随着电子技术的不断发展,特别是精密消费类电子日新月异的变化,SMT技术也飞速的在进步。符合摩尔定律的不仅仅是处理器的速度,最小贴装元件同样的也以倍速的方式不断的小型化。这对SMT的工艺要求也进一步的苛刻。
早在2000年,SMTA的调查报告中指出,有74%的工艺问题或多或少的于锡膏印刷工艺有关。十六年后的今天,最小元件经历了0603,0402,0201,01005,一直到目前的03015,体积减少了16倍,相应的锡膏印刷面积也减小了约16倍,再加上无铅锡膏浸润性能的降低等因素,与锡膏印刷相关的工艺问题比例已经远远超过十六年前的74%了。
如何能够提高SMT的直通率成为所有SMT制造厂的首要问题。其中权重部分就是需要控制锡膏印刷中的不良,所以大约十年前,三维精密锡膏检测系统(SPI)就开始逐步的进入SMT领域。直至今天,有很多人认为SPI无非就是检测锡膏的高度,体积,面积等参数,如何将SPI的能力发挥出来,控制好整线工艺等,这就需要深入的去理解究竟什么是SPI,以下通过一个实例做一个分析的共享。
一.首先,需要保证SPI本身是准确的。
1.经过第三方SGS认证的高度校准块(Kit)高度为124.5um。
2.重复20次对Kit进行高度测试,每次都进出板,找Mark点,数据如下;
3. 经过工艺过程控制(SPC)计算得到6 sigma的重复性精度为0.457um。
4. 经过第三方(Minitib)计算得到在Tolerance为+/-1um条件下,CPK=4.73。
5.至此,证明该设备的检测精度和重复性精度是完全满足检测精度要求的。
二.通过SPI检测结果和SPC工艺分析,查看当印刷机参数发生变化时对锡膏印刷品质的影响,找到最佳的印刷参数。以改善印刷机的制程能力。
1.检测方法:在不同的印刷参数条件下,前后刮刀分别印刷了一些PCB,经过SPI测试,并通过自带的SPC软件分析其高度,体积,面积的变过趋势以及前后刮刀的差异,计算出CPK值。分析印刷机的制程能力。
2.检测样本:
检测设备:Sinic-Tek InSPIre-510
Pad数量:8771个
FOV个数:50个
编程时间:3分29秒
实际测试时间:37.5秒
3.测试流程及印刷机参数设置:(目的为测试不同的刮刀,印刷速度及Table变化时对印刷质量的影响)
4. 组别1和组别2的对比结果
4.1面积
4.2体积
4.3高度
4.4组别1和组别2的对比结论
4.4.1从SPC中的数据可以看出印刷一次的面积与体积的CPK值都比印刷两次要好,高度的CPK值印刷两次要比印刷一次要好。
4.4.2在印刷两次的这组数据中,印刷平台下降后再上升和印刷平台没有下降的体积,面积与高度的变化都比较明显。
4.4.3在实际印刷中发现前刮刀刮完后的钢网上有比较明显的锡膏残留,导致此区域的锡膏高度偏大。如下图黑色区域为锡膏高度超过150UM的区域。
4.5改善方案及结果状况
4.5.1改善方案:更换新前刮刀
4.5.2结果1:观察钢网上基本无锡膏残留。高度超过150um的区域明显减少。
4.5.3结果2:从SPC上可以发现更换刮刀后 体积与高度的CPK值提升较多,都在0.2左右。并且整片PCB的sigma值都减少了1以上,整体提升比较明显。
5.组别3和组别4的对比结果(印刷速度变快)
5.1面积
5.2体积
5.3高度
6.组别3和组别5的对比结果(印刷速度变慢)
6.1面积
6.2体积
6.3高度
7.印刷速度的变化的影响结论(组别3/4/5的对比)
7.1可以看出当印刷速度从20mm/s升到30mm/s时,体积,面积,高度的CPK值都相应的减少。幅度在0.1-0.2之间。
7.2当印刷速度从20mm/s降到10mm/s时,体积,面积, 的CPK值也相应的减少。从数据可以看出印刷速度不是越慢越好。当前机种的速度设置在20mm/s是比较合理的。
7.3印刷速度对于锡膏品质的影响非常大,合理的设置印刷速度的参数是提高锡膏品质的关键因素。
8.测试总结与制程分析
8.1刮刀刮完后的钢网上的锡膏残留对于锡膏的高度与体积影响比较大,建议当出现这种情况时要更换刮刀或者钢网。
8.2当PCB印刷两次时,高度的CPK会有提升,而体积与面积的CPK反而会减少。
8.3刮刀的印刷速度对于对于锡膏品质的影响非常大,合理的设置印刷速度的参数是提高锡膏品质的关键因素。
8.4从每一组数据的Xbar图上看, 前后刮刀差异比较明显, 建议通过调整前后刮刀的不同工艺参数进一步提升锡膏印刷品质。
8.5SPC系统对于锡膏的品质分析与提高以及预防有明显的效果。并且数据图表比较方便与直观。
从上述的实验可以看出,印刷工艺的细微变化和印刷机的参数设置是息息相关的。涉及到影响印刷工艺的参数远远不止上述几种,还包括了钢网,锡膏,环境等等。所以使用SPI,不仅可以精确的监控当前的印刷工艺,还需要不断的对工艺进行调整,达到合理的工艺要求。在对某一产品完成工艺调整以后,SPI就作为防止突发小概率事件(如堵孔,污渍等)发生的检测设备。
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