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SMT关键工序的工艺控制--贴片篇
来源：CLTPHP 时间：2020/03/19
| SMT加工关键工序为锡膏印刷、设备贴片和回流焊接，只有对贴片工艺过程有效管控，方可满足优质高效之加工。 |
| 一、了解贴片机原理，提高贴片质量 |
| 贴片机是SMT生产工艺中的核心生产设备，是一种精密的工业自动化机器人，为机-电-光以及计算机控制技术的综合体。它通过贴片程序指引及供料FEEDER或托盘匹配经吸嘴真空吸取-位移-定位-放置等功能，在不损伤元件和印制电路板的情况下，实现了将SMC&SMD元器件快速而准确地贴装到PCB所指定的焊盘位置上。 |
| 1. 贴片机的PCB校准原理 |
| 贴片机贴装时元器件坐标和角度以PCB上某个角点（一般为左下角）为基准原点，但在贴片过程中PCB定位时存在一定的误差，故而需在贴装前对PCB位置进行精确校准基准。常规使用PCB上的基准标示（也称Mark点）和贴片机的光学系统进行比对校准；对精密器件如QFP/BGA等在PCB Mark基础上，再增加此料局部Mark点更加精密地修订PCB定位潜在误差，确保贴装质量良好。 |
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| 2. 贴片机吸取元器件对中方式与对中原理 |
| 元器件在吸取贴装前，因供料器（Feeder或托盘）对元器件供料及真空吸嘴吸取时存在偏差，需对其对中处理，常规存在三种对中原理：机械对中（靠机械对中爪外力修正）、激光对中（靠光学投影对中，在贴片时给予修正或无法修正的则抛弃）和视觉对中（靠CCD摄像与程序库中器件比对后，在贴片时给予修正或无法修正的则抛弃），其中后再种可以对异常元器件如引脚变形、厚度不一等进行筛选对异常件抛入回收盒内）。 |
| 二、保证贴片质量的三要素 |
| 1. 元器件的正确使用 |
| 要求各贴装位号元器件的材料型号、封装、标称值和极性等基本特征标识符合产品的BOM、PCB面次及位号、角度等工程资料的要求。对部分客户还涉及材料生产商品牌限定的，也须有效执行，不能用错。 |
| 小铭打样&小铭商城正紧密配合，一方面小铭商城最大化地持续提升供应材料的种类及品牌类别，对材料建立基础数据库且匹配材料追踪识别条码（S/N），另外一方面持续扩大小铭平台智能识别匹配系统的功能，对部分仍然客供材料进行编码识别且匹配材料追踪识别条码（S/N）；再与我们的贴片机线体和机台编号、贴片程序等使用智能平台进行整合为专有特色的防错料系统，以达过程防错、事后追溯PCBA上的用料信息，为注册客户们提供有效的品质监控及追溯手段和数据支撑。 |
| 2. 元器件贴装位置准确 |
| 元器件的端头或引脚均和焊盘图形要尽量对齐、居中，还要确保元器件焊接端接触焊膏图形。两个端头的CHIP元件的自定位效应作用比较大，贴装时宽度方向有3/4以上搭接在焊盘上、长度方向两个端头只要搭接到相应焊盘上并接触印刷的锡膏图形，回流焊接时会自苹果五 但如果其中一个端头没有搭接到锡膏图形或焊盘上，回流焊接后就会产生移位或立碑或间接引起锡珠等不良。 |
| BGA贴装之焊接球与相对应的焊盘一一对齐，焊球的中心与焊盘中心的最大偏移量小于1/2锡球直径为基本准则。 |
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| 3. 吸嘴压力（贴片高度）适度 |
| 吸嘴压力（贴片高度）主要参考元器件的封装高度、FEEDER/托盘供料平面及吸嘴的Z轴高度来设置，如果贴片压力过小，元器件或引脚浮在锡膏表面，锡膏的粘性无法稳固元器件，在传递及回流焊接时容易产生位置移动；且因X轴高度过高，贴片时元件从高处扔下，会造成贴片位置偏移。贴片压力过大，锡膏会被压塌挤出量过多，造成锡膏粘连，在回流焊接时易于产生桥接短路；同时由于滑动造成贴片位置偏移，加重短路不良国严重的还会直接压坏元器件造成不易检测的内部或外部损伤，影响元器件的性能可靠性。 |
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| 三、如何确保贴片机的贴装质量 |
| 1. 贴片程序的编制及调校 |
| 贴片程序编制的正确性及优劣，直接影响贴装的精度和效率，必须依照小铭平台自研的数据库并结合BOM/坐标文件等进行编制，确保每个面次各元器件位号的正确坐标及角度，同时参考吸嘴少更换、贴装头少移动、几个贴装头同时吸取、先后贴装的元器件彼此不得产生干涉和影响等综合条件对PCBA的元器件贴装优化最优的贴装顺次、路径等。当涉及多个机台串联生产时，则将各机台的的材料种类尽可能地集中，充分各自发挥设备优势，并且贴装用时尽可能相近（原则上前工序可小几秒钟），从而保持产线产能最优利用。 |
| 当贴片程序编制好到贴片机的调校时，特别注意PCB原点的寻找、Mark点的选择(进板面次或/和方向的防呆措施）和编制（区域、尺寸图形及对比度等）等方面至关重要，确保在PCB进板、定位的准确；而对于一些精密的如QFP/QFN/BGA的器件，则还需要进行局部Mark点的设置，提升器件的贴装精确度。 |
| 编辑好的贴片程序的命名一般需要包含客户代码-产品型号-贴片机品牌-机台-面次等信息，确保程序与订单所属的BOM等工程资料完全匹配，确保指令正确。 |
| 2. 贴装前准备 |
| a. 贴装前接收的《订单信息表》、《上料表》、已经备上Feeder的材料标识和贴片程序的一致性再次确认无误； |
| b. MSD湿敏元器件的检查是否有效烘烤 |
| 对SMT PCBA加工前涉及的PCB、BGA、QFP、QFN等器件均需要提前判定其MSD等级，并在开封时检查内附的湿度指示卡上20%处是否已经由粉红色变为蓝色，若是则表明器件已经受潮必须启动烘烤作业。 |
| MSD烘烤的温度及时长视MSD等级、材料的包装方式等综合判定：原则上使用1500C托盘装的BGA、QFN、QFP等和非OSP工艺的PCB使用125±50C 、时长在8~24H不等；而使用卷装（纸带&塑胶带）的材料因料膜的耐温性偏低，只能使用60±50C、时长在8~72H不等。 |
| 注：由于此烘烤时长非包含小铭打样承诺的时效内，而此类烘烤主要原理是通过一定可控的温度对PCB/器件内的湿气在可控的速度逐步排出，以免器件内部湿气在回流焊接时相对快速的升温形成内部气泡对器件电性能影响（如器件内部焊接引线脱落、封装炸裂、PCB层间裂开等潜在品质风险），故而敬请客户对客供MSD器件有效密封提供，并给予整个制造过程必要的烘烤时长叠加，确保PCBA加工品质可靠性稳定性和保障。 |
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| c. 开机前必须进行安全检查，确保安全操作 |
| 主要检查项目包含但不限于设备真空气压是否在6kg/cm2以上、所有设备及设施的导轨宽度是否与PCB宽度一致、PCB导轨上移动部分是否会有锡膏及贴装需求、PCB的尺寸是否大于50*50mm以保证平稳传递、在PCB/PCBA传递过程路线上有无其他杂物或吊物影响PCBA有效传递而避免抹掉锡膏和元器件、FEEDER稳固定位安装在料台上并压扣扣紧无上翘变形、在吸嘴移动路线没有障碍物潜在损坏吸嘴及贴装头的风险等，只有满足贴装规程要求时才能启动。 |
| 3. 具体操作上岗证的人员依照设备的操作规程操作生产首件 |
| 4. IPQC首件检测 |
| 当订单首件产出后经技术员依照BOM、《元器件位置丝印图》、《上料表》对贴装元器件进行初步检查，重点检查器件类位号的贴装正确性（包含但不限于用料正确、极性/角度正确等）和贴装精确度（包含但不限于贴装位置有无偏移、压力适度与否、有无少件或/和飞件等）。 |
| 经技术员确认无误后，递交IPQC进行制程用料检测，小铭打样配置了专用的首件检测系统：将客供的BOM、坐标文件和元器件位置丝印图导入再依照操作规程即可自动生成首件检测程序，在其指引下对每个CHIP-R/C/L元件进行夹取即可由系统自动判定正确与否【此由系统依照指定位号BOM用料的标称值和误差大小自动判定元件值是否正确并在误差范围内】，其他器件类则使用人工方式比对作业。 |
| 由于首件检测系统可以自助指引、快速检测，而且其检测信息可以系统自动记录备查；故而请客户在BOM内参数信息（包含但不限于规格、型号、误差等）力求完整、坐标文件分解为正面/背面、元器件位置丝印图明晰并对元器件的位号及角度/极性清晰标识，以便快速检测并过回流炉。 |
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| 5. 首件检测合格后，依照PCBA的合适的回流焊接炉以一定间距进行回流焊接，如果PCBA上存在BGA则还必须增加X-ray激光检测BGA等的焊接效果：位置正确、无气泡等不良。如果检测存在 问题，如实记录并提报技术人员进行分析原因并对症处理（包含但不限于程序调校、已贴装的PCBA隔离和纠正等），只有完全合格后方可正式启动生产。 |
| 6. 首件合格正常生产后，制程中的PCBA依检测要求经全自动检测机AOI编程、自动检测；对于期间发生/发现的异常每个时段由技术人员分析并于后续制程中给予修订改善，持续提升品质良率。 |
| 7. 正式生产期间，依流程及工序规范进行定期抽测BGA的贴装和焊接效果，过程回流炉温度曲线至少每个班次检测一次并经审核符合性。 |
| 四、影响贴装质量的主要因素--设备精度方面 |
| 当前各类产成品的尺寸越来越轻薄短少，以便捷携带及功率消耗持续降低提升续航能力，相应其产品控制核心PCBA上的元器件尺寸越来越精微精密，有效地管控PCBA的贴装质量除了优秀的运营团队及其流程整合、管控能力外，全自动、高精密的贴片要设备也是至为重要的要项。 |
| 为满足各行各业注册客户各类PCBA加工需要，小铭打样全面配置SMT行业高标准的、日本进口高速高精度贴片机，主要是松下NPM-D3（贴装SMC类元件最优效能）、NPM-TT（贴装SMD异型器件最优效能）和优雅马哈YSM20（高效适应SMC/SMD均可通用）。 |
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