如何在SMT貼裝工藝獲得長(zhǎng)期穩(wěn)定的品質(zhì)

　 　　當(dāng)今產(chǎn)品的普遍趨勢(shì)是小型化，同時(shí)又要增加性能和降低成本，這不可避免地導(dǎo)致在SMT所有領(lǐng)域中的更大的工藝開發(fā)。例如，高性能貼裝系統(tǒng)的用戶希望供應(yīng)商有新的發(fā)展，從而可以大大增加貼裝產(chǎn)量，同時(shí)又提高貼裝精度。就貼裝的最重要方面：貼裝精度而言，用戶都希望所規(guī)定的設(shè)備參數(shù)值可以維持幾年不變。這些規(guī)定的值通常作為機(jī)器能力測(cè)試(MCT, machine capability test)的一部分，在供應(yīng)商自己的地方為貼裝機(jī)器的客戶進(jìn)行檢驗(yàn)。
MCT工藝
　　貼裝系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)偏差和標(biāo)稱值的平均值偏差，是貼裝精度的兩個(gè)核心變量，作為MCT的一部分進(jìn)行測(cè)量。MCT是以下列步驟進(jìn)行的：首先，將某個(gè)最少數(shù)量的玻璃元件貼裝在一塊玻璃板上的粘性薄膜上。然后使用一部高精度測(cè)量機(jī)器來(lái)測(cè)定所有貼裝的玻璃元件在X，Y和θ上的貼裝偏差。測(cè)量機(jī)器然后計(jì)算在有關(guān)位置軸X，Y和θ上的貼裝偏移(標(biāo)稱值的平均值偏差)。
　　在圖一中以圖形代表的MCT結(jié)果得到如下的核心貼裝精度值：
標(biāo)準(zhǔn)偏差 = 8 µm
貼裝偏移 = 6 µm

　　通常，我們可以預(yù)計(jì)貼裝偏差符合正態(tài)高斯分布，允許變換到更寬的統(tǒng)計(jì)基數(shù)，如3或4σ。對(duì)于經(jīng)常使用的統(tǒng)計(jì)基數(shù)，上述指定的貼裝系統(tǒng)具有32µm的精度。
　　將導(dǎo)出的精度與所要求的公差極限相比較，則可評(píng)估貼片機(jī)對(duì)于一個(gè)特殊要求的可適用性。貼片機(jī)能力指數(shù)(cmk, machine capability index)已經(jīng)被證明是最適合這一點(diǎn)的。它通常用來(lái)評(píng)估貼片機(jī)的工藝能力(process capability)。
　　一旦上限(USL, upper specification limit)與下限(LSL, lower specification limit)已經(jīng)定義，cmk可用來(lái)計(jì)算貼裝精度。
　　由于極限值一般是對(duì)稱的，我們可以用簡(jiǎn)化的規(guī)格極限SL=USL=-LSL進(jìn)行計(jì)算，如圖一所示。

cmk=

規(guī)格極限-貼裝偏移 3x標(biāo)準(zhǔn)偏差

=

3SL-µ 3σ

　　以下的cmk結(jié)果是針對(duì)圖一所提出的條件和客戶所定義的50µm規(guī)格極限。

cmk=

SL-µ 3σ

=

(50-6)µm 24µm

=1.83

　　因此，cmk評(píng)估貼裝位置相對(duì)于三倍的標(biāo)準(zhǔn)偏差值的分散與平均偏差(貼裝偏移)。
　　在實(shí)際中，我們?cè)鯓犹幚斫y(tǒng)計(jì)變量σ、cmk和百萬(wàn)缺陷率(DPM, defects per million)？在今天的電子制造中，希望cmk要大于1.33，甚至還大得多。1.33的cmk也顯示已經(jīng)達(dá)到4σ工藝能力。6σ的工藝能力，是今天經(jīng)常看到的一個(gè)要求，意味著cmk必須至少為2.66。在電子生產(chǎn)中，DPM的使用是有實(shí)際理由的，因?yàn)槊恳粋€(gè)缺陷都產(chǎn)生成本。統(tǒng)計(jì)基數(shù)3、4、5、6σ和相應(yīng)的百萬(wàn)缺陷率(DPM)之間的關(guān)系如下：

3σ = 2,700 DPM 4σ = 60 DPM 5σ = 0.6 DPM 6σ = 0.002DPM

　　這里是其使用的一個(gè)實(shí)際例子：在一個(gè)要求最大封裝密度的應(yīng)用中(如，移動(dòng)電話)，對(duì)于0201元件的貼裝精度要求可能是75µm。
　　第一種情況：我們依靠供應(yīng)商所規(guī)定的75µm/4σ的貼裝精度。在這種情況中，我們希望在一百萬(wàn)個(gè)貼裝中，不多于60個(gè)將超出±75µm的窗口。
　　第二種情況：MCT基于某一規(guī)格極限產(chǎn)生1.45的cmk。因?yàn)?.33的cmk準(zhǔn)確地定義一個(gè)4σ工藝，我們可以預(yù)計(jì)得到由于貼裝偏差產(chǎn)生的缺陷率低于60 DPM。
貼裝偏移的優(yōu)化
　　在SMT生產(chǎn)工藝中，如果懷疑在印刷電路板上的整個(gè)貼裝特性由于外部機(jī)械的影響而已經(jīng)在一個(gè)特定方向移動(dòng)太多，那么貼裝設(shè)備必須重新校正。因此這個(gè)貼裝偏移必須盡可能地減少。有大量貼裝系統(tǒng)的表面貼裝元件(SMD)電子制造商以類似于MCT的方法進(jìn)行貼裝偏移的優(yōu)化，并使用其它的測(cè)量機(jī)器。在相關(guān)位置軸X、Y和θ上得到的貼裝偏移結(jié)果手工地輸入到貼裝系統(tǒng)，用于補(bǔ)償?shù)哪康摹?br />　　下面描述的是結(jié)合在貼裝機(jī)器內(nèi)的一種貼裝偏移優(yōu)化方法。
　　這里想法是要在貼裝系統(tǒng)上允許運(yùn)行一個(gè)類似的測(cè)量程序，該程序通常是MCT的一部分。目的是，機(jī)器找出在X、Y和θ上的貼裝偏移，然后以一種不再發(fā)生偏移的方式使用。
　　整個(gè)過(guò)程是按如下進(jìn)行的：盡可能最大數(shù)量(如48)的玻璃元件使用雙面膠帶貼裝在玻璃板上。每一個(gè)玻璃元件在其外邊緣上都有參考標(biāo)記。在板上也有參考標(biāo)記，緊鄰元件的參考標(biāo)記(圖二)。


　　在貼裝之后，用PCB相機(jī)馬上拍出板上和元件上相應(yīng)的參考標(biāo)記的四張連續(xù)的照片。然后把通過(guò)評(píng)估程序計(jì)算出的和用戶接受的X、Y和θ貼裝偏移傳送到有關(guān)的機(jī)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)域。再?zèng)]有必要使用傳統(tǒng)的手工位移輸入。由于該集成的方法使用了相對(duì)測(cè)量而不是絕對(duì)測(cè)量，位置精度與貼裝系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)反應(yīng)不會(huì)反過(guò)來(lái)影響結(jié)果的質(zhì)量。只有PCB相機(jī)的圖象分辨率和質(zhì)量才是重要的。因此這個(gè)所描述的專利方法具有測(cè)量機(jī)器的特性。
　　下面的例子顯示1.33的cmk可以怎樣使用集成的貼裝偏移優(yōu)化來(lái)提高至1.92。
　　假設(shè)如下初始條件：
　　SL = 50 µm
　　標(biāo)準(zhǔn)偏差 = 8 µm
　　貼裝偏移 = 18 µm
　　原始 cmk:

cmk=

SL-µm 3σ

=

(50-18)µm 24µm

=1.33

　　將貼裝偏移減少到，比如說(shuō)，4µm如圖三所示，那么cmk的值將有很大改善。
　　貼裝偏移優(yōu)化之后的cmk：

cmk=

SL-µm 3σ

=

(50-4)µm 24µm

=1.92

　　安裝在生產(chǎn)線中的松下貼片機(jī)可以升級(jí)到盡可能最高的貼裝精度，而不需要復(fù)雜的、昂貴的和通常難買到的測(cè)量機(jī)器?；蚨嗷蛏偻ㄟ^(guò)簡(jiǎn)單按下優(yōu)化過(guò)程的按鈕，該貼裝系統(tǒng)就轉(zhuǎn)換成一部高精度測(cè)量機(jī)器。
　　如上文有任何不明白的請(qǐng)聯(lián)系本公司，我司有專門的技術(shù)人員為您解答，謝謝。
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