SMT工艺质量控制

SMT工艺质量控制

摘要：1 工艺质量的基本概念；2 工艺质量的评价；3 工艺质量控制体系；4 SMT关键过程点的控制要素；5 基本能力建设——识别、预防与纠正。

1. 工艺质量控制的基本概念

1.1 什么是工艺质量？

SMT工艺质量，指SMT组装工艺的管理与控制水平。通常用焊接直通率、焊点不良率来衡量。这两个指标反映的是工艺“本身”的质量,它关注的是“焊点”及其组装的可靠性。它不全等同于“制造质量”的概念，不涉及器件本身的质量问题（主要指性能）

高的工艺质量：

意味着高的焊点质量；

意味着高的生产效率；

1.2 什么是工艺质量控制？

工艺质量控制，就是要对影响SMT工艺质量的所有因素进行有效的管理和控制，使SMT的焊接缺陷率处于可接受的水平和稳定状态。

没有稳定的工艺质量，不可能有稳定的制造质量，也不可能有高的生产效率。

工艺质量控制的目的：

建立稳定的工艺！

1.3 工艺质量控制体系

现代工艺质量控制体系的建立，基于“零缺陷”和“第一次把事情做好”的原则，强调“预防”为主的做法。同时，随着SMD的越来越小，PCBA组装密度的越来越高，先前通过维修解决不合格产品的做法越来越不可行。在这样的情况下，许多企业对如何提高焊接的一次合格率进行了广泛的探索，逐步形成了一套控制体系——重视PCBA的可制造性设计、严格对物料工艺质量的控制、进行正确的的工艺试制、实施规范化的SMT工序管理、利用AOI（自动光学检查）和计算机技术进行实时工艺监控等，我们把这些行之有效的“做法”，称之为工艺质量的控制体系。

2. 工艺质量的评价

1) 直通率

直通率，也称首次通过率（First Time

Yield），指在某个时间段首次通过生产线的PCBA合格率，用百分比表示。

YFT=（通过检查的PCBA数/检查的PCBA总数）×100

直通率是以测试结果进行统计的一个指标，反映了来料、工艺的综合质量。它是一个以时间段为单位、以不合格产品为缺陷单位统计的一个数据。

需要注意的是在同一工艺条件下，不同密度和大下的板其直通率相差很大。也就是直通率与板上安装的元件多少、封装的工艺性有很大关系，元件越多，直通率越低。

2) 焊点不良率

焊点不良率，一般用百万焊点中的不良焊点数表示，单位PPM。

PPM=（∑dt/∑Ot）×106

∑ds 为焊点缺陷数

∑Ot 为总焊点数

焊点不良率，是针对不符合要求的焊点进行统计的一个指标，反映了SMT工艺的结果质量。相对于组装DPMO而言，它不需要对印刷、贴片工序进行缺陷统计和再流焊接后对焊点缺陷原因进行甄别，比较简单，易于操作。但另一方面，它不能完全反映组装全过程各工序的控制水平，不能从过程数据中提取到各工序的DPMO数据，不利于过程的改进。

3) 综合制造指标

综合制造指标，一般用制造过程每百万机会缺陷数表示。根据IPC-7912的定义的理解，SMT 组装DPMO可以用下式表示：

DPMO=[（∑ds+ ∑dp + ∑dt）/（∑Os+ ∑Op + ∑Ot）]×106

其中：

∑ds 为焊膏印刷缺陷数（以印刷缺陷的板数计）

∑dp 为贴片缺陷数（以贴装缺陷的元件数计）

∑dt 为焊点缺陷数（以焊点缺陷数计）

∑Os 为焊膏印刷缺陷机会数（以印刷板数计）

∑Op 为贴片机会数（以贴装元件数计）

∑Ot 为焊点机会数（以焊点数计）

此计算公式，将SMT组装作为一个过程进行评价，数据的处理比较烦琐，需要收集SMT的各工序的工艺缺陷数据，并按照不重复统计的原则进行计算。

所谓不重复统计的原则，就是如果属于印刷缺陷，不计入贴片、焊接缺陷，如果属于贴片缺陷，不计入焊接缺陷。DPMO能够真实地反映工艺的控制水平。

3. 工艺质量控制体系构成

4. SMT工序控制

5. 工序控制基础

5.1 焊膏印刷

1) 重要性认识

调查发现焊接缺陷类型的分布是：焊点开路占46%；短路占22%；其次是焊料不足占17%；其它缺陷类型依次是对准不良、脱焊、焊料过多等，这些缺陷类型约占全部缺陷类型的15%左右。

2) 基本认识

（1）钢网厚度的选取首先取决于“脱模性”。

（2）印刷厚度总会比钢网厚（焊粉直径、绿油、间隙、脱模是否拉尖），一般为钢网厚度的120~150%,甚至到200%，这与测试方法有关。

（3）刮刀的移动速度、角度及压力以及PCB的脱网速度，是一组重要参数，严重影响印刷质量。

5.2 贴片

1) 注意点

(1) 贴片精度检测与调试

(2) 飞片率控制，一般原因：

片容、片阻表面不平；吸嘴真空开闭时机不对；静电；喂料器问题；吸嘴磨损；一般要求3/1000内。

(3) 要控制吸嘴压力，特别是大尺寸片容，很容易开裂；

(4) 静电敏感器件贴装，要注意顺序，一定要在最后装，吸取、贴片动作需严防静电，可采用离子风吹。

2) 贴片精度

设备精度≠贴片精度

贴片精度与机器定位精度、元件定心精度等有关。设备的验收最好用一盘料带密集实贴后用测量放大镜测量。

一个创新性的观点——以焊膏印刷图形中心为贴片中心

松下的APC技术(Advanced Process Control)

3) 0201的贴装

5.3 再流焊接

1) 工艺曲线设置基础

1 理解温度曲线的深刻含义，了解一般参数的设置范围。

2 收集再流焊接的经验数据，建立基础工艺数据库。

3 焊接工艺质量的鉴定：

焊点起始处的润湿状况；

焊料与被焊金属间是否形成合金层（IMC）；

元件、PCB有无热损伤（表观与测试）。

关键器件的焊接结果——BGA、QFN、Chip C(通过可靠性测试结果了解)

4 热风加热方式优于红外加热，可以实现温度高精度控制。

2) 良好焊点的标志—金属间化合物(IMC)

6. 新产品导入

作者简介

贾忠中

1985年毕业于东南大学机械系。1985年至1998年在信息产业部第二研究所从事SMT设备及工艺研究、开发等工作；SMT设备多项获部组成果奖，发表论文多篇。

1998年至今在中兴通讯公司历任工艺部长。