SMT基础知识丨SPI参数设定标准-SMT锡膏印刷标准规范(标准依据IPC-7526/7527,IPC J-STD-005 )

文摘   科学   2024-10-08 23:35   广东  



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  • 引用标准

引用标准
序号No.文件编号Doc No.文件名称 Doc Title

1

IPC-7525

钢网设计指南

2

IPC-7526

钢网和印刷不良板清洁手册

3

IPC-7527

锡膏印刷要求

4

IPC/EIA J-STD-004

助焊剂需求

5

IPC/EIA J-STD-005

焊膏需求

6

IPC/EIA J-HDBK-005

焊膏评估指南

7

IPC-A-600

印制板的可接受性

8

IPC-A-610

电子组件的可接受性

9

IPC-7711/21

电子组件的返工返修

10

J-STD-020

非气密封装固态表面贴装器件湿度/回流焊敏感度分类

11

J-STD-033

MSD湿敏元件管理规范

12

IPC-9853

热风再流焊系统特征描述及验证规范

13

IPC-7530

群焊工艺温度曲线指南(回流焊和波峰焊)

14

IPC-7351

表面安装器件和焊盘图形标准通用要求

15IPC-T-50电子电路互联与封装术语及定义
  • 专业术语缩写和定义Term&Definition 

专业术语缩写和定义Term&Definition

缩略语Abbreviations

英文全名 Full spelling中文解释 Chinese explanation

ACF

Anisotropic Conductive film

各向异性导电薄膜

AOI

Automated Optical Inspection

自动光学检测

BGA

Ball Grid Array

球栅阵列

BOM

Bill of Material

物料清单

Cmk

Capability Machine Index

设备能力指数

Cp

Process Capability Index

过程能力指数

Cpk

Process Capability Index

过程能力指数

CSP

Chip Size Package

芯片尺寸封装

CTE

Coefficient of Thermal Expansion

热膨胀系数

EMS

Electronic Manufacturing Services

电子专业制造服务

ENIG

Electroless Nickel and Immersion Gold

化镍浸金

EPA

Electrostatic discharge Protected

静电放电保护工作区

ESD

Electrostatic Discharge

静电放电

FG

Fine Grain

细晶粒

FOV

Field of View

视场

FPC

Flexible Printed Circuit

柔性印刷电路板

GR&R

Gauge Repeatability & Reproducibility

可重复性与可再现性分析

HIC

Humidity Indicator Card

湿度指示卡

LED

Light Emitting Diode

发光二级管

LGA

Land Grid Array

栅格阵列封装

LSL

Lower Specification Limit

规格下限

MBB

Moisture Barrier Bag

防潮包装袋

MSDS

Material Safety Data Sheet

材料安全数据表

OSP

Organic Solderability Preservatives

有机可焊性保护涂层

PCB

Printed Circuit Board

印制电路板

PCBA

Printed Circuit Board Assembly

印制电路板组件

PCN

Process Correction Notification

流程更改通知

POP

Package on package

叠层封装

QFN

Quad flat no-lead package

方形扁平式无引脚封装

QFP

Quad Flat Package

四列引脚扁平封装

RCV

Receiver

听筒

RH

Relative Humidity

相对湿度

SAC

SnAgCu

锡银铜合金

SPK

Speaker

扬声器/喇叭

SMT

Surface Mount Technology

表面贴装技术

SOP

Small Outline Package

小外形封装

SOT

Small Outline Transistor

小外形晶体管

SPC

Statistical Process Control

工艺过程统计控制

SPI

Solder Printing Inspection

锡膏印刷检测

TDS

Technical Data Sheet

技术数据表

Tg

Glass-transition Temperature

玻璃化转变温度

USL

Upper Specification Limit

规格上限

WLCSP

Wafer Level Chip Size Package

晶圆级别芯片尺寸封装,即裸die芯片;厂家 命名描述一般以“WL”开头,如WLNSP、 WLPSP也属于此类器件。

第一章 离线锡膏厚度检测工艺规范:

一、目的:
检验SMT生产线锡膏印刷质量,确保产品的品质。

二、范围:
所有产品的锡膏厚度检测。

三、检验标准:
3.1 IPQA对自己负责的产线的印锡产品,进行每2小时抽测2拼板(前刮刀和后刮刀各取1拼板)每片PCB板上选取规定的测量点(主板5个测试点,副板3个测试点)。

3.2 锡膏测试仪机器操作方法参照工程部的《锡膏厚度测试仪》。

3.3 锡膏厚度在测量完后记录的值为面积平均高度,针对钢网厚度不同,上下限控制线标准有所改变,具体如下:
1mm=1000um   0.1mm=100um  0.01mm=10um  0.12mm=120um
LSL/um=标准工艺下限  USL/um=标准工艺上限  CL/um=标准工艺中间值
例:钢网厚度为0.07mm,标准工艺下限=35um,标准工艺上限=125um,中间值=0.10mm
IPC-7527 <锡膏印刷要求>
印锡厚度预警阀值要求表
钢网厚度

膏厚度 LSL/um

膏厚度 USL/um

0.07mm

35

125

0.08mm

40

130

0.10mm

50

160

0.12mm

80

170

0.13mm

85

180

0.15mm

130

200

0.18mm

160

230

0.25mm

240

280

0.30mm

290

360

按照以上数据执行如有发现一记录超出控制限或连续3个点上升或下降均属不良现象,必须立即通知相关工程人员采取措施控制不良问题,并将原因分析及措施记录在报表中。


3.4 按锡膏测试仪操作规范步骤进行操作,每测完一个PAD,仪器自动生成一个报告。
检查界面报告不良项中数据(包括偏位、少锡、多锡、连锡等),如有出现不良,依据图标显示位置采用3D电子显微镜观察确认。每次抽测完毕后,必须将测试白动生成的数据,手动输入到电脑的《X-R控制图》图表中,见《X-R控制图》5.1章节

3.5方便生产查询《X-R控制图》图表白动生成的CPK值,以便制程控制。

3.6 测试时未发现不良,该产线可以继续正常生产。

如在检测过程中出现不良时,要求生产主管工程人员来确认。如发现有不良,则生产线必须立即停止生产,由品质开出《品质异常单CAR》生产、工程必须针对不良进行分析改善,并将分析结果记录与《品质异常单CAR》中。对于已印刷出来的产品区分标识,要求生产部对此批产品做全检。


3.7 工程人员找出不良原因后进行改善时,生产线应该先投产8pcs,由工程人员对其进行100%检测,如全部合格并有IPQA确认改善有效后,方可以进行批量正常生产。

四、注意事项:
4.1 锡膏厚度标准的上下限为:钢网厚度+0.03mm-0.025mm;如:钢网厚度为0.12mm,那么锡膏的厚度标准为:0.095mm~0.15mm。

4.2 基准点的选择原则:三个基准点尽量呈三角形,同一组选择同类型的区域;
4.2.1 同组同类型的测量区域
a:没有覆盖阻焊绿油的铜箔  
b:铜箔上的阻焊绿油 
c:非铜箔上的阻焊绿油  
d:注意基准点应当避开方向字符丝印框、白色阻焊油墨、logo标识等
4.2.2 基准点优先选择没有覆盖阻焊绿油的铜箔焊盘;
4.2.3 测试基准点选择铜箔上的阻焊绿油时,建议考虑加入阻焊绿油的厚度10~15um
IPC-7527 <锡膏印刷要求>
印锡厚度预警阀值要求表
0.07mm`0.13mm厚度钢网,考虑阻焊绿油膜厚度,另补偿10um
钢网厚度

绿油厚度um
膏厚度 LSL/um

膏厚度 USL/um

0.07mm

10
35+10
125+10

0.08mm

10
40+10

130+10

0.10mm

10
50+10

160+10

0.12mm

10
80+10

170+10
0.13mm

10
85+10

180+10

0.15mm

10
130

200

0.18mm

10
160

230

0.25mm

10
240

280

0.30mm

10
290

360

铜箔上的阻焊绿油,钢网改善案例
按照以上数据执行如有发现一记录超出控制限或连续3个点上升或下降均属不良现象,
4.3 测试点的选择原则:测试点需分布在PCB的不同方位,且优先选择IC等间距小的关键元器件以保证锡膏印刷出来的均匀性,如某个区域没有印刷锡膏,则在其他区域增加一个测试点。

五、附属表单:
《X-R控制图》5.1

第二章   在线SPI检测工艺规范

1 SPI 检测要求
 必须配置在线3D SPI监控锡膏印刷品质。
 在线SPI具备条码扫描能力,SPI SPC不良数据至少保存3个月


  • 在印刷机开始工艺优化之前,应该满足下述要求:
  1. 焊膏应该满足J-STD-005或等同要求;
  2. 焊膏印刷应该满足IPC-7527或等同要求;
  3. 钢网模板应该处于完好状态并具有正确的张力,满足IPC-7525或等同要求
  4. 刮刀刀刃/印刷头应该处于完好状态并且正确安装;
  5. 印刷过程中,对PCB/FPC应该有足够的顶针Pin或治具支撑;
  6. 钢网模板两面及开孔内部应该干净(用显微镜/钢网检查机检查)。


2 SPI 设备能力要求

2.1    在线SPI设备能力要求

在线SPI设备需满足下表设备能力通用要求。其中II级要求适用于含有0.4mm pitch/0201及以上等器件的产品,I级要求适用于含有0.3/0.35mm pitch/01005等器件的产品。

参考文章链接 干货分享丨SPI Demo(对标选型)评估报告


在线SPI设备能力要求

序号

项目

技术指标

指标要求

II 级要求

I 级要求

 

 

 

1

 

 

 

PCB理能力

PCB测范围(长×)

50×50~450×535mm(单轨)

50×50~450×250mm(双轨)

PCB厚度

0.4~4mm

PCB翘曲度自动补偿量

±5mm(机可以自动上下伸缩)

PCB板重

2.5KG

拼板独立检测功

对拼板可分别识别Mark点,防止拼板不规则造成误测

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

精度

要求

码扫描(可选项)

相机能识别一/二维条码,若未读取到条码,可由参数设定是否继续测试

Camera

解析度25um

解析度20um

最小测量尺寸

形: 200um

形: 250um

形: 150um

形: 200um

检测能力

0201

01005

Z轴分辨率

1pm以下

0.6um以下

度精度

2pm

积重复精度

<3%@3σ

机器稳定性GR&R

锡膏厚度测量≤10

锡膏面积测量≤10

锡膏体积测量≤10

3

量项目要求

多锡、少锡、桥接、拉尖、形状不

100%检出缺陷(依照测试原理)

2.2    SPI设备编程软件系统

要求编辑测试运用GERBER文件生成测试文件,且可进行离线编程操作;对于SPC软件要求能输出锡膏厚度、体积、面积、锡膏3D图形、锡膏2D图形、X/Y偏移图形、厚度分布统计叠加图形、CPK分布、单点SPC图形。

3 检测频率要求

3.1    在线SPI检测要求

在线生产的每个产品都进行检测,每两个小时收集记录锡膏品质的CPK数值。


4 锡膏印刷规格要求

作印锡品质检测时, 按照以下要求重点检测印锡偏位、锡膏体积和锡膏面积转移率。


参考文章链接

干货分享丨FG纳米印刷钢网开孔面积比与锡膏转移率关系研究


4.1    印锡偏位规格要求
    01005元件锡膏印刷偏移量须<标准焊盘的30%焊盘长度与30%焊盘宽度。

 01005元器件印锡偏移量须<标准焊盘的35%焊盘长度与35%焊盘宽度,或35%焊盘直径;锡膏印刷偏移量超出上述要求,须重新对位调整。锡膏印刷连锡时,须重新调整。

4.2    锡量规格要求

印锡体积与印锡面积参考下表规格,超出规格后,需对PCB板进行清洗并调整印锡参数。印锡品质要求Cpk≥1.33;优先以锡膏体积转移率数据为准。


印锡体积与印锡面积规格要求表
钢网理论开孔面积(单位:mm2 )

A 

B 

C 

D 

E 


0S0.05

0.05S

0.1

0.1S0.5

0.5S1.5

S1.5

体积规格界限

(%)

LSL

25%

40%

40%

40%

40%


USL

150%

180%

200%

200%

200%

面积规格界限

(%)

LSL

40%

40%

40%

60%

60%


USL

150%

180%

180%

200%

200%


参考文章链接 干货分享丨SMT锡膏使用量算法和SPI参数设定标准(算法公式)

印锡厚度预警阀值要求表
钢网厚度

膏厚度 LSL/um

膏厚度 USL/um

0.07mm

35

125

0.08mm

40

130

0.10mm

50

160

0.12mm

80

170

0.13mm

85

180

0.15mm

130

200

0.18mm

160

230

0.25mm

240

280

0.30mm

290

360


4.3    SPI检测不良处理要求

SPI检测不良可按以下要求处理,减少洗板;少锡不良PCBA禁止在印锡表面直接重印,必须先清洗干净再投入使用:
IPC-7526《钢网和印刷不良板清洁手册》

完整方砖型印刷图案

马鞍形印刷图案


屋顶形印刷图案

金字塔形印刷图案

锡膏印刷图案居中于PCB焊盘

可接受条件—1级
• 膏体沉积偏离标称形状,但具有设计的形状及体积。
可接受条件—2、3级
• 膏体沉积偏离设计形状,但在X和Y方向塌落小于25%。
缺陷—1级
• 膏体与相邻的沉积连接。
缺陷—2、3级
• 膏体在X和/或Y方向塌落超过25%。


可接受条件—1、2、3级  • 膏体沉积(D)在X和/或Y方向偏离焊盘(A)<25%

缺陷—1、2、3级
• 焊膏沉积与相邻的焊盘连接(图5-15)。
• 膏体沉积(D)在X和/或Y方向偏离焊盘(A)>25%(图5-14
至图5-16)。
• 膏体沉积不是一整块(设计的例外)。
• 焊料球与焊膏沉积未接触。

目标条件—1、2、3级
• 覆盖率=模板开孔的100%


制程警示—1、2、3级
• 覆盖率为模板开孔的75%

缺陷—1、2、3级
• 覆盖率<模板开孔的50%


5 过程报警管制要求
过程报警管制要求

X bar

任一点超过上控制限,或低于下控制限时报警

R极差图

任一点超过上控制线时报警

 
过程报警处理方式

工艺技术人员接到SPC过程报警信息后,工艺以及设备人员则根据以下异常的情况选择不同的处理方式:

误报:分析误报原因、优化测试程序,将误报数量降至最低;

明确为缺陷:分析缺陷原因、给出规避措施以保证产品正常生产;

在《CAR生产问题处理单》中填写原因分析、处理意见。

5.1 GRR是指量测的再现性(Repeatability)与再生性(Reproducibility)

5.2 常用计“量”值管制图比较

常用计“量”值管制图比较
种类名称优点缺点
X-R  Chart 
平均数
/全距管制图
○ 计算不困难
○ 较能推定制程

制程推定比 X-s Chart差

X-R 
Chart 
中位数
/全距管制图

○ 计算简单

制程推定比 X-R Chart差

X-s 
Chart
平均数
/标差管制图

○ 最能推定制程

计算繁琐

X-Rm 
Chart 
个别值/移动全距管制图
○ 计算简单
○ 适用于破坏性、溶剂比重检验或量测不易等之制品

抽样数少,最不能推定制程

Chart 
不良率管制图
○检查数不同时采用
○可直接检视不良率趋势

管制界限计算繁琐,且每点皆须计算。

np 
Chart 

不良数管制图

○检查数相同时采用
○可直接检视不良数趋势

如刻意规定相同之检查数,可能造成不良漏检。

Chart 

单位缺点数管制图

○检查数不同时采用
○可直接检视单位缺点发生之趋势

管制界限计算繁琐,且每点皆须计算。

Chart

缺点数管制图

○检查数相同时采用
○可直接检视缺点发生之趋势

如刻意规定相同之检查数,可能造成不良件漏检。



5.3 SPI常用的SPC管制手法

  • 平均数管制图(X Bar Chart) .

  • 全距管制图(R Chart)

  • 标准差管制图(S Chart).

  • 制程能力指数,Cp 

  • 制程精确度,Ca (or K)

  • 制程综合能力指数,Cpk


5.4 重要名词解释

  • 规格上限/规格下限(USL/LSL)

  • 管制上限/管制下限(UCL/LCL)

  • 标准差(Sigma)

  • 制程能力指数-Cp

  • 制程精确度-Ca

  • 制程综合能力指数-Cpk


规格上限USL- Upper Spec Level,产生的程序是经由各样品的平均值,依统计方法加以整理,定出能否出货的规格上限. (规格下限样道理);

管制上限UCL-Upper Control Limit,产生的程序乃是经由取样检查产品的平均值,加上分布离散程度的标准差.SPI标准是3个SIGMA;

标准差,在机率统计中最常使用做为统计分析程度(statistical dispersion)上的测量;

简单来说,标准差是一组数值自平均值分散开来的程度的一种测量观念。一个较大的标准差,代表大部分的数值和其平均值之间差异较大;一个较小的标准差,代表这些数值较接近平均值。

5.5 最佳的标准差应该是多少

  • 除质量外, 成本也是企业生存的考量重点

不良率PPM换算:每100万片抽检样品中产生的不良品数

Sigma Cp Cpk
Sigma水平+ - kσCp Cpk良率%不良率ppm
0.33
68.27%
317,400
0.67
95.45%
45,600
1.00
99.73%
2,700
1.33
99.9937%
63
1.67
99.999943%
0.57
2.00
99.9999998%
0.002

5.5 Cpk如何判定优劣

  • 当Cpk值愈大,代表制程综合能力愈好

等级判定:依Cpk值大小可分为五级

制程综合能力
等级Cpk值处理原则

A+

1.67   ≦  Cpk           

无缺点考虑降低成本

A

1.33   ≦  Cpk  ≦  1.67

维持现状

B

1   ≦  Cpk  ≦  1.33

有缺点发生

C

 0.67  ≦  Cpk  ≦  1     

立即检讨改善

DCpk  ≦ 0.67采取紧急措施,进行质量改善,并研讨规格 




完结——以下无正文

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