制造工艺革新促进SMT设备更新换代
扫描二维码
随时随地手机看文章
 OK International亚洲区业务经理Vincent Goh |
在目前越来越多智能手机和平板电脑的生产过程中，随着科技的快速发展，以及消费巿场对智能手机和平板电脑产品趋向多功能、轻巧化和高可靠性的要求，令到许多电子制造厂商都在想尽办法把印刷电路板(PCB)设计得更小巧和轻薄。其主要特征是，PCB开始出现Step板(也称为3D板或Embedded板)；同时，为了在相同空间内实现更多的功能，元器件也变得更小型化，0201元件被大范围使用，01005元件正被导入主流应用；此外，更多的倒装芯片(Flip-Chip)也在模组中得到了运用。
这些PCB生产技术和制造工艺上的革新，对SMT制造的各个生产环节都提出了更高的要求。对此，OK International亚洲区业务经理Vincent Goh表示道，那些肉眼很难看出来的超微小贴片元件，以及异型金属屏蔽盖和连接器的大批量生产贴装工艺，对于生产设备的苛刻要求包括：必须要能达到高速贴装、精准、不甩件、快速更换生产产品和近乎零错误率。对于加工制造商而言，提高产能和降低缺陷率就是利润，厂商在采购设备时，应根据每台设备的个别功能和优势，综合成一条符合自身生产需求的SMT生产线，以获得最佳的总体投资收益(ROI)。
保证PCB表面贴装品质
 ASM先进装配系统有限公司产品市场经理朱杰 |
“对于Step板(3D板)的生产制造，主要挑战在于锡膏印刷技术，这是因为PCB不再是平面，故而如何保证高度不同的印刷锡膏点的品质将是一个难点，”ASM先进装配系统有限公司产品市场经理朱杰进一步分析道，“其次是贴片工艺，由于PCB凹凸不平，也造成了贴片高度会有所变化，进而容易产生元件被压碎或偏位等质量问题。另外，倒装芯片也增加了SMT贴片的流程，需要特殊的wafer提供系统，进而影响到取料和贴片环节。”
在锡膏印刷技术方面，为了克服微型封装以及更高元件密度基板设计的困难，目前的一个趋势是，焊膏喷印技术正逐渐取代传统的钢网印刷技术。总部位于瑞典的Micronic Mydata公司在焊膏喷印技术的开发上走在了行业的前列，采用该公司的焊膏喷印技术，每个焊点的焊膏用量和形状都可以进行单独设置，优化了焊点质量，同时还可消除QFN无引脚元件浮高虚焊的问题，在处理大量元件层叠封装(PoP)的制造工艺上，既可提高良品率，也可保证复杂PCB贴装生产的高效率。
Mydata相关负责人表示，就目前的情况来说，虽然钢网印刷技术还有一定的市场空间，但对于某些特殊应用(如QFN封装、通孔回流焊、PoP封装、柔性基板等)，这一技术却在焊膏涂覆工艺上碰到了处理瓶颈。尤其是在消费类电子行业中，目前三大趋势正在积极推动无模板焊膏喷印技术向前发展：一是要求更快的响应时间；二是需要完美的焊点质量，力争实现零返修；三是小型化和移动电子设备日益复杂的电路板设计。据悉，从2009年Mydata在上海成立迈德特表面贴装技术(上海)有限公司起，该公司一直保持着在中国大陆整体业绩的高速增长，去年年底，Mydata在深圳新增分公司，进一步加强其在华南地区电子制造业的投入力度。
而在Step板(3D板)贴片工艺上，ASM先进装配采用贴片压力控制技术，通过该控制系统可自动感应PCB的凹凸，利用设定的压力反馈值，能够知道贴片式元件是否已经达到PCB的表面；而如果没有这个系统，元件则很容易被压碎或者空抛。在倒装芯片处理上，ASM先进装配还可提供专业的wafer供料系统，通过增加专门设计的取料贴片头，使得倒装芯片可以准确地倒装贴装在PCB上。
检测与返修促进良率提升目前大量智能手机元件在贴装和焊接后所遇到的一个主要问题是，元件尺寸越来越小，引脚间距越来越密，甚至已经超越了人眼所能识别的极限。例如，QFP等细引脚间隙元件、PLCC、BGA等焊点隐藏在本体元件之下，这些都给贴装后的AOI检测及焊接后的AOI检测带来了困难，迫切需要在锡膏印刷时就进行质量控制和检测，以便及时发现不良产品，尽可能地降低生产费用和返修成本。
上海复蝶智能科技有限公司总经理徐亦新指出，从统计数据来看，在SMT工艺中有74%的不良品都是来自于锡膏印刷这一环节，特别是随着智能手机等便携式电子产品的电路板加工难度越来越大，而与此同时手机PCBA的加工费用又在逐步降低，这些使得目前的SMT制造生产要求更多地运用检测设备来提高产品的良率。
为此，包括ALLY VISION、Panasonic、上海复蝶在内的一批厂商在近年纷纷开发出不同技术流派的无阴影3D SPI(Solder Paste Inspection)锡膏检测系统，且大量被应用在引脚间距小于0.5mm的IC类元件和连接器元件、BGA元件、PLCC元件、0402、0201、01005元件，以及屏蔽盖PCB的检测过程中，实现更为精确的检测效果。以上海复蝶开发的3D SPI检测系统为例，其采用创新的多角度、多频率结构光结合Z轴仿形装置，以及基于GPU运算PMP算法，解决了当前在锡膏3D检测方面的主要困扰和瓶颈(如：锡膏阴影干扰、海量图像处理等等)，为电子制造行业SMT生产过程中的PCB表面锡膏的3D检测、统计和质量分析提供了一项较为理想的解决方案。
另一方面，面对当前快速变化的返修环境，Vincent Goh表示，由于要配合后续对PCB进行返修和功能测试，因此许多PCB被设计成模块化，同时又要能把许多超微小的元器件，如连接器、处理器、屏蔽盖等组件组装在非常薄、且异型或柔性板上，这些新的微型和异型组装对于设备、生产工艺的量产及可靠性来说都是一个巨大的考验。[!--empirenews.page--]
为了满足现阶段苛刻的返工和维修业务，OK International推出的全新Metcal Scorpion APR1200-SRS先进封装返修系统重新定义了精度和处理封装制造商所面对的技术要求。该系统专门为无引脚元器件而设计，其中包括BGA、CSP、PoP、微型SMD或LGA元器件等，在当前典型的高密度和异型PCBA的返工环境，以及普遍的移动设备中，它是一个较为理想的选择。其专利的可控底部双预热器，及新的模块回流和贴装头，在贴装超微型元器件时能达到较高的对齐精度。此外，新的无阴影数码视觉系统釆用LED上下照明，能精准地为元器件和基板投影对齐，相机(数码)不需要校准，易于使用的图标驱动操作软件和全自动化的热温曲线模式可确保快速和容易地创建热温曲线文件，从而大大减少了设置时间。另外，其专利喷嘴具有高效的排气端口，可防止相邻元件损坏，达到了有效控制返工制作流程的目的。
创新产线设计提高生产效率
小批量、多品种生产是目前电子制造行业的另一个突出特点，在这一生产模式下，产量的大幅变动、生产品种的频繁调整，导致生产过程复杂多变，生产效率直线下降。如何才能提高SMT贴装设备的生产效率是众多厂商亟待解决的一个难题，它要求新一代SMT设备要能够完成快速新产品导入、快速换线，减少停机时间，并且实现对物料的管控和追踪。
朱杰表示，为了协助厂商提高生产效率，对于客户已有的平台，ASM会借助先进的SiCluster等软件来加强管控，提升已有设备的贴装速度，进而提高生产效率；而在新产品方面，ASM目前会通过对贴片机结构的重新设计，例如采用新的取料位置、先进的轨道系统等等，来提升SMT设备的贴装速度。另外，在产品良率方面， ASM一方面会采用具有先进数字系统和运算方式的影像技术，来判断贴片过程中取料不良和元件本身不良的因素；另一方面则会提供多色的PCB相机，来对不同材质的基板和不同材质的Mark点进行清晰地识别，以此来保证后续精准的贴装效果，全面提高产品的良率。
例如，针对智能手机的生产，ASM先进装配推出的双导轨独立贴装制造技术采用同步工作模式，可在同一条生产线上完成正反两面的生产，帮助制造厂商节省了工厂场地和设备投资，只需要一台回流焊炉，也节约了大量电费，正反面生产实现了完美平衡，降低了半成品的库存，同时减少了操作人员的数量，也有助于降低对供料器数量的需求。特别是在双导轨设计上，系统将PCB最大程度地靠近取料位置，令到悬臂行程短，且两个悬臂之间互不影响，大幅提升产能的15-20%。此外，通过SIPLACE软件，系统增加了对物料的确认功能，防止上错料，且可准确计算元件的使用情况，对即将用完的元料会按优先级排序，并提示操作员及时续料，减少了生产线停机的时间。
在AOI检测环节，为了达到迅速的产线对应和持续稳定的检测效果，欧姆龙(OMRON)开发的VT-S500D双轨在线检测机可以和主流贴片机直接连接，其双轨构造设计缩短了基板搬送的时间，产线结构更为灵活。同时，该设备还能够通过机器自动设置基本程序，并强化针对量产变动的对应，加快检测速度，以满足客户对高速产线的需求，检测时间仅为原先设备的三分之一左右。
下载文档
