研發(fā)類產(chǎn)品SMT生產(chǎn)

摘 要：目前在我國電子及通信行業(yè)，有大量研究所和中小型企業(yè)長年承接一些研發(fā)類項目，該類項目的產(chǎn)品有別于大批量以及多品種小批量的生產(chǎn)模式，對生產(chǎn)加工提出了不同的需求。為解決研發(fā)類產(chǎn)品在SMT制程中較難控制的工藝問題，如：焊膏快速回溫，剩余焊膏處理、QFN和BGA芯片的貼裝成功率、空板回流焊溫度曲線設(shè)置等，文章總結(jié)了一些在生產(chǎn)過程中的實際操作方法和注意事項，可指導(dǎo)研發(fā)類產(chǎn)品的SMT生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：研發(fā)；產(chǎn)品；SMT；生產(chǎn)

當(dāng)今社會，電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代日新月異，在我國有大量研究所和中小型企業(yè)長期從事電子產(chǎn)品的技術(shù)研發(fā)創(chuàng)新。在這些研發(fā)創(chuàng)新中有相當(dāng)大比例的產(chǎn)品，在其生命周期內(nèi)年產(chǎn)量僅有十幾套甚至幾套，不會轉(zhuǎn)入批量生產(chǎn)階段。對于這種研發(fā)類產(chǎn)品的SMT生產(chǎn)，自動化程度較高的SMT生產(chǎn)線是基本不能適應(yīng)的。文章將要討論的是，如何針對研發(fā)類產(chǎn)品的特點，解決在其SMT生產(chǎn)中較難控制的一系列工藝問題。

研發(fā)類產(chǎn)品的SMT工藝流程和批量產(chǎn)品基本是一致的，一般按以下步驟進行：生產(chǎn)準(zhǔn)備-絲印焊膏-元器件貼片-回流焊接-檢修[1]。下面就研發(fā)類產(chǎn)品每個工序的具體操作及注意事項加以說明。

1 生產(chǎn)準(zhǔn)備

生產(chǎn)準(zhǔn)備可分為環(huán)境條件準(zhǔn)備和物資準(zhǔn)備。在此工序，我們將要介紹如何結(jié)合環(huán)境溫度選擇焊膏，如何控制環(huán)境濕度，如何進行焊膏回溫，對剩余焊膏如何處理。

在環(huán)境條件方面，研發(fā)類產(chǎn)品和批量產(chǎn)品的要求是一致的，主要是溫度、濕度和防靜電三個方面，而目前部分中小企業(yè)受限于資金，用于研發(fā)類產(chǎn)品生產(chǎn)的車間面積一般較小，在以上三個方面不能做到完全按標(biāo)準(zhǔn)實施。比如：在溫度方面，行業(yè)內(nèi)一般執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)是25±3℃，要求較嚴時會執(zhí)行25±1℃[2]，采用此溫度的原因是絕大多數(shù)焊膏在印刷時的推薦使用溫度為23～25℃。如環(huán)境條件達不到，建議可選用的寬溫范圍焊膏，如ALPHA OM5100，此類焊膏可以使用于18～28℃的環(huán)境條件下。濕度方面，在開啟空調(diào)的情況下室內(nèi)一般都比較干燥，空調(diào)開啟2小時后濕度可降低至20%～30%?？紤]到安裝工業(yè)加濕器投入較大，在實際工作中可使用家用加濕器，一般加濕量為540ml/h的家用加濕器其覆蓋范圍為40～50m2，在房間的四個角分別放置1臺，即可滿足200m2房間的濕度要求。

在物資方面，相對較難解決的是焊膏回溫和剩余焊膏的處理。

從實際使用情況來看焊膏的回溫時間一般為2～3小時[3]，回溫條件是處于室溫下。需要特別說明的是室溫這個概念，比如在未開啟空調(diào)的情況下，夏季和冬季室溫是完全不一樣的，我們應(yīng)該把這里所指的室溫理解為焊膏的推薦使用溫度25±3℃。上述焊膏回溫要求在批量產(chǎn)品生產(chǎn)時容易滿足，但在研發(fā)類產(chǎn)品生產(chǎn)時具體情況就發(fā)生了變化；批量產(chǎn)品可以24小時不間斷生產(chǎn)，車間溫度長年保持在25±3℃，而研發(fā)類產(chǎn)品的生產(chǎn)加工時間不集中，生產(chǎn)場地不可能24小時保持恒溫，特別是在冬季室溫接近0℃時，早上上班開啟空調(diào)升溫到25℃就需要將近1小時，這樣的話一個工作日內(nèi)共有8～12小時的工作時間，僅焊膏回溫就占去了3～4小時，剩下的時間很可能就不足以完成生產(chǎn)任務(wù)了。通過實際操作，我們發(fā)現(xiàn)可以在開啟空調(diào)的同時取出焊膏，讓室溫上升和焊膏回溫同時進行，當(dāng)焊膏取出1～2小時后再使用自動焊膏攪拌機攪拌1～1.5分鐘，其流動性就能基本接近在室溫下回溫4小時的效果[4]。

在用量方面，目前市面上錫膏的較小包裝量主要以500克罐裝為主，按使用要求一般焊膏開封后24小時內(nèi)要全部用完。而對于研發(fā)類產(chǎn)品，每次施加到PCB板上的用量遠小于500克，存在剩余焊膏如何處置的問題。在實際生產(chǎn)中應(yīng)注意以下方面：（1）每次盡可能準(zhǔn)確的預(yù)估用量，焊膏一旦從罐中取出，不管是否用完都不要再放回原罐中。（2）已取出焊膏如果有剩余直接作報廢處理，不要留存到下一次與新焊膏混合使用，混合使用會極大的降低焊膏的粘稠度，影響印刷和焊接質(zhì)量。（3）一罐焊膏開封后，不管是否用完，最多從開封之日起使用不超過7天[5]；從實際使用中發(fā)現(xiàn)，超過7天之后不但焊膏在印刷時流動性不好，回流焊接后的焊點不良率也會增加較多。（4）間隔開封時間越長，焊膏使用前所需的回溫時間也需相應(yīng)適當(dāng)延長半個至一個小時以保證焊膏的流動性和粘稠度。

2 焊膏印刷

焊膏印刷在SMT生產(chǎn)中可以說是最重要的一環(huán)，據(jù)統(tǒng)計，因焊膏印刷不良引發(fā)的質(zhì)量問題約占總數(shù)的60%～70%[6]。在此工序，我們將要討論研發(fā)類產(chǎn)品的焊膏印刷方式。

目前焊膏印刷設(shè)備有手動焊膏印刷臺、半自動焊膏印刷機、全自動焊膏印刷機。對于研發(fā)類產(chǎn)品，最適宜的選擇是手動焊膏印刷臺，原因如下：

首先在對位精度方面，考慮到對板、脫模等因素，目前半自動、全自動印刷機實際能達到的精度效果為0.1mm，該精度人工操作也完全能夠達到。

其次從實際使用角度來看，半自動、全自動印刷機優(yōu)勢在于能大幅度提高印刷效率和產(chǎn)能，但研發(fā)類產(chǎn)品沒有產(chǎn)能需求，半自動、全自動印刷機反而在對位累積誤差的問題上會凸顯得更加明顯。使用半自動、全自動印刷機每印刷一塊PCB板，鋼網(wǎng)都會偏離標(biāo)準(zhǔn)點一定距離，使焊膏印刷質(zhì)量越來越差。一般說來印刷10塊PCB板就需要重新校正定位；而手動印刷每次都需要重新確認對位是否對正，所以基本不存在累積誤差，每塊PCB板的印刷質(zhì)量會優(yōu)于半自動、全自動印刷機。

3 元器件貼片

元器件貼片是指將片式元器件放置到印刷好焊膏的PCB板焊盤上。在此工序，我們將要討論研發(fā)類產(chǎn)品的元器件貼片方式，并介紹如何保證QFN和BGA的貼裝成功率。

目前元器件貼片工序可選用手工貼片和全自動設(shè)備貼片。對于研發(fā)類產(chǎn)品全自動貼片機是不太適用的，建議采用手工貼片，原因如下：

首先，手工貼裝方式能滿足研發(fā)類產(chǎn)品生產(chǎn)的需要。一般來說有半年以上操作經(jīng)驗的熟練工，在保證質(zhì)量和進度的情況下，可以手工貼裝0402阻容元件、引腳間距為0.3的QFN以及球間距為0.8的BGA。當(dāng)然手工貼裝QFN和BGA有一定的技巧，下文會加以說明。

其次，全自動貼片機能適應(yīng)小批量產(chǎn)品生產(chǎn)的需求[7]，但不能適合研發(fā)類產(chǎn)品，主要問題是PCB板樣品數(shù)量少，如果參數(shù)設(shè)置不當(dāng)會導(dǎo)致設(shè)備視覺系統(tǒng)識別不良，不易使程序調(diào)試到穩(wěn)定狀態(tài)[8]，會出現(xiàn)一系列的貼裝不良問題。同時，研發(fā)類產(chǎn)品的芯片大多都是散件，不管是以料管還是托盤送料，都存在貼一種芯片就得換一次料的問題，換一次料一般需要3～5分鐘，這樣會大大延長貼裝時間。從實際使用角度來看，焊膏印刷后應(yīng)在6小時內(nèi)過爐回流[9]，時間一長焊膏會逐漸變干，進而會影響焊接質(zhì)量。而手工貼裝芯片時，一般每塊芯片的操作時間可控制在10秒之內(nèi)，大大少于全自動貼片機使用料管或托盤換件時所需時間。

采用手工貼片要想保證QFN和BGA的貼裝成功率，必須采用輔助定位方法。

目前一般是采用MARK點或絲印框來輔助定位，但在實際操作中成功率不穩(wěn)定，定位效果時好時壞，分析原因是PCB板在制造過程中的累積加工誤差造成的[10]。

PCB板生產(chǎn)是先做敷銅層，再做阻焊層，最后做絲印層，這樣三次做下來就會因為圖形的位置偏差形成累積加工誤差[11]，也就是說相對于焊盤，絲印位置會偏移預(yù)定位置。而手工貼QFN和BGA時看不見焊盤是否對正，只能以絲印位置作為參考，絲印位置有累積誤差，整個芯片相對于焊盤就貼偏了。在這種情況下，可以把用作定位的MARK點或絲印框設(shè)計到敷銅層上，因為焊盤定位就是在做敷銅層時確定的，這樣做MARK點或絲印框和焊盤之間就不存在累積加工誤差的問題了。

4 回流焊接

影響回流焊接效果最重要的因素是溫度曲線的設(shè)置，研發(fā)類產(chǎn)品因為物資有限，不便于使用焊好元器件的PCB板實物進行溫度曲線的測試。在此工序，我們將要介紹針對研發(fā)類產(chǎn)品的PCB板，其溫度曲線如何測試設(shè)置。

在實際生產(chǎn)過程中我們注意到，PCB板狀態(tài)是空板時和貼好元器件后，其吸熱量是不一樣的[12]。從實際測得的數(shù)據(jù)來看，將貼滿元器件后的PCB板，使用空板時測試出的溫度曲線過回流焊爐，PCB板面溫度會比空板時下降2～5℃。所以針對研發(fā)類產(chǎn)品，推薦在實際生產(chǎn)中可采用空板測曲線，然后將空板狀態(tài)下測試出的曲線溫度略微上調(diào)2～5℃，作為實際回流焊接時施加的溫度曲線。根據(jù)PCB板上元器件布局密度的差異，需上調(diào)的溫度有所區(qū)別；如元器件布局較疏散、板上元器件較少，可上調(diào)2～3℃；如元器件布局較緊密，板上元器件較多，則需要上調(diào)4～5℃。

5 檢查返修

在檢查返修工序，目前常用的設(shè)備有AOI、X-ray、BGA返修臺。對于研發(fā)類產(chǎn)品，AOI的使用效果不如批量產(chǎn)品那么好，因為AOI涉及到程序編制和調(diào)試的問題。從實際使用來看，AOI程序調(diào)試穩(wěn)定一般需要10塊以上的PCB板作驗證，而研發(fā)類產(chǎn)品量太少。X-ray、BGA返修臺設(shè)備的操作是針對單塊PCB板單次操作的，故適合研發(fā)類產(chǎn)品的生產(chǎn)。

6 結(jié)束語

在研發(fā)類產(chǎn)品特有的生產(chǎn)模式下，其產(chǎn)品數(shù)量在其生命周期內(nèi)，年產(chǎn)量僅為十幾套甚至幾套。所以，適合批量生產(chǎn)的全自動SMT生產(chǎn)設(shè)備以及工藝控制方法，不能直接套用在研發(fā)類產(chǎn)品的SMT生產(chǎn)過程中，我們必須結(jié)合產(chǎn)品的實際特點，找出一些適用的設(shè)備以及對應(yīng)工藝控制方法，來滿足研發(fā)類產(chǎn)品的SMT生產(chǎn)。

文章是基于生產(chǎn)實踐而總結(jié)的，提供了一些方法和注意事項。由于不同產(chǎn)品各自特點有所不同，文章提到的一些方法不見得能直接套用，根據(jù)實踐來看，PCB板尺寸在250×350mm范圍內(nèi)，單板單面元器件數(shù)量在1000以內(nèi)的，文章中提到的工藝方法都是適用的，可以達到較好的生產(chǎn)效果。

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作者簡介：徐璞（1984-），男，畢業(yè)于西南科技大學(xué)，主要從事SMT工藝研究、生產(chǎn)實踐及質(zhì)量控制工作。