表面組裝工藝控制關(guān)鍵點及工藝窗口和工藝能力
一、表面組裝工藝控制關(guān)鍵點據(jù)統(tǒng)計，名列PCBA焊接不良前五位的是虛焊、橋連、少錫、移位和多余物，而這些不良現(xiàn)象的產(chǎn)生在很大程度上與焊膏印刷、鋼網(wǎng)設(shè)計、焊盤設(shè)計以及溫度曲線設(shè)置有關(guān)，也就是與工藝有關(guān)。如果說提升SMT的終極目標(biāo)是為了獲得優(yōu)質(zhì)焊點的話，那么就可以說工藝是SMT的核心。SMT工藝，按照業(yè)務(wù)劃分，一般可分為工藝設(shè)計、工藝試制和工藝控制，如圖1所示，其核心目標(biāo)是通過合適焊膏量的設(shè)計與一致的印刷沉積，減少開焊、橋連、少錫和移位，從而獲得預(yù)期的焊點質(zhì)量。
圖1
工藝控制點在每項業(yè)務(wù)中，有一組工藝控制點，其中焊盤設(shè)計、鋼網(wǎng)設(shè)計、焊膏印刷與PCB的支撐，是工藝控制的關(guān)鍵點。隨著元器件焊盤以及間隔尺寸的不斷縮小，鋼網(wǎng)開窗的面積比以及鋼網(wǎng)與PCB印刷時的間隙越來越重要。前者關(guān)系到焊膏的轉(zhuǎn)移率，而后者關(guān)系到焊膏印刷量的一致性以及印刷的良好率。為了獲得75%以上的焊膏轉(zhuǎn)移率，根據(jù)經(jīng)驗，一般要求鋼網(wǎng)開窗與側(cè)壁的面積比大于等于0.66；要獲得符合設(shè)計預(yù)期的、穩(wěn)定的焊膏量，印刷時鋼網(wǎng)與PCB的間隙越小越好。要實現(xiàn)面積比大于等于0.66，不是一件困難的工作，但是要消除鋼網(wǎng)與PCB的間隙就是一件非常難的工作，這是因為鋼網(wǎng)與PCB的間隙與PCB的設(shè)計、PCB的翹曲、印刷時PCB的支撐等很多因素有關(guān)，有時受制于產(chǎn)品設(shè)計和使用的設(shè)備是不可控的，而恰恰這是精細(xì)間距元器件組裝的關(guān)鍵！像0.4mm引腳間距的CSP、多排引腳QFN、LGA、SGA的焊接不良幾乎百分之百與此有關(guān)。因此，在先進(jìn)的專業(yè)代工廠，發(fā)明了很多非常有效的PCB支撐工裝，用于矯正PCB的翅曲，以保證零間隙印刷。
二、工藝窗口與工藝能力1.工藝窗口工藝窗口通常用來描述工藝參數(shù)可用的極限范圍，是“用戶規(guī)格范圍（USL-LSL）”概念在SMT工藝領(lǐng)域的專業(yè)用語。例如，按照經(jīng)驗，再流焊接的最低溫度一般要比焊料熔點高11～12℃，當(dāng)使用Sn63Pb37時，合金的熔點為183℃，其最低的再流焊接溫度為195℃左右。在J-STD-020B中，規(guī)定元件的最高溫度為245℃，這樣有鉛工藝可用的工藝窗口為50℃，而不是“245-183”所得的理論上的62℃。這里一定要注意“可用”兩字。2.工藝窗口指數(shù)（PWI）工藝窗口指數(shù)（Process Window Index，PWI），是衡量用戶確定的工藝極限值范圍內(nèi)工藝能力適應(yīng)程度的指標(biāo)，換句話說，就是使用工藝窗口的最大百分比，用于簡單說明工藝是否滿足技術(shù)規(guī)范的要求，其值基本上是Cp倒數(shù)的百分?jǐn)?shù)。PWI越大，工藝穩(wěn)定性越差，反之，亦然。PWI=100×Max{（測量值-平均極限值）/最大極限范圍/2}例如，貼片機(jī)的工藝窗口指數(shù)（見圖2）
圖2
PWI的概念以再流焊接曲線為例說明，工藝曲線主要控制參數(shù)有升溫速率、預(yù)熱時間、預(yù)熱結(jié)束時間、峰值溫度和熔點以上時間，通過測量與計算，取四個參數(shù)中PWI最大的值作為溫度曲線的PWI。3.工藝能力指數(shù)（Cp）工藝能力指數(shù)Cp，臺灣企業(yè)稱為制程能力指數(shù)。反映了用戶的規(guī)格范圍（δ）內(nèi)有多少個6σ，數(shù)值越大，工藝的穩(wěn)定性越高。Cp=（USL-LSL）/6σ其中，σ標(biāo)準(zhǔn)偏差，反映了數(shù)據(jù)各點到其平均數(shù)距離的平均值，即正態(tài)分布“鐘”形圖形的寬窄，越窄說明工藝能力越強(qiáng)；USL為用戶規(guī)格上限，LSL為用戶規(guī)格下限。一般選取核心工藝指標(biāo)進(jìn)行測量。如再流焊接爐，我們可以測量峰值溫度的在不同負(fù)載率的情況下的波動。4.工藝能力管理指數(shù)（Cp k）工藝能力管理指數(shù) Cpk，反映的是正態(tài)分布“鐘”形圖形的居中性，即 Cp k=（USL-μ）/3σ或（μ-LSL）/3σ的最小值。其中μ為用戶規(guī)格的中心值。根據(jù)賈忠中著SMT核心工藝解析與案例分析改編
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