zhǔn)確的元件視覺識(shí)別和貼裝的可重復(fù)性。事實(shí)上，試驗(yàn)表明0201元件要求99%的吸取可靠性。吸取位置公差為了保持生產(chǎn)系統(tǒng)的連貫性，吸嘴必須能夠在所有三個(gè)方向上移動(dòng)，即沿X,Y和Z軸移動(dòng)-這一點(diǎn)是重要的，因?yàn)樵谒猩a(chǎn)機(jī)器上Y軸的控制是沒有的?？墒?，為了保持貼裝精度在公差之內(nèi)，Y方向的控制對(duì)于將元件對(duì)中在吸嘴上是必要的(圖一)。自然地，這個(gè)對(duì)中對(duì)于0201比對(duì)其他零件具有更緊的公差。圖一、Y方向是0201元件貼裝的唯一最重要的軸向糾正由于在三個(gè)軸上的閉環(huán)實(shí)時(shí)反饋，對(duì)送料器校準(zhǔn)的需要實(shí)際上消除了。沒有三個(gè)軸上的實(shí)時(shí)閉環(huán)反饋，送料器的校準(zhǔn)是關(guān)鍵的。研究表明，在Y方向0.07mm的精度對(duì)

15、于確保成功的0201貼裝是必要的。還有，成功的貼裝要求在X方向0.1mm的公差，在Z方向0.1mm，以達(dá)到0.2mm的目標(biāo)值。糾正吸嘴X/Y軸的運(yùn)動(dòng)是保證穩(wěn)定和持續(xù)的元件吸取的關(guān)鍵。在錫膏上的運(yùn)動(dòng)另一個(gè)貼裝問題是在某些條件下，0201不會(huì)停留在其貼裝的位置?？紤]這樣一種情況，試驗(yàn)將0201電容貼裝在印刷錫膏和助焊劑的PCB上，希望得到0.05mm的受控行程和0.15mm的元件間距。試驗(yàn)已經(jīng)顯示，對(duì)于Y方向3的貼裝精度，板上小于0.05mm超程的元件有時(shí)將會(huì)向短邊方向滑行超過60m。會(huì)發(fā)生什么呢？有趣的是進(jìn)一步調(diào)查顯示當(dāng)元件只是貼裝在助焊劑上時(shí)，元件不會(huì)發(fā)生由于超程的滑移，但是在錫膏上時(shí)會(huì)發(fā)生。

16、結(jié)論：?jiǎn)栴}在于錫膏的顆粒直徑。為了補(bǔ)償Z軸糾正，機(jī)器必須具有實(shí)時(shí)的反饋機(jī)構(gòu)，測(cè)量每個(gè)元件的厚度。當(dāng)顆粒大小大于20m時(shí)，元件偏斜就有可能，因?yàn)轭w粒在焊盤上分布不均。因?yàn)樵N裝時(shí)間是幾毫秒，所以任何不平的表面度可能造成零件偏斜或運(yùn)動(dòng)。這就是為什么熱風(fēng)焊錫均涂(HASL)的板不適合于0201貼裝，這與0402許可HASL形成對(duì)照。圖二、當(dāng)元件超程沖擊焊錫顆粒時(shí)，反作用力改變吸嘴的軸向并產(chǎn)生一個(gè)水平的力，產(chǎn)生元件的偏移因此，超程降低貼裝精度。它也可能增加高密度貼裝的錫橋，因?yàn)楫?dāng)使用無焊腳焊盤時(shí)，元件會(huì)將錫膏從零件下擠出(圖二)。因此，可以將超程定義為使得元件和PCB之間的間隙小于焊錫顆粒大小，即，

17、貼裝系統(tǒng)必須控制該間隙，將它保持在40-60m。一個(gè)起作用的因素是板的支撐，沒有支撐元件可能從過高的高度落下或被壓入錫膏中。為了準(zhǔn)確地控制行程，板的支撐系統(tǒng)必須為板的拱形提供足夠的糾正。需要的改進(jìn)要取得有效的0201元件的使用，部分的解決方法將在吸嘴的設(shè)計(jì)改進(jìn)中找到。因?yàn)樵侨绱说男?，它們要求吸嘴的設(shè)計(jì)盡量加大真空的接觸表面積，同時(shí)提供一個(gè)不會(huì)干涉高密度布局的外形。另外，吸嘴必須高度耐磨，因?yàn)槠涓g作用會(huì)由于小的接觸面積而惡化。所有這些都必須意識(shí)到如何滿足和處理即將面臨的01005元件的挑戰(zhàn)?，F(xiàn)在的結(jié)果為0.25mm的間隙提供0.75的節(jié)拍時(shí)間、60m(3)的精度、和99.9%的吸取率。目標(biāo)

18、是要為0.10-0.15mm間隙達(dá)到每個(gè)零件0.075秒的節(jié)拍時(shí)間、40m(3)的精度、和99.9%的吸取率。為0201元件專門開發(fā)的盤帶送料器也應(yīng)該有助于更精確和更快速的元件貼裝。結(jié)論一個(gè)現(xiàn)實(shí)的經(jīng)濟(jì)問題是用0201元件生產(chǎn)的板將比其對(duì)應(yīng)的較大零件更加昂貴。另外，更緊的公差必然需要增加工藝控制、更徹底的預(yù)防性維護(hù)、更多的培訓(xùn)和工藝知識(shí)、和對(duì)報(bào)廢及檢查/修理活動(dòng)的增加的認(rèn)識(shí)。預(yù)防性維護(hù)總是生產(chǎn)的一個(gè)重要部分，現(xiàn)在由于0201貼裝而更加重要。因?yàn)檎`差的公差和可達(dá)性和元件本身一樣小，預(yù)防性維護(hù)是0201生產(chǎn)線比其他元件更加重要的制造成本因素。類似地，似乎0201的使用將要求更頻繁的吸嘴清洗、攝像機(jī)清

19、潔和機(jī)器貼裝的測(cè)量與調(diào)整。元件吸取和貼裝的高度將是關(guān)鍵的，對(duì)于初始的元件吸取，送料器軸的調(diào)整是需要的，盡管機(jī)器可以在吸取位置補(bǔ)償元件的偏移。工作臺(tái)運(yùn)行對(duì)元件貼片的影響解決轉(zhuǎn)塔式平臺(tái)的問題要求完全了解許多工藝參數(shù)，并始終將重點(diǎn)放在過程控制上。1986年轉(zhuǎn)塔式貼片機(jī)問世以來，已為電路板組裝工業(yè)生產(chǎn)出大量的合格產(chǎn)品。當(dāng)其作為新產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)時(shí)，轉(zhuǎn)塔式平臺(tái)曾以每小時(shí)貼片14400個(gè)元件震驚一時(shí)。在過去的16年中，轉(zhuǎn)塔式貼片機(jī)的平均貼片速度已提高了近四倍，可貼裝元件和器件的類型和范圍也明顯擴(kuò)大，目前，貼片機(jī)煩瑣的換線僅用微波爐嘣一袋爆米花的時(shí)間就可完成。然而，經(jīng)多年的進(jìn)展，轉(zhuǎn)塔式貼片機(jī)的基本原理卻沒有任何

20、變化。其基本設(shè)計(jì)是相當(dāng)簡(jiǎn)單的。元件送料器前后運(yùn)行，向固定的拾取位置供給元件。PCB沿X-Y方向運(yùn)行，使PCB精確地定位于規(guī)定的貼片位置，而貼片機(jī)核心的轉(zhuǎn)塔在兩點(diǎn)間攜帶著元件，在運(yùn)動(dòng)過程中實(shí)施視覺檢測(cè)，并進(jìn)行旋轉(zhuǎn)校正（圖1）。就高速貼片機(jī)而言，任何轉(zhuǎn)塔式設(shè)計(jì)的基本結(jié)構(gòu)都具有一些顯著的優(yōu)點(diǎn)：多達(dá)6個(gè)不同尺寸的吸嘴適用于任何貼片頭，工作中不需要更換吸嘴。也就是說，任何吸嘴都能夠隨時(shí)拾取元件，取消了過多的或不必要的運(yùn)行操作步驟。將用于校正元件的視覺檢測(cè)系統(tǒng)，按規(guī)則安裝在轉(zhuǎn)塔式貼片機(jī)的拾取點(diǎn)和貼片點(diǎn)之間，可以在“飛行”中進(jìn)行圖像處理。簡(jiǎn)單的機(jī)械齒輪傳動(dòng)式轉(zhuǎn)塔設(shè)計(jì)可保持供電用電纜、伺服系統(tǒng)、編碼器、傳感器

21、和攝像機(jī)等靜止不動(dòng)。這樣就不會(huì)產(chǎn)生由于恒定的彎應(yīng)力使線路斷裂而出現(xiàn)的電氣問題（例如：當(dāng)臺(tái)架始終不斷從送料器向攝像機(jī)、電路板在運(yùn)行時(shí)可能出現(xiàn)的故障）。現(xiàn)在轉(zhuǎn)塔式貼片機(jī)的貼片速度每小時(shí)可達(dá)53，000個(gè)元件以上。而最好的單頭臺(tái)架式貼片機(jī)，每小時(shí)僅能貼裝約15，000個(gè)元件。為使臺(tái)架式貼片機(jī)達(dá)到同等的速度需要多臺(tái)機(jī)器，這就意味著，將有更多的零部件需要維護(hù)、潤(rùn)滑、校準(zhǔn)和返修。使用轉(zhuǎn)塔式設(shè)計(jì)，只在貼片機(jī)的一側(cè)安裝送料器。這樣，可使貼片機(jī)前后寬度減少達(dá)3英尺左右，為此，就不必在生產(chǎn)線的另一側(cè)額外安裝送料器和元件儲(chǔ)存裝置，從而減少了整個(gè)操作區(qū)域的面積。問題何在？具有這樣一系列有說服力的優(yōu)點(diǎn)，似乎轉(zhuǎn)塔式平臺(tái)可

22、以被認(rèn)為是“最佳的選擇”。然而，人們的目光關(guān)注著不停運(yùn)動(dòng)著的工作臺(tái)。有人認(rèn)為，工作臺(tái)的運(yùn)行會(huì)影響到元件貼片精度，而且，工作臺(tái)運(yùn)行會(huì)導(dǎo)致元件移位，甚至從PCB上脫落下來。這是真的嗎？還是僅僅是生產(chǎn)臺(tái)架式貼片機(jī)的制造商發(fā)出的“中傷”之言？事實(shí)是兩者都有一點(diǎn)。如果使用不當(dāng)，元件貼片后，轉(zhuǎn)塔式貼片機(jī)工作臺(tái)的運(yùn)行會(huì)使元件翻轉(zhuǎn)。不過，元件貼片后的移位，始終是組裝工藝過程已經(jīng)失控的征兆。如果改用一臺(tái)固定工作臺(tái)的貼片機(jī)，就能使產(chǎn)品的質(zhì)量得到改善的話，這實(shí)際表明更為嚴(yán)重的工藝問題很有可能被掩蓋了。元件為什么會(huì)移位？對(duì)位不準(zhǔn)確或漏貼元件的原因通常與貼力度不合適有關(guān)。如果PCB在貼片機(jī)中得不到適當(dāng)?shù)闹?，它就?huì)下沉

23、，這樣的話，PCB表面高度就會(huì)低于貼片機(jī)的“Z”軸零點(diǎn)。這樣會(huì)導(dǎo)致元件在PCB上方略高的位置就被釋放，與直接貼片到潤(rùn)濕、有粘性的焊膏上有所不同。另一個(gè)很可能的原因是元件的高度設(shè)置不合適。雖然，大多數(shù)新機(jī)器可對(duì)高度進(jìn)行自動(dòng)校正，但是，舊的貼片機(jī)必須通過編程，才能獲得正確的元件高度。在生產(chǎn)過程中常常需要更換元件卷帶，有時(shí)，更換的元件不是同一個(gè)廠家生產(chǎn)的，這種元件外形尺寸可能有所差別。如果程序指出元件高度為1.0mm，而元件的實(shí)際高度只有0.6mm，元件就會(huì)從距貼片點(diǎn)上方0.4mm落到焊膏上，而不是直接貼片到焊膏上。即使貼片機(jī)是臺(tái)架式機(jī)器（即在貼片過程中PCB保持靜止?fàn)顟B(tài)），在這種情況下，貼片精度也

24、會(huì)不好。元件有可能晃動(dòng)而脫離焊盤，或進(jìn)一步移位，或在PCB傳送過程中完全脫落。此外，在元件貼裝過程中，當(dāng)元件高度設(shè)置得不正確時(shí)，在回流焊接階段，就很有可能產(chǎn)生“墓碑”現(xiàn)象。其它工藝因素在PCB印刷焊膏后，需要在傳送機(jī)上等待多長(zhǎng)時(shí)間？焊膏的制造廠家總是說焊膏可敞開放置達(dá)6個(gè)小時(shí)，然而，這只對(duì)大量焊膏才是真實(shí)的。一旦將焊膏印刷到焊盤上，其厚度僅為6mil，它有五個(gè)面暴露于大氣中，焊膏往往出現(xiàn)干涸。如果PCB要在生產(chǎn)線上再停留20或30分鐘的話，焊盤上的焊膏的外表會(huì)形成一層發(fā)干的表皮，從而其粘性會(huì)下降。因此，制造過程中需控制PCB在生產(chǎn)線上的傳送速率。如果生產(chǎn)周期小于1分鐘的話，那么最好在印刷機(jī)和貼

25、片機(jī)之間緩沖一定數(shù)量的PCB；但是，如果生產(chǎn)周期為2分鐘或3分鐘的話，待貼片的PCB的數(shù)量就必須少一點(diǎn)了。如果生產(chǎn)線停止操作一段時(shí)間的話，更應(yīng)特別謹(jǐn)慎。此時(shí)，焊膏已經(jīng)干涸，元件僅能放置在焊膏的頂部而不能夠完全插入到焊膏中。雖然，這個(gè)問題在工作臺(tái)運(yùn)行的機(jī)器上會(huì)被放大，但是，它同樣會(huì)造成其它類型的生產(chǎn)線出現(xiàn)丟失元件和質(zhì)量問題。工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)的控制現(xiàn)代轉(zhuǎn)塔式貼片機(jī)具有用戶控制X-Y工作臺(tái)運(yùn)行速度和加速度的功能。例如，F(xiàn)uji的CPSeries系列，可根據(jù)下述方式控制工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)。貼片機(jī)有五種工作臺(tái)速度方式可供用戶選用。工作臺(tái)速度方式的設(shè)置適用于不同類型的元器件，而且元件數(shù)據(jù)庫(kù)中已帶有相應(yīng)的缺省參數(shù)設(shè)置。用

26、戶可通過缺省值的設(shè)置，來簡(jiǎn)化參數(shù)實(shí)施。幾種設(shè)定的選項(xiàng)包括：超高速、高速、中速、低速和超低速。每個(gè)設(shè)置的參數(shù)可改變伺服系統(tǒng)的加速曲線、減速曲線以及工作臺(tái)的最大速度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)由于工作臺(tái)運(yùn)行而施加于元件的作用力加以控制。一個(gè)常有的錯(cuò)誤觀念是，降低工作臺(tái)速度將對(duì)貼片機(jī)的性能帶來不利的影響。而實(shí)際上，雖然，工作臺(tái)速度延長(zhǎng)了貼片機(jī)的工作周期，但較大的和重的元件已使用較慢的凸輪速度來實(shí)施拾取和移動(dòng)的操作。由于這個(gè)原因，當(dāng)工作臺(tái)速度以超高速或高速運(yùn)行時(shí)，可能意味著工作臺(tái)在轉(zhuǎn)塔式貼片頭攜帶元件到達(dá)規(guī)定的位置之前，工作臺(tái)早已就位。所以，放慢工作臺(tái)速度，使其與轉(zhuǎn)塔的速度基本接近在多數(shù)情況下，不會(huì)影響到PCB貼片的

27、工作周期。優(yōu)化程序的效果如何？貼片機(jī)的優(yōu)化程序有助于元件貼片質(zhì)量的改善。優(yōu)化程序的目的是設(shè)定送料器和貼裝順序，以確保設(shè)備盡可能有效地發(fā)揮其作用，提高貼片總產(chǎn)量。優(yōu)化程序還考慮了轉(zhuǎn)塔式貼片機(jī)的凸輪速度、吸嘴的選用、元件放置高度和工作臺(tái)速度方式。較大的元件使用較低的凸輪速度和工作臺(tái)速度，在編程時(shí)被安排在末尾進(jìn)行貼裝。優(yōu)化后的程序，實(shí)現(xiàn)了較后貼裝較大元件，逐漸降低工作臺(tái)速度，直到完成PCB的組裝。然后，工作臺(tái)以最低的編程速度運(yùn)行到卸載位置，PCB從此位置返回到傳送機(jī)，并送入下一道工序。為特種元件確定適用的工作臺(tái)方式有四個(gè)因素影響到元件在貼片后會(huì)出現(xiàn)誤差：元件質(zhì)量、元件高度、引線接觸焊料的面積以及焊料

28、的粘度。通過定義“元件系數(shù)”，可以確定貼裝各類元件的最適用的工作臺(tái)速度方式。元件系數(shù)等于質(zhì)量高度/端子焊盤面積（圖2）。不同的焊膏粘度，元件系數(shù)對(duì)應(yīng)的工作臺(tái)速度方式稍有不同（圖3）。不過，不同類型焊膏對(duì)應(yīng)的曲線還是極相似的。因此，使用粘度和元件系數(shù)可以確定每種元件的工作臺(tái)速度方式（圖4）。表1所列是測(cè)試的元件類型和匯編結(jié)果的例子。這些元件都是電子組裝業(yè)最常用的元件，占貼片元件總數(shù)的95%以上。結(jié)論平均來說，貼片在電路板上的元件大約有85%是無源元件。這些元件有0603（0201）、1005（0402）、1608（0603）、2125（0805）和3216（1206），它們包括電阻和電容。這些元

29、件的質(zhì)量極小，而接觸焊膏的面積卻很大，因此可連續(xù)采用超高速工作臺(tái)方式貼片這類元件。只要最基本的工藝控制到位的話，工作臺(tái)運(yùn)行不會(huì)影響到貼片精度。其余的15%貼片元件是有源元件，包括大型的鉭電容、D-PAK、玻璃二極管、SOIC、PLCC、QFP和電解類型的元件。多數(shù)元件是已使用多年的標(biāo)準(zhǔn)封裝，計(jì)算出的元件系數(shù)已被載入塔式貼片機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)元件數(shù)據(jù)庫(kù)中。大多數(shù)設(shè)備制造廠家都設(shè)有應(yīng)用工程部，以便幫助尋找特定問題的根源，并幫助建立和維持過程控制，排除這些問題。一種良好的制造工藝將會(huì)提高生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的產(chǎn)量和質(zhì)量。高效率的0201工藝特征ByDanialF.Baldwin,PaulN.Houston,BrianJ.

30、LewisandBrianA.Smith最近的研究找到了影響0201元件裝配工藝缺陷數(shù)量的變量.。雖然目前大多數(shù)公司還沒有達(dá)到0201這一工藝水平，但是本文所使用的研究方法和得到的研究結(jié)果值得我們學(xué)習(xí)和借鑒，以便更好地做好我們的1206、0805、0603、0402.在過去幾年中，消費(fèi)品電子工業(yè)已經(jīng)明顯地出現(xiàn)迅猛的增長(zhǎng)，這是因?yàn)樵絹碓蕉嗟娜伺鍘謾C(jī)、傳呼機(jī)和個(gè)人電子輔助用品。有趨勢(shì)顯示，每年所貼裝的無源元件的數(shù)量在迅速增加，而元件尺寸在穩(wěn)步地減小。將產(chǎn)品變得越來越小、越快和越便宜的需求，推動(dòng)著對(duì)提高小型化技術(shù)研究的永無止境的需求。大多數(shù)消費(fèi)品電子制造商正在將0201元件使用到其最新的設(shè)計(jì)中去，

31、在不久的將來，其它工業(yè)也將采取這一技術(shù)。因此，將超小型無源元件的裝配與工藝特征化是理所當(dāng)然的。我們需要研究來定義焊盤的設(shè)計(jì)和印刷、貼裝與回流工藝窗口，以滿足取得0201無源元件的較高第一次通過合格率和較高產(chǎn)出的需求。最近進(jìn)行了一個(gè)0201元件的高速裝配研究，對(duì)每一個(gè)工藝步驟進(jìn)行了調(diào)查研究。研究的目標(biāo)是要為高速的0201裝配開發(fā)一個(gè)初始的工藝特征，特別是工藝限制與變量。試驗(yàn)的準(zhǔn)備對(duì)應(yīng)于錫膏印刷、元件貼裝和回流焊接，進(jìn)行了三套主要的試驗(yàn)。為了理解每個(gè)工藝步驟最整個(gè)0201裝配工藝的影響，我們進(jìn)行檢查了每個(gè)工藝步驟。在工藝順序方面，只改變研究下的工藝步驟的變量，而其它工藝參數(shù)保持不變。我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)

32、試驗(yàn)載體(圖一)，提供如下數(shù)據(jù)：HYPERLINK/Images/0201c-1.jpgt_blank圖一、試驗(yàn)載體0201到0201的間距：焊盤邊沿到邊沿的距離按4,5,6,8,10和12mil(千分之一英寸)變化焊盤尺寸的影響，標(biāo)稱焊盤尺寸為12x13mil的矩形焊盤、中心到中心間距為22mil。標(biāo)稱焊盤變化為10%、20%和30%。元件方向，在單元A、B、C和D中，研究的元件方向?yàn)?和90。E和F單元研究45角度對(duì)0201工藝的影響。單元1至6研究0201與其它無源元件包括0402、0603、0805和1206之間的相互影響。這些分塊用來決定0201元件對(duì)其它較大的無源元件的大致影響，它

33、可影響印刷、貼裝和回流焊接(散熱)。這里，焊盤對(duì)焊盤間距為本4、5、6、8、10和12mil。另外，0201焊盤尺寸在這六個(gè)單元上變化。測(cè)試載體含有6,552個(gè)0201、420個(gè)0402、252個(gè)0603、252個(gè)0805、252個(gè)1206，總共7,728個(gè)無源元件?；迨菢?biāo)準(zhǔn)的FR-4環(huán)氧樹脂板，厚度1.57mm。跡線的金屬噴鍍由銅、無電解鎳和浸金所組成。所有測(cè)試板使用相同的裝配設(shè)備裝配：一部模板印刷機(jī)、一部高速元件貼裝機(jī)、和一臺(tái)七溫區(qū)對(duì)流回流焊接爐。模板印刷試驗(yàn)為了表現(xiàn)對(duì)0201無源元件印刷的特征，我們使用了一個(gè)試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法(DOE,designforexperiment)，試驗(yàn)了印刷工藝

34、的幾個(gè)變量：錫膏的目數(shù)、刮刀的類型、模板的分開速度、和印刷之間模板上錫膏滯留時(shí)間。這個(gè)DOE是設(shè)計(jì)用來決定是否這些因素會(huì)影響0201裝配的印刷工藝。度量標(biāo)準(zhǔn)是印刷缺陷的數(shù)量和錫膏厚度的測(cè)量。結(jié)果是基于95%的可信度區(qū)間，從統(tǒng)計(jì)分析上決定重要因素。印刷缺陷定義為在印刷后沒有任何錫膏的空焊盤以及錫橋。對(duì)于這個(gè)印刷試驗(yàn)，模板厚度為125微米，100%的開孔率，商業(yè)使用的免洗錫膏。印刷機(jī)的設(shè)定是基于錫膏制造商的推薦值，在推薦范圍的中間。模板印刷的試驗(yàn)結(jié)果表一列出只檢查印刷影響的試驗(yàn)。使用了三個(gè)度量標(biāo)準(zhǔn)來評(píng)估每個(gè)試驗(yàn)條件。第一個(gè)度量標(biāo)準(zhǔn)是平均錫膏印刷高度。使用一部激光輪廓測(cè)定儀從四個(gè)象限測(cè)量16個(gè)數(shù)據(jù)。

35、表一、第一個(gè)模板印刷試驗(yàn)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)編號(hào)錫膏類型刮刀類型錫膏滯留時(shí)間(分鐘)分開速度(cm/s)1III金屬0.50.052III金屬100.133III聚合物0.50.054III聚合物100.135IV金屬100.056IV金屬0.50.137IV聚合物0.50.058IV聚合物100.13錫膏厚度的標(biāo)準(zhǔn)偏差用作第二個(gè)度量標(biāo)準(zhǔn)。圖二顯示來自八個(gè)試驗(yàn)的平均高度和高度標(biāo)準(zhǔn)偏差。HYPERLINK/Images/0201c-1.jpgt_blank圖二、從第一次模板印刷試驗(yàn)得到的印刷高度結(jié)果第三個(gè)度量標(biāo)準(zhǔn)是缺陷總數(shù)。用光學(xué)檢查單元1-6和A-D的選擇部分，記錄缺陷數(shù)量。含有錫橋的焊盤和沒有錫膏

36、的焊盤被認(rèn)為是缺陷(圖三)。HYPERLINK/Images/0201c-1.jpgt_blank圖三、從第一次模板印刷試驗(yàn)得到的缺陷結(jié)果基于這些度量標(biāo)準(zhǔn)和使用95%的可信度區(qū)間，在統(tǒng)計(jì)分析上唯一的重要的主要影響是刮刀類型。錫膏類型、分離速度和錫膏滯留時(shí)間有低于85%的可信度區(qū)間。分離速度與擦拭頻率試驗(yàn)進(jìn)行第二個(gè)更小的試驗(yàn)是要檢查分離速度和擦拭頻率的影響。調(diào)查模板擦拭頻率，是由于它影響產(chǎn)量。因?yàn)槟０宀潦么蟠笤黾幽０逵∷C(jī)的周期時(shí)間，所以在生產(chǎn)中應(yīng)該避免或減少這個(gè)步驟。進(jìn)行這個(gè)試驗(yàn)是要決定是否對(duì)于0201裝配必須做模板擦拭，以獲得良好的印刷。另外還希望確定是否分離速度是一個(gè)重要因素，所以將它包括

37、在本試驗(yàn)中。使用0.05和0.13cm/sec的分離速度。對(duì)這兩次運(yùn)行，使用了IV類型的錫膏和金屬刮刀，沒有滯留時(shí)間。表二中列出試驗(yàn)9和10的結(jié)果。這些結(jié)果與試驗(yàn)5和6(來自表一)比較，也是使用了IV型錫膏和金屬刮刀。基于這些結(jié)果，模板擦拭頻率是這個(gè)試驗(yàn)的唯一主要影響。表二、第二次模板印刷試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)編號(hào)分離速度(cm/s)擦拭頻率平均(mil)標(biāo)準(zhǔn)偏差缺陷數(shù)50.05每次印刷149.9713.451560.13每次印刷149.3620.204390.05無145.7715.41236100.13無136.4515.19238貼裝試驗(yàn)做一個(gè)試驗(yàn)來確定是否基準(zhǔn)點(diǎn)形狀或基準(zhǔn)點(diǎn)定義方法對(duì)元件貼裝有影

38、響?；鶞?zhǔn)點(diǎn)形狀使用了圓形和十字形基準(zhǔn)點(diǎn)，而基準(zhǔn)點(diǎn)清晰度方面使用了阻焊與金屬界定的基準(zhǔn)點(diǎn)。這些試驗(yàn)的度量是使用視覺元件檢查。用來評(píng)估每個(gè)試驗(yàn)條件的標(biāo)準(zhǔn)是0201元件的貼裝精度。元件貼裝在板上的四個(gè)象限內(nèi)(象限4、19、25和40)。這些象限是橫穿電路板的，象限4和25使用+30%的焊盤尺寸(17x19mil)，而象限19和40使用標(biāo)稱焊盤尺寸(12x13mil)。元件貼裝在水平與垂直兩個(gè)方向。四百八十個(gè)0201元件貼裝在每塊板上，每個(gè)試驗(yàn)總共1920個(gè)元件。元件焊盤邊沿到邊沿的間隔范圍從5-12mil。在貼裝試驗(yàn)中。最好的貼裝發(fā)現(xiàn)在象限4，逐漸地在板上向左偏移，很可能是由于在很大的試驗(yàn)載體上伸展

39、的緣故。因此，貼裝的最大偏移發(fā)生在象限40。當(dāng)使用金屬界定的十字型基準(zhǔn)點(diǎn)時(shí)發(fā)生最壞的偏移，在象限40的元件幾乎跨接焊盤。同時(shí)也注意到對(duì)于金屬界定的圓形基準(zhǔn)點(diǎn)比無任哪一種阻焊界定的基準(zhǔn)點(diǎn)的偏移更大。表三顯示對(duì)于象限40的四個(gè)試驗(yàn)的平均的X和Y的偏移?；谶@些結(jié)果，阻焊界定的基準(zhǔn)點(diǎn)提供比金屬界定的基準(zhǔn)點(diǎn)更好的板上貼裝精度?；鶞?zhǔn)點(diǎn)的形狀對(duì)元件的貼裝精度沒有大的影響。表三、對(duì)象限40的貼裝試驗(yàn)的平均試驗(yàn)偏差基準(zhǔn)點(diǎn)圖案平均X偏差(微米)平均Y偏差(微米)阻焊界定的圓223金屬界定的十字1122金屬界定的圓539阻焊界定的十字154回流焊接試驗(yàn)為了確定是否某些變量對(duì)0201回流焊接有影響，我們進(jìn)行了另一個(gè)

40、試驗(yàn)。研究的變量是保溫時(shí)間、保溫溫度、液相線以上的時(shí)間和峰值溫度。這些參數(shù)在一個(gè)要求九次不同反復(fù)的DOE中設(shè)定(表四)。所有變量都在錫膏供應(yīng)商所提供的錫膏規(guī)格范圍內(nèi)。表四、回流試驗(yàn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)編號(hào)保溫時(shí)間(秒)保溫溫度(C)液相以上時(shí)間(秒)峰值溫度(C)145-50125-13555-65217-219255-60165-17555-65211-214345-50145-15545-50211-214425-35165-17545-50217-219525-35145-15555-65222-225625-35125-13535-40211-214745-50165-17535-40222-22

41、5855-60125-13545-50222-225955-60145-15535-40217-219對(duì)這個(gè)試驗(yàn)，印刷和貼裝工藝保持不變，而對(duì)回流溫度曲線作改變。使用的印刷工藝與印刷試驗(yàn)中使用的相同，是本研究中找到的較好的變量。使用的貼裝參數(shù)是與在貼裝期間使用阻焊界定的圓形基準(zhǔn)點(diǎn)相同的。使用了對(duì)錫橋和直立的視覺和X射線檢查標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于統(tǒng)計(jì)上認(rèn)為重要的因素要求95%或更高的可信度區(qū)間。回流焊接試驗(yàn)結(jié)果對(duì)于在表五中所列出的每一個(gè)試驗(yàn)，重復(fù)做三次，每次重復(fù)總共564個(gè)元件，或者每個(gè)試驗(yàn)1692個(gè)元件。在每一塊測(cè)試板上，貼裝了396個(gè)0201無源元件。這些元件貼裝在15x17mil和12x13mil的焊

42、盤上，以6mil和10mil的焊盤邊沿對(duì)邊沿的距離排列。除了0201元件之外，168個(gè)0402、0603、0805和1206也貼裝，以決定一個(gè)產(chǎn)生可接受的0201元件的工藝會(huì)怎樣影響較大的無源元件。使用了三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)來評(píng)估每個(gè)試驗(yàn)條件：焊點(diǎn)質(zhì)量、元件豎立和錫橋。所有的試驗(yàn)條件都產(chǎn)生良好的焊接點(diǎn)，完全以細(xì)粒度濕潤(rùn)。我們也檢查了回流焊接的元件中缺陷的數(shù)量。確定的缺陷是錫橋和元件豎立。錫橋在兩個(gè)相鄰的焊接點(diǎn)連接到一起的時(shí)候發(fā)生，將元件短接在一起。這個(gè)缺陷很可能在以非常密的焊盤對(duì)焊盤間距貼裝的元件上發(fā)生。當(dāng)一個(gè)元件脫離一個(gè)焊盤而立起的時(shí)候發(fā)生元件豎立(tombstoning)。元件豎立一般是由元件不均衡的

43、濕潤(rùn)所造成的，或者當(dāng)元件放在一個(gè)表面積大得多的焊盤上的時(shí)候。所有這些缺陷都在0201元件上找到?？墒?，沒有一個(gè)較大的元件出現(xiàn)元件豎立或錫橋，這顯示使用的裝配工藝對(duì)較大的元件并不是不利的。圖四、錫橋與元件豎立的X射線圖象圖四顯示顯示一個(gè)X射線圖象，它包含錫橋和元件豎立。錫橋、元件豎立的數(shù)量和總的缺陷在表五中顯示。圖五描述每個(gè)試驗(yàn)發(fā)生的缺陷數(shù)量。表五、回流焊接試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)編號(hào)貼裝0201總數(shù)錫橋豎立總?cè)毕萑毕萋?%)其它元件缺陷缺陷率(DPM)11,188615211.77017,67721,1881010.08084231,1880000.000041,1880000.000051,188022

44、0.1701,68461,188611171.43014,31071,1880000.000081,1884370.5905,89291,1880000.0000圖五、回流焊接試驗(yàn)結(jié)果基于這些度量標(biāo)準(zhǔn)和使用95%的可信度區(qū)間，唯一在統(tǒng)計(jì)上重要的主要影響是保溫溫度，它具有大于97%的可信度區(qū)間。保溫時(shí)間、液相線以上的時(shí)間和峰值溫度具有的可信度區(qū)間小于40%，因此被認(rèn)為是隨機(jī)誘發(fā)的影響。保溫溫度的主要作用是在低保溫溫度和其它水平之間，因?yàn)樵谥械扰c高保溫溫度的結(jié)果之間存在的差別很小。結(jié)論從第一次模板印刷試驗(yàn)的數(shù)據(jù)顯示，只有刮刀類型對(duì)錫膏高度和缺陷數(shù)量具有統(tǒng)計(jì)意義上的重要影響。如錫膏高度數(shù)據(jù)所顯示的，

45、在第III和IV類錫膏之間就錫膏數(shù)量而言存在很少甚至沒有差別。雖然存在很少差別，我們選擇了第IV類錫膏作進(jìn)一步研究，因?yàn)樵谘芯康倪@個(gè)階段只檢測(cè)大的模板開孔。第二次印刷試驗(yàn)證實(shí)分離速度對(duì)錫膏高度和缺陷沒有統(tǒng)計(jì)意義上的影響，但是擦拭頻率有。錫膏缺陷的數(shù)量在這兩次試驗(yàn)中比在用每一次印刷都擦拭模板的類似試驗(yàn)中要多得多。從貼裝試驗(yàn)的數(shù)據(jù)顯示，只有用于定義基準(zhǔn)點(diǎn)的方法對(duì)貼裝精度有重要影響。阻焊界定的基準(zhǔn)點(diǎn)-不管圓形還是十字形-都比金屬界定的基準(zhǔn)點(diǎn)達(dá)到更高的貼裝精度。從回流焊接試驗(yàn)的數(shù)據(jù)顯示，只有保溫溫度對(duì)焊接點(diǎn)品質(zhì)和缺陷數(shù)量有重要影響。如缺陷數(shù)據(jù)所顯示，在不同保溫時(shí)間、液相線以上時(shí)間或峰值溫度之間存在很少

46、或沒有差別。當(dāng)使用低的保溫溫度時(shí)，缺陷數(shù)量大大增加。本研究檢驗(yàn)了某些變量對(duì)0201無源元件工藝的影響。研究發(fā)現(xiàn)諸如刮刀類型、模板擦拭頻率和保溫溫度這些變量影響工藝缺陷的數(shù)量。還有，諸如錫膏滯留時(shí)間、液相線以上時(shí)間和峰值溫度等變量對(duì)工藝缺陷數(shù)量有很小到?jīng)]有影響。監(jiān)測(cè)表面貼裝元件的貼裝ByEdwardKamen,AlexGoldsteinandErinSahinci本文介紹：“要達(dá)到所希望的效率與可靠性很大程度上取決于元件貼裝工藝過程?！痹赑CB上增加電路密度的愿望繼續(xù)是表面貼裝裝配線技術(shù)發(fā)展水平進(jìn)步的主要推動(dòng)力之一。這個(gè)進(jìn)步包括0201片狀包裝、密間距QFP、高輸入/輸出BGA、CSP和倒裝芯片

47、(flipchip)的使用。這些元件的使用給裝配工藝過程提出了很嚴(yán)厲的要求。特別是，要達(dá)到所希望的效率與可靠性很大程度上取決于元件貼裝工藝過程。越來越多的表面貼裝線正在使用自動(dòng)的、在線式、貼裝后的檢查工具，來監(jiān)測(cè)貼裝過程的狀態(tài)。貼裝后的檢查可以發(fā)現(xiàn)諸如元件丟失、極性交換和元件位置超出所規(guī)定誤差等缺陷。除了查找缺陷之外，貼裝后的檢查工具也可以檢查影響精度、質(zhì)量和裝配過程效率的工藝更改情況。如果可以通過監(jiān)測(cè)元件貼裝精度來發(fā)現(xiàn)和確認(rèn)更改工藝情況，那么馬上可以采取改正行動(dòng)，以使其對(duì)效率的影響最小。這個(gè)能力要求分析測(cè)量數(shù)據(jù)的診斷工具的應(yīng)用，診斷的使用要求對(duì)貼裝過程中錯(cuò)誤的可能根源的全面了解。模板印刷工藝

48、貼裝錯(cuò)誤的一個(gè)可能根源是模板印刷過程。特別是，錫膏塊的高度、面積或體積可能影響貼裝精度，由于貼裝期間引腳落到錫膏里面時(shí)的元件橫向運(yùn)動(dòng)。為了檢驗(yàn)這個(gè)推測(cè)，通過位于喬治亞工學(xué)院(GeorgiaTech,Atlanta,GA)電路板裝配研究中心(CBAR,CenterforBoardAssemblyResearch,Sidebar)的表面貼裝/倒裝芯片裝配線，處理了大量的板。在運(yùn)行期間，改變模板印刷機(jī)的刮板壓力、印刷速度、脫離(snap-off)間隔和脫離速度以得到錫膏塊的高度、面積和體積的一個(gè)范圍值。使用商業(yè)上可購(gòu)買到的檢查工具，我們測(cè)量了印刷后錫膏塊的高度、面積和體積，以及貼裝后元件的X和Y的偏

49、差。圖一和圖二顯示了X和Y偏差圖，它們是0402元件和0.4mm間距的LQFP元件的錫膏塊高度、面積與體積的函數(shù)。如果在偏移與錫膏參數(shù)之間存在很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)，圖一與圖二中的圖表將揭示這個(gè)關(guān)系。但是，從圖表上看到，該圖由一簇簇的點(diǎn)所組成，沒有顯示明顯的關(guān)系。對(duì)于0402元件，圖形顯示X與Y的偏移隨著高度的增加而有些分散，但是數(shù)值的分散是由于較大高度值的數(shù)據(jù)點(diǎn)占多數(shù)。從測(cè)得的數(shù)據(jù)計(jì)算的互相關(guān)值很低，進(jìn)一步證實(shí)了貼裝精度與錫膏塊高度、面積和體積之間沒有重要的關(guān)系。在雙面膠帶上貼裝該試驗(yàn)沒有包括由于錫膏塊與焊盤位置之間的偏離或由于奇形怪狀的或非矩形的錫膏塊所造成的對(duì)貼裝精度的可能影響。為了消除涉及錫膏塊的

50、任何因素，我們作了另一個(gè)試驗(yàn)，印刷之后用雙面膠帶覆蓋一半的板面?；鶞?zhǔn)點(diǎn)(fiducial)留下沒有覆蓋。然后元件貼裝在膠帶上，這樣錫膏就不會(huì)影響貼裝精度。將膠帶貼在印有錫膏的板上對(duì)我們貼裝后的檢查工具的適當(dāng)運(yùn)作是必須的。板的另一半是以正常的方式處理的，元件貼裝在錫膏內(nèi)。試樣結(jié)果在圖三和圖四中提供，其顯示出X偏移的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差，是對(duì)正常板和雙面膠帶板的元件類型的一個(gè)函數(shù)。注意，標(biāo)準(zhǔn)偏差對(duì)于雙面膠的板較小，除兩個(gè)元件之外，X偏移的平均值對(duì)雙面膠的板較小。這些結(jié)果顯示，將元件貼放在錫膏內(nèi)對(duì)貼裝精度有一些影響，但是從圖三和圖四中的圖形看到，該影響是很小的。因此，該結(jié)果與第一個(gè)試驗(yàn)是一致的。模板印刷

51、工藝對(duì)貼裝精度沒有重要影響。這個(gè)說法不是意味著模板印刷工藝的品質(zhì)對(duì)結(jié)果沒有影響，特別是，印刷后錫膏塊的量是決定回流后焊接點(diǎn)品質(zhì)的主要因素。其它錯(cuò)誤根源貼裝錯(cuò)誤可能是由于貼裝設(shè)備的問題，包括：元件吸取、元件到正確位置的移動(dòng)、和元件貼裝。在元件吸取中，送料器(feeder)的設(shè)定錯(cuò)誤可能造成位置偏移，將影響到貼裝精度。雖然貼裝機(jī)器可能使用視覺系統(tǒng)來檢查吸取后的元件位置，但錯(cuò)誤還可能由于成像系統(tǒng)的有限解析度或成像過程中的缺陷而發(fā)生。元件到正確位置的移動(dòng)要求機(jī)器正確地校準(zhǔn)，并且拱架系統(tǒng)(gantrysystem)不產(chǎn)生偏移錯(cuò)誤。元件的正確定位也要求貼裝吸嘴(nozzle)的正常運(yùn)作。元件吸取、移動(dòng)或貼

52、裝的問題可以通過分析元件偏移錯(cuò)誤來檢查。貼裝錯(cuò)誤分析三個(gè)參數(shù)在分析貼裝偏移錯(cuò)誤中是有益的：一塊板上一系列元件的偏移平均值一塊板上一系列元件偏移的標(biāo)準(zhǔn)偏差一塊板上一系列元件中偏移超出界限的次數(shù)一個(gè)相對(duì)大的平均值表示諸如失去校準(zhǔn)的工藝過程中存在一個(gè)偏差。標(biāo)準(zhǔn)偏差提供貼裝精度可變化程度的一個(gè)測(cè)量參數(shù)。超出某界限的偏移數(shù)量提供有關(guān)偏移值分布“拖尾”的信息。在貼裝過程中一個(gè)問題的存在可以隨著板在生產(chǎn)線上的移動(dòng)，通過分析這些參數(shù)來發(fā)覺。另外，一個(gè)問題的根源可以通過分析板上特定元件組合的這些參數(shù)來確認(rèn)。例如，一個(gè)送料器的問題可以通過計(jì)算和分析來自不同送料器位置的元件組合的這些參數(shù)來發(fā)覺。一個(gè)貼裝吸嘴的問題可

53、以通過計(jì)算和分析由不同吸嘴貼裝的元件組合的這些參數(shù)來發(fā)覺。這些參數(shù)作為吸嘴標(biāo)號(hào)的函數(shù)，對(duì)其計(jì)算可以結(jié)合吸嘴貼裝真空壓力，以提高對(duì)問題的覺察。吸嘴故障發(fā)覺對(duì)于第二次試驗(yàn)中的板，我們計(jì)算了對(duì)用不同吸嘴貼放的、元件組合的、X偏移值的標(biāo)準(zhǔn)偏差。圖五繪出了X偏移的標(biāo)準(zhǔn)偏差圖，X偏移作為對(duì)一塊板的吸嘴編號(hào)函數(shù)。從圖中看到，在10號(hào)吸嘴上發(fā)生一個(gè)顯著的峰值，并在12號(hào)吸嘴上發(fā)生一個(gè)較小的峰值。10號(hào)吸嘴的峰值是在試驗(yàn)中一些其它板凳作圖上觀察到的。為了證實(shí)10號(hào)吸嘴上存在的一個(gè)問題，我們繪出了吸嘴貼裝真空壓力圖，它具有負(fù)值，是吸嘴編號(hào)的函數(shù)(圖六)。注意，10號(hào)吸嘴上的真空具有最小的負(fù)值。這個(gè)值與通過10號(hào)吸

54、嘴貼裝元件的偏移的標(biāo)準(zhǔn)偏差增加是一致的。因?yàn)橘N裝真空壓力較小，我們可預(yù)料偏移可變性的增加。結(jié)合圖五與圖六的信息，我們得到10號(hào)吸嘴不是最佳運(yùn)作的結(jié)論。這個(gè)問題是使用錯(cuò)誤的吸嘴吸取圓柱形的0805元件所導(dǎo)致的故意的錯(cuò)誤結(jié)果。使用的吸嘴是設(shè)計(jì)用于矩形形狀的元件，因此，由于不配合形狀而發(fā)生很小的真空泄漏。吸嘴不匹配的影響和在實(shí)際中發(fā)生的吸嘴部分阻塞的影響是類似的。因此，對(duì)偏移錯(cuò)誤和貼裝真空壓力的監(jiān)測(cè)與分析，應(yīng)該可以找出吸嘴的問題。穩(wěn)健的檢查在上面所談到的監(jiān)測(cè)參數(shù)的過程中，一個(gè)關(guān)鍵問題是，基于這些參數(shù)的值，決定是否工藝過程正發(fā)生變化而需要調(diào)整。如果參數(shù)的繪圖是在每個(gè)板的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，并且顯示在工廠車間

55、內(nèi)，那么一個(gè)有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)備操作員可能能夠通過觀察顯示的信息正確地決定一個(gè)問題。可是，查找一個(gè)問題存在與發(fā)展的一個(gè)自動(dòng)過程將是更有效的?，F(xiàn)存的技術(shù)，如統(tǒng)計(jì)過程控制(SPC,statisticalprocesscontrol)，可應(yīng)用于參數(shù)值的收集，產(chǎn)生對(duì)問題存在性的“有/沒有”之類的決定。可是這種技術(shù)可能還不足夠穩(wěn)健，對(duì)具有高度自然變化性的工藝過程，如電子裝配，產(chǎn)生正確的決定。近年來，人們作出許多努力來開發(fā)基于來自人工智能(AI,artificialintelligence)和Bayesian概率理論的概念上的“軟決策(soft-decision)”方法。在軟決策方法中，計(jì)算一個(gè)問題或缺陷存在的概

56、率(probability)或似然性(plausibility)，而不是有/沒有類型的決定。一個(gè)軟決策方法可以提供在很嘈雜的環(huán)境中得到正確結(jié)論的更穩(wěn)健性。在喬治亞工學(xué)院的研究已經(jīng)集中在用于電子制造的缺陷查找的軟決策方法的開發(fā)上。GEM界面的使用在喬治亞工學(xué)院的裝配線上的設(shè)備是通過一個(gè)GEM(genericequipmentmodel)界面連接與一部主機(jī)上。使用一個(gè)商業(yè)的基于GEM的軟件包來收集裝配線運(yùn)行期間的數(shù)據(jù)。該軟件包大大地簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)收集，并為可能的數(shù)據(jù)處理寫出簡(jiǎn)單的應(yīng)用模塊。作為處理系統(tǒng)構(gòu)架的一部分，我們寫出了一個(gè)應(yīng)用程序，使得每一個(gè)板可看作一個(gè)隨其在裝配線上移動(dòng)積累數(shù)據(jù)的物體。使用這個(gè)

57、設(shè)定，來自裝配線上不同設(shè)備項(xiàng)目的數(shù)據(jù)，可以比較或關(guān)聯(lián)，以得出有關(guān)裝配線狀態(tài)的結(jié)果。結(jié)論對(duì)更高的PCB電路密度的持續(xù)的推動(dòng)，給裝配過程控制提出了甚至更加嚴(yán)厲的要求。即使有新一代設(shè)備改進(jìn)的性能，裝配線狀態(tài)總是需要監(jiān)測(cè)的，部分是由于操作設(shè)備的人為錯(cuò)誤。這個(gè)監(jiān)測(cè)將顯示是否需要調(diào)整來維持品質(zhì)。一個(gè)主要的挑戰(zhàn)是開發(fā)一個(gè)自動(dòng)的方案，來處理大量的測(cè)量數(shù)據(jù)，以產(chǎn)生對(duì)運(yùn)行狀態(tài)的正確決定-在一個(gè)嘈雜的環(huán)境里穩(wěn)健地實(shí)施。本文所提及的參數(shù)的自動(dòng)處理可對(duì)生產(chǎn)線運(yùn)作提供一個(gè)有用的工具。在高密度PCB環(huán)境中的功能測(cè)試ByBobStasonis本文介紹，認(rèn)真的設(shè)計(jì)、計(jì)劃好的測(cè)試策略和適當(dāng)?shù)墓ぞ邔⑻峁┛尚刨嚨墓δ軠y(cè)試結(jié)果。功能測(cè)

58、試(functionaltest)在最終測(cè)試與過程中測(cè)試的使用量正在增加。對(duì)于驗(yàn)證整體功能、校準(zhǔn)信息、ISO9000程序數(shù)據(jù)和諸如醫(yī)療設(shè)備等高危險(xiǎn)性應(yīng)用的資格認(rèn)證，功能測(cè)試現(xiàn)在是必要的。實(shí)施策略正受諸多因素的推動(dòng)，如預(yù)算限制、產(chǎn)出問題和被測(cè)部件(UUT,unitundertest)的設(shè)計(jì)。在這些因素中，被測(cè)部件(UUT)的設(shè)計(jì)對(duì)于可以測(cè)試什么有最大的影響。預(yù)算與產(chǎn)出限制什么將要完成。為了提供最大可能的缺陷覆蓋，元件選擇與印刷電路板(PCB)的布局必須在設(shè)計(jì)階段審慎考慮?？墒?，到達(dá)市場(chǎng)的時(shí)間(time-to-market)和開發(fā)的緊張步伐經(jīng)常會(huì)阻礙最佳的意圖?？赡?，測(cè)試工程不得不要作的一些讓步可

59、能影響未來的設(shè)計(jì)，使得測(cè)試更容易和改善缺陷覆蓋。下面是一些測(cè)試工程師可能必須面對(duì)的一些建議。如果使用的話，每個(gè)建議都應(yīng)該評(píng)估和使用。被測(cè)部件(UUT)測(cè)試要求在看設(shè)計(jì)和工藝之前，應(yīng)該認(rèn)真檢查UUT，不只是PCB或最終裝配本身。有關(guān)UUT的一些要問的問題包括：產(chǎn)品類型構(gòu)造(單個(gè)PCB、PCB的組合板或最終產(chǎn)品)測(cè)試規(guī)格計(jì)劃的測(cè)試點(diǎn)預(yù)計(jì)數(shù)量(每條生產(chǎn)線/每天/每班，等)預(yù)計(jì)缺陷譜很明顯，列表中省去了預(yù)算這個(gè)詞。但是UUT的測(cè)試成本在得到完全理解之前是不可能決定的。在UUT的測(cè)試要求知道之前不應(yīng)該開始籌措資金的談判。只有那時(shí)才可以作出必要的妥協(xié)，來將工作完成。高密度問題在表面上，元件密度似乎不是功能

60、測(cè)試的一個(gè)問題。畢竟，主要的關(guān)注基本上是“有東西進(jìn)去，有東西出來”。雖然無可否認(rèn)地過于簡(jiǎn)單化，但這種情況經(jīng)常發(fā)生。定義好的激發(fā)信號(hào)作用到UUT的輸入，一套特定的數(shù)據(jù)應(yīng)該從UUT輸出。對(duì)I/O連接器的訪問應(yīng)該是唯一的訪問問題。HYPERLINK/Images/FT-in-HD1.jpgt_blank圖一、典型的高密度PCB但是元件密度將是一個(gè)因素?？紤]到圖一中的樣品PCB，這些問題必須首先回答：校準(zhǔn)訪問有必要嗎？小至元件的診斷是關(guān)鍵嗎？有通過人工或機(jī)器方法完成的探測(cè)嗎？要使用自動(dòng)處理器嗎？I/O連接器是不是容易探測(cè)或連接？校準(zhǔn)功能測(cè)試經(jīng)常用來校準(zhǔn)模擬電路。這個(gè)程序可能涉及探測(cè)UUT的內(nèi)部，以確認(rèn)