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各类特殊工艺缺陷汇总培训模板.doc
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1、n少部分一般工艺问题By Craig Pynn欢迎来到工艺缺点诊所。这里所描述每个缺点全部将覆盖特殊缺点类型,将存档成为未来参考或培训新职员一个无价工艺缺点指南。大多数企业现在正在使用表面贴装技术,同时又向球栅阵列(BGA)、芯片规模包装(CSP)和甚至倒装芯片装配前进。不过,部分企业还在使用通孔技术。通孔技术使用不一定是和成本或经验相关 - 可能只是因为该产品不需要小型化。很多企业继续使用传统通孔元件,并将继续在混合技术产品上使用这些零件。本文要看看部分不够普遍工艺问题。期望传统元件装配问题及其实际处理措施将帮助提供对在今天制造中什么可能还会犯错洞察。静电对元件破坏从上图,我们使用光学照片和
2、扫描电子显微镜(SEM, scanning electron microscopy)看到在一个硅片表面上静电击穿。静电放电,引入到一个引脚,引发元件工作状态改变,造成系统失效。在试验室对静电放电模拟也能够显示实时发生在芯片表面失效。如上面照片所表示,静电可能是一个问题,处理措施是一个有效控制政策。手腕带是最初最关键防御。树枝状晶体增加树枝状结晶发生在施加电压和潮湿和部分可离子化产品出现时。电压总是要在一个电路上,但潮湿含量将取决于应用和环境。可离子化材料可能来自印刷电路板(PCB)表面,因为装配期间或在空板制造阶段时不良清洁。假如要调查这类缺点,不要接触板或元件。在失效原因全部证据毁灭之前,让
3、缺点拍成照片并进行研究。污染可能常常来自焊接过程或使用助焊剂。另一个可能性是装配期间带来通常操作污垢。 工业中最普遍缺点原因来自助焊剂残留物。在上面例子中,失效发生在元件返修以后。这个特殊电话单元是由一个第三方企业使用高活性助焊剂返修,不象原来制造期间使用低活性材料。焊盘破裂当元件或导线必需作为一个第二阶段装配安装时,通常使用 C 形焊盘。例子有,重型元件、线编织或不能满足焊接要求元件。在一些情况中,品质人员不知道破裂原因,认为是PCB腐蚀问题。上面照片是一个设计陷井,不是PCB缺点。在焊盘上存在两个破裂,但只有一个需要预防焊接而且通常预防焊接过程方向。锡球锡球是对于任何引入免洗技术工程师一个
4、问题。为了帮助控制该问题,她必需降低其企业使用不一样电路板供给商数量。经过这么,她将降低使用在其板上不一样阻焊类型,并帮助孤立关键问题 - 阻焊层。锡球可能由很多装配期间工艺问题引发,但假如阻焊层不让锡球粘住,该问题就处理了。假如阻焊类型不许可锡球粘住表面,那么这就为工程师打开工艺窗口。锡球最常见原因是在波峰表面上从助焊剂产生排气,当板从波峰处理时,焊锡从锡锅表面弹出。IC座熔焊点集成电路(IC)引脚之间焊锡短路不是那么常见,但会发生。通常短路是过程问题太高结果。这种问题可能来自无钱工艺,必需为未来工艺装配考虑。在座引脚和/或IC引脚上使用锡/铅端子,增加了短路可能性。零件简直已经熔合在一起。
5、问题会变得更差,假如改变接触表面上锡/铅厚度。假如我们全部使用无铅,在引脚和座引脚上可熔合涂层将出现少,问题能够避免。该问题也能够经过不预压IC来避免。焊点失效单面焊接点可靠性是决定于焊锡数量、孔对引脚比率和焊盘尺寸。上面例子显示一个失效焊点,相对小焊点横截面。该例中孔对引脚比率大,造成焊点强度弱。伴随从引脚到孔边距离增加,横截面上焊接点厚度降低。假如有任何机械应力施加于焊接点,或假如焊接点暴露于温度循环中,其结果将类似于所显示例子。是,你能够增加更多焊锡,但这只会延长寿命 - 不会消除问题。这类失效也可能因为对已经脆弱焊接点不妥处理而发生。不完整焊接圆角上面照片显示一个单面板上不完整焊接圆角
6、一个例子。这个缺点发生,因为很多理由。不完整焊接圆角由不妥孔和引脚比率、陡峭传送带角度、过高波峰温度和焊盘边缘上污染所引发。照片显示不妥孔和引脚比率一个清楚例子,这使得该联络大量焊接极难达成。引脚对孔比率设计规则是引脚尺寸加上最少0.010(0.25mm)。加上0.015(0.38mm)孔在焊接期间还可得到满意焊点。一个常常忘记问题是,伴随引脚对孔比率增加,焊接点尺寸降低,这正影响焊点强度和可靠性。上面例子也显示铜焊盘上去毛刺。在钻孔或冲孔期间,板面上铜已经在一些区域倾斜,使得焊接困难。假如松香从或基板或基板和铜焊盘之间结合点上涂在焊盘边缘上。测试方法入门By Brian Toleno and
7、 Greg Parks本文介绍,在你设施内已经有稳定、轻易跟随、可反复性测试方法吗?假如没有,问题可能就在前面。 试想这种情形:你品质确保(QA, quality assurance)经理打电话给你:“我们有一个问题,需要你来这里立即处理。”当你抵达现场,QA经理给你看刚从生产线上来一块电路板,上面长有部分“白色浮渣”。这是什么?假如有,多少白色浮渣应该许可?现存白色浮渣应该怎样测量?为了回复这些问题,你需要一个方法对研究中白色浮渣进行测量。这个方法应该帮助你找出证据和有多少白渣存在。 开始测量方法(TM, test method)什么是测量方法?对过程控制、品质确保和失效分析很关键,测试方法
8、是概括用于取得相关测试主体,如板、元件、焊锡和助焊剂,数据方法具体程序。这些方法应该以这么一个方法写下,方便它们轻易跟随和能够再现。一个测试方法(TM)应该是可反复,方便在多种时间从不一样测试所产生结果能够相互比较。一个跟随困难和/或不够具体测试方法可能引发问题。比如,假如一个测试方法是写给已装配电路板清洁度测试,经过测量浸出溶液(extract solution)导电率,但没有要求进行浸出温度,这么可能得到错误结果。可能开头例子中白色浮渣是一个清洁度问题。为了找出原因,你在内部测试一块板,并送出一块一样板给一个独立试验室测试。两个设施全部进行一项清洁度测试,经过在酒精/水溶液中浸出板和测量导
9、电率,以氯化钠(NaCl)当量形式汇报结果。不幸是,两个设施跟随测试方法没有要求浸出温度。你试验室在30C进行测试,得到1.4g/cm2氯化钠当量;独立试验室在40C进行测试,得到2.0g/cm2氯化钠当量。因为你标准(测试标准)对这个测试定义1.56g/cm2氯化钠当量污染水平为失效,所以从你试验室出来板标识为经过,而从独立试验室出来板标识为失效,即使它们应该给出一样结果!现在,双方度必需反复测试,每个全部以相同浸出温度来进行测试。假如测试方法正确地写下,全部测试参数全部定义,包含进行浸出时温度,那么这个问题能够避免。本例是关键说明突出问题。遗漏,或不好好定义较细小事项也可能给未来使用者带来
10、问题。测试方法不应该和标准(失效标准)混淆。反过来也一样。测试方法和标准应该含有协同关系。标准能够引出一个测试方法,有时甚至可能讨论测试方法部分细节。理想地,测试方法不应该定义一个标准,方便它可由一个更大用户群使用。假如一个企业制造产品用于要求性能很关键场所,如生命支持器具,而另一家企业生产产品用于“一次性”电子设备,每个企业可能有不一样接收标准。假如哪家企业测试方法含有接收标准,那么另一家企业使用这些标按时就有问题。当测试方法不含有标按时,每个试验室全部可应用自己一套接收标准,使用相同测试方法。当接收标准和测试方法分开时,测试方法可应用性增加了。假如接收标准被包含在一套出版测试方法内,而不是
11、分开,试验室可产生其自己测试方法,每一个全部有些不一样,并包含其自己接收标准。这种情况会限制企业之间、测试试验室和用户之间相关产品品质通信数量和清楚度。 为何需要测试方法?测试方法需要有很多理由。一个关键应用是过程控制(process control)和品质确保。对过程控制有一个测试方法,可确保对监测过程所搜集数据每一次全部是以相同方法产生。另外,有一个测试方法可许可相同测试在很多不一样地方进行,确保从每个设施得出数据全部是能够和其它设施所产生数据比较。那么多种测试设施可说同一个语言。这个方面一样是关键,当测试方法应用是用来区分或给资格供给商。供给商能够参考一个众所周知测试方法,在描述其产品数
12、据表上汇报结果。然后一个潜在用户能够对来自其它供给商材料进行相同测试,比较在材料数据表中统计每个数据结果。可能在开头例子中白色浮渣是和助焊剂相关。所以,现在你不得不决定以后使用谁助焊剂。助焊剂必需含有低于3%固体含量。你以前供给商和你企业已经同意使用IPC标准TM-650 2.3.34来决定固体含量。你接触两个新供给商,A和B,要求她们一样信息,使用相同测试方法。供给商A汇报其助焊剂含有2.6%固体,供给商B 汇报3.9%固体含量。因为这两个供给商进行和原来供给商相同测试方法,所以三个值能够相互比较。在这个信息基础上,你企业开始对使用哪个助焊剂供给商作出有知识选择。 测试方法怎样应用?测试方法
13、是标准和接收准则应用和监测关键工具。这些标准和测试准则用于多种情况。正如所讨论,这些标准,和和之一起使用测试方法,可用来给资格新材料供给商。另一个关键应用是在过程控制之中。再一次,提供接收标准,对应测试方法用来监测被测试来跟踪过程参数。只要测试方法是以连续方法应用,从测试产生数据可用来监测过程。在这个例子,和一个和标准和接收准则相关测试方法任何其它应用中,测试方法和标准必需设计成相互适应。假如公布一个标准或一个特殊接收准则,那么跟随这个和标准对应特殊测试方法是关键。假如给出一个标准,为该标准产生数据测试方法改变了,那么标准是无效。回到开头例子,你已经最终跟踪这个问题到你正在使用助焊剂中一个污染
14、。现在,你需要决定就表面绝缘电阻率而言,是否新助焊剂将满足你规格。你决定一个标准,在85%HR/85C条件下在七天以后大于4.00 x 109。这个标准是使用一个0.4mm线和0.5mm间隔测试梳状电路来决定。当测试新助焊剂时,得到3.00 x 109表面绝缘电阻值。当测试更仔细地考查时,使用了0.5mm线和0.4mm间距板,它使试验无效。试验又使用正确测试板和前面经过助焊剂进行。使用已经公布标准和测试方法如其所写一样是明智。即使部分企业应该设计其自己测试方法,但她们也应该开发和这些试验方法对应标准。实际上,当开发新产品和工艺时,开发内部标准和测试方法来帮助认定这些新产品和工艺合格性是有益。
15、结论测试方法是电子材料制造一个关键方面。已经公布方法和对应标准可用性许可愈加好过程控制(process control)和品质确保(quality assurance)。另外,这些测试方法在失效分析和新产品和材料研究开发中是有用工具。测试方法广泛使用性许可在电子材料制造行业愈加好信息沟通。 怎样能够取得测试方法和标准? 试验方法和标准常常能够从互联网上订购或下载。部分公布测试方法和标准组织包含: 美国国家标准协会(ANSI, American National Standards Institute),网址:; 11 West 42nd St. New York, NY 10036; (212
16、) 642-4900. 美国测试和材料协会(ASTM, American Society of Testing and Materials),网址:; 100 Barr Garbor Dr., West Conshohocken, PA 19428-2959; (610) 832-9585. 美国电子工业联会(EIA, Electronic Industries Alliance), 网址:; 2500 Wilson Blvd., Arlington, VA 22201-3834; (703) 907-7500. 国际电工委员会(IEC, International Electrotechni
17、cal Commission), 网址:; 3, rue de Varembe, P.O. Box 131, CH-1211 GENEVA 20, Switzerland; +41 22 918 02 11. 美国电子工业协会(IPC, Association Connecting Electronics Industries), 网址:; 2215 Sanders Rd., Northbrook, IL 60062-6135; (847) 509-9700. 三维锡膏检验By Robert Kelley and David Clark本文介绍,伴随表面可贴装优异封装几何形状减小,而产品包装密
18、度增加,和锡膏相关问题作为缺点关键起源继续处于很多制造商问题清单最前面,而且混合着这么一个事实,即这些新元件返工越来越难和昂贵。可是,综合、三维(3-D) 锡膏检验能够帮助消除锡膏缺点和降低返工成本。当大家想像自动光学或表面贴装检验时候,她们首先想到常常是在SMT线尾部检验。想像是一部机器,能够检验焊点内缺点、误放或丢失元件、元件值错误、和其它多种能够在最终产品中了结工艺问题。这种类型检验能够预防缺点性产品走出工厂,不过对改善产品质量作用很小。一个更有效方法是预防这些缺点首先发生。1物体形状锡膏工艺还是SMT脊椎骨。假如锡点机械上失效,那么产品最可能将在很快未来完全失效。一个锡点强度最可靠预报
19、值之一就是其形状。焊点正确形状,即弯液面(meniscus),通常确保强度和应力释放足够横截面积。焊点形状最好估计值之一是锡膏量。假如焊盘上太少锡膏,那么它最可能将造成一个微弱焊点。其次,太多 锡膏可能造成成形差焊点和短路。焊点检验在线(in-line)工艺控制是经过将检验工具放在缺点最常常发生地方来完成。两个最常见应用是锡膏检验和元件贴装检验。在这些位置合适检验机器可提供多种好处。在线工艺控制首先,经过在通常发生地方查找缺点,在线检验可更轻易地、以较低成本在回流炉阶段完成之前处理返工问题。比如,丝印(screen)差锡膏能够从印刷电路板(PCB)上洗掉,板重新印刷。在线锡膏检验系统能够发觉其
20、它常见缺点包含桥接、锡膏不足或过多、和锡膏位置不正(图一和二)。在回流之前,误放或丢失元件也轻易地纠正。在回流焊接以后,纠正这种缺点危及损坏板或元件。在回流以后指出一个缺点真正原因是困难。最常汇报线尾(end of line)装配缺点是锡桥。即使桥接常常是因为过量锡膏,但在回流以后极难肯定这个判定,因为其它原因如元件引脚或贴装可能犯错。使用在程(in-process)锡膏检验能够消除焊锡缺点作为问题一个起源,并帮助澄清工艺中问题其它原因。经过从过程中消除锡膏缺点,问题其它原因能够暴露和发觉。其次,一个好在线检验工具不仅是将好从坏产品中分类出来。经过提供对关键参数正确、可反复测量,很轻易地从一个
21、自动系统取得有价值过程控制(process-control)数据。这种数据提供给SMT装配工艺一个有价值窗口。信息不仅包含从每块在建(built)板上缺点,而且它“看到”正常工艺变量和识别缺点原因。X轴R图表是常常推荐作为一个在锡膏印刷过程中查找异常改变好方法。(图三)第三,提供在线过程控制检验工具能够用于加速过程调整和帮助降低产品介入周期。SMT工艺前沿(leading edge)不停改变,伴随材料、元件和装配方法引入,以降低成本和改善产品性能。所以,当装配工艺改变时,应该重新认证和检定,以确保高效率。在很多情况中,能够对现有生产方法进行工艺研究,着眼于深入改善效率。有了来自监测关键工艺步骤
22、在线检验工具可靠数据,这种工程工作 可更轻易地进行。关键放在变量锡膏检验通常把关键放在那些是焊点质量最好估计值变量上面:锡膏量、高度、面积、位置和是否锡膏弄脏。为了正确测量锡膏体积和高度,要求某种类型3-D 传感器。另一个要求是,该工具不仅完成经过/失效检验,而且进行测量。反过来,测量应该满足精度和可反复性要求,以使得该检验系统可胜任测量工艺。一个没有所要求精度系统可能影响产品品质。使用不够稳定性、可反复性和精度工具进行任何检验全部将不是有效,最可能将引发延误和降低产量。更小封装和间距表面贴装元件(SMD)两个发展也推进对锡膏检验需求。元件尺寸。只有在最近几年内0402和0201无源(pass
23、ive)元件引入才在新设计中变得普遍起来。可是,伴随其不停增加应用,出现问题机会继续增加。每一个尺寸降低全部意味着必需正确地使用甚至更少锡膏沉积(deposit),在剩下装配和运输期间将零件固定在板上。芯片规模封装技术(CSP, chip scale package)。CSP是阵列类型(array-type)元件,即其锡点是在封装下面,使得检验愈加困难。所以,检验锡膏应用工艺步骤更为轻易,以确保最终产品含有所要求品质特征。另外,CSP比其对应高引脚数元件更小。所以,焊盘尺寸更小,引脚间距更紧。因为这些原因,CSP已经是相关其在表面贴装应用中可靠性多个研究目标。它们再次肯定焊接点可靠性是关键,假
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