【正文】 電子行業(yè)表面貼裝技術(shù)步驟分析作者：日期： 表面貼裝技術(shù) （Surface Mount Technology） 十 大 步 驟 序言 表面粘著技術(shù)（Surface Mount TechnologySMT）是目前最被廣泛運(yùn)用在高科技資訊電子產(chǎn)業(yè)，而該項(xiàng)產(chǎn)業(yè)中如電腦主機(jī)板、筆記型電腦、多媒體介面、印刷電路板、積體電路的晶片加工及包裝等，這些產(chǎn)品的制造過程皆應(yīng)用到SMT技術(shù)，也就是這種SMT技術(shù)被廣泛應(yīng)用，造成其相關(guān)產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展。 臺灣島內(nèi)SMT技術(shù)最早由工研院電子所于1984年自國外引進(jìn)技術(shù)以來，SMT科技水準(zhǔn)不斷提升，后來1993年底由產(chǎn)、官、學(xué)、研界成立“表面粘著技術(shù)協(xié)會；SMT協(xié)會”，積極推動SMT技術(shù)交流、出版SMT相關(guān)書刊、舉辦SMT學(xué)術(shù)研討會議…等活動，使得表面粘著技術(shù)產(chǎn)業(yè)近十幾年來在島內(nèi)蓬勃發(fā)展，電子資訊及相關(guān)產(chǎn)業(yè)在國際市場上都站有舉足輕重的地位。 鑒于我廠SMT應(yīng)用日見其廣，而系統(tǒng)的理論介紹尚未形成，所以將臺灣SMT協(xié)會秘書長謝榮仁先生推薦的，由周意工先生編譯的《SMT十大步驟》編輯，使之成為我們的教科書，以達(dá)到提升我們SMT產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平，增加競爭力的目的。 惠陽二廠ESS編輯組目錄第一步驟：制程設(shè)計 1第二步驟：測試設(shè)計 6第三步驟：焊錫材料 11第四步驟：印刷 16第五步驟：粘著劑/環(huán)氧基樹脂和點(diǎn)膠 20第六步驟：元件著裝 25第七步驟：焊接 29第八步驟：清洗 34第九步驟：測試與檢驗(yàn) 38第十步驟：返工與整修 44第一步驟：制程設(shè)計 表面粘著組裝制程，特別是針對微小間距元件，需要不斷的監(jiān)視制程，及有系統(tǒng)的檢視。舉例說明，在美國，焊錫接點(diǎn)品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)是依據(jù)IPCA620及國家焊錫標(biāo)準(zhǔn)ANSI/JSTD001。了解這些則及規(guī)范后，設(shè)計者才能研發(fā)出符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)需求的產(chǎn)品。*量產(chǎn)設(shè)計 量產(chǎn)設(shè)計包含了所有大量生產(chǎn)的制程、組裝、可測性及可靠性，而且是以書面文件需求為起點(diǎn)。 一份完整且清晰的組裝文件，對從設(shè)計到制造一系列轉(zhuǎn)換而言，是絕對必要的也是成功的保證。其相關(guān)文件及CAD資料清單包括材料清單BOM、合格廠商名單、組裝細(xì)節(jié)、特殊組裝指引、PC板制造細(xì)節(jié)及磁片內(nèi)含Gerber資料或是IPCD350程式。 在磁片上的CAD資料對開發(fā)測試及制程冶具，及編寫自動化組裝設(shè)備程式等有極大的幫助。其中包含了XY軸座標(biāo)位置、測試需求、概要圖形、線路圖及測試點(diǎn)的XY座標(biāo)。*PC板品質(zhì) 從每一批貨中或某特定的批號中，抽取一樣品來測試其焊錫性。 這PC板將先興制造廠所提供的產(chǎn)品資料及IPC上標(biāo)定的品質(zhì)規(guī)范相比對。接下來就是將錫膏印到焊墊上回焊，如果是使用有機(jī)的助焊劑，則需要再加以清洗以去除殘留物。在評估焊點(diǎn)的品質(zhì)的同時，也要一起評估PC板在經(jīng)歷回焊后外觀及尺寸的反應(yīng)。同樣的檢驗(yàn)方式也可應(yīng)用在波峰焊錫的制程上。*組裝制程發(fā)展 這一步驟包含了對每一機(jī)械動作，以肉眼及自動化視覺裝置進(jìn)行不間斷的監(jiān)控。舉例說明，建議使用雷射來掃描生一PC板面上所印的錫膏體積。 在將樣本放上表面粘著元件（SMD）并經(jīng)過回焊后，品管及工程人員需一一檢視元件接腳上的吃錫狀況，每一成員都需要詳細(xì)記錄被動元件及多腳數(shù)元件的對位狀況。在經(jīng)過波峰焊錫制程后，也需要在仔細(xì)檢視焊的均勻性及判斷出由于腳距或元件相距太近而有可能會使焊點(diǎn)產(chǎn)生缺陷在替在位置。*細(xì)微腳距技術(shù) 細(xì)微腳距組裝是一先進(jìn)的構(gòu)裝及制造概念。元件密度及復(fù)雜度都遠(yuǎn)大于目前市場主流產(chǎn)品，若是要進(jìn)入量產(chǎn)階段，必須再修正一些參數(shù)后方可投入生產(chǎn)線。 舉例說明，可適用于標(biāo)準(zhǔn)型及ASIC元件上。對這些元件而言其工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)有非常完的容許誤差，就（如圖一）所示。正因?yàn)樵?yīng)商彼此間的容許誤差各有不同，所以焊墊尺寸必須要為此元件量身定制，或是進(jìn)行再修改才能真正提高組裝良率。圖一、微細(xì)腳距元件之焊墊應(yīng)有最小及最大之誤差容許值。 焊墊外型尺寸及間距一般是遵循IPCSM782A的規(guī)范。然而，為了達(dá)到制程上的需求，有些焊墊的形狀及尺寸會和這規(guī)范有些許的出放。對波峰焊錫而言其焊墊尺寸通常會稍微大一些，為的是能有比較多的助焊劑及焊錫。對于一些通常都保持在制程容許誤差上下限附近的元件而言，適度的調(diào)整焊墊尺寸是有其必要的。*表面粘著元件放置方位的一致性盡管將所有元件的放置方位，設(shè)計成一樣不是完全必要的，但是對同一類型元件而言，其一致性將有助于提高組裝及檢視效率。對一復(fù)雜的板子而言有接腳的元件，通常都有相同的放置方位以節(jié)省時間。原因是因?yàn)榉胖迷淖ヮ^能自由旋轉(zhuǎn)，所以沒有這方面的問題。但若是要過波峰焊錫爐，那元件就必須統(tǒng)一其方位以減少其暴露在錫流的時間。一些有極性的元件的極性，其放置方向是早在整個線路設(shè)計就已決定，制程工程師在了解其線路功能后，決定放置元件的先后次序可以提高組裝效率，但是有一致的方向性或是相似的元件都是可以增進(jìn)其效率的。若是能統(tǒng)一其放置方位，不僅在擇定放置元件程式的速度可以縮短，也同時可以減少錯誤的發(fā)生。*一致（和足夠）的元件距離 全自動的表面粘著元件放置機(jī)一般而言是相當(dāng)精確的，但設(shè)計者在嘗試著提高元件密度的同時，往往會忽略掉量產(chǎn)時復(fù)雜性的問題。舉例說明，當(dāng)高的元件太靠近一微細(xì)腳距的元件時，不僅會陰擋了檢視接腳焊點(diǎn)的視線也同時阻礙了重工或重工時所使用的工具。 波峰焊錫一般使用在比較低、矮的元件如二極體及電晶體等。小型元件如SOIC等也可使用在波峰焊錫上，但是要注意的是有些元件無法承受直接暴露在錫爐的高熱下。 為了確組裝品質(zhì)的一致性，元件間的距離一定要大到足夠且均勻的暴露在錫爐中。為保證焊錫能接觸到每一個接點(diǎn)，高的元件要和低、矮的元件，保持一定的距離以避免遮蔽效應(yīng)。若是距離不足，也會妨礙到元件的檢視和重工等工作。 工業(yè)界已發(fā)展出一套標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用在表面粘著元件。如果有可能，僅可能使用符合標(biāo)準(zhǔn)的元件，如此可使用設(shè)計者能建立一套標(biāo)準(zhǔn)焊墊尺寸的資料庫，使工程師也更能掌握制程上的問題。設(shè)計者可發(fā)現(xiàn)已有些國家建立了類似的標(biāo)準(zhǔn)，元件的外觀或許相似，但是其元件之引腳角度欲因生產(chǎn)國家之不同而有所差異。舉例說明，SOIC元件供應(yīng)者來自北美及歐洲者都能符合EIZ標(biāo)準(zhǔn)，而日本產(chǎn)品則是以EIAJ為其外觀設(shè)計準(zhǔn)則。要注意的是就算是符合EIAJ標(biāo)準(zhǔn)，不同公司生產(chǎn)的元件其外觀上也不完全相同。*為提高生產(chǎn)效率而設(shè)計 組裝板子可以是相當(dāng)簡單，也可是非常復(fù)雜，全視元件的形能及密度來決定。一復(fù)雜的設(shè)計可以做成有效率的生產(chǎn)且減少困難度，但若是設(shè)計者沒注意到制程細(xì)節(jié)的話，也會變得非常的困難的。組裝計劃必須一開始的設(shè)計的時候就考慮到。通常只要調(diào)整元件的位置及置放方位，就可以增加其量產(chǎn)性。若是一PC板尺寸很小，具不規(guī)則外形或有元件很靠近板邊時，可以考慮以連板的形式來進(jìn)行量產(chǎn)。*測試及修補(bǔ) 通常使用桌上小型測試工具來偵測元件或制程缺失是相當(dāng)不準(zhǔn)確且費(fèi)時的，測試方式必須在設(shè)計時就加以考慮進(jìn)去。使用權(quán)如，如要使用ICT測試時就要考慮在線路上，設(shè)計一些控針能接觸的測試點(diǎn)。測試系統(tǒng)內(nèi)有事先寫好的程式，可對每一元件的功能加以測試，可指出那一元件是故障或是放置錯誤，并可判別焊錫接點(diǎn)是否良好。在偵測錯誤上還應(yīng)包含元件接點(diǎn)間的短路，及接腳和焊墊之間的空焊等現(xiàn)象。 若是測試控針無法接觸到線路上每一共通的接點(diǎn)（cimmon junction）時，則要個別量測每一元件是無法辦到的。特別是針對微細(xì)腳距的組裝，更需要依賴自動化測試設(shè)備的探針，來量測所有線路上相通的點(diǎn)或元件間相聯(lián)的線。若是無法這樣做，那退而求其次致少也要通過功能測試才可以，不然只有等出貨后顧客用壞了再說。 ICT測試是依不用產(chǎn)品制作不同的冶具及測試程式，若是設(shè)計時就考慮到測試的話，那產(chǎn)品將可以很容易的檢測每一元件及接點(diǎn)的品質(zhì)。（圖二）所示為可以目視看到的焊錫接點(diǎn)不良。然而，錫量不足及非常小的短路則只有依賴電性測試來檢查。 圖二、焊點(diǎn)缺陷，以目視檢測，包括因接腳共平面問題所造成的空焊及短路，自動測試機(jī)在發(fā)現(xiàn)肉眼無法檢測出的缺陷時，是有其存在的必要的。由于第一面及第二面的元件密度可能完全相同，所以傳統(tǒng)所使用的測試方式可能無法偵測全部錯誤。僅管在高密度微細(xì)腳距的PC板上有小的導(dǎo)通孔（via）墊可供探針接觸，但一般仍會希望加大此導(dǎo)通孔墊以供使用。*決定最有效率之組裝對所有的產(chǎn)品都提供相同的組裝程序是不切實(shí)際的。對于不同元件、不同密度及復(fù)雜性的產(chǎn)品組裝，至少會使用二種以上的組裝過程。至于更困難的微細(xì)腳距元件組裝，則需要使用不同的組裝方式以確保效率及良率。整個產(chǎn)品上元件密度的升高及高比率使用微細(xì)腳距元件都將使得組裝（測試及檢視）的困難度大幅提高。有些方式可供選擇：表面粘著元件在單面或雙面、表面粘著元件及微細(xì)腳距元件在單面或雙面。當(dāng)制程復(fù)雜度升高時，費(fèi)用也隨之上升。舉例說明，在設(shè)計微細(xì)腳距元件于一面或雙面之前，設(shè)計者必須了解到此一制程的困難度及所需費(fèi)用。另一件則是混載制程。PC板通常都是采用混載制程，也就是包含了穿孔元件在板子上。在一自動化生產(chǎn)線上，表面粘著元件是以回焊為主要方式，而有接腳的元件則是以波峰焊錫為主。在這時有接腳的元件，就必須等回焊元件都上完后再進(jìn)行組裝。*回焊焊接 回焊焊接是使用錫、鉛合金為成份的錫膏再以非接觸的加熱方式如紅外線、熱風(fēng)等，將其加熱液化。波峰焊錫法可用來焊接有接腳元件及部分表面粘著元件，但要注意的是，這些元件必須先以環(huán)氣樹脂固定，才能暴露在熔融的錫爐里。以下幾種連線生產(chǎn)方式可供參考：回焊焊接、雙面回焊焊接、回焊/波峰焊錫、雙面回焊/波峰焊錫、雙面回焊/選擇性波峰焊錫等方式。 回焊/波峰焊錫及雙面回焊/波峰焊錫，需要先用環(huán)氣樹脂將第二面的表面粘著元件全部固定起來（元件會暴露在熔融的錫中）。設(shè)計者在使用主動元件于波峰焊錫中要特別的注意。選擇性波峰焊錫法，是先用簡單的冶具將先前以回焊方式裝上的元件遮蔽起來，再去過錫爐。這種方式可以把元件以冶具保試起來，只露出部分選擇性區(qū)域來通過熔融的錫。這方法還需要考慮到兩種不同的元件（表面粘著元件及插件式元件）之間的距離，是否能確保足夠的流錫能不受限制的流到焊點(diǎn)。較高的元件（高于3mm）最好是放到第一面，以免拉加冶具的厚度（如圖三所示）。圖三、在雙面回焊后使用選擇性波峰焊錫時，表面粘著元件和插件式元件接腳要保持一定的距離，以確保錫流能順利流過這些焊點(diǎn)。魯柏特方式（Ruppert process）提供制程工程師，一次就將回焊元件及插件式元件焊接好的方式，將一計算過的錫膏量放置到每一穿孔焊墊的四周，當(dāng)錫膏熔化時會自動流入穿孔內(nèi)，填滿孔穴并完成焊接接點(diǎn)。當(dāng)使用這種方式時元件必須要能承受回焊時的高溫。*冶具開發(fā)文件 開發(fā)PC板組裝用冶具需要詳細(xì)如CAD等的資料。Gerber file或IPCD350用來制作板子的資料也常在擇寫機(jī)器程式，開印刷鋼版及制造測試冶具時被用到。盡管每一部份所使用的程式相容性都不同，但全自動的機(jī)械設(shè)備，通常都會有自動轉(zhuǎn)換或翻譯的軟體來把CAD資料轉(zhuǎn)成可辯視的格式。使用資料的單位包括組裝機(jī)器的程式、印刷鋼版制作、真空冶具制作及測試冶具等。*結(jié)論 工程師可能會使用數(shù)種不同的成熟制程方式，來焊接許多種類的元件到基板上面。有著完整的計劃及一清晰易懂的組裝流程步驟及需求，設(shè)計者可以更容易準(zhǔn)確出一符合生產(chǎn)線生產(chǎn)的產(chǎn)品。提供一好的PC板設(shè)計及完整且清晰的文件，可以確保組裝品質(zhì)、功能及可靠度都能在一定預(yù)算下順利達(dá)到目地。第二步驟：測試設(shè)計 在市面上有無數(shù)的測試技術(shù)及設(shè)計來供測試工程師選用，以達(dá)到利用最少花費(fèi)完成最多樣的測試。然而，一“理想”的測試則需包含以下各項(xiàng)：基板產(chǎn)量、復(fù)雜度及尺寸、技術(shù)之應(yīng)用（RF、CRU或類比式），測試預(yù)算及不論是否要用上的為測試而設(shè)計的理念。 在設(shè)計一測試流程時，工程師有許多選擇，從單一測試機(jī)臺到一整個測試工廠都有。有許多型能的ATE機(jī)臺可選擇，無論是直接購買或是專門設(shè)計都有。然而其測試的兩個主要目地是不變的：首先必須能很迅速的判斷板子是好是壞，其次能立即判斷是那一元件毀亦或是其他原因。即然在測試市場上早已有現(xiàn)成的測試機(jī)臺可以符合需求，我們只要選擇合適的來使用即可。*ICT測試 在一針床冶具上測試板子，一次測一個元件。這冶具會和板子、焊錫面上所有的節(jié)點(diǎn)接觸，雖然它可以和板子正反兩面都做接觸，不過一般而言那是很昂貴的。這些針底部是以彈簧為材料，用來和板子上元件的接腳或是測試點(diǎn)接觸。當(dāng)和板上所有的點(diǎn)接觸可偵測到板上所有類比或數(shù)位元件，并迅速孤立出有問題的元件。短路測試通常是第一個執(zhí)行的，以確定是否有空焊或其他短路。 其結(jié)論很簡單，就是說只要板子沒有空焊、短路、元件放置錯誤及使用錯元件，這塊PC板通常就是