深圳市宏力捷電子有限公司專業(yè)提供整體PCBA電子制造服務(wù)，包含上游電子元器件采購(gòu)到PCB生產(chǎn)加工、SMT貼片、DIP插件、PCBA測(cè)試、成品組裝等一站式服務(wù)。接下來(lái)為大家介紹SMT貼片加工流程中有哪些制程與注意事項(xiàng)。
不得不說(shuō)，SMT應(yīng)該是現(xiàn)代電子組裝工業(yè)中自動(dòng)化程度最高的一環(huán)，一整條產(chǎn)線大概只需要5-7個(gè)作業(yè)員就可以維持一條生產(chǎn)線的運(yùn)作，而且大約每30～60秒就可以產(chǎn)出一片PCBA組裝板。
1. 印刷生產(chǎn)序號(hào)(Shop Floor tracking number)
SMT產(chǎn)線的前置作業(yè)必須要在裸版(bare PCB)上先印上生產(chǎn)序號(hào)，這組序號(hào)最主要在追蹤中其生產(chǎn)履歷，如果紀(jì)錄運(yùn)用得當(dāng)，它可以追蹤板子上面打了哪些Date-code的電子料與來(lái)自哪個(gè)MPN，它也可以讓我們追蹤整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中有沒(méi)有什么異常狀況或是不良修理。當(dāng)然這些都是有前提的，想要有什么收獲就必須有付出。
電路板的生產(chǎn)序號(hào)印刷目前大約有4種方案，目前走在比較前面的公司會(huì)建議采用「鐳雕」技術(shù)，副作用比較少，而且美觀。
另外，有些跟不上腳步的公司不一定會(huì)在空版的階段就印刷序號(hào)，而是等到分板完成后才會(huì)制作序號(hào)，序號(hào)導(dǎo)入在制程越前端，可以追蹤到的生產(chǎn)履歷就越完整。
2. 空板載入(Bare Board Loading)
電路板組裝的第一步當(dāng)然是要將空板(bare board)載入到SMT的流水線上。目前最常見(jiàn)的技術(shù)是將空板整齊重迭排列后，放置于料架上，然后類似印表機(jī)的紙張運(yùn)送一樣由機(jī)構(gòu)裝置從最上面的板子一片片送入SMT生產(chǎn)線的輸送帶中，不過(guò)這種運(yùn)作在推送的過(guò)程中有時(shí)候會(huì)對(duì)某些板子造成表面刮傷的問(wèn)題，所以有時(shí)候也會(huì)將空版放置于分料架(magazine)中，這樣在機(jī)器堆送時(shí)就不會(huì)有刮傷的問(wèn)題，只是多了一個(gè)放進(jìn)分料架的動(dòng)作。
這些過(guò)程都會(huì)有感應(yīng)器(Sensor)作為眼睛傳送到電腦中，然后判斷何時(shí)該推送板子，并下指令何時(shí)停止板子前進(jìn)。
3. 印刷錫膏(Solder paste printing)
印刷電路板(Printed Circuit Board，PCB)」進(jìn)入SMT流水產(chǎn)線的第一個(gè)作業(yè)為「印刷錫膏(solder paste)」，說(shuō)真的這有點(diǎn)類似女生在臉上涂抹面膜。
這個(gè)步驟會(huì)把錫膏透過(guò)鋼板(stencil)印刷在PCB需要焊接零件的焊墊/焊盤(pad)上面，錫膏的位置與體積會(huì)影響到后續(xù)的焊接品質(zhì)，這些錫膏會(huì)在后續(xù)SMT制程流經(jīng)「回焊爐(Reflow Oven)」高溫區(qū)時(shí)融化并在重新凝固的過(guò)程中將電子零件焊接在電路板上面。
之所以要使用「錫膏」來(lái)作為電子零件與PCB結(jié)合的最主要目的有二：
1）焊錫完成前將電子零件黏貼固定在電路板，使其不至于因?yàn)镻CB的移動(dòng)或振動(dòng)而偏移。這就是為何要為膏狀。
2）經(jīng)過(guò)回焊高溫后將電子零件焊接固定于PCB上，使其在終端用戶使用的過(guò)程中不至于掉落，并達(dá)到電子訊號(hào)傳遞的目的。
另外，在新產(chǎn)品試機(jī)時(shí)有些人會(huì)使用膠膜板/膠紙板來(lái)代替錫膏，可以增加SMT調(diào)機(jī)的效率并減少浪費(fèi)。
4. 錫膏檢查機(jī)(solder paste inspector, SPI)
錫膏印刷的優(yōu)劣會(huì)直接影響到后續(xù)零件焊接的良秀好壞，所以現(xiàn)在大部份較領(lǐng)先的EMS工廠為求品質(zhì)穩(wěn)定，都會(huì)先在錫膏印刷之后額外多設(shè)置一臺(tái)光學(xué)儀器，用來(lái)檢查錫膏印刷的品質(zhì)，這臺(tái)儀器就被稱之為「錫膏檢查機(jī)(Solder Paste Inspector, SPI）」，其原理與AOI（Auto Optical Inspection）類似，檢查后如果發(fā)現(xiàn)有錫膏印刷不良的板子就可以先挑出來(lái)，洗掉上面的錫膏在重新印刷錫膏就可以了，或是采用修理的方式移除多馀的錫膏。
這個(gè)SPI之所以重要是因?yàn)殄a膏如果經(jīng)過(guò)回焊后就固化了，錫膏固化后才發(fā)現(xiàn)零件有焊接問(wèn)題就必須動(dòng)用烙鐵重工，或是報(bào)廢，如果可以在早期固化前就發(fā)現(xiàn)錫膏印刷問(wèn)題并加以改善或解決，就可以大幅降低生產(chǎn)不良率并降低修理的成本。
5. 快速打件機(jī) (Chip Placement, Pick and Place speed machine)
電路板上的電子零件一般分為主動(dòng)元件（IC類零件）與被動(dòng)元件（Inductors, Capacitors, Resistors等零件），而這類SMD被動(dòng)元件（如小電阻、電容、電感）又稱「Small Chip」的體積通常比較小，而且一般只有兩個(gè)端點(diǎn)需要被焊接，所以在將這類小零件擺放在電路板上時(shí)相對(duì)的位置精度要求也比較低，所以就設(shè)計(jì)出了快速/高速打件貼片機(jī)（Chip Placement machine），這種置件機(jī)一般會(huì)有好幾個(gè)吸嘴頭，而且速度非常地快，快得像轉(zhuǎn)輪機(jī)關(guān)槍一樣，一秒鐘可以打好幾顆零件。
這個(gè)時(shí)候錫膏的膏狀優(yōu)點(diǎn)就顯現(xiàn)出來(lái)了，因?yàn)榇蚣臅r(shí)候通常吸嘴頭只會(huì)上下動(dòng)作動(dòng)，而零件的對(duì)位就得靠板子的精準(zhǔn)移動(dòng)了，這些已經(jīng)被打在電路板上的電子零件則會(huì)被剛剛印刷于電路板上的錫膏黏?。ㄟ@也是為何錫膏要做成膏狀的原因之一），所以既使打件的速度非常的快（板子移動(dòng)的速度方?？欤遄由厦娴牧慵策€不至于被甩開(kāi)飛散，但大型零件或是有一定重量的零件就不適宜用快速打件機(jī)來(lái)處理，一來(lái)會(huì)拖累原本打得飛快的小零件速度，二來(lái)怕零件會(huì)因?yàn)榘遄涌焖僖苿?dòng)而偏移了原來(lái)的位置。
視電路板上的小零件數(shù)量多寡，一條SMT產(chǎn)線一般會(huì)有1～4臺(tái)快速打件置件機(jī)。
6. 泛用型打件機(jī) (Pick and Place general machine)
這種泛用型打件貼片機(jī)一般又稱為「慢速機(jī)」。它幾乎可以適用于所有SMD零件的貼片打件需求，但因?yàn)槠湓V求的不是速度，而是打件的精準(zhǔn)度，所以慢速機(jī)一般拿來(lái)打一些體積比較大或是比較重或是多腳位的電子零件，如BGA積體電路、連接器(connector)、讀卡機(jī)、屏蔽框/罩…等，因?yàn)檫@些零件需要比較準(zhǔn)確的位置，所以其對(duì)位及角度調(diào)整的能力就變得非常重要，取件(pick)后會(huì)先用照相機(jī)照一下零件的外觀，然后調(diào)整零件的位置與角度后才會(huì)置件(placement)，所以整體速度上來(lái)說(shuō)就相對(duì)的慢了許多。
這里的電子零件因?yàn)槌叽绲年P(guān)係，不一定都會(huì)有捲帶包裝(tape-on-reel)，有的可能會(huì)是托盤(Tray)或是管狀(tube)包裝。但如果要讓SMT機(jī)器可以吃托盤或是管狀的包裝料，通常需要額外配置一臺(tái)機(jī)器。
一般傳統(tǒng)的打件貼件機(jī)(pick and place machine)都是使用吸力的原理來(lái)取放電子零件，所以這些電子零件的最上面一定都要保留一塊乾淨(jìng)的平面給打件機(jī)的吸嘴來(lái)吸取零件之用，可是有些電子零件就是無(wú)法有平面留給這些機(jī)器，這時(shí)候就需要訂制特殊吸嘴給這些異形零件，或是在零件上加貼一層平面的膠帶，或是戴上有平面的帽蓋。
7. 手?jǐn)[零件或目視檢查 (hand place component or visual inspection)或爐前AOI
當(dāng)所有的零件都打上電路板在要進(jìn)入高溫回焊爐(reflow)前，通常還會(huì)設(shè)置一個(gè)檢查點(diǎn)，用來(lái)挑出打件偏移或掉件…等的缺點(diǎn)，因?yàn)檫^(guò)了高溫爐后如果再發(fā)現(xiàn)有焊接問(wèn)題就必須要?jiǎng)永予F(iron)，這會(huì)影響到產(chǎn)品的品質(zhì)，也會(huì)有額外的花費(fèi)；另外一些無(wú)法經(jīng)由打件/貼件機(jī)來(lái)操作的零件，比如較大的電子零件或是DIP/THT傳統(tǒng)零件或是某些特殊原因，也會(huì)在這里用人工的方式手?jǐn)[零件。
另外，有些手機(jī)板的SMT會(huì)在回焊爐前多設(shè)置一道「爐前AOI」，用來(lái)確認(rèn)回焊前的打件貼片品質(zhì)。
還有一個(gè)情況是某些板子會(huì)在SMT階段就直接將「屏蔽罩(Shielding-can)」焊接于電路板上，一旦屏蔽罩放上電路板就無(wú)法在經(jīng)由AOI或是目檢方法檢查其貼片與焊錫品質(zhì)了，建議有這種情況一定要擴(kuò)多設(shè)置一道「爐前AOI」，放置在「屏蔽罩」貼片之前。
8. 回焊 (Reflow)
回焊(reflow)的目的是將錫膏熔融并形成非金屬共化物(IMC)于零件腳與電路板之間，也就是將電子零件焊接于電路板之上，其溫度的上升與下降的曲線(temperature profile)往往影響到整個(gè)電路板的焊接品質(zhì)，根據(jù)焊錫的特性，一般的回焊爐會(huì)設(shè)定預(yù)熱區(qū)(pre-heat)、浸潤(rùn)區(qū)(soak)、回焊區(qū)(reflow)、冷卻區(qū)(cool)來(lái)達(dá)到最佳的焊錫效果。
以目前無(wú)鉛制程的SAC305錫膏，其融點(diǎn)大約落在217℃左右，也就是說(shuō)回焊爐的溫度至少要高于這個(gè)溫度才能重新熔融錫膏，另外回焊爐中的最高溫度最好不要超過(guò)250℃，否則會(huì)有很多零件因?yàn)闆](méi)有辦法承受那么高的溫度而變形或融化。
基本上電路板經(jīng)過(guò)回焊爐后，整個(gè)電路板的組裝就算完成，如果還有手焊零件例外，剩下的就是檢查及測(cè)試電路板有沒(méi)有缺損或功能不良的問(wèn)題而已。
9. 光學(xué)檢查銲錫性 (AOI, Auto Optical Inspection) Option
雖然「爐后AOI」幾乎已經(jīng)成現(xiàn)今SMT的標(biāo)準(zhǔn)配置，但并不一定每條SMT的產(chǎn)線都會(huì)配置有「光學(xué)檢查機(jī)(AOI)」，設(shè)置「爐后AOI」的目的之一是因?yàn)橛行┟芏忍叩碾娐钒鍩o(wú)法有效的進(jìn)行后續(xù)的開(kāi)短路電路測(cè)試(ICT)，所以用AOI來(lái)取代，但由于AOI為光學(xué)判讀，有其先天上的盲點(diǎn)，比如說(shuō)零件底下的焊錫無(wú)法被檢查，鄰近高零件的位置會(huì)有陰影效應(yīng)無(wú)法有效檢查，而且目前AOI僅能針對(duì)看得到的零件檢查有否墓碑(tombstone)、側(cè)立、缺件、位移、極性方向、錫橋、空焊等，但無(wú)法判斷假焊、BGA焊性、電阻值、電容值、電感值等零件品質(zhì)，有些AOI連QFN或城堡形端子(Castellated terminations)的側(cè)邊焊錫都無(wú)法檢查。
所以到目前為止AOI絕對(duì)無(wú)法完全取代ICT及FVT。
所以如果僅使用AOI想取代ICT，在品質(zhì)上仍然會(huì)有很大的風(fēng)險(xiǎn)，但I(xiàn)CT也不是百分之百就是了，只能說(shuō)互相彌補(bǔ)測(cè)試涵蓋率，希望做到100%測(cè)試涵蓋率，所以自己要做個(gè)取舍(trade-off)。
10. 收板 (unloading)
當(dāng)板子組裝完成后會(huì)在收回到分料架(magazine)內(nèi)，這些分料架已經(jīng)被設(shè)計(jì)成可以讓SMT機(jī)臺(tái)自動(dòng)取放板子而不會(huì)影響到其品質(zhì)，但操作時(shí)還是得注意不同板子的上下間距以避免電子零件撞件問(wèn)題。
11. 成品目檢 (Visual Inspection)
不論有沒(méi)有設(shè)立AOI站別，一般的SMT線都還是會(huì)設(shè)立一個(gè)PCBA組裝板的目視檢查區(qū)，信心度還是不足??！目的在檢查電路板組裝完成后有無(wú)任何的不良，如果是設(shè)置有AOI站別者則可以減少目檢人員的數(shù)量，因?yàn)檫€是要檢查一些AOI無(wú)法判讀到的地方，或復(fù)檢AOI判退打下來(lái)的不良。目前的技術(shù)，AOI還是有一定的誤判率的。
很多的工廠都會(huì)在這一站提供目視重點(diǎn)檢查模板(inspection template)，方便目檢人員檢驗(yàn)一些重點(diǎn)零件的焊性與零件極性。
12. 零件后復(fù) (Touch up)或波焊零件
如果有些零件沒(méi)有辦法用SMT來(lái)貼片打件，就需要后復(fù)(touch-up)的手焊零件或利用「波焊(wave soldering)」或「選焊」來(lái)焊接傳統(tǒng)通孔零件，這個(gè)步驟通常會(huì)放在SMT的成品檢查之后，目的是用以區(qū)別缺點(diǎn)是來(lái)自SMT還是SMT后的制程。
「后復(fù)」電子零件時(shí)要使用烙鐵(iron)及錫絲(solder wire)，焊接時(shí)將維持于一定高溫的烙鐵頭接觸到欲焊錫的零件腳與焊墊，直至溫度升高到足以融化錫絲的溫度，然后加入錫絲融化，迅速移除烙鐵頭以降低焊錫溫度，待錫絲冷卻固化后就會(huì)把零件焊接于電路板之上。
手焊零件時(shí)會(huì)有一些煙霧產(chǎn)生，這些煙霧會(huì)包含許多重金屬，所以操作區(qū)域一定要設(shè)立煙霧排出設(shè)備，盡量不要讓操作員吸入這些有害煙霧。
需要提醒的，有些零件的后復(fù)會(huì)因制程的需求而安排在更后段的制程。
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