客戶評核SMT製程時最重要的程序及環節是什麼?

錫膏

工作熊之前曾撰文討論如何使用TQRDCE這六項標準來評估或考核一家SMT代工廠,看看這家SMT代工廠夠不夠資格生產符合品質的組裝電路板。只是如果完全依照這份表格,會有很多項目需要檢查與評核,而且很多考核項目老實說不是我們自己就能決定的。

但如果純就技術角度與品質觀點來看,其實我們只要在SMT整個製程當中挑出幾個最重要的環節來檢查,大致就可以看出一家SMT工廠有沒有能力生產符合我們要求的板子了。

下面工作熊試著列舉一些自己認為SMT生產管控中相對比較重要的項目給大家參考:

這其中又以錫膏印刷的品質管控最為重要,因為如果連錫膏都印不好,後面的貼片再精準、回焊的爐溫調得再好都沒有用了。







那如果工作熊現在偷偷告訴你以上講的都是屁話?是不是已經有人開始在嘀咕說我「怎麼可以騙人」,其實以上說的也不全是騙人的話啦,就是講得比較好聽的官話。事實是因為就現今SMT的整體製程能力來評估,以錫膏印刷的能力最差,因為錫膏印多印少或印偏移都關係著後面銲錫的品質,所以才最需要被特別管控。其他的貼片機的精準度早就超過該有的水準,所以沒什麼好說的,除非一開始就沒有把X-Y位置的程式寫好,回焊爐的溫度曲線也早就已經定下來了,只要懂得融錫溫度與夠多的熱量可能帶給材料的傷害,其他的也沒有什麼需要再特別調整的了。

    那要如何評估並確保錫膏印刷品質的一致性呢?
    「錫膏印刷」基本上可以分成兩個重點:

一、錫膏品質管控的能力

錫膏管控03錫膏管控02錫膏的良莠除了品牌之外,再來就是保鮮度了,錫膏的品牌建議還是採用有信譽的公司會比較保險。至於錫膏的保鮮度,得檢查錫膏從退冰、開罐、攪拌後的時間追蹤,每家公司一定都會有內規,規定錫膏暴露於空氣中多少時間內要用完,以避免錫膏過度氧化,造成後續回焊時吃錫不良,另外塗抹於鋼板上的錫膏管控才是重點,只要這點管控得好,其他應該大致上沒什麼問題。

錫膏管控01所以檢查錫膏壽命的重點就是看中午或晚餐吃飯時間,這些已經塗抹在鋼板上的錫膏會如何處理?還有停線時錫膏如何計時?換線換鋼板時,已經塗抹在原來鋼板上的錫膏如何管控?

還有一個項目得細問,工廠SMT如果不是24小時輪班,從停工到開線,那第一批錫膏是如何退冰回溫處理呢?因為不太可能讓整個SMT停線等錫膏回溫才開線,一般錫膏回溫會規定4個小時以上,如果是的話,這意謂者產線會有4個小時沒有產出,所以是會安排有員工提早4個時來上班將錫膏回溫,還是前一天就讓它回溫了,如果是提前一天以上回溫就會有錫膏活性降低的問題發生,一般來說錫膏如果回溫超過12個小時以上就要報廢。

至於為何錫膏要低溫冷藏?這是為了要保持錫膏的活性;為何使用前須回溫?是為了讓錫膏與室溫一致,不至於產生水珠凝結於錫膏上並於高溫回焊時產生濺射的情形。

二、錫膏印刷的能力

SMT錫膏印刷至於錫膏印刷能力的考核,可以要求取PCB上有細間距(0.4mm或0.5mm)BGA的板子來做錫膏印刷的測試,讓同一片PCB通過多次(5~10次為宜,如果可以作到25次當然最後,但太花時間了)的反覆錫膏印刷,每一次印刷後都要在顯微鏡下觀察其印刷的結果(建議拍照四個角落存檔),檢查有無連錫現象或是印刷有無偏移超過焊墊/焊盤1/3顆錫球來判斷其印刷能力。

相關閱讀:如何將錫膏印刷於電路板(solder paste printing)

如果產線有SPI(Solder Paste Inspector,錫膏檢查機),建議要量測錫膏印刷量(體積),然後計算變異數,算Cpk的意義應該不大,因為公差難以定義。

另外,鋼板的擦拭與清洗也是影響錫膏印刷好壞的因素之一,因為錫膏印刷久了會有滲錫(錫膏沾到鋼板背面)的問題,這是造成連錫的一大兇手,所以每隔一段時間(印刷幾次PCB)要用無塵布擦拭一次鋼板就便成了重點,還有鋼板印刷多少次要用超音波清洗一次可以避免孔洞賭塞的問題。

以上是SMT製程考核檢查的重點。當然,真正錫膏印刷工藝該注意事項可不只這樣而已,否則怎麼會需要麼多的SMT工程師呢!以下稍微整理一些SMT作業時該注意的事項,刮人家的鬍子前得先刮好自己的鬍子:

1. 錫膏的因素(Solder paste)

錫膏主要成分為錫粉(金屬合金顆粒,有Sn、Ag、Cu、Bi)與助焊劑,大概各佔50%的體積比,其他還有流變性調節劑、粘度控制劑、溶劑…等。依據自己產品的特性選擇一支適當的錫膏是必須的;另外,錫粉有分不同大小,號碼越大的顆粒越小,一般SMT貼焊時採用3號的錫粉,而細間距或小型焊墊的貼和採用4號錫粉。

相關閱讀:介紹認識【錫膏(solder paste)】的基本知識如何挑選錫膏 (Solder paste selection)

2. 鋼網/鋼板的因素(Stencil)

錫膏印刷的鋼板材料通常使用鋼材,比較不會坍塌,張力也較強,其開孔(Aperture)的刻製常見化學腐蝕(etching)和鐳射切割(laser)兩種方法,另外還有電鑄法。每種方法的費用也都不一樣,對於有細間距密腳IC的產品,建議使用鐳射切割的鋼網,因為鐳射切割的孔壁較直 ,錫膏脫模後成型會較為整齊。電鑄鋼板雖然較好,但效果有限,而且費用也不便宜。

鋼網的厚度與開孔的尺寸大小對錫膏的印刷以及後續的回流焊接品質有著很大的影響,原則上錫膏印刷最主要的管控點是錫量(volume),也就是要計算錫膏體積的大小是否符合最終的焊錫需要量。原則上SMD零件越小,鋼板的厚度就必須越薄,因為所需要的錫膏量要越少,但是請記住錫膏的厚度越薄,錫量就越難以控制,一般正常的鋼板厚度為0.12~0.15mm,如果有細間距的零件(0201以下)就要使用0.10mm以下的鋼板厚度。

3. 絲印機印刷參數的設定調整

(1)刮刀壓力
刮刀壓力的改變,對錫膏印刷來說影響重大。刮刀壓力太小,會使得錫膏不能有效地落到鋼板開孔的底部且不能有效轉印到焊盤上 ; 刮刀壓力太大,則會導致錫膏印得太薄 ,嚴重時甚至會損壞鋼板。最佳狀態為刮刀刮過去時剛好可以把錫膏從鋼板表面刮乾淨。
(2)印刷厚度
印刷厚度大部分是由鋼板的厚度來決定的,錫膏印刷厚度的微量調整,則可以透過調節刮刀速度及刮刀壓力來達成。適當地降低刮刀的印刷速度,也能夠增加印刷至電路板(PCB)的錫膏量。
(3)鋼網清洗
在錫膏印刷過程中一般每隔10塊板就需要對鋼板底部做一次清洗,其目的是為了消除鋼板底部的附著物以及滲透的錫膏,通常會採用無水酒精作為清洗液。

想達到確實的SMT加工的品質,就必須對SMT作業的各個生產環節的關鍵因素進行研究與分析,有時候還得使用實驗計畫,以制定出有效的控制方法,作為關鍵工序的錫膏印刷更是整個SMT製程的重點中之重點,只有制定出合適的參數,並確實掌握它們之間的規律,才能得到優質的錫膏印刷品質。


延伸閱讀:
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Soldr paste printer
(3)鋼網清洗:
錫膏印刷過程中每印刷一片板之後,印刷機自動清潔功能就會啟動(鋼網清潔劑+無屑清潔紙),量產型號的鋼網至少3片另2片是備份,較大的訂單一個班無法生產完時,再交班時做鋼網更換,更換下來的鋼網+刮刀等待進超聲波清洗機。有時在製程中發現錫膏印刷品質異常,也需要更換或清洗鋼網。


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