無鉛焊接對SMT模板設(shè)計及制造新要求

無鉛焊接對SMT模板設(shè)計及制造新要求POWERSTENCIL無鉛焊接技術(shù)在經(jīng)過了長時間的宣傳和推廣之后，已經(jīng)逐漸進入了實際應(yīng)用的階段。作為一項劃時代的新技術(shù)，其牽涉的面非常廣泛。材料、設(shè)備、工藝、PCB、元器件、裝配等等。但業(yè)界主要的精力，似乎集中在無鉛材料的組合、PCB的工藝、貼片精度的控制等等方面。而在裝配領(lǐng)域，特別是模板設(shè)計領(lǐng)域，卻甚少涉及。許多無鉛焊料的制造商幾乎都指出與有鉛焊料相比，沒有太大的變動。果真如此嗎？本文以模板制造商的角度，僅就無鉛浸潤性較有鉛焊料較差這一特性，分析無鉛焊料對模板制造商的新挑戰(zhàn)！概述

無鉛焊接對SMT模板設(shè)計及制造新要求POWERSTENCIL一.無鉛模板開口設(shè)計的常識及制造方法的選擇1.無鉛焊膏和有鉛焊膏在物理特性上的區(qū)別：

1).眾所周知，無鉛和有鉛最大的物理差別在于無鉛焊膏的浸潤性遠遠低于有鉛焊膏;2).無鉛焊膏的助焊劑含量通常要高于有鉛焊膏;

3).由于缺少鉛的潤滑作用，焊膏印刷時其下錫能力比有鉛焊膏差;2.無鉛焊膏對SMT的新要求:1).模板開口設(shè)計基于無鉛焊膏浸潤性較差這一特點，主要考慮印刷后的焊膏要盡可能完全覆蓋焊盤。因此，開口設(shè)計通常要比有鉛大，而不必擔(dān)心有鉛時焊膏量大而引起的短路現(xiàn)象。

無鉛焊接對SMT模板設(shè)計及制造新要求POWERSTENCILⅰ).對于的器件一般采取1:1.02–的開口，并且適當(dāng)增大模板厚度，適當(dāng)放大開口尺寸而不必擔(dān)心短路。ⅱ).對于的器件通常采用1：1開口，原則上至少不用縮小.ⅲ).對于0402的器件通常采用1:1開口，為防止墓碑、回流時旋轉(zhuǎn)等現(xiàn)象，可考慮內(nèi)側(cè)加開小三角、半圓等；2).寬厚比和面積比

由于無鉛焊膏下錫能力較差，對模板開口孔壁光滑度和寬厚比/面積比要求更高，要求寬厚比＞1.6面積比＞0.71;一.無鉛模板開口設(shè)計的常識及制造方法的選擇無鉛焊接對SMT模板設(shè)計及制造新要求POWERSTENCIL3).對貼片機的要求

精度要求更高。因為無鉛的低浸潤力性問題。回流時自校正（Self-align）作用非常小，因此，貼片精度比有鉛時要高。4）對回流焊的要求

?。囟雀撸@是無鉛較高溶點的要求;

ⅱ）預(yù)熱區(qū)要求更高

ⅲ）冷卻效率要高

一.無鉛模板開口設(shè)計的常識及制造方法的選擇無鉛焊接對SMT模板設(shè)計及制造新要求POWERSTENCIL3.制造方法的選擇

眾所周知，開口設(shè)計是決定寬厚比和面積比從而決定焊膏轉(zhuǎn)印率的關(guān)鍵。因此。科學(xué)合理的設(shè)計模板是SMT工藝成功的關(guān)鍵。充分和完善的開口設(shè)計并考慮到PRC（工藝規(guī)則檢查和優(yōu)化）的需求。是整個SMT工藝規(guī)劃和優(yōu)化的關(guān)鍵。但是，對于模板而言，其不同的制造方法帶來的不同結(jié)果，對我們具有非常重要的指導(dǎo)意義。以0201的器件作為例子，有資料顯示，蝕刻、激光+電拋光、電鑄的轉(zhuǎn)印率在同樣開口設(shè)計的情況下，分別有5%的差別。也就是說電鑄的轉(zhuǎn)印率最高。更為重要的是，在上述情況下，印刷結(jié)果的Cpk值，電鑄最高。也就是說電鑄的印刷質(zhì)量最為穩(wěn)定。這也是為什么電鑄一直是模板最高制造工藝的原因。對越小的器件，Cpk值也就是印刷的穩(wěn)定性就越重要。對于無鉛焊接來說，電鑄的重要性也就不言而喻了。所以，作為一個SMT模板制造商，具備完善的電鑄制造工藝，無疑也是為了迎接無鉛時代的來臨所應(yīng)具備的基本能力。一.無鉛模板開口設(shè)計的常識及制造方法的選擇無鉛焊接對SMT模板設(shè)計及制造新要求POWERSTENCIL二.無鉛模板面臨的新問題以上簡述了業(yè)界現(xiàn)行的針對無鉛焊膏而采取的一些通常做法。但是否萬事大吉了呢？讓我們來分析一下模板制造過程中的問題：1.模板制造設(shè)備的精度在業(yè)界制造模板的設(shè)備幾乎都是德國LPKF制造的激光切割機，從設(shè)備標稱精度來看，1).定位精度：≤3μm，重復(fù)精度≤1μmm；

2)開口精度未作描述

象貼片機的精度描述一樣，一般規(guī)格標稱±（3σ下）可以用于的IC的貼片。也就是說規(guī)格標稱精度與實際操作精度是有一個數(shù)量級的偏差的。模板切割設(shè)備也有相似的規(guī)律。至于開口精度為什么廠家未做明確說明，個中原因其實是設(shè)備參數(shù)的調(diào)整直接影響開口尺寸的最終精度，可控因素太多的原因。無鉛焊接對SMT模板設(shè)計及制造新要求POWERSTENCIL本文僅以一個例子來說明實際模板定位精度的偏差。在切割過程中，考慮到電拋光等后工序的原因，通常采用切割時夾持鋼片切割，然后后處理，最后繃網(wǎng)的工藝。而不采用先繃網(wǎng)后切割的流程，而切割機夾持鋼片是兩個方向氣動夾持而非四個方向氣動夾持。另外兩個方向處于自然松弛狀態(tài)，但后工序繃網(wǎng)時，是四個方向且張力達到38N/cm以上。因此，模板在兩個方向最終的定位精度是有較大差別的。我們經(jīng)過測量，最大的差別可達到40μm，這就是我們所說的最終產(chǎn)品誤差。這樣數(shù)量級的誤差，對于有鉛焊接來說，因為其較大的浸潤力，不會帶來太大的影響。但對于無鉛，也許就是致命的問題了。因為模板的定位誤差以及貼片的綜合誤差是不可能指望回流時的焊膏浸潤力和Self-align來自動調(diào)整的。二.無鉛模板面臨的新問題無鉛焊接對SMT模板設(shè)計及制造新要求POWERSTENCIL再談?wù)勯_口尺寸的精度問題。模板制造商通常采用分辨率10μm的刻度顯微鏡來檢驗開口尺寸。這種方法人為因素很大，不足以滿足無鉛的要求。我們用二維坐標儀來檢測刻度顯微鏡的誤差，可達到20μm以上。如果這個誤差和上述的定位精度疊加，后果更是不可想象。二.無鉛模板面臨的新問題無鉛焊接對SMT模板設(shè)計及制造新要求POWERSTENCIL三.模板制造的過程控制和管理問題模板制造的特點：

1)客戶多

2)多品種、單件生產(chǎn)

3)特殊要求多

上述特點決定了模板制造商必須具備以下能力：

1）靈活的工藝管理能力；

2）嚴格、有效的流程控制體系

3）針對多客戶以及單客戶多要求的無差錯管理模式

上述能力對無鉛的高精度要求更為突出。

無鉛焊接對SMT模板設(shè)計及制造新要求POWERSTENCIL四.無鉛模板對質(zhì)量控制方法和手段的新要求為了達到無鉛模板更高精度的要求，傳統(tǒng)的質(zhì)量控制方法顯然已經(jīng)不能滿足要求，而下述的基于統(tǒng)計的閉環(huán)質(zhì)量控制體系是必不可少的手段。1)測量系統(tǒng)的評估MCA（MeasurementCapabilityAnalysis以前的測量設(shè)備和系統(tǒng)僅一年一次送國家計量局檢驗的做法，是遠遠不夠的。我們還需要更科學(xué)的、統(tǒng)計的方法。必須對由測量儀器/測量軟件/測量操作人員/被測量物/測量方法/測量環(huán)境組成的整個測量系統(tǒng)進行綜合評估，用統(tǒng)計數(shù)據(jù)來驗證我們的測量設(shè)備適用于測量的要求。測量能力分析MCA指標包含準確度（Accuracy/Bias）/重復(fù)度（Repeatability）/再現(xiàn)度（Reproducibility）/GAGER&R。無鉛焊接對SMT模板設(shè)計及制造新要求POWERSTENCIL2)測量系統(tǒng)的控制MCS（

MeasurementControlSystem）經(jīng)過上述評估驗證的測量系統(tǒng)和設(shè)備是否穩(wěn)定，它們能用于日常生產(chǎn)的測量嗎？MCS同樣是以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的評估與管理體系，內(nèi)建于日常生產(chǎn)的管理當(dāng)中。而不是傳統(tǒng)的測量設(shè)備定期送計量所計量，而本次計量和下次計量之間對該測量設(shè)備的能力和狀況處于“開放”的狀態(tài)。MCA和MCS是測量系統(tǒng)的評估、論證和控制的閉環(huán)體系，是基于統(tǒng)計數(shù)據(jù)的、與管理者無關(guān)的重要質(zhì)量控制手段，測量系統(tǒng)的穩(wěn)定性等狀態(tài)處于時時受控狀態(tài)。對于無鉛模板來說，用這樣的測量系統(tǒng)來進行產(chǎn)品控制才能做到心中有數(shù)。

四.無鉛模板對質(zhì)量控制方法和手段的新要求無鉛焊接對SMT模板設(shè)計及制造新要求POWERSTENCIL3).統(tǒng)計過程控制SPC（StatisticalProcessControl）不少企業(yè)已經(jīng)開始引入SPC，作為模板制造商，為了更好的配合上游用戶的管理發(fā)展，SPC的引入也是必須的。設(shè)想一下，經(jīng)過SPC培訓(xùn)的模板用戶，能相信一個傳統(tǒng)的模板銷售員跟他介紹：我們的模板精度比別人的高，能達到1μm的精度。這樣的陳述實際上是不科學(xué)的，也是沒有說服力的,只能是貽笑大方。在講任何參數(shù)指標時，應(yīng)提供測量儀器評估結(jié)果及現(xiàn)狀，以及參數(shù)的規(guī)格限（USL/LSL）/控制限（UCL/LCL）/Cpk等相關(guān)說明，現(xiàn)代質(zhì)量管理體系，強調(diào)的是DBD（Data-BaseDecision）即以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的決策。數(shù)據(jù)來源的真實性由上述的MCA和MCS保證，而對這些數(shù)據(jù)的分析，則是基于統(tǒng)計學(xué)的基礎(chǔ)。這樣的分析才是科學(xué)的，由此而產(chǎn)生的決策才是正確的，完善的。四.無鉛模板對質(zhì)量控制方法和手段的新要求無鉛焊接對SMT模板設(shè)計及制造新要求POWERSTENCIL4).缺陷模式及其影響分析（FailureMode&EffectAnalysis）及結(jié)構(gòu)化的RFC（ResponseFlowChart）整個模板制造過程的潛在缺陷模式的建立以及對其定量的分析評估體系，是保證模板質(zhì)量長期穩(wěn)定的有效手段，由FMEA而產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)化的RFC及糾正預(yù)防體系的維護、跟蹤的閉環(huán)控制體系，是整個質(zhì)量體系的重要實施保障。四.無鉛模板對質(zhì)量控制方法和手段的新要求無鉛焊接對SMT模板設(shè)計及制造新要求POWERSTENCIL

例如：針對激光切割機激光燈管壞這種缺陷模式的RFC如下圖:激光燈管壞燈管使用壽命到燈管質(zhì)量有問題更換燈管通知采購調(diào)Focus，切割樣品，QC確認

采購?fù)ㄖ?yīng)商，并改善措施及效果

缺陷模式可能的原因行動。。。。。。四.無鉛模板對質(zhì)量控制方法和手段的新要求無鉛焊接對SMT模板設(shè)計及制造新要求POWERSTENCIL5）嚴格的、行之有效的更改控制體系CCB（ChangeControlBoard）

質(zhì)量體系和制造過程、原材料的控制體系一旦建立，對其所做的任何更改必須同樣建立在DBD的基礎(chǔ)之上，而不是各級管理者的隨意行為。因此，必須建立嚴格的，行之有效的CCB系統(tǒng)。這樣才能保證長期穩(wěn)定的質(zhì)量和安全可靠的更改。

四.無鉛模板對質(zhì)量控制方法和手段的新要求無鉛焊接對SMT模板設(shè)計及制造新要求POWERSTENCIL五.無差錯的模板制造過程控制體系的建立針對模板產(chǎn)品的多客戶、單件定制的特點，必須拋棄傳統(tǒng)的人為管理模式。而先進的以計算機數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)的工藝知識庫的管理以及模式識別算法是必要的手段，這包涵兩方面的內(nèi)容和涵義：

1.客戶通用制造要求的管理為防止客戶太多，管理人員的人為錯誤，對客戶的通用規(guī)范，如：鋁框尺寸、鋼片大小、絲網(wǎng)材料、張網(wǎng)工藝、清洗要求以及商務(wù)要求如：聯(lián)系人、收貨人、發(fā)票類型、付款方式等進行以數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)的工藝知識庫管理，用客戶代碼就可以準確無誤地對這些通用規(guī)范進行查詢、操作及維護，防止張冠李戴等低級的人為的錯誤。

無鉛焊接對SMT模板設(shè)計及制造新要求POWERSTENCIL2.客戶開口方案的工藝知識庫管理及計算機模式識別算法準確無誤地按客戶的要求制造出客戶所要求的模板是對模板制造商最重要也是最基本的要求。但不幸的是由于模板多客戶單件生產(chǎn)的特殊性，往往容易造成整個環(huán)節(jié)的質(zhì)量事故。究其原因，根本還是在于缺乏行之有效的先進手段，再加上人員的流動，傳統(tǒng)意義上的模板制造商對客戶的資料和要求幾乎全是人為的管理，這是模板制造商必須攻克的難關(guān)。這個問題的解決，如果僅僅立足于管理和對員工的教育幾乎是不可能的。特別是無鉛時代的來臨，模板開口多樣化及高準確性的要求，使得光靠員工的自覺性和認真程度永遠是低級而且被動的管理手段。因此，必須采取先進的手段和方法來解決問題。

五.無差錯的模板制造過程控制體系的建立無鉛焊接對SMT模板設(shè)計及制造新要求POWERSTENCIL1)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的計算機圖形數(shù)據(jù)庫的引入和建立

建立網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的圖形化的、開放的、多重的開口方案工藝知識庫，以客戶代碼為索引，建立不同客戶的開口方案庫。該工藝知識庫庫是多重定義的，即針對同一種器件可以有多種模板的開口設(shè)計。比如0402的器件，可以定義電阻、電容、MELF等不同的開口方案，甚至同一種封裝的同種器件，還可針對不同的生產(chǎn)廠家進行開口方案的定義。也可以跟客戶的MRP系統(tǒng)接口，直接按客戶的PN（PartNumber）來定義開口方案，絕對準確無誤。

2)計算機模式識別算法的引入

建立了上述的工藝知識庫以后，用計算機模式識別的手段，自動識別客戶的模板數(shù)據(jù)文件中的器件封裝并用上述開口方案工藝知識庫中的圖形自動替換模板數(shù)據(jù)文件中的器件，整個過程無須人工干預(yù)，全自動準確無誤的完成。整個過程可用下述流程進行比較：五.無差錯的模板制造過程控制體系的建立無鉛焊接對SMT模板設(shè)計及制造新要求POWERSTENCIL傳統(tǒng)的軟件工具逐一器件修改輸出模板數(shù)據(jù)客戶數(shù)據(jù)所有修改不具備電子文檔化的可追溯性及共享性傳統(tǒng)的人工修改及方法

客戶工藝知識庫維護客戶模板數(shù)據(jù)自動識別輸出模板數(shù)據(jù)一經(jīng)維護，具有可追溯性和共享性工藝知識庫為基礎(chǔ)的模式識別

五.無差錯的模板制造過程控制體系的建立無鉛焊接對SMT模板設(shè)計及制造新要求POWERSTENCIL3、先進的模板制造過程控制

模板工藝的多重性加上其單件定制的特點，使得模板制造的過程控制難度非常大。一個模板制造商一天要完成幾十甚至上百的不同要求的產(chǎn)品，完全靠員工人為的完成是很難達到高質(zhì)量、高準確性要求的。因此必須建立先進的、完善的過程控制模式和手段，盡量避免單件多品種的人為錯誤，確保每一件產(chǎn)品一次成功。

1）完備的客戶制作要求確認流程，根據(jù)客戶的已有規(guī)范和工藝知識庫的記錄，結(jié)合本次產(chǎn)品的特殊要求，確認本次產(chǎn)品的所有制作要求。2）確定工藝流程建立工藝流程規(guī)范，并且可根據(jù)客戶要求而靈活調(diào)整。一經(jīng)確定，各工序自動獲取相關(guān)信息、完成時間等等。五.無差錯的模板制造過程控制體系的建立無鉛焊接對SMT模板設(shè)計及制造新要求POWERSTENCIL3）背靠背的過程控制

上述客戶制作要求和工藝流程，一經(jīng)確認，將形成一整套背靠背的流程圖。使產(chǎn)品在不同工序流動時，操作員工將看不到已經(jīng)經(jīng)過確認的客戶確認表。但可以調(diào)出客戶的工藝知識庫和本次產(chǎn)品的要求。根據(jù)這些信息，操作員工作出相應(yīng)的反應(yīng)和操作動作，并輸入計算機。如果這些反應(yīng)和動作與上述的客戶資料確認表完全匹配，則該次操作有效。而一旦不匹配，則流程暫停，并且產(chǎn)生一個記錄，相關(guān)人員再次檢查確認后方可繼續(xù)進行。每一個相關(guān)工序都會經(jīng)過這樣的過程，使得工序之間的檢驗和核準成為可能。至于最為關(guān)鍵的FQC，更是對整個客戶確認表的最終背靠背檢驗，其針對實際最終產(chǎn)品的檢驗的結(jié)果自動跟質(zhì)量管理體系中的合格率管理（YieldManagement），糾正預(yù)防措施體系Correction&PreventionManagement)