如何在SMT貼裝工藝獲得長期穩(wěn)定的品質
發(fā)布時間2022-03-12 12:04:41
當今產(chǎn)品的普遍趨勢是小型化，同時又要增加性能和降低成本，這不可避免地導致在SMT所有領域中的更大的工藝開發(fā)。例如，高性能貼裝系統(tǒng)的用戶希望供應商有新的發(fā)展，從而可以大大增加貼裝產(chǎn)量，同時又提高貼裝精度。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)定的值通常作為機器能力測試(MCT, machine capability test)的一部分，在供應商自己的地方為貼裝機器的客戶進行檢驗。MCT工藝
貼裝系統(tǒng)的標準偏差和標稱值的平均值偏差，是貼裝精度的兩個核心變量，作為MCT的一部分進行測量。MCT是以下列步驟進行的：首先，將某個最少數(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量機器來測定所有貼裝的玻璃元件在X，Y和θ上的貼裝偏差。測量機器然后計算在有關位置軸X，Y和θ上的貼裝偏移(標稱值的平均值偏差)。
在圖一中以圖形代表的MCT結果得到如下的核心貼裝精度值：
標準偏差 = 8 µm
貼裝偏移 = 6 µm
通常，我們可以預計貼裝偏差符合正態(tài)高斯分布，允許變換到更寬的統(tǒng)計基數(shù)，如3或4σ。對于經(jīng)常使用的統(tǒng)計基數(shù)，上述指定的貼裝系統(tǒng)具有32µm的精度。
將導出的精度與所要求的公差極限相比較，則可評估貼片機對于一個特殊要求的可適用性。貼片機能力指數(shù)(cmk, machine capability index)已經(jīng)被證明是最適合這一點的。它通常用來評估貼片機的工藝能力(process capability)。
一旦上限(USL, upper specification limit)與下限(LSL, lower specification limit)已經(jīng)定義，cmk可用來計算貼裝精度。
由于極限值一般是對稱的，我們可以用簡化的規(guī)格極限SL=USL=-LSL進行計算，如圖一所示。
| cmk= | 規(guī)格極限-貼裝偏移
|
= | 3SL-µ
|
| cmk= | SL-µ
|
= | (50-6)µm
|
=1.83 |
在實際中，我們怎樣處理統(tǒng)計變量σ、cmk和百萬缺陷率(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)達到4σ工藝能力。6σ的工藝能力，是今天經(jīng)?？吹降囊粋€要求，意味著cmk必須至少為2.66。在電子生產(chǎn)中，DPM的使用是有實際理由的，因為每一個缺陷都產(chǎn)生成本。統(tǒng)計基數(shù)3、4、5、6σ和相應的百萬缺陷率(DPM)之間的關系如下：
| 3σ = 2,700 DPM 4σ = 60 DPM 5σ = 0.6 DPM 6σ = 0.002DPM |
第一種情況：我們依靠供應商所規(guī)定的75µm/4σ的貼裝精度。在這種情況中，我們希望在一百萬個貼裝中，不多于60個將超出±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。因為1.33的cmk準確地定義一個4σ工藝，我們可以預計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貼裝特性由于外部機械的影響而已經(jīng)在一個特定方向移動太多，那么貼裝設備必須重新校正。因此這個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的方法進行貼裝偏移的優(yōu)化，并使用其它的測量機器。在相關位置軸X、Y和θ上得到的貼裝偏移結果手工地輸入到貼裝系統(tǒng)，用于補償?shù)哪康摹?br /> 下面描述的是結合在貼裝機器內的一種貼裝偏移優(yōu)化方法。
這里想法是要在貼裝系統(tǒng)上允許運行一個類似的測量程序，該程序通常是MCT的一部分。目的是，機器找出在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。
整個過程是按如下進行的：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。每一個玻璃元件在其外邊緣上都有參考標記。在板上也有參考標記，緊鄰元件的參考標記(圖二)。
在貼裝之后，用PCB相機馬上拍出板上和元件上相應的參考標記的四張連續(xù)的照片。然后把通過評估程序計算出的和用戶接受的X、Y和θ貼裝偏移傳送到有關的機器數(shù)據(jù)存儲區(qū)域。再沒有必要使用傳統(tǒng)的手工位移輸入。由于該集成的方法使用了相對測量而不是絕對測量，位置精度與貼裝系統(tǒng)的動態(tài)反應不會反過來影響結果的質量。只有PCB相機的圖象分辨率和質量才是重要的。因此這個所描述的專利方法具有測量機器的特性。
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)化來提高至1.92。
假設如下初始條件：
SL = 50 µm
標準偏差 = 8 µm
貼裝偏移 = 18 µm
原始 cmk:
| cmk= | SL-µm
|
= | (50-18)µm
|
=1.33 |
將貼裝偏移減少到，比如說，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
|
= | (50-4)µm
|
=1.92 |
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