制造工藝革新促進(jìn)SMT設(shè)備更新?lián)Q代
 OK International亞洲區(qū)業(yè)務(wù)經(jīng)理Vincent Goh |
在目前越來越多智能手機和平板電腦的生產(chǎn)過程中，隨著科技的快速發(fā)展，以及消費巿場對智能手機和平板電腦產(chǎn)品趨向多功能、輕巧化和高可靠性的要求，令到許多電子制造廠商都在想盡辦法把印刷電路板(PCB)設(shè)計得更小巧和輕薄。其主要特征是，PCB開始出現(xiàn)Step板(也稱為3D板或Embedded板)；同時，為了在相同空間內(nèi)實現(xiàn)更多的功能，元器件也變得更小型化，0201元件被大范圍使用，01005元件正被導(dǎo)入主流應(yīng)用；此外，更多的倒裝芯片(Flip-Chip)也在模組中得到了運用。
這些PCB生產(chǎn)技術(shù)和制造工藝上的革新，對SMT制造的各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)都提出了更高的要求。對此，OK International亞洲區(qū)業(yè)務(wù)經(jīng)理Vincent Goh表示道，那些肉眼很難看出來的超微小貼片元件，以及異型金屬屏蔽蓋和連接器的大批量生產(chǎn)貼裝工藝，對于生產(chǎn)設(shè)備的苛刻要求包括：必須要能達(dá)到高速貼裝、精準(zhǔn)、不甩件、快速更換生產(chǎn)產(chǎn)品和近乎零錯誤率。對于加工制造商而言，提高產(chǎn)能和降低缺陷率就是利潤，廠商在采購設(shè)備時，應(yīng)根據(jù)每臺設(shè)備的個別功能和優(yōu)勢，綜合成一條符合自身生產(chǎn)需求的SMT生產(chǎn)線，以獲得最佳的總體投資收益(ROI)。
保證PCB表面貼裝品質(zhì)
 ASM先進(jìn)裝配系統(tǒng)有限公司產(chǎn)品市場經(jīng)理朱杰 |
“對于Step板(3D板)的生產(chǎn)制造，主要挑戰(zhàn)在于錫膏印刷技術(shù)，這是因為PCB不再是平面，故而如何保證高度不同的印刷錫膏點的品質(zhì)將是一個難點，”ASM先進(jìn)裝配系統(tǒng)有限公司產(chǎn)品市場經(jīng)理朱杰進(jìn)一步分析道，“其次是貼片工藝，由于PCB凹凸不平，也造成了貼片高度會有所變化，進(jìn)而容易產(chǎn)生元件被壓碎或偏位等質(zhì)量問題。另外，倒裝芯片也增加了SMT貼片的流程，需要特殊的wafer提供系統(tǒng)，進(jìn)而影響到取料和貼片環(huán)節(jié)。”
在錫膏印刷技術(shù)方面，為了克服微型封裝以及更高元件密度基板設(shè)計的困難，目前的一個趨勢是，焊膏噴印技術(shù)正逐漸取代傳統(tǒng)的鋼網(wǎng)印刷技術(shù)?？偛课挥谌鸬涞腗icronic Mydata公司在焊膏噴印技術(shù)的開發(fā)上走在了行業(yè)的前列，采用該公司的焊膏噴印技術(shù)，每個焊點的焊膏用量和形狀都可以進(jìn)行單獨設(shè)置，優(yōu)化了焊點質(zhì)量，同時還可消除QFN無引腳元件浮高虛焊的問題，在處理大量元件層疊封裝(PoP)的制造工藝上，既可提高良品率，也可保證復(fù)雜PCB貼裝生產(chǎn)的高效率。
Mydata相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，就目前的情況來說，雖然鋼網(wǎng)印刷技術(shù)還有一定的市場空間，但對于某些特殊應(yīng)用(如QFN封裝、通孔回流焊、PoP封裝、柔性基板等)，這一技術(shù)卻在焊膏涂覆工藝上碰到了處理瓶頸。尤其是在消費類電子行業(yè)中，目前三大趨勢正在積極推動無模板焊膏噴印技術(shù)向前發(fā)展：一是要求更快的響應(yīng)時間；二是需要完美的焊點質(zhì)量，力爭實現(xiàn)零返修；三是小型化和移動電子設(shè)備日益復(fù)雜的電路板設(shè)計。據(jù)悉，從2009年Mydata在上海成立邁德特表面貼裝技術(shù)(上海)有限公司起，該公司一直保持著在中國大陸整體業(yè)績的高速增長，去年年底，Mydata在深圳新增分公司，進(jìn)一步加強其在華南地區(qū)電子制造業(yè)的投入力度。
而在Step板(3D板)貼片工藝上，ASM先進(jìn)裝配采用貼片壓力控制技術(shù)，通過該控制系統(tǒng)可自動感應(yīng)PCB的凹凸，利用設(shè)定的壓力反饋值，能夠知道貼片式元件是否已經(jīng)達(dá)到PCB的表面；而如果沒有這個系統(tǒng)，元件則很容易被壓碎或者空拋。在倒裝芯片處理上，ASM先進(jìn)裝配還可提供專業(yè)的wafer供料系統(tǒng)，通過增加專門設(shè)計的取料貼片頭，使得倒裝芯片可以準(zhǔn)確地倒裝貼裝在PCB上。
檢測與返修促進(jìn)良率提升目前大量智能手機元件在貼裝和焊接后所遇到的一個主要問題是，元件尺寸越來越小，引腳間距越來越密，甚至已經(jīng)超越了人眼所能識別的極限。例如，QFP等細(xì)引腳間隙元件、PLCC、BGA等焊點隱藏在本體元件之下，這些都給貼裝后的AOI檢測及焊接后的AOI檢測帶來了困難，迫切需要在錫膏印刷時就進(jìn)行質(zhì)量控制和檢測，以便及時發(fā)現(xiàn)不良產(chǎn)品，盡可能地降低生產(chǎn)費用和返修成本。
上海復(fù)蝶智能科技有限公司總經(jīng)理徐亦新指出，從統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，在SMT工藝中有74%的不良品都是來自于錫膏印刷這一環(huán)節(jié)，特別是隨著智能手機等便攜式電子產(chǎn)品的電路板加工難度越來越大，而與此同時手機PCBA的加工費用又在逐步降低，這些使得目前的SMT制造生產(chǎn)要求更多地運用檢測設(shè)備來提高產(chǎn)品的良率。
為此，包括ALLY VISION、Panasonic、上海復(fù)蝶在內(nèi)的一批廠商在近年紛紛開發(fā)出不同技術(shù)流派的無陰影3D SPI(Solder Paste Inspection)錫膏檢測系統(tǒng)，且大量被應(yīng)用在引腳間距小于0.5mm的IC類元件和連接器元件、BGA元件、PLCC元件、0402、0201、01005元件，以及屏蔽蓋PCB的檢測過程中，實現(xiàn)更為精確的檢測效果。以上海復(fù)蝶開發(fā)的3D SPI檢測系統(tǒng)為例，其采用創(chuàng)新的多角度、多頻率結(jié)構(gòu)光結(jié)合Z軸仿形裝置，以及基于GPU運算PMP算法，解決了當(dāng)前在錫膏3D檢測方面的主要困擾和瓶頸(如：錫膏陰影干擾、海量圖像處理等等)，為電子制造行業(yè)SMT生產(chǎn)過程中的PCB表面錫膏的3D檢測、統(tǒng)計和質(zhì)量分析提供了一項較為理想的解決方案。
另一方面，面對當(dāng)前快速變化的返修環(huán)境，Vincent Goh表示，由于要配合后續(xù)對PCB進(jìn)行返修和功能測試，因此許多PCB被設(shè)計成模塊化，同時又要能把許多超微小的元器件，如連接器、處理器、屏蔽蓋等組件組裝在非常薄、且異型或柔性板上，這些新的微型和異型組裝對于設(shè)備、生產(chǎn)工藝的量產(chǎn)及可靠性來說都是一個巨大的考驗。[!--empirenews.page--]
為了滿足現(xiàn)階段苛刻的返工和維修業(yè)務(wù)，OK International推出的全新Metcal Scorpion APR1200-SRS先進(jìn)封裝返修系統(tǒng)重新定義了精度和處理封裝制造商所面對的技術(shù)要求。該系統(tǒng)專門為無引腳元器件而設(shè)計，其中包括BGA、CSP、PoP、微型SMD或LGA元器件等，在當(dāng)前典型的高密度和異型PCBA的返工環(huán)境，以及普遍的移動設(shè)備中，它是一個較為理想的選擇。其專利的可控底部雙預(yù)熱器，及新的模塊回流和貼裝頭，在貼裝超微型元器件時能達(dá)到較高的對齊精度。此外，新的無陰影數(shù)碼視覺系統(tǒng)釆用LED上下照明，能精準(zhǔn)地為元器件和基板投影對齊，相機(數(shù)碼)不需要校準(zhǔn)，易于使用的圖標(biāo)驅(qū)動操作軟件和全自動化的熱溫曲線模式可確保快速和容易地創(chuàng)建熱溫曲線文件，從而大大減少了設(shè)置時間。另外，其專利噴嘴具有高效的排氣端口，可防止相鄰元件損壞，達(dá)到了有效控制返工制作流程的目的。
創(chuàng)新產(chǎn)線設(shè)計提高生產(chǎn)效率
小批量、多品種生產(chǎn)是目前電子制造行業(yè)的另一個突出特點，在這一生產(chǎn)模式下，產(chǎn)量的大幅變動、生產(chǎn)品種的頻繁調(diào)整，導(dǎo)致生產(chǎn)過程復(fù)雜多變，生產(chǎn)效率直線下降。如何才能提高SMT貼裝設(shè)備的生產(chǎn)效率是眾多廠商亟待解決的一個難題，它要求新一代SMT設(shè)備要能夠完成快速新產(chǎn)品導(dǎo)入、快速換線，減少停機時間，并且實現(xiàn)對物料的管控和追蹤。
朱杰表示，為了協(xié)助廠商提高生產(chǎn)效率，對于客戶已有的平臺，ASM會借助先進(jìn)的SiCluster等軟件來加強管控，提升已有設(shè)備的貼裝速度，進(jìn)而提高生產(chǎn)效率；而在新產(chǎn)品方面，ASM目前會通過對貼片機結(jié)構(gòu)的重新設(shè)計，例如采用新的取料位置、先進(jìn)的軌道系統(tǒng)等等，來提升SMT設(shè)備的貼裝速度。另外，在產(chǎn)品良率方面， ASM一方面會采用具有先進(jìn)數(shù)字系統(tǒng)和運算方式的影像技術(shù)，來判斷貼片過程中取料不良和元件本身不良的因素；另一方面則會提供多色的PCB相機，來對不同材質(zhì)的基板和不同材質(zhì)的Mark點進(jìn)行清晰地識別，以此來保證后續(xù)精準(zhǔn)的貼裝效果，全面提高產(chǎn)品的良率。
例如，針對智能手機的生產(chǎn)，ASM先進(jìn)裝配推出的雙導(dǎo)軌獨立貼裝制造技術(shù)采用同步工作模式，可在同一條生產(chǎn)線上完成正反兩面的生產(chǎn)，幫助制造廠商節(jié)省了工廠場地和設(shè)備投資，只需要一臺回流焊爐，也節(jié)約了大量電費，正反面生產(chǎn)實現(xiàn)了完美平衡，降低了半成品的庫存，同時減少了操作人員的數(shù)量，也有助于降低對供料器數(shù)量的需求。特別是在雙導(dǎo)軌設(shè)計上，系統(tǒng)將PCB最大程度地靠近取料位置，令到懸臂行程短，且兩個懸臂之間互不影響，大幅提升產(chǎn)能的15-20%。此外，通過SIPLACE軟件，系統(tǒng)增加了對物料的確認(rèn)功能，防止上錯料，且可準(zhǔn)確計算元件的使用情況，對即將用完的元料會按優(yōu)先級排序，并提示操作員及時續(xù)料，減少了生產(chǎn)線停機的時間。
在AOI檢測環(huán)節(jié)，為了達(dá)到迅速的產(chǎn)線對應(yīng)和持續(xù)穩(wěn)定的檢測效果，歐姆龍(OMRON)開發(fā)的VT-S500D雙軌在線檢測機可以和主流貼片機直接連接，其雙軌構(gòu)造設(shè)計縮短了基板搬送的時間，產(chǎn)線結(jié)構(gòu)更為靈活。同時，該設(shè)備還能夠通過機器自動設(shè)置基本程序，并強化針對量產(chǎn)變動的對應(yīng)，加快檢測速度，以滿足客戶對高速產(chǎn)線的需求，檢測時間僅為原先設(shè)備的三分之一左右。
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