(本文先不探讨SPI设备本身量测的精准度问题,纯粹只是就品质观点来讨论SPI的管控参数,这个议题没有标准答案,欢迎留言讨论提出你的看法)
188金宝搏苹果下载 发现有很多SMT工程师都不太清楚SPI的管控参数是如何定义出来的,尤其是针对锡膏厚度的中心值与上、下界限的公差是如何决定的更是莫栽央。
而大部分SMT工程师则会直接採用SPI厂商给的建议,有些比较有良心的厂商可能会建议以钢板的厚度为中心值,然后下界限抓80%、上界限抓160%,有的甚至会直接建议【60%~200%】的公差值,这么一来你可能会惊讶的发现怎么SPI几乎都不会报警且流程变得顺畅无比,在这种条件下SPI大概只会抓出那些有严重堵塞或是拉尖特别严重的锡膏印刷缺失,这真的是你要的吗?
你有想过设置SPI的真正目的是什么?SPI可是我们花了大钱买来的,SPI真的就只能用来抓出这些重大缺失而已吗?对于那些比较细小的零件(如0201以下零件)或是对锡膏量比较敏感的零件(如BGA)如果遵循同样的公差标准真的不会出现焊锡问题吗?
应该要以回焊后的焊锡品质来判断锡膏量印刷是否恰当
想要釐清这个问题前,我们要来先来做几个问答:
Q1:设置SPI的真正目的是什么?
A1:应该是为了要提前检查筛选出有否锡膏印刷不良的缺失。
Q2:那什么叫做锡膏印刷不良?
A2:就是锡膏量印刷太多或太少。
Q3:那锡膏量印刷太多或太少会造成什么问题?
A3:锡膏印多了会造成焊锡短路,锡膏印少了则会造成空焊。
所以最终我们应该要以回焊后的焊锡品质有否造成短路及空焊来评估该锡膏量是否恰当。
不同焊点对锡膏量精准度要求不一样
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这么一来又会牵扯到另一个问题:「不同焊垫大小对锡膏量精准度的要求应该不一样?」,比如说印刷在0201的锡膏量精准度要求应该会比0805的精准度来得高吧!也就是说越细小零件焊点的锡膏量公差应该要越小,这么一来同一片板子上的不同焊点不就会有不同的公差需求?确实也是如此,真是伤脑筋。
不过,如果你想使用一个公差来管控同一片板子上的所有焊点也不是不可以,你只要选择板子上对锡膏印刷量公差要求最严格的焊点来当成整片板子的公差来管控就可以了,而实际的作法应该也是如此,只要在碰到某个焊点一直报警时再检查一下是否为比较大的焊点,是否可以放宽个别焊点公差来做调整就可以了,这样也可以解决误报率或漏放印刷不良的问题。
利用SPC与印刷机的制程能力来定义锡膏厚度的上、下界限
除了上述的试误法之外,188金宝搏苹果下载 这里会建议你採用SPC统计手法并依据锡膏印刷机的制程能力来定义锡膏厚度管控的上、下界限标准。
我们可以选定1~5个可以代表该片板子的焊点并透过SPC的手法来收集计算锡膏平均厚度的标准差(σ,sigma),这些焊点最好要包含板子上对锡膏量精准度要求较严格的FBGA (Fine-Pitch BGA)或是有细间距焊脚的零件,以及对锡膏量精准度要求比较松的大焊点。
规格中心值:
建议一样取钢板厚度来当做锡膏印刷的中心值。钢板厚度是我们可以自己定义且管控的材料参数,而钢板厚度其实也是我们在做锡膏印刷厚度所追求的目标值。
规格上、下界限:
一般应该要用+/-3σ来作为规格的上、下界限,然后逐步排除制程中的变异因素,但实际操作下来,会发现实际印刷出来的锡膏一般都会比钢板的厚度要来得厚,原因是PCB上面会印有「防焊绿漆(solder mask)」与「丝印白漆(silkscreen)」会垫高钢板,另外刮刀的压力、速度与角度也都会影响到印刷的锡膏量,还有一个很多人可能都忽略掉却很严重的变异-板弯变形。所以…
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如果实际锡膏厚度平均中心往上偏移约1.0σ时,建议上下界限可以取+/-4σ。这样初始Cpk算出来会在1.0左右。
Cp=8σ/6σ, Ck=1σ/4σ, Cpk=(1-Ck)xCp=(1-1/4)x4/3=1.0 -
如果实际锡膏厚度中心往上偏移约1.5σ时,建议上下界限可以取+/-4.5σ。这样初始Cpk算出来会在1.0左右。
Cp=9σ/6σ, Ck=1.5σ/4.5σ, Cpk=(1-Ck)xCp=(1-1/3)x3/2=1.0 -
不建议採用中心值偏移超过1.5σ以上的数据,而应该要先检讨为何锡膏印刷厚度会偏移中心值如此大,惕除不合理的数据之后再来使用SPC。
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不建议移动规格中心值,因为我们的目标依然还是钢板厚度,移动规格中心会让我们的目标失准。
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当我们使用标准差(σ)定义出了锡膏厚度的规格上、下界限后,要再回去做确认与比对,当锡膏厚度刚好落在规格的上界限与下界限时,回焊后的焊锡品质仍然必须符合焊锡的品质要求,然后要试着运用PDCA循环来改善并提高Cpk。
下列有几个方法提供给想改善锡膏印刷Cpk的朋友参考:
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用鱼骨图列出所有可能影响锡膏印刷的因素,然后排除生产中所可能产生的「机遇变异」与「非机遇变异」。
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调整锡膏印刷机中刮刀的设定参数(压力、速度、角度)。
相关阅读:
运用实验设计法寻找SMT锡膏印刷厚度的管控条件
如何将锡膏印刷于电路板(solder paste printing)与影响锡膏印刷品质的因素 -
提昇钢板品质。比如改用镭射、奈米涂层或电铸钢板来稳定落锡量。
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採用高号数的锡膏来增加落锡量。锡膏编号数越高,则锡粉的颗粒就越小,越容易下锡。
要想办法让锡膏厚度的中心值趋近钢板厚度。当Cpk大于1.5后,建议要重新计算标准差(σ)缩小原来规格的上、下限,如此循环持续品质改善。
后记:
SPI除了可以管控锡膏印刷的厚度及锡量外,还可以管控印刷的偏移量,但是锡膏印刷的偏移量其实也受很多因素影响,除了钢板及印刷机的精准度之外,最大的因素就是拼板及板材热胀缩所造成的偏移量了,板材的品质可是一分钱一分货的。
(以上只是个人观点,不一定是最好的执行方案,欢迎留言讨论)
延伸阅读:
简介SMT表面贴焊流程中包含哪些制程与注意事项
SPI(Solder Paste Inspection)锡膏检查机可以做什么?
何谓SMT「红胶」制程?什么时候该用红胶呢?有何限制呢?
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欧付宝
文中讲的方法是个不错的方式。
我这里有另一种方法也可以参考一下。每种元器件回流焊后焊接状况都有一个判定标准,根据IPC-A-610的要求,我们可以把第八章中可接受标准作为参考,分别计算元器件达到目标值、可接受3级,2级,1级以及缺陷的理论锡量,可以用这个理论锡量作为该种类元器件印刷锡量标准。
如果产品是3级产品,那么目标值作为中心线,2级作为下限,这里需要注意如何定义上限的问题,目前我是困扰在定义上限这里。。
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Cliff,
不管是锡量或是锡厚都是由钢板来决定的,锡膏印刷作业中唯一需要追求的是如何让变异(deviation)降低。
在开钢板前就应该先计算好每个焊点需要的锡膏量与锡厚。
文章中提到的方法是在你已经决定钢板后的锡膏公差控制方法。
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