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PCBA加工SMT代工工藝評審的要點(上)

time : 2019-08-15 09:04       作者:凡億pcb

摘要:PCBA加工企業希望順利導入SMT新品,保證按時將合格產品交付給客戶,而做好細致全面的工藝評審是新品試樣前必不可少的準備工作,本文從PCB的DFM設計、特殊元件、客戶的特殊要求等三大方面詳細描述了工藝評審的要點。 
關鍵詞:PCBA加工 SMT代工 工藝評審
 
近幾年來,隨著電子產品市場競爭的不斷升級,迫于成本的壓力,OEM(Original Equipment Manufacture,原始設備制造商)企業積極尋求非核心的制造業務外包,EMS(Electronic Manufacturing Service,電子制造服務)產業得到快速發展,由于SMT(Surface Mount Technology,表面貼裝技術)的設備高投入和工藝高復雜性的特點,SMT代工在EMS產業中占有最大的比重。隨著競爭的加劇,SMT代工利潤被逐漸削薄,生存壓力迫使所有SMT代工企業不斷采取措施提高競爭力,想方設法提升客戶的滿意度。 
那么如何才能做到讓客戶滿意呢?就是要徹底搞清楚客戶產品的細節和客戶的需求,不斷提升SMT代工質量,這個代工質量不單指產品質量,更重要的是服務質量。根據我們十幾年SMT代工服務的經驗,我們發現提升客戶滿意度的關鍵和前提就是SMT新品導入前的合同評審。俗話說“磨刀不誤砍柴功”,只有把合同評審等準備工作做細做好,才能保證SMT新品試樣一次成功。全面細致的合同評審可以收到事半功倍的效果,否則,在SMT新品試樣生產中,就會時不時地出現這樣那樣的問題,可能會影響質量和交期,導致客戶抱怨。 
SMT代工合同的評審內容包括工藝、質量、價格、交期、服務、材料損耗、包裝運輸等等,其中最重要最關鍵的內容是工藝評審,它應包括PCB(Printed  Circuit Board,印刷電路板)的DFM(Design For Manufacture,可制造性設計)設計、特殊元件、客戶的特殊要求等三大方面,下面分別加以詳細描述:
 
一、PCB的DFM設計
PCB的DFM設計相當重要,通過DFM設計可以確保PCB的可加工性、可生產性、可測試性,作為SMT代工廠主要需評審的是對SMT生產工藝有重大影響的DFM設計內容。 
1、PCB材質及耐溫性 
PCB的材質有很多種類,其耐溫特性各不相同,PCB常用材料中,樹脂有環氧樹脂、酚醛樹脂等,基材有玻纖布、絕緣紙等。比較常見PCB的材質有CEM-1、CEM-3、FR-1、FR-4、FR-5等型號,不同型號PCB的耐溫等級差異很大,針對紙質PCB耐溫等級低、易吸潮的特點,需設置盡量低的回流溫度,同時需評估是否需要安排預烘烤,特別注意非真空包裝的紙質PCB。 
2、PCB鏤空外形結構 
不規則外形PCB的鏤空面積較大時,容易導致SMT設備輸送軌道上的PCB傳感器誤測,需要增加PCB傳感器檢測延時時間,以避免因識別錯誤產生誤動作,或在與軌道垂直的方向移動PCB檢測傳感器以避開PCB鏤空的地方。
如果需要安排波峰焊接工序的,還需考慮制作波峰焊載板以遮蔽鏤空比較大的地方,以免融錫沖上板面。 
3、工藝邊 
PCB板邊4mm范圍內不能有元器件,否則會影響SMT生產,無法避免時,可以采用添加輔助邊(工藝邊)或制作載板的方法,工藝邊一般加在PCB長邊,工藝邊寬度不小于3mm,工藝邊同PCB流向一致。如果工序間PCBA流轉是采用板架的,需評估板架上PCB槽的深度(一般為6-7mm)范圍內是否有元件,如有則不能用板架周轉,可以采用專用的PCB MAGAZINE。 
4、“V-CUT”槽 
PCB聯板一般以“V-CUT”槽分割,合適的“V-CUT”槽深度是很重要的,“V-CUT”槽可以雙面刻也可以單面刻,總的深度一般是PCB厚度的1/3-1/2左右,過淺會增加分板難度,過深會造成連接強度不夠,PCB過爐受熱時易變形。 
5、PCB板厚 
每臺SMT設備都有PCB厚度范圍的限制,在允許范圍以內較厚的PCB硬度和平整度好,不易變形,所以比較受SMT工廠歡迎,而面積較大而又較薄的PCB就很容易變形,這時就需要像生產軟板(FPC)一樣制作載板,將PCB固定在載板上再生產。
6、PCB大小 
每臺SMT設備都有PCB尺寸范圍限制,太大或太小均無法生產。如果單片PCB尺寸太大,就需要選擇適合大尺寸PCB的大型設備來生產。如果單片PCB尺寸太小,一是可以做成多聯板,使多聯板的PCB尺寸變大;二是制作尺寸合適的載板,將單片PCB放于載板上生產,當然前者生產效率更高。 
7、PCB焊盤涂層 
PCB表面處理一般有有機涂覆(OSP)、熱風平整(噴錫)、化學鍍鎳/浸金(ENIG)、浸銀、浸錫等方式,噴錫板主要需檢查焊盤表面噴錫的平整度,噴錫不平整會影響錫膏印刷效果;OSP板主要需檢查抗氧化性,以選擇合適活性的錫膏型號和PCB流轉限制時間;ENIG處理過的PCB表面在焊接過程中容易產生黑盤效應(Black pad),需在PCB外觀檢驗SOP(Standard Operating Procedure 標準作業程序)中作特別提醒。 
8、PCB阻焊膜和絲印圖 
阻焊膜不能覆蓋焊盤,要能耐受回流焊高溫沖擊,不能產生起皮、褶皺等不良。絲印字符應清晰,不能覆蓋焊盤。尤其要注意檢查細間距IC附近阻焊膜和絲印油的高度,如超標會使細間距IC引腳焊盤上的錫膏厚度增加,易造成連焊不良。 
9、元件分布 
元件布局應均勻、整齊、緊湊,功率大的元件擺放在利于散熱的位置上,質量較大的元器件應避免放在板的中心,熱敏元件應遠離發熱元件,同類型插裝元器件在X或Y方向上應朝一個方向放置,同一種類型的有極性分立元件也要在X或Y方向上保持一致,便于生產和檢驗,元器件的排列要便于調試和維修,亦即小元件周圍不能放置大元件、需調試的元器件周圍要有足夠的空間。 
波峰焊接面上的大、小SMD不能排成一條直線,要錯開位置,較小的元件不應排在較大的元件之后,阻容件軸向要與波峰焊傳送方向垂直,排阻及SOP元器件軸向與傳送方向平行,這樣可以防止焊接時因焊料波峰的 “陰影”效應造成的虛焊和漏焊。 
10、焊盤和布線設計 
①需評估焊盤設計是否與實際元件匹配,如發現有小元件匹配大焊盤的,可以考慮在元件底部點加貼片膠來幫助固定,以避免回流焊時出現立碑、空焊等不良。 
②需評估焊盤大小和間距是否符合IPC-SM-782A標準。如不符合,需修改設計,或在印刷鋼網設計時考慮修正彌補輕微的設計缺陷。 
③SMD元件的焊盤上或其附近不能有過孔,過孔離焊盤至少0.5mm以上,否則在回流焊過程中,焊盤上的焊錫熔化后會沿著過孔流走,會產生空焊、少錫,還可能流到板的另一面造成短路。如果無法避免,需將過孔注入膠水填塞,如果是BGA焊盤,還需特別檢查過孔填塞后不能留凹坑,否則,BGA焊點易產生空洞。 
④焊盤與大面積銅箔(如電源/接地層等)之間需作熱隔離設計,否則易形成冷焊不良,熱隔離連線長度至少1mm以上。 
⑤大面積接地/電源層應作網格狀處理,否則,在焊接過程中會因熱應力差異過大引起PCB局部變形。 
⑥如果需要對PCBA作ICT測試的,就需評估測試焊盤的設計是否合理,兩個測試焊盤應保持2.54mm以上間距,測試焊盤應上錫,應選用低殘留免清洗焊錫膏,盡量避免用過孔或焊點來代替測試焊盤。 
⑦對于通孔元件來說,為了保證焊接效果最佳,引腳與孔徑的縫隙應在0.25mm~0.70mm之間。較大的孔徑對插裝有利,但對焊點形成不利,易產生空洞和半焊不良。 
⑧一般通孔元件的焊盤直徑為孔徑的2倍,雙面板最小為1.5mm,單面板最小為2mm,如果受空間限制而不能用圓形焊盤的,可以采用腰圓形焊盤,以增加焊盤面積。 
⑨PCB的定位孔為非金屬化孔,直徑為4mm,位于PCB的角上,距兩板邊各5mm。定位MARK點距板邊5mm以上,不影響SMT設備的識別,PCB對角至少有兩個不對稱MARK點,MARK點的優選形狀為實心圓,也可以是實心方塊、實心菱形、十子星等,實心圓MARK點的優選尺寸為直徑1mm。對于細間距IC,為提高貼片精度,要求在IC兩對角也設置局部MARK點。MARK點的材料為裸銅或覆銅,為了增加MARK點和PCB之間的對比度,可在MARK點周圍1.5mm范圍內開阻焊窗口,為了保證印刷和貼片的識別效果,MARK點周圍應無其它走線及絲印字符。