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PCBA加工SMT代工工艺评审的要点(上)

time : 2019-08-15 09:04       作者:凡亿pcb

摘要:PCBA加工企业希望顺利导入SMT新品,保证按时将合格产品交付给客户,而做好细致全面的工艺评审是新品试样前必不可少的准备工作,本文从PCB的DFM设计、特殊元件、客户的特殊要求等三大方面详细描述了工艺评审的要点。 
关键词:PCBA加工 SMT代工 工艺评审
 
近几年来,随着电子产品市场竞争的不断升级,迫于成本的压力,OEM(Original Equipment Manufacture,原始设备制造商)企业积极寻求非核心的制造业务外包,EMS(Electronic Manufacturing Service,电子制造服务)产业得到快速发展,由于SMT(Surface Mount Technology,表面贴装技术)的设备高投入和工艺高复杂性的特点,SMT代工在EMS产业中占有最大的比重。随着竞争的加剧,SMT代工利润被逐渐削薄,生存压力迫使所有SMT代工企业不断采取措施提高竞争力,想方设法提升客户的满意度。 
那么如何才能做到让客户满意呢?就是要彻底搞清楚客户产品的细节和客户的需求,不断提升SMT代工质量,这个代工质量不单指产品质量,更重要的是服务质量。根据我们十几年SMT代工服务的经验,我们发现提升客户满意度的关键和前提就是SMT新品导入前的合同评审。俗话说“磨刀不误砍柴功”,只有把合同评审等准备工作做细做好,才能保证SMT新品试样一次成功。全面细致的合同评审可以收到事半功倍的效果,否则,在SMT新品试样生产中,就会时不时地出现这样那样的问题,可能会影响质量和交期,导致客户抱怨。 
SMT代工合同的评审内容包括工艺、质量、价格、交期、服务、材料损耗、包装运输等等,其中最重要最关键的内容是工艺评审,它应包括PCB(Printed  Circuit Board,印刷电路板)的DFM(Design For Manufacture,可制造性设计)设计、特殊元件、客户的特殊要求等三大方面,下面分别加以详细描述:
 
一、PCB的DFM设计
PCB的DFM设计相当重要,通过DFM设计可以确保PCB的可加工性、可生产性、可测试性,作为SMT代工厂主要需评审的是对SMT生产工艺有重大影响的DFM设计内容。 
1、PCB材质及耐温性 
PCB的材质有很多种类,其耐温特性各不相同,PCB常用材料中,树脂有环氧树脂、酚醛树脂等,基材有玻纤布、绝缘纸等。比较常见PCB的材质有CEM-1、CEM-3、FR-1、FR-4、FR-5等型号,不同型号PCB的耐温等级差异很大,针对纸质PCB耐温等级低、易吸潮的特点,需设置尽量低的回流温度,同时需评估是否需要安排预烘烤,特别注意非真空包装的纸质PCB。 
2、PCB镂空外形结构 
不规则外形PCB的镂空面积较大时,容易导致SMT设备输送轨道上的PCB传感器误测,需要增加PCB传感器检测延时时间,以避免因识别错误产生误动作,或在与轨道垂直的方向移动PCB检测传感器以避开PCB镂空的地方。
如果需要安排波峰焊接工序的,还需考虑制作波峰焊载板以遮蔽镂空比较大的地方,以免融锡冲上板面。 
3、工艺边 
PCB板边4mm范围内不能有元器件,否则会影响SMT生产,无法避免时,可以采用添加辅助边(工艺边)或制作载板的方法,工艺边一般加在PCB长边,工艺边宽度不小于3mm,工艺边同PCB流向一致。如果工序间PCBA流转是采用板架的,需评估板架上PCB槽的深度(一般为6-7mm)范围内是否有元件,如有则不能用板架周转,可以采用专用的PCB MAGAZINE。 
4、“V-CUT”槽 
PCB联板一般以“V-CUT”槽分割,合适的“V-CUT”槽深度是很重要的,“V-CUT”槽可以双面刻也可以单面刻,总的深度一般是PCB厚度的1/3-1/2左右,过浅会增加分板难度,过深会造成连接强度不够,PCB过炉受热时易变形。 
5、PCB板厚 
每台SMT设备都有PCB厚度范围的限制,在允许范围以内较厚的PCB硬度和平整度好,不易变形,所以比较受SMT工厂欢迎,而面积较大而又较薄的PCB就很容易变形,这时就需要像生产软板(FPC)一样制作载板,将PCB固定在载板上再生产。
6、PCB大小 
每台SMT设备都有PCB尺寸范围限制,太大或太小均无法生产。如果单片PCB尺寸太大,就需要选择适合大尺寸PCB的大型设备来生产。如果单片PCB尺寸太小,一是可以做成多联板,使多联板的PCB尺寸变大;二是制作尺寸合适的载板,将单片PCB放于载板上生产,当然前者生产效率更高。 
7、PCB焊盘涂层 
PCB表面处理一般有有机涂覆(OSP)、热风平整(喷锡)、化学镀镍/浸金(ENIG)、浸银、浸锡等方式,喷锡板主要需检查焊盘表面喷锡的平整度,喷锡不平整会影响锡膏印刷效果;OSP板主要需检查抗氧化性,以选择合适活性的锡膏型号和PCB流转限制时间;ENIG处理过的PCB表面在焊接过程中容易产生黑盘效应(Black pad),需在PCB外观检验SOP(Standard Operating Procedure 标准作业程序)中作特别提醒。 
8、PCB阻焊膜和丝印图 
阻焊膜不能覆盖焊盘,要能耐受回流焊高温冲击,不能产生起皮、褶皱等不良。丝印字符应清晰,不能覆盖焊盘。尤其要注意检查细间距IC附近阻焊膜和丝印油的高度,如超标会使细间距IC引脚焊盘上的锡膏厚度增加,易造成连焊不良。 
9、元件分布 
元件布局应均匀、整齐、紧凑,功率大的元件摆放在利于散热的位置上,质量较大的元器件应避免放在板的中心,热敏元件应远离发热元件,同类型插装元器件在X或Y方向上应朝一个方向放置,同一种类型的有极性分立元件也要在X或Y方向上保持一致,便于生产和检验,元器件的排列要便于调试和维修,亦即小元件周围不能放置大元件、需调试的元器件周围要有足够的空间。 
波峰焊接面上的大、小SMD不能排成一条直线,要错开位置,较小的元件不应排在较大的元件之后,阻容件轴向要与波峰焊传送方向垂直,排阻及SOP元器件轴向与传送方向平行,这样可以防止焊接时因焊料波峰的 “阴影”效应造成的虛焊和漏焊。 
10、焊盘和布线设计 
①需评估焊盘设计是否与实际元件匹配,如发现有小元件匹配大焊盘的,可以考虑在元件底部点加贴片胶来帮助固定,以避免回流焊时出现立碑、空焊等不良。 
②需评估焊盘大小和间距是否符合IPC-SM-782A标准。如不符合,需修改设计,或在印刷钢网设计时考虑修正弥补轻微的设计缺陷。 
③SMD元件的焊盘上或其附近不能有过孔,过孔离焊盘至少0.5mm以上,否則在回流焊过程中,焊盘上的焊锡熔化后会沿着过孔流走,会产生空焊、少錫,还可能流到板的另一面造成短路。如果无法避免,需将过孔注入胶水填塞,如果是BGA焊盘,还需特别检查过孔填塞后不能留凹坑,否则,BGA焊点易产生空洞。 
④焊盘与大面积铜箔(如电源/接地层等)之间需作热隔离设计,否则易形成冷焊不良,热隔离连线长度至少1mm以上。 
⑤大面积接地/电源层应作网格状处理,否则,在焊接过程中会因热应力差异过大引起PCB局部变形。 
⑥如果需要对PCBA作ICT测试的,就需评估测试焊盘的设计是否合理,两个测试焊盘应保持2.54mm以上间距,测试焊盘应上锡,应选用低残留免清洗焊锡膏,尽量避免用过孔或焊点来代替测试焊盘。 
⑦对于通孔元件来说,为了保证焊接效果最佳,引脚与孔径的缝隙应在0.25mm~0.70mm之间。较大的孔径对插装有利,但对焊点形成不利,易产生空洞和半焊不良。 
⑧一般通孔元件的焊盘直径为孔径的2倍,双面板最小为1.5mm,单面板最小为2mm,如果受空间限制而不能用圆形焊盘的,可以采用腰圆形焊盘,以增加焊盘面积。 
⑨PCB的定位孔为非金属化孔,直径为4mm,位于PCB的角上,距两板边各5mm。定位MARK点距板边5mm以上,不影响SMT设备的识别,PCB对角至少有两个不对称MARK点,MARK点的优选形状为实心圆,也可以是实心方块、实心菱形、十子星等,实心圆MARK点的优选尺寸为直径1mm。对于细间距IC,为提高贴片精度,要求在IC两对角也设置局部MARK点。MARK点的材料为裸铜或覆铜,为了增加MARK点和PCB之间的对比度,可在MARK点周围1.5mm范围内开阻焊窗口,为了保证印刷和贴片的识别效果,MARK点周围应无其它走线及丝印字符。