高速0201組裝工藝和特性化

高速0201組裝工藝和特性化（二） 通過主要貼裝審查DOE的結(jié)果 前兩個(gè)實(shí)驗(yàn)是為了確定基準(zhǔn)座標(biāo)數(shù)量對貼裝精度有什么樣的影響。第一個(gè)實(shí)驗(yàn)使用了兩個(gè)對角的基準(zhǔn)座標(biāo)來確定板子的方向，而第二個(gè)實(shí)驗(yàn)以三個(gè)角作為基準(zhǔn)座標(biāo)。對于一個(gè)板子（L=12W=7mm），據(jù)發(fā)現(xiàn)使用三個(gè)基準(zhǔn)座標(biāo)要比使用兩個(gè)基準(zhǔn)座標(biāo)來確定板子的方向更為精確。對于其余的貼裝和隨后的所有實(shí)驗(yàn)來說，為了達(dá)到更高精度的貼裝，使用了三個(gè)基準(zhǔn)座標(biāo)。 表10所列是在絲網(wǎng)DOE中實(shí)施的一系列實(shí)驗(yàn)。為了只檢驗(yàn)主要影響，統(tǒng)計(jì)軟件封裝建議實(shí)施這些實(shí)驗(yàn)。在實(shí)施每種實(shí)驗(yàn)中使用4個(gè)復(fù)制品。 表 10 貼裝絲網(wǎng)DOE 實(shí)驗(yàn)#基準(zhǔn)形狀基準(zhǔn)定義方法1圓形掩膜定義2十字形金屬定義3圓形金屬定義4十字形掩膜定義 用于評估各種實(shí)驗(yàn)條件的標(biāo)準(zhǔn)是0201元件在整個(gè)板子上的貼裝精度。把元件貼裝在板子上的四個(gè)象限（象限4、19、25和40）中。象限4位于左上角，焊盤尺寸為+30%（17mil19mil）。象限19距中心很近，焊盤尺寸為標(biāo)稱尺寸（12mil13mil）。象限25位于板子中心的旁邊，使用的焊盤尺寸為+30%。象限40位于右邊緣，使用的焊盤尺寸是標(biāo)稱尺寸。圖6所示是一張標(biāo)有象限的板子圖片。元件是以平行和垂直的方向進(jìn)行貼裝。每塊板子上貼裝480個(gè)0201元件，在每次實(shí)驗(yàn)中總共使用了1920個(gè)元件。焊盤邊緣到焊盤邊緣的元件間距為5mil12mil。 對在每塊板子的象限上貼裝的元件應(yīng)實(shí)施光學(xué)檢測，并將光檢圖象記錄下來。圖7圖10中的圖片是對板子的極邊緣位置進(jìn)行的四個(gè)不同的實(shí)驗(yàn)中獲得的圖片。 圖6 0201板子的圖片圖7 按照DOE#1貼裝的第一塊板子的圖片圖8 按照DOE#2貼裝的第一塊板子的圖片圖9 按照DOE#3貼裝的第一塊板子的圖片圖10 按照DOE#4貼裝的第一塊板子的圖片 在審查貼裝過程中，發(fā)現(xiàn)的最佳貼裝是象限4，并逐漸地向整個(gè)板子的左邊漂移。因此，在貼裝中最大的漂移是象限40。注意：最差的漂移是DOE#2，象限40中的元件幾乎與焊盤橋接。還可發(fā)現(xiàn)DOE#3中的漂移比DOE#1或DOE#4的更大。表11列出了X和Y偏離于象限40的四次實(shí)驗(yàn)。從這些結(jié)果中，發(fā)現(xiàn)掩膜定義的基準(zhǔn)座標(biāo)提供的板子上的貼裝精度優(yōu)于金屬定義基準(zhǔn)座標(biāo)?；鶞?zhǔn)形狀對板子上元件的貼裝沒有太大的影響。 表11 用于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的象限40的平均實(shí)驗(yàn)偏差 實(shí)驗(yàn)條件平均X偏差平均Y偏差掩膜定義的圓形基準(zhǔn)22micros3 micros金屬定義的十字形基準(zhǔn)112 micros2 micros金屬定義的圓形基準(zhǔn)53 micros9 micros掩膜定義的十字形基準(zhǔn)15 micros4 micros通過再流審查DOE的實(shí)驗(yàn)規(guī)劃 為了體現(xiàn)0201無源元件再流工藝的特性，而開發(fā)了DOE以便檢查再流工藝的幾個(gè)主要系數(shù)。為了確定某些變量是否對0201組裝工藝有影響，而實(shí)施了對DOE的審查。在審查DOE中要檢驗(yàn)的變量有浸漬時(shí)間、浸漬溫度、液相線以上的時(shí)間和峰值溫度。各種系數(shù)的變量列在表12中。所有這些變量都在焊膏制造廠家規(guī)定的焊膏技術(shù)規(guī)范之內(nèi)。 表12 在審查DOE中的變量 系 數(shù)變量#1變量#2變量#3浸漬時(shí)間2535秒4050秒5560秒浸漬溫度125135145155165175液相線以上時(shí)間3540秒4550秒5565秒峰值溫度211216217221222226 對于這個(gè)實(shí)驗(yàn)，印刷和貼裝工藝的常數(shù)保持不變，只有再流曲線系數(shù)有所改變。印刷工藝的某些重要常數(shù)列在表13中，這些常數(shù)是模板厚度、清洗頻率、刮板類型和焊膏類型。某些重要的貼裝系數(shù)保持常數(shù)不變，見表14所列。 表13 在再流中審查DOE的印刷常數(shù)保持不變 系 數(shù)參數(shù)設(shè)置模板厚度125m孔徑比100%模板制造方法電鑄成型焊膏成分免清洗刮板長度40.64cm印刷力度7.26kg印刷速度5.08cm/sec刮板抬起高度2.54cm焊膏類型類型刮板類型金 屬分離速度0.13cm/sec焊膏滯留時(shí)間10分鐘清洗頻率每次印刷后清洗一次表14 在再流審查DOE過程中貼裝系數(shù)保持不變 系 數(shù)參數(shù)設(shè)置基準(zhǔn)數(shù)量3基準(zhǔn)定義方法掩膜定義基準(zhǔn)形狀圓 形貼裝力度0.1kgf貼裝速度50mm/sec貼裝加速度98.1%缺省 本項(xiàng)研究使用的四個(gè)變量被用于DOE中，其需要9個(gè)不同的迭接。對于焊料橋接和墓碑缺陷使用目測和X光檢驗(yàn)的公制單位，需要95%或更高的可靠區(qū)間，以便獲得一個(gè)統(tǒng)計(jì)有效的系數(shù)。檢查主要DOE獲得的結(jié)果 表15所列是在審查DOE中實(shí)施的一系列實(shí)驗(yàn)。為了只檢驗(yàn)主要影響，統(tǒng)計(jì)軟件包要求實(shí)施這些實(shí)驗(yàn)并使其隨機(jī)化。每次實(shí)驗(yàn)使用3個(gè)復(fù)制品，在每個(gè)復(fù)制品上總計(jì)貼裝564個(gè)元件或每次實(shí)驗(yàn)使用1692個(gè)元件。在每塊測試板上，貼裝396個(gè)0201無源元件。這些元件都是貼裝在15mil17mil焊盤上及12mil13mil焊盤上。焊盤邊緣到焊盤邊緣的元件貼裝以10mil間距和6mil間距排列。除了0201元件以外，還貼裝有168個(gè)0402、0603、0805和1206元件，以便確定可接受的0201元件的生產(chǎn)工藝是否對較大的無源元件有不利的影響。在組裝這三塊板子之前，應(yīng)用焊膏印刷五塊板子。這是為了確保印刷工藝的穩(wěn)定性及使焊膏得到充分的利用。 表 15 審查DOE 實(shí)驗(yàn)#浸漬時(shí)間（sec）浸漬溫度（）液相線以上時(shí)間（sec）峰值溫度（）145501251355565217219255601651755565211214345501451554550211214425351651754550217219525351451555565222225625351251353540211214745501651753540222225855601251354550222225955601451553540217219 使用三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)來評估每次實(shí)驗(yàn)的條件。第一個(gè)公制單位是焊點(diǎn)質(zhì)量。設(shè)計(jì)的所有實(shí)驗(yàn)條件都必須能夠完全濕潤焊點(diǎn)，而且基本上沒有顆粒狀物質(zhì)。第二個(gè)公制單位是元件在再流后產(chǎn)生的缺陷總數(shù)。查找出的缺陷有焊料橋接和墓碑。當(dāng)兩個(gè)相鄰焊點(diǎn)連接到一起時(shí)就會(huì)產(chǎn)生橋接，使兩個(gè)元件短路。這種缺陷在極細(xì)間距的元件貼裝過程中是很容易出現(xiàn)的。墓碑是元件抬起脫離其中一個(gè)焊盤的位置，通常是由于整個(gè)元件濕潤不均勻或當(dāng)元件大面積地貼裝在焊盤的一面時(shí)而造成的。這些就是0201元件的所有缺陷。較大的元件不存在墓碑和橋接這樣的缺陷，說明使用的組裝工藝對通用的較大尺寸的無源元件并沒有不利的影響。圖11所示是焊料橋接和墓碑的X光檢測圖象的實(shí)例。焊料橋接和墓碑的數(shù)量及總?cè)毕萋柿性诒?6中。圖12所示的圖片說明了在每次實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的缺陷數(shù)量。 圖11 焊料橋接和墓碑的X光圖象實(shí)例圖12 審查再流結(jié)果的圖形說明 根據(jù)這些公制單位，使用95%的可靠區(qū)間，唯一的統(tǒng)計(jì)有效主要影響是浸漬溫度。浸漬溫度的可靠區(qū)間大于97%。主要影響曲線見圖13所示。浸漬時(shí)間、液相線以上的時(shí)間及峰值溫度的可靠區(qū)間為40%以下，因此，應(yīng)考慮隨意的誘導(dǎo)作用。當(dāng)在中等和高浸漬溫度的結(jié)果之間沒有多大差別時(shí)，浸漬溫度的主要影響主要是在低浸潤溫度和其它等級溫度之間。 表16 1224個(gè)0201元件的缺陷量 實(shí)驗(yàn)#貼裝的0201元件的總數(shù)焊料橋接墓碑總?cè)毕萘咳毕荼嚷剩?）其它無源元件的缺陷量缺陷率（dpm）11188615211770176772118810100808423118800000000411880000000051188022017016846118861117143014310711880000000081188437059058929118800000000圖13 在再流中審查DOE的主要影響曲線結(jié) 論 模板印刷 在檢查主要印刷的實(shí)驗(yàn)中獲得的數(shù)據(jù)說明根據(jù)統(tǒng)計(jì)對焊膏高度和缺陷量有明顯影響的唯一變量是刮板類型。由于使用掩膜定義的基準(zhǔn)很難獲得精確的印刷，為此，在印刷工藝中已不再使用掩膜定義的基準(zhǔn)座標(biāo)。正象焊膏高度數(shù)據(jù)表明的那樣，對于焊膏量，類型和類型焊膏之間沒有差別是不太可能的。分離速度和焊膏滯留時(shí)間并不是主要的影響。雖然，在這些實(shí)驗(yàn)中類型和類型焊膏之間差別并不大，而對于這種特殊的焊膏，但是仍選擇類型焊膏用于進(jìn)一步的研究中，因?yàn)檫@一階段的研究只能使用大孔開口中。 檢驗(yàn)第二次印刷是為確認(rèn)分離速度對焊膏高度和缺陷是否沒有明顯的影響，不過，清洗頻率對其是有明顯影響的。在這兩次實(shí)驗(yàn)中焊接的缺陷量要比在每次印刷后在模板清洗中實(shí)施的類似實(shí)驗(yàn)的缺陷量大得多。 元件貼裝 從檢查貼裝的實(shí)驗(yàn)中獲得的數(shù)據(jù)說明在本研究中對貼裝精度有明顯影響的唯一變量是使用的基準(zhǔn)座標(biāo)數(shù)量和用于確定基準(zhǔn)座標(biāo)的方法（表17）。使用板子三個(gè)角的基準(zhǔn)座標(biāo)提供了比使用同一尺寸板子的兩個(gè)基準(zhǔn)座標(biāo)的定向和延伸調(diào)節(jié)更好。由于這個(gè)原因，建議將三個(gè)基準(zhǔn)座標(biāo)用于大板子中，特別是在組裝小型無源元件或細(xì)間距元件時(shí)。不管是圓形還是十字形掩膜定義的基準(zhǔn)座標(biāo)，貼裝精度都比金屬定義的基準(zhǔn)座標(biāo)的貼裝精度高。當(dāng)其達(dá)到精度時(shí)，在圓形和十字形基準(zhǔn)座標(biāo)之間測量不出什么差別。 表 17 推薦使用的貼裝參數(shù) 貼裝變量建議使用基準(zhǔn)數(shù)量板子的三個(gè)角基準(zhǔn)定義方法掩膜定度 再流焊接 在檢驗(yàn)再流的實(shí)驗(yàn)中獲得的數(shù)據(jù)說明，根據(jù)統(tǒng)計(jì)本項(xiàng)研究中對焊點(diǎn)質(zhì)量和缺陷量有任何的明顯影響的唯一的變量是浸漬溫度。正象缺陷數(shù)據(jù)顯示的那樣，各種浸漬時(shí)間、液相線以上的時(shí)間或峰值溫度之間沒有差別是不太可能的。當(dāng)使用較低的浸漬溫度時(shí)，缺陷就會(huì)明顯的提高?？?結(jié) 本項(xiàng)開發(fā)研究檢查了某些工藝變量對0201無源元件組裝的影響。業(yè)已證明象刮板類型、模板清洗頻率、基準(zhǔn)座標(biāo)數(shù)量和浸漬溫度對工藝缺陷量的影響。這項(xiàng)工作還證實(shí)了象