提高SMT產(chǎn)品質(zhì)量的對(duì)策分析

林 琳

(陜西職業(yè)技術(shù)學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)系，西安,710100）

SMT（Surface Mount Technology）即表面組裝技術(shù)作為先進(jìn)的電子產(chǎn)品組裝技術(shù)，經(jīng)過幾十年的不斷發(fā)展和完善，取得了巨大的發(fā)展，在國(guó)內(nèi)電子制造業(yè)亦得到了越來越廣泛的應(yīng)用。表面組裝技術(shù)具有鮮明的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也存在缺點(diǎn)。SMT生產(chǎn)工序較多，因此在SMT生產(chǎn)過程中常會(huì)出現(xiàn)一些缺陷，進(jìn)而影響產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性。本文在分析相關(guān)缺陷的基礎(chǔ)上，針對(duì)性的提出了四個(gè)方面的解決措施。

1 SMT產(chǎn)品質(zhì)量

SMT產(chǎn)品的質(zhì)量由下述因素決定：設(shè)計(jì)質(zhì)量、物料質(zhì)量、設(shè)計(jì)質(zhì)量、工藝質(zhì)量。

圖1 SMT產(chǎn)品質(zhì)量決定因素

2 SMT產(chǎn)品質(zhì)量缺陷概述

一旦上述因素?zé)o法保證， SMT產(chǎn)品將會(huì)出現(xiàn)各種質(zhì)量缺陷，具體可分為三類：器件故障、運(yùn)行故障、組裝故障。

2.1 器件故障

器件故障是指元器件質(zhì)量問題引起的故障，如元器件引腳缺失、長(zhǎng)短不一、性能指標(biāo)不達(dá)標(biāo)、型號(hào)錯(cuò)標(biāo)、性能失效等，如圖2所示。

圖2 器件故障之引腳非共面

圖3 組裝故障之“曼哈頓現(xiàn)象”

2.2 組裝故障

組裝故障是由于組裝工藝中的問題而造成的故障，如曼哈頓現(xiàn)象、橋連、虛焊、錯(cuò)貼或漏貼等，如圖3所示。

2.2.1 橋連

橋連是SMT 生產(chǎn)中常見的缺陷之一，會(huì)增加返工量，大大降低一次交檢合格率。在細(xì)間距的QFP的裝配過程中，印刷機(jī)重復(fù)精度差，鋼網(wǎng)對(duì)位不齊，錫膏印刷過多或錫膏印刷到銀條外，將導(dǎo)致橋連。此外升溫速率過快，錫膏中的溶劑來不及揮發(fā)，在峰值溫度時(shí)會(huì)降低粘度而流出焊盤外，也會(huì)引起橋連。

2.2.2 曼哈頓現(xiàn)象

在回流焊工序中，小體積貼片元件容易產(chǎn)生因翹立而脫焊的缺陷，稱為“曼哈頓現(xiàn)象”。此現(xiàn)象是由于元件兩端焊盤上的焊膏在回流熔化時(shí)，兩端張力不平衡，張力較大的一端拉著元件沿其底部旋轉(zhuǎn)而致。

2.2.3 空洞

空洞是指分布在焊點(diǎn)表面或內(nèi)部的氣孔、針孔。形成這種缺陷的原因比較多。歸納起來，主要有以下幾點(diǎn)：焊膏中金屬粉末的含氧量高，或使用回收的焊膏，質(zhì)量不好，SMT 工藝環(huán)境衛(wèi)生差，混入雜質(zhì)；焊膏吸收了空氣中的水汽，受潮，或印制板受潮；升溫區(qū)的升溫速率過快，導(dǎo)致焊膏中的溶劑、氣體蒸發(fā)不完全，則進(jìn)入焊接區(qū)就會(huì)產(chǎn)生氣泡、針孔等，形成空洞。

2.2.4 虛焊

虛焊（poor Soldering）是焊點(diǎn)處只有少量的錫焊，表面完好，實(shí)際焊錫與管腳之間存在隔離層，但肉眼無法看出其狀態(tài)，電氣特性并沒有導(dǎo)通或?qū)ú涣迹瑥亩绊戨娐诽匦浴Ｒ话闶呛附狱c(diǎn)有氧化或有雜質(zhì)，或是焊接溫度不佳導(dǎo)致。

2.3 運(yùn)行故障

運(yùn)行故障是指產(chǎn)品無法正常工作，一般是由設(shè)計(jì)不合理引起的，如元件的布局不當(dāng)、時(shí)序配合故障、誤差積累故障、PCB電路錯(cuò)誤故障等。

如圖為4不良設(shè)計(jì)案例，元件的布局未考慮波峰焊的“遮蔽效應(yīng)”，如采用波峰焊工藝進(jìn)行焊接時(shí)，小元件存在“漏焊”的風(fēng)險(xiǎn)。

圖4 不良設(shè)計(jì)案例

3 提高SMT產(chǎn)品質(zhì)量的對(duì)策分析

3.1 合理設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)因素對(duì)于SMT產(chǎn)品質(zhì)量的影響是源頭性的，一旦設(shè)計(jì)出現(xiàn)問題或不合理，產(chǎn)品質(zhì)量必將存在極大隱患。良好的設(shè)計(jì)可以保障高成品率和穩(wěn)定的產(chǎn)品性能。因此，設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下的原則：

（1）可測(cè)試性

可測(cè)試性應(yīng)考慮位置、工裝、測(cè)試方法、測(cè)試設(shè)備和軟件。測(cè)試手段如飛針測(cè)試、針床測(cè)試也應(yīng)遵循由復(fù)雜到簡(jiǎn)單。保證可測(cè)試性的關(guān)鍵在于測(cè)試方法、儀器設(shè)備、工裝本身的可靠性。如一個(gè)探針接觸不良，則會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的后果，即無法判斷PCB的優(yōu)劣。

（2）經(jīng)濟(jì)性

這里的經(jīng)濟(jì)性是指在保障產(chǎn)品性能的前提下，應(yīng)選用質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的原材料，而并非一味追求低成本的元器件。過于廉價(jià)的選擇會(huì)造成SMT產(chǎn)品的整體工藝性變差，返修率增加，使制造費(fèi)用、維修費(fèi)用上升，總體經(jīng)濟(jì)性變得更差。

（3）制造全程性

一件SMT產(chǎn)品，從印制板的裝配、檢驗(yàn)、結(jié)構(gòu)裝配、調(diào)試到整機(jī)裝配、調(diào)試，直到使用維修，與生產(chǎn)線的各個(gè)環(huán)節(jié)聯(lián)系十分緊密，例如板子形狀選得不好加工困難，余量太小裝配困難，未留測(cè)試點(diǎn)，沒有空間維修困難等等。每一個(gè)困難都可能導(dǎo)致成本增加，工時(shí)延長(zhǎng)，甚至產(chǎn)品報(bào)廢。因此，應(yīng)充分考慮產(chǎn)品制造的全程性，不斷合理化產(chǎn)品設(shè)計(jì)。

（4）可靠性

提高SMT產(chǎn)品的可靠性，應(yīng)特別注意避免出現(xiàn)以下問題：材料選擇不對(duì)、制造工藝復(fù)雜、散熱差、元器件布局布線不當(dāng)、應(yīng)力集中、設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致磨損、惡劣的環(huán)境等，這些都可能導(dǎo)致產(chǎn)品早期失效甚至根本不能正常工作。

3.2 強(qiáng)化現(xiàn)場(chǎng)管理

生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)管理體現(xiàn)了企業(yè)工藝管理水平的重要方面。隨著SMT組件的復(fù)雜化與精細(xì)化，5S現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、操作管理、工序關(guān)鍵控制點(diǎn)管理、靜電等對(duì)SMT產(chǎn)品質(zhì)量的影響越來越大。因此，要獲得良好的產(chǎn)品質(zhì)量，必須強(qiáng)化現(xiàn)場(chǎng)管理。

3.2.1 5S管理

SMT生產(chǎn)線布局首先應(yīng)遵循高效而有序的原則，根據(jù)產(chǎn)品整個(gè)加工過程中所經(jīng)歷的不同階段，嚴(yán)格劃分各工區(qū)，并懸掛明顯的標(biāo)識(shí)。其次需要在生產(chǎn)中推行“5S”，即整理、整頓、清掃、清潔、素養(yǎng)。保證清潔整齊，嚴(yán)肅生產(chǎn)紀(jì)律，保證生產(chǎn)時(shí)各司其職，無閑雜人員存在。對(duì)于不可避免的外來人員，適當(dāng)普及靜電防護(hù)等注意事項(xiàng)，通過設(shè)置專用通道及參觀通道將其與實(shí)際操作區(qū)隔離開，避免其對(duì)生產(chǎn)的污染和干擾。同時(shí)設(shè)置嚴(yán)格的安全設(shè)施，避免廠區(qū)內(nèi)貴重元件及PCB等流失。

3.2.2 操作管理

（1）制訂SMT生產(chǎn)線工藝流程，監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行情況，并按規(guī)定檢查設(shè)備性能，杜絕管理職責(zé)不明確、維護(hù)保養(yǎng)不到位等狀況。

（2）提高員工的基本素質(zhì)，要求SMT 操作和管理人員掌握基本技能，要求受訓(xùn)人員熟練掌握具體設(shè)備操作，了解設(shè)備基本構(gòu)造，可及時(shí)排除設(shè)備常見故障；同時(shí)要求受訓(xùn)人員掌握SMT 基本原理，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)常見缺陷。

圖5 SMT各工序關(guān)鍵控制點(diǎn)管理

（3）按照設(shè)備規(guī)定的內(nèi)容制訂日、周、月、季及年保養(yǎng)計(jì)劃和維修管理辦法，詳細(xì)規(guī)定不同階段進(jìn)行保養(yǎng)的部位、操作方法，保證設(shè)備處于良好狀態(tài)，提高生產(chǎn)效率。

3.2.3 工序關(guān)鍵控制點(diǎn)管理

如圖5所示。

3.2.4 防靜電管理

靜電是一種存留于物體表面的電能，容易對(duì)靜電敏感元器件造成損傷。在SMT行業(yè)內(nèi)，靜電的危害是十分嚴(yán)重的。據(jù)統(tǒng)計(jì)，大型CMOS器件制造廠有28%的退貨器件是與靜電損壞有直接關(guān)系的。另據(jù)日本80年代一份統(tǒng)計(jì)材料顯示，在失效的半導(dǎo)體器件中，有45%是因靜電危害造成的。靜電的產(chǎn)生雖然幾乎是難以避免的，但依然可以通過各種措施加以控制。基本思路可按照“預(yù)防、釋放、控制”三個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行。

（1）預(yù)防

即預(yù)防靜電荷的產(chǎn)生，具體包括防止人體帶電、通過工藝措施控制、控制靜電的生成環(huán)境等。

（2）釋放

即建立安全的釋放通道。可采用接地、增加濕度、中和、摻雜等方法實(shí)現(xiàn)對(duì)靜電的有效釋放。

（3）控制

即嚴(yán)格靜電管理，包括建立健全責(zé)任制和規(guī)章制度、正確使用警示裝置、標(biāo)示、符合等、對(duì)人員進(jìn)行培訓(xùn)教育等。

3.3 控制工藝因素

SMT工藝環(huán)節(jié)對(duì)于SMT產(chǎn)品質(zhì)量的影響是相當(dāng)大的。一個(gè)設(shè)計(jì)優(yōu)良且受控的工藝，會(huì)保證SMT產(chǎn)品的交付合格率、直通率。因此，應(yīng)嚴(yán)格控制各個(gè)環(huán)節(jié)，以保障SMT的產(chǎn)品質(zhì)量。

3.3.1 印刷環(huán)節(jié)

應(yīng)選擇粘度和金屬顆粒大小都合適的錫焊膏，保證焊膏的流動(dòng)性符合要求；清洗網(wǎng)版；清除粘塞的焊膏；在印刷前充分?jǐn)嚢桢a焊膏，以保證焊膏中各成分分布均勻；檢查刮刀，如損壞可進(jìn)行修磨或更換；調(diào)整刮刀壓力，使之適合不同元器件的印刷要求。

3.3.2 貼片環(huán)節(jié)

本環(huán)節(jié)應(yīng)重點(diǎn)檢查貼片力、貼片速度及加速度、貼片機(jī)的貼片精度、元器件、焊膏與PCB。

3.3.3 回流焊環(huán)節(jié)

在保證預(yù)熱區(qū)升溫速率較緩，保溫區(qū)溫度及時(shí)間在要求范圍內(nèi)的情況下，將保溫區(qū)和熔錫焊接區(qū)之間的Z6變?yōu)榫彶缴郎剡^渡區(qū)，該過渡區(qū)從160℃過渡至180℃，可將Z7的溫度設(shè)至240℃，這樣不僅降低了熔錫區(qū)升溫速率，還保證了熔錫區(qū)溫度從錫膏融化前的臨界溫度起步，達(dá)到各個(gè)焊點(diǎn)同時(shí)融化，減少了很多焊后缺陷。

3.3.4 焊接后環(huán)節(jié)

SMT中常見的焊接缺陷有：焊錫球、曼哈頓現(xiàn)象、橋接、虛焊、元件引腳未濕潤(rùn)、漏焊、錯(cuò)焊等。針對(duì)橋接缺陷的處理對(duì)策是：減少焊膏印刷模板厚度；減少印刷間隙和重印次數(shù)；提高貼片精度；人工維修焊點(diǎn)。對(duì)于曼哈頓現(xiàn)象，針對(duì)該焊接缺陷的處理措施是：按規(guī)范設(shè)計(jì)焊盤；提高元件貼裝位置精度；人工維修焊點(diǎn)。針對(duì)潤(rùn)濕不良的對(duì)策是：保證元件的可焊性，防止元件被異物污染等。

3.4 重視物料環(huán)節(jié)

物料是保證SMT產(chǎn)品可靠性的主要環(huán)節(jié)，因?yàn)橹挥泻细竦脑牧喜趴赡苡泻细竦漠a(chǎn)品。隨著SMT的不斷發(fā)展，以及元器件的微型化、工藝材料更新加快等趨勢(shì)，SMT產(chǎn)品對(duì)于物料質(zhì)量的敏感度和依賴性均在加大，因此，對(duì)于物料的檢測(cè)就顯得不可或缺。

SMT來料包括元器件、PCB、焊膏、焊劑等工藝來料。具體檢測(cè)內(nèi)容包括元器件的可焊性、引線共面性、使用性能、PCB的尺寸與外觀、翹曲和扭曲、可焊性、阻焊膜的完整性，焊膏的金屬百分比、黏度、粉末氧化量、焊劑的金屬污染量，以及助焊劑的活性、濃度等。對(duì)應(yīng)不同的檢測(cè)項(xiàng)目，其檢測(cè)方法也是多種多樣的。例如，針對(duì)元器件的可焊性測(cè)試就包括浸漬測(cè)試法、潤(rùn)濕平衡試驗(yàn)法、焊球法測(cè)試等。

[1]周德儉.SMT組裝質(zhì)量檢測(cè)與控制[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2007.

[2]賈忠中.SMT工藝質(zhì)量控制[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007.