概 述

随着PCB印制板的器件安装密度的增加，印制板组装速度加快及由于焊膏印刷缺陷造成质量成本的提高，势必要求在印制板的装联过程中，进行连续工艺监控。焊膏，印制板翘曲，模板窗口孔径及其他因素使得焊膏印刷淀积量连续监控成了大家关心的话题。现有的焊膏印刷设备都配置了2D和3D焊膏检测功能。但仍然无法将被检测获得的数据对印制板上的焊膏淀积量进行连续控制。

运用数理统计方法将检测数据整理分析，与原始设定的数据比较得到印制板焊膏印刷淀积量的分布趋势，这样简化了焊膏印刷过程的工艺控制。

本文介绍一种印制板焊膏模板印刷连续质量控制的新方法。

1．  引 言

经统计得到在整个SMT表面贴装过程中，焊膏印刷工序存在最多的工艺变量，由此造成的   SMT焊装缺陷估计占全部缺陷的60%。

在推进SMT焊装合格率提高的同时，降低质濑年个成本也是一个重要指标。其中，焊膏印刷淀积量的严格控制是一个基本因素。传统的工艺检测方法有；二维（2D），三维（3D   ）光学焊膏印刷检测仪器，检测方法为评价焊膏印刷工艺质量是否在标准界限控制的范围内提供了手段。

另一种传统的检测方法是，离线抽样对样本印制板的焊膏淀积量进行检测。然而这种方法不能用于对印刷工艺实时过程进行连续检测监控。

在检测印制板焊盘上的焊膏印刷淀积量是否在标准的控制范围内，首先，每种器件封装引脚的焊装要求是基本依据，来决定印刷工艺参数的设置。

器件封装形式多种多样；J形引脚器件PLCC，周边引脚鸥翼形引脚QFP，引脚间距从16-20mil。由于引脚对焊膏的湿润高度和铺展的要求有很大不同，，因此在设置印刷焊膏的淀积量时，应确定每个器件封引脚可接受的焊膏淀积量的变化范围。在制订模拟工艺时，必须考虑器件封装形式，引脚间距，印制板的电路焊盘尺寸等来定义焊膏印刷的工艺窗口。

2．  定义焊膏印刷的工艺窗口

定义印制板焊盘印刷淀积量的控制界限，定义控制界限就要确定焊膏印刷容许的最大淀积量和最小淀积量。我们在定义控制界限的两个值时，有许多因素应该考虑。包括；电路板的镀层，器件引脚镀层，印制板焊盘尺寸等。IPC-SM-782焊盘图形设计是建立初始控制界限的依据。然后将其与模板窗口孔径计算得到的焊膏淀积量比较，模板的孔径纵横比改变印刷淀积量的平均值。

3.           焊膏淀积量的检测

焊膏印刷过程的连续检测不会增加检测时间,然而生产时间直接与生产成本有关,对印制板的检测点数量的优化,也是评价连续检测的一个方面。

印后检测时间可使用下面的参数进行计算,返工,废品成本,合格率(DPMO),占地面积和维护管理。随着电子产品的小型化和低成本,有时返工成本会高于产品成本的本身。

图 1 DPMO与产能关系

 

4.  焊膏检测的方法

焊膏印刷的检测主要方法有;二维(2D),三维(3D)。二维（2D）焊膏检测使用俯视印制板摄像机检测和存贮印制板器件焊盘的位置及尺寸。在焊膏印刷前，印制板上的焊盘图形在摄像系统的显示器屏幕呈白色。焊膏印刷后，焊膏复盖呈黑色，摄像机检测及计算黑色区域与整个印制板器件焊盘面积的百分比。二维检测方法能得到重复可靠的有关焊盘复盖焊盘图形的信息。但二维检测不能测量印刷焊膏的高度，所以无法确定印刷焊膏的体积重量或重量。

三维检测方法使用激光测量印刷焊膏的高度，但三维俯视印制板摄像机只能取得沿焊膏铺展单轴向的一组数据。但印刷焊膏的形貌变化，仅单轴向数据无法表示印刷焊膏的实际高度。图2所示整个印刷焊膏铺展面呈不均匀。独特的三维焊膏检测系统的激光扫描机构能检测焊膏铺展面及精确定义焊膏的体积或重量。

5.  软件系统

许多焊膏印刷机都配有2D/3D焊膏检测系统,但不能以印刷实时控制图显示检测数据。要得到印刷实时控制图，需要专用软件包。软件包必须友情使用。软件包应在每次印刷后，即刻进行管理，分析，和显示SPC数据的功能。SPC软件应自适应印刷机焊膏印刷程序变换和自动转换SPC文件。分析工具是SPC程序的组成部分，可创建直方图及其他过程能力图。

 

图2   二维单轴向焊膏高度检测图

 

 

 

图 3  多点焊膏检测控制图

 

 

 

6.  印刷连续监测

屏幕实时显示可变量数据使得用户能监测印刷过程的焊膏印刷状态,分析隔离造成变化的原因。

焊膏印刷过程的变化可通过下面的可变量因素进行分析；

l        刮刀做相对双向运动时，前后的焊膏印刷量的区别，

l        印刷板的翘曲

l        印刷时间过长

l        组装区的温度变化

l        设备设定不正确

l        模板窗口被阻

l        焊膏黏度变化

l        印制板厚度超差

l        印制板伸长

l        印制板镀层问题

上述每个因素外加到印刷过程的自身的变量上，可使用可变量数据分析进行区别。

例如；图 4的可变量数据控制图所示刮刀前后运动得到不同的印刷焊膏量，计算刮刀头正确调整条件，在两个方向能得到均匀的焊膏印刷量。

图 4

 

7.  焊点的检测

利用可变量数据减少印刷过程的变化将降低焊后的返工成本和返工时间。把印刷过程的变化减到最低程度，减少焊接缺陷及焊接过程的质量分布。X射线检测是焊后检测技术，图 5是焊膏量的变化的图象，图左边为短焊缝，经X射线检测不能接受，但根据J型引脚器件的焊点要求是在许可的焊膏量的标准范围内。减少检测时间，返工成本及维护管理等。

8.  工艺能力分析

工艺能力图提供印刷焊膏过程的焊膏印刷量分布量值信息。图 3是印刷焊膏量的分布，用来纠正焊膏量的计算。分析数据超出计算过程的窗口，提供予测由印刷产生的缺陷。

 

图 5  X射线检测图象。

 

 

9.  形貌分析

定量化焊膏印刷形貌定义印刷焊膏的印刷数据的分布。如分布为中间最高，两侧下降，此分布呈正态分布。在图 7是正态分布的例子。

 

图 7 焊膏印刷正态分布曲线图

 

10.  结论

统计显示焊膏印刷是SMT加工过程中造成缺陷的最大原因。正确设计的SPC软件提供能连续监控焊膏印刷过程的变量，区别各种变化的原因。如改进机器的维护程序，印制板的入口检验，生产场地的环境控制。