1、1,SMT工作原理及品質問題分析,Prepared by: 國勝利 Rev: R01 Date: 2008/05/20,Mitac 知識產權, 翻錄必究,順達電腦廠有限公司,2,一，概述3 二，印刷機工作原理及品質問題 .8 三，高速貼片機工作原理及品質問題 27 四，泛用貼片機工作原理及品質問題 42 五，回焊爐工作原理及品質問題 46 六，來料造成的品質問題.58 七，SMT發展趨勢.65,3,編寫本教程的目的：是希望透過對smt設備工作原理及結構的講解，引伸出smt設備可能造成的品質問題，反過來，對於在檢驗及測試工位發現的不良，我們能夠很快的判斷造成該不良的機台，位置，原因等，幫助我們很
2、快的做出改善措施。,4,一，SMT概述,什麽叫SMT?,Surface Mount Technology,表面,貼裝,技術,5,SMT設備構成,印刷機,高速貼片機,泛用貼片機,回焊爐,錫膏厚度檢查機,測試設備,周邊設備,6,分析品質問題經常使用的設備：,實體顯微鏡圖片 X-ray 側視顯微鏡 切片設備 Dye pry test 測溫儀,7,分析不良的常用方法：,當發現某一個不良現象時，首先要判斷是批量性的不良還是單一突發的不良，如果是批量性的不良，應該找到出問題的線別，然後停線查找原因。 通常需要找到不良品的數量，不良品產生的時間段，不良位號，料號及不良現象在pcb板上的分佈狀況，主要是爲了看
3、是否可以找到一定的規律，以判斷故障發生的環節。通常來講，批量性發生的不良都可以找到原因並找到改善的方法。 對於單一突發性的不良，通常需要對機器結構原理有深入了解的工程人員根據經驗判斷可能出現問題的環節，採用試探性調整改善的方法，一邊改善一邊觀察後續的結果。單一突發性不良有時找不到確定的原因。 對於來料不良的部分，更多的需要借助各種分析設備來幫助進行分析，如顯微鏡，上錫性試驗設備等。有時需要借助廠外更高級的分析設備。,有用的分析手段： Fmea 魚骨圖,8,分析不良的常用方法：,9,二，印刷機工作原理及品質問題分析,印刷機工作原理,簡介,10,印刷機關鍵部位構成,將錫膏準確適量的印刷到PCB p
4、ad上,錫膏,網板,刮刀,擦拭系統,頂板機構,影像系統,11,印刷機動作簡易原理,刮刀,stencil,snugger,Main table,Support block,12,印刷機印刷錫膏的方法,普通印刷機 管狀印刷機印刷 點膠機滴凃 模板印刷 雙向刮刀印刷 印刷后+焊料預製片,13,印刷機印刷錫膏的方法,管狀印刷機印刷,pin,pcb,stencil,squeegee,Solder paste,smd,14,印刷機印刷錫膏的方法,點膠機滴凃,Solder paste,壓力,pin,pcb,smd,15,印刷機印刷錫膏的方法,模板印刷,pin,pcb,pin,pcb,squeegee,Sol
5、der paste,16,印刷機印刷錫膏的方法,雙向印刷,17,印刷機印刷錫膏的方法,印刷后加焊料預製片,焊料預製片,錫膏,18,印刷機造成的主要不良：,少錫（無錫）,連錫,偏位,拉尖,脫模不好,錫膏厚度不均勻,錫膏印刷殘缺,19,少錫（無錫）：,網板開孔太小 堵孔 不下錫 錫膏在網板上停滯太久 擦拭系統故障 忘記填加錫膏 錫膏填加過多造成粘刮刀,造成少錫的原因：,20,少錫（無錫）：,遇到少錫時的分析步驟：,1。檢查是個別pad少錫還是大面積少錫,1.堵孔,2.網板開孔問題,1.是否忘記添加錫膏,2.是否錫膏添加過多,3.是否因爲停線太久 造成錫膏變硬,4.是否擦拭系統故障,5.是否刮刀不下
6、降,3.印刷參數是否有問題,單個pad,大面積少錫,21,少錫（無錫）：,堵孔實例：,22,少錫（無錫）：,少錫的改善及預防：,禁止將stencil上變硬的錫膏二次使用,要求錫膏及pcb供應商改善其生産製程,嚴格控制smt環境，防止異物產生,優化印刷機的各項參數,隨著元件尺寸越來越小，印刷會變得越來越困難，需要從錫膏及網板的製作方法上尋找對策,23,材料,人員,機器,環境,忘記及時添加錫膏,空氣中的異物,毛髮，頭皮,PCB板的綠漆,PCB板的包裝材料,擦拭紙異物,錫膏中的硬塊,將變硬的錫膏二次使用,設定參數錯誤,刮刀損壞,Stencil損壞,脫模不好,Sunnger問題,少錫，無錫,看板時踫到
7、,錫膏添加過多,印刷少錫會影響到後面元件產生 open,偏位，少錫，豎件等不良,印刷少錫魚骨圖：,24,連錫,網板開孔太大 網板變形 夾板問題 擦拭系統故障 Pcb支撐不好 Pcb板上有異物殘留或者綠油過厚 PCB變形嚴重,造成連錫的原因：,25,連錫,遇到連錫時的分析步驟：,通常在遇到印刷連錫的問題時應按照如下順序查找原因：,1.檢查擦拭系統是否故障造成不能擦拭 2.檢查網板是否存在局部損壞或變形 3.檢查Support pin是否支撐良好以及夾板是否正常 4.檢查PCB與網板之間是否有異物或者綠油過厚 5.檢查網板開孔是否有問題 6.檢查PCB是否變形嚴重 7.檢查印刷機的脫模等參數,26
8、,連錫案例,K綫不噴solvent造成網板擦拭不乾淨，產生大量連錫,Tank剛導入無鉛出現大量南橋固定角連錫，通過修改網板解決問題,27,連錫,連錫的改善及預防：,確保印刷參數的正確,需要擦拭系統可以正常穩定工作,選取最佳的網板厚度及開孔方式,需要從pcb設計的角度進行改善,確保支撐良好且夾板正常,做好網板及刮刀的保護,28,材料,人員,機器,環境,PCB板的綠漆過高,PCB板的包裝材料,網板厚度不對,設定參數錯誤,刮刀損壞,Stencil損壞,脫模不好,Sunnger問題,連錫,看板時踫到,網板開孔問題,Pad設計問題,擦網板系統故障,印刷連錫主要會造成後面元件產生連錫不良,印刷連錫魚骨圖：
9、,29,印刷偏位,網板Mark與PCB Mark不對應 夾板問題 Pcb支撐不好 印刷程式錯誤 影像系統誤判,造成印刷偏位的原因：,30,印刷偏位,遇到印刷偏位時的分析步驟：,通常在遇到印刷偏位的問題時應按照如下順序查找原因：,1.檢查印刷程式是否正確 2.檢查Support pin是否支撐良好以及夾板是否正常 3.檢查網板mark否有問題,印刷偏位的改善及預防：,1.確保印刷程序的正確 2.確保Support pin支撐良好以及夾板正常 3.確保各印刷參數的正確,31,材料,人員,機器,環境,PCB板的mark點不好,Sunnger夾板不好,連錫,網板開孔與gerber不符,影像系統故障,S
10、upport pin 未頂好,Program 問題,印刷偏位魚骨圖：,會影響到後面元件產生 open,偏位，豎件等不良,32,三，高速貼片機,高速機的分類,1.FUJI CP6,7,8系列 （CAM驅動） 2.FUJI NXT系列 （模組式結構） 3.SIEMENS系列 （模組式結構）,33,三，高速貼片機,高速機的工作原理（FUJI CP6）,34,三，高速貼片機工作原理及品質問題分析,高速機的工作原理（模組化結構）,35,高速貼片機關鍵構成,將需要貼片的小chip元件安裝到印好錫膏的PCB 板上,真空,Nozzle,Main table,feeder,防錯料系統,影像系統,36,高速貼片機
11、工作流程,機器Load 板,Device table 移動,照mark點,抓料,影像處理,完成？,END,no,yes,置件,37,高速貼片機常見不良及分析方法,漏件,偏位,損件,錯件,豎件（立碑）,飛件，多件,側件，翻件,38,高速貼片機常見不良及分析方法,錯件,批量錯件,單個錯件,批量錯件通常由兩種情況造成： 1。smt程序本身寫錯，造成錯料，通常pvs也無法預防，但是改善方法很簡單，修改掉程序中錯誤的地方即可。 2。Operator上錯料，這一種情況在加裝pvs系統後出錯機會減小，而東園區試用中的pts系統，因爲增加了reel條碼等功能，出錯的機會就更進一步降低，而且出錯後很容易追蹤到出
12、錯的每一片板。對於operator上錯料的預防，主要是作業員一定要按照上料的規則上料，不可擅自變通。,39,高速貼片機常見不良及分析方法,錯件,批量錯件,單個錯件,批量錯件雖然後果嚴重，但是一般比較容易檢出，而個別位置的錯件有時不能通過測試發現，所以風險也會很大，個別位置錯件通常也有兩種成因： 1。飛件造成，也就是說置件頭抓到料以後運動過程中元件掉落到pcb板上，造成錯件，通常是抓料不良會造成這種狀況。改善起來比較困難，因爲抓料不良跟很多因素有關，如：feeder,nozzle,真空，support pin,影像，出現不良時，建議按照如下步驟進行檢查：,校準該站feeder,Check 真空,
13、Check support pin,Check nozzle,40,高速貼片機常見不良及分析方法,錯件,批量錯件,單個錯件,2。抛料機構問題導致沒有抛掉的料被再次打到板子上（本狀況只針對CP6系列機型），這種錯料的現象通常表現為：所錯的位號的料通常是前一站或前幾站中置件顆數很多的元件，舉例如下：,概況：8/5- 8/8共打出12PCS Saltlake錯料 現象：CP3-25站 錯成CP3-19站 CP3-44站 錯成CP3-43站 分析：1 19站2721011044170.1uf,10v ,10%,143個位.2 43站2721021047120.1uf,16v ,80%-20%,41個位
14、 原因：CP3-16站拋料不良在貼片元件較多的站機器運轉速度高造成料未拋掉,貼到后面的位置 。 改善：調整16站間隙，更換毛刷以後不良消失。,41,高速貼片機常見不良及分析方法,錯件,遇到錯件時的處理方法： 1。將所有錯件的板子找出來。 2。統計錯件的時間，位號，及錯件在pcb上的位置，看是否有規律性。如果是固定位置連續錯料則應判斷為上錯料或者程序錯誤。 3。如果是上錯料。則要檢查線上剩餘的物料，看是否還有錯的料在線上。查找錯料原因。 4。如果是無規律的錯料，則要檢查抛料狀況是否正常，或者是否飛件造成。可按照前面講述的方法進行分析改善。,42,高速貼片機常見不良及分析方法,損件（打裂）,固定位
15、號或固定區域,整板不確定位置,Support pin頂到板底元件,Support pin高度不對造成板面元件打裂,Part data元件高度寫錯,Nozzle彈簧卡死，無法縮回,Z0跑掉,來料損件,疊板,在06年12月中旬SG1D試產過程中出現印刷機maintable上的鋼尺將板底元件打損件的狀況,43,高速貼片機常見不良及分析方法,損件（打裂）,遇到元件被打裂的狀況，第一步就是要查清楚是局部裂件還是大面積不規則裂件。大多數裂件會和support pin有關，所以應該重點檢查pcb板的支撐狀況。,打裂元件的檢查方法： 使用110倍實體顯微鏡觀察元件的側面（板子要傾斜觀看）：,44,高速貼片機常
16、見不良及分析方法,損件,產生損件的其他原因：,設計造成 錫膏量印刷不均衡 PCB變形 熱衝擊 機械應力，如測試設備產生等 分板時造成的外力 運輸過程產生的外力,元件，PCB,焊點之間熱膨脹係數不匹配；焊接過程中變形；回流焊升溫，降溫過快,陶瓷CTE：35ppm/度 PCB CTE: 20 ppm/度 焊點CTE：約18ppm/度,45,高速貼片機常見不良及分析方法,漏件，飛件,漏件,人員作業,機器設定,program,制程 方法,NOZZLE,FEEDER,中間位擺治具時踫到,看板時手踫到,程式中坐標被改動,Part data中元件高度被改動,抓料高度不對,Device table走不到位,切
17、刀切不斷料帶,Nozzle高度不對,Nozzle被堵塞，元件掉落,Feeder進料不到位,Feeder齒輪有一個或幾個齒壞掉,Feeder下面有元件,Feeder卡住料盤，進料困難,Feeder彈簧壞掉,真空管破裂,Holder 堵塞,Maintable不平,Support pin高度、位置不對,生産線換不同高度的料,回焊爐氧含量、溫度控制不好,錫膏印偏位,網板塞孔,來料,PCB變形,來料氧化造成飛件,漏件的魚骨圖,46,高速貼片機常見不良及分析方法,偏位,坐標錯誤,修改坐標,吸料不穩,檢查nozzle，feeder,元件part data錯誤,元件上錫不良,修改part data,日本松下爲
18、了應對01005小元件貼裝開發了APC系統：,傳統貼裝,APC,47,高速貼片機常見不良及分析方法,電阻翻件、側件,人員作業,機器設定,材料包裝,NOZZLE,FEEDER,上料時將散料放入feeder造成翻件,寫錯part data,來料編帶的裝料孔尺寸太大， 造成電阻在料帶中滑動,來料本身翻件,來料有折痕 造成翻件、側件,抓料高度不對,Device table走不到位,切刀切不斷料帶,Nozzle高度不對,Nozzle被堵塞，電阻掉落,Feeder進料不到位,Feeder齒輪有一個或幾個齒壞掉,Feeder下面有元件,Feeder卡住料盤，進料困難,Feeder彈簧壞掉,真空管破裂,Hol
19、der 堵塞,48,四，泛用貼片機工作原理及品質問題分析,泛用機工作原理,簡介,49,泛用機關鍵構成,將需要貼片的IC,BGA等大元件安裝到印好錫膏的PCB 板上,真空,Nozzle,feeder,Tray,PVS,影像系統,50,泛用機使用材料的特點,材料包裝,MSD管控,Reel,Tube,Tray,FLOOR LIFE,SHELF LIFE,JEDEC J-STD-033A,40/90% RH 條件下可以存放12個月,BAKING,51,泛用貼片機常見不良及對策,置件偏位,坐標錯誤 影像問題 吸料不穩，偏位,連錫,壓件,偏位,下壓過量,52,五，回焊爐 工作原理及品質問題分析,回焊爐工作
20、原理,簡介,熱風,IR,53,五，回焊爐,回焊爐的類型,1。氣相焊接（vapor phase reflow) 2。熱板傳導式回流焊爐 3。紅外輻射回流焊 4。強制熱風對流回流焊,54,回焊爐工作原理,將完成元件貼片的PCB 加熱，完成焊接過程,加熱,氮氣,鏈條速度,支撐,降溫,55,焊點形成機理,潤濕 擴散 溶解 冶金結合，形成結合層,最佳潤濕角度15-45度,金屬與金屬接觸時，界面上晶格紊亂導致部分原子從一個晶格點陣移動到另一個晶格點陣,Cu6Sn5,Cu3Sn,Sn,Pb,Cu,Cu焊端表面,合金層的厚度在0.5-4um時強度較佳,56,Profile,升溫區,恒溫區揮發區預熱區,助焊區,
21、焊接區 回流區,冷卻區,57,Profile check list,58,BGA焊接過程演示,59,焊接常見不良及對策,冷焊,偏位,連錫,焊接不良,錫珠,錫裂,豎件,60,焊接常見不良及對策,冷焊,通常由於溫度過低或預熱時間錯誤造成錫膏不熔,遇到冷焊的狀況，應該立刻檢查爐溫，及時測量溫度曲綫，同時應確認測溫板是否ok,是否熱風馬達出現故障等。,61,焊接常見不良及對策,偏位,1.理論上講過快的熱風速度會將較小的元件吹動，造成小chip的偏位，但並無實驗數據或直接案例,2.回焊爐擋簾過硬或者爐内殘留異物掃到元件造成偏位，在現場均有發生,3.熱風陰影效應造成元件的偏位，實例：,62,焊接常見不良及
22、對策,普利華機种中Q404偏位,Q404緊鄰一個相對較高的電感，由於距離很近，懷疑會在熱風爐中產生陰影效應，同時Q404可能會受到大電感大量吸熱的影響,因此在線上有做進一步的驗證動作，將PCB進回焊爐的方向調轉90度過爐（如下示意圖），結果，在SMT PI的良率有較大改善。,Q404,電感,電感,Q404,63,焊接常見不良及對策,連錫,對於雙面板，使用治具過爐時有可能發生pin頂到元件上造成連錫。實例：,錫爆是產生bga連錫的一種可能原因，示意圖：,64,焊接常見不良及對策,氧氣濃度對焊接的影響,3F 9線生産HK23無鉛機种（使用SbZn錫膏）時，由於回焊爐内氧氣含量過高（客戶建議小於10
23、00ppm），造成焊點發黑，且焊錫在pad上的延展性較差，（見圖片），造成焊接品質問題數十片。後經過調整氧氣濃度降至3000ppm以下，焊錫狀況好轉。因此可以判斷回焊爐内的氧含量會影響到焊接的品質，包括BGA的焊接品質。,氧氣濃度高造成焊點發黑，無光澤,氧氣濃度低焊點發亮，且延展性好,65,焊接常見不良及對策,爆米花現象,回流焊時，水蒸氣壓力隨溫度上升而增加導致封裝破裂或者是封裝内關鍵層破裂,66,六，來料及其他原因造成的品質問題,PCB造成的不良,67,六，來料及其他原因造成的品質問題,PCB造成的不良,68,六，來料及其他原因造成的品質問題,69,六，來料及其他原因造成的品質問題,來料造成
24、的不良,70,六，來料及其他原因造成的品質問題,錫膏的問題,助焊劑的揮發也會造成焊接的不良,71,六，來料及其他原因造成的品質問題,Layout可能產生的問題,72,六，來料及其他原因造成的品質問題,材料包裝可能產生的問題,73,七，SMT發展趨勢,無鹵化制程,元件的兩極化發展,窄間距技術-網板，印刷，貼片精度,OSP,需要面對原材料品質下降的挑戰,軟PCB技術,74,Thanks,75,SnPb SnZn SnZnBi SnAgCu,76,Stencil相關知識,Stencil種類,化学蚀刻,激光切割,电铸钢板,特點：化学蚀刻的钢板适用25mil以上间距的元件，开孔的边缘常会出现凹陷致使印刷
25、时出现锡膏外溢现象,电铸钢板的优点是开孔的位置和形状精确度都很高，有很宽的厚度选择范围：从1.5mils（0.038mm）到10mil（0.254mm）。对比不锈钢，锡膏在镍上有更低的表面张力，所以下锡更好，下锡率达95以上。开孔边缘的垫圈或“O”形环设计在印刷时有很好的密封作用，防止锡膏外溢。,激光切割钢板的优点：精度好，制作时间快，开孔少价格便宜 激光切割钢板的缺点：孔壁粗躁，椭圆半径边缘有尖峰，下锡连贯性7580,77,Stencil相關知識,Stencil特殊處理,局部加厚,局部減薄,連錫,少錫,錫洞,78,Stencil相關知識,Stencil存放保管,。避免踫撞 。保持清潔 。標簽要易于辨識,Stencil開孔規範,79,Stencil相關知識,Stencil清洗,手工清洗,機器清洗,同方2000，YCM336， 小刷子，擦拭紙,同方2000，YCM336 濾網的更換 清洗時間5分鐘，乾燥時間10分鐘,80,刮刀分類： 金屬刮刀 橡膠刮刀,刮刀尺寸： 12英寸 16英寸 19英寸,60度,刮刀,81,82,pcb,flipper,snugger,
