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(lái)越多智能手機(jī)和平板電腦的生產(chǎn)過(guò)程中，隨著科技的快速發(fā)展，以及消費(fèi)巿場(chǎng)對(duì)智能手機(jī)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(jì)得更小巧和輕薄。其主要特征是，PCB開(kāi)始出現(xiàn)Step板(也稱為3D板或Embedded板)；同時(shí)，為了在相同空間內(nèi)實(shí)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(yùn)用。
這些PCB生產(chǎn)技術(shù)和制造工藝上的革新，對(duì)SMT制造的各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)都提出了更高的要求。對(duì)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(lái)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(duì)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(cuò)誤率。對(duì)于加工制造商而言，提高產(chǎn)能和降低缺陷率就是利潤(rùn)，廠商在采購(gòu)設(shè)備時(shí)，應(yīng)根據(jù)每臺(tái)設(shè)備的個(gè)別功能和優(yōu)勢(shì)，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(chǎng)經(jīng)理朱杰 |
“對(duì)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?yàn)镻CB不再是平面，故而如何保證高度不同的印刷錫膏點(diǎn)的品質(zhì)將是一個(gè)難點(diǎn)，”ASM先進(jìn)裝配系統(tǒng)有限公司產(chǎn)品市場(chǎng)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(huì)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(wèn)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(jì)的困難，目前的一個(gè)趨勢(shì)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(kāi)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(gè)焊點(diǎn)的焊膏用量和形狀都可以進(jìn)行單獨(dú)設(shè)置，優(yōu)化了焊點(diǎn)質(zhì)量，同時(shí)還可消除QFN無(wú)引腳元件浮高虛焊的問(wèn)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(lái)說(shuō)，雖然鋼網(wǎng)印刷技術(shù)還有一定的市場(chǎng)空間，但對(duì)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(fèi)類電子行業(yè)中，目前三大趨勢(shì)正在積極推動(dòng)無(wú)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(shí)間；二是需要完美的焊點(diǎn)質(zhì)量，力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)零返修；三是小型化和移動(dòng)電子設(shè)備日益復(fù)雜的電路板設(shè)計(jì)。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(guó)大陸整體業(yè)績(jī)的高速增長(zhǎng)，去年年底，Mydata在深圳新增分公司，進(jìn)一步加強(qiáng)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(guò)該控制系統(tǒng)可自動(dòng)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(méi)有這個(gè)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(guò)增加專門(mén)設(shè)計(jì)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(cè)與返修促進(jìn)良率提升目前大量智能手機(jī)元件在貼裝和焊接后所遇到的一個(gè)主要問(wèn)題是，元件尺寸越來(lái)越小，引腳間距越來(lái)越密，甚至已經(jīng)超越了人眼所能識(shí)別的極限。例如，QFP等細(xì)引腳間隙元件、PLCC、BGA等焊點(diǎn)隱藏在本體元件之下，這些都給貼裝后的AOI檢測(cè)及焊接后的AOI檢測(cè)帶來(lái)了困難，迫切需要在錫膏印刷時(shí)就進(jìn)行質(zhì)量控制和檢測(cè)，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)不良產(chǎn)品，盡可能地降低生產(chǎn)費(fèi)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(jì)數(shù)據(jù)來(lái)看，在SMT工藝中有74%的不良品都是來(lái)自于錫膏印刷這一環(huán)節(jié)，特別是隨著智能手機(jī)等便攜式電子產(chǎn)品的電路板加工難度越來(lái)越大，而與此同時(shí)手機(jī)PCBA的加工費(fèi)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(yùn)用檢測(cè)設(shè)備來(lái)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(kāi)發(fā)出不同技術(shù)流派的無(wú)陰影3D SPI(Solder Paste Inspection)錫膏檢測(cè)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(cè)過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)更為精確的檢測(cè)效果。以上海復(fù)蝶開(kāi)發(fā)的3D SPI檢測(cè)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(yùn)算PMP算法，解決了當(dāng)前在錫膏3D檢測(cè)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(guò)程中的PCB表面錫膏的3D檢測(cè)、統(tǒng)計(jì)和質(zhì)量分析提供了一項(xiàng)較為理想的解決方案。
另一方面，面對(duì)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(duì)PCB進(jìn)行返修和功能測(cè)試，因此許多PCB被設(shè)計(jì)成模塊化，同時(shí)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(duì)于設(shè)備、生產(chǎn)工藝的量產(chǎn)及可靠性來(lái)說(shuō)都是一個(gè)巨大的考驗(yàn)。[!--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(duì)的技術(shù)要求。該系統(tǒng)專門(mén)為無(wú)引腳元器件而設(shè)計(jì)，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(dòng)設(shè)備中，它是一個(gè)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(shí)能達(dá)到較高的對(duì)齊精度。此外，新的無(wú)陰影數(shù)碼視覺(jué)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(duì)齊，相機(jī)(數(shù)碼)不需要校準(zhǔn)，易于使用的圖標(biāo)驅(qū)動(dòng)操作軟件和全自動(dòng)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(shí)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(jì)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(gè)突出特點(diǎn)，在這一生產(chǎn)模式下，產(chǎn)量的大幅變動(dòng)、生產(chǎn)品種的頻繁調(diào)整，導(dǎo)致生產(chǎn)過(guò)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(gè)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(jī)時(shí)間，并且實(shí)現(xiàn)對(duì)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(duì)于客戶已有的平臺(tái)，ASM會(huì)借助先進(jìn)的SiCluster等軟件來(lái)加強(qiáng)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(huì)通過(guò)對(duì)貼片機(jī)結(jié)構(gòu)的重新設(shè)計(jì)，例如采用新的取料位置、先進(jìn)的軌道系統(tǒng)等等，來(lái)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(huì)采用具有先進(jìn)數(shù)字系統(tǒng)和運(yùn)算方式的影像技術(shù)，來(lái)判斷貼片過(guò)程中取料不良和元件本身不良的因素；另一方面則會(huì)提供多色的PCB相機(jī)，來(lái)對(duì)不同材質(zhì)的基板和不同材質(zhì)的Mark點(diǎn)進(jìn)行清晰地識(shí)別，以此來(lái)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(duì)智能手機(jī)的生產(chǎn)，ASM先進(jìn)裝配推出的雙導(dǎo)軌獨(dú)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(chǎng)地和設(shè)備投資，只需要一臺(tái)回流焊爐，也節(jié)約了大量電費(fèi)，正反面生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)了完美平衡，降低了半成品的庫(kù)存，同時(shí)減少了操作人員的數(shù)量，也有助于降低對(duì)供料器數(shù)量的需求。特別是在雙導(dǎo)軌設(shè)計(jì)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(gè)懸臂之間互不影響，大幅提升產(chǎn)能的15-20%。此外，通過(guò)SIPLACE軟件，系統(tǒng)增加了對(duì)物料的確認(rèn)功能，防止上錯(cuò)料，且可準(zhǔn)確計(jì)算元件的使用情況，對(duì)即將用完的元料會(huì)按優(yōu)先級(jí)排序，并提示操作員及時(shí)續(xù)料，減少了生產(chǎn)線停機(jī)的時(shí)間。
在AOI檢測(cè)環(huán)節(jié)，為了達(dá)到迅速的產(chǎn)線對(duì)應(yīng)和持續(xù)穩(wěn)定的檢測(cè)效果，歐姆龍(OMRON)開(kāi)發(fā)的VT-S500D雙軌在線檢測(cè)機(jī)可以和主流貼片機(jī)直接連接，其雙軌構(gòu)造設(shè)計(jì)縮短了基板搬送的時(shí)間，產(chǎn)線結(jié)構(gòu)更為靈活。同時(shí)，該設(shè)備還能夠通過(guò)機(jī)器自動(dòng)設(shè)置基本程序，并強(qiáng)化針對(duì)量產(chǎn)變動(dòng)的對(duì)應(yīng)，加快檢測(cè)速度，以滿足客戶對(duì)高速產(chǎn)線的需求，檢測(cè)時(shí)間僅為原先設(shè)備的三分之一左右。
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