Комплексные решения для неправильной регистрации трафарета PCB и дефектов надгробия: Эксперимент DOE выявляет оптимальные параметры процесса

В производственной отрасли электроники, доходность PCBA (Печатная плата в сборе) переработка напрямую влияет на производственные затраты и рыночную конкурентоспособность. Исследования, основанные на МПК международные стандарты указывают, что до 80% производственных дефектов можно выявить и оптимизировать на этапе проектирования.

В СМТ (Технология поверхностного крепления) процесс сборки, дефект «надгробия» — когда один конец компонента чипа отрывается от площадки (как показано на рисунке 1)— одна из самых частых проблем. Это часто происходит в малогабаритных пассивных компонентах., особенно 0402 чип-конденсаторы и резисторы. В этой статье представлен углубленный анализ, на основе плана экспериментов (МО) методология, взаимосвязи между несовмещением трафарета и дефектами надгробия, и предлагает практические и эффективные решения.

1. Механизм и влияние дефектов надгробий

Основная причина «надгробий» — дисбаланс натяжения пайки на двух выводах компонента.. Когда паяльная паста плавится, различия в поверхностном натяжении или асинхронном времени плавления могут привести к тому, что компонент будет вытянут вверх на том конце, где паяльная паста плавится позже..

1.1 Механизм образования дефектов надгробий

Во время пайки оплавлением, как верхняя, так и нижняя поверхности чипа нагреваются. В целом, первой нагревается колодка с наибольшей открытой площадью, достижение температуры выше точки плавления паяльной пасты. Как результат, конец компонента, который позже смачивается, часто поднимается из-за поверхностного натяжения уже расплавленного припоя на противоположном конце..

Формула баланса натяжения при пайке:
F_net = F1 – F2 = γ_lv (cosθ₂ – cosθ₁) · Л
Где:
F_net — чистая сила натяжения.,
γ_lv — поверхностное натяжение жидкость-пар.,
θ - угол контакта,
L — длина колодки.

1.2 Факторы, способствующие дефектам надгробий

На основе анализа полевых данных, На дефекты надгробий в первую очередь влияют следующие факторы:

• Проектирование печатных плат Факторы (30%): Нестандартный размер контактной площадки и неоптимальная компоновка

• Материал Факторы (25%): Плохая пайка компонентов., окисленные выводы

• Факторы процесса (45%): Несовмещение паяльной пасты, недостаточная точность размещения, неправильный температурный профиль пайки оплавлением

2. Экспериментальный дизайн и методология Министерства энергетики США

Решение проблемы надгробия, вызванной неправильной совмещением на трафаретном принтере DEK., техническая команда в УГКПБ разработал строгий DOE для определения оптимального сочетания параметров процесса.

2.1 Цели эксперимента и определение характеристического значения

Характеристика Значение: Несовмещение паяльной пасты (единица: мм)
Тип характеристики: Чем меньше, тем лучше

• Измерительное оборудование: АОИ (Автоматическая оптическая проверка)

• Метод измерения: Для каждой комбинации, мера 10 доски. На каждой доске, измерьте рассогласование паяльной пасты на пяти 0402 контактные площадки компонентов, и примите максимальное значение в качестве неправильной регистрации для этой платы.

• Метод расчета: Среднее значение ошибки совмещения по 10 плат принимается как значение рассогласования для этой комбинации параметров..

2.2 Выбор фиксированных и экспериментальных факторов

Фиксированные факторы:

• Тип доски: Рок-Лейк (Intel)

• Производственная линия: Линия 14

• Трафарет: Тот же трафарет, который используется повсюду.

• Ракель: Тот же набор ракелей, который используется повсюду.

• Механическое состояние: Оборудование прошло техническое обслуживание

Экспериментальные факторы:

• Фактор А: Время удержания вакуума (Контролирует уровень силы вакуума, регулируя продолжительность времени удержания)

• Фактор Б: Ширина конвейерной рейки (Регулирует ширину для обеспечения безопасности печатная плата и предотвратить движение)

• Фактор С: Давление ракеля

• Фактор Д: Скорость печати

• Фактор Е: Расстояние между координатными метками

3. Экспериментальные результаты и анализ

Эксперимент проводился в два этапа: первый этап проверяется на предмет существенных факторов, а второй этап оптимизировал комбинацию параметров.

3.1 Выводы первого этапа

Значительные факторные эффекты: А, ОБЪЯВЛЕНИЕ (взаимодействие), Диск (взаимодействие), Эн
Факторы, выбранные для второго этапа: А, В, Дюймовый, Эн
Очень важные факторы: А, ОБЪЯВЛЕНИЕ, Диск
Неожиданная находка: Фактор Б (Ширина конвейерной рейки), первоначально считалось очень влиятельным, не показал существенного эффекта. Наиболее значимыми эффектами были эффекты взаимодействия..

3.2 Второй этап эксперимента и анализ ANOVA

Результаты ANOVA показали, что факторы A, В, и D не были значимыми на втором этапе.. Это говорит о том, что основные наблюдаемые изменения были вызваны случайной ошибкой., что указывает на то, что оптимизация параметров достигла почти оптимального уровня.

4. Оптимальные параметры процесса и стандартизация

По результатам эксперимента, определены оптимальные параметры производственного процесса:

Стол 1: Сравнение параметров процесса до и после улучшения

Обоснование выбранной комбинации параметров:

• Фактор А (Время удержания вакуума): Выбрано 0.4 СЕК в диапазоне 0,4–0,8 с, чтобы минимизировать потери времени принтера..

• Фактор С (Давление ракеля): Выбран нижний уровень 5.4 КГ, поскольку чрезмерное давление может привести к деформации трафарета и увеличению толщины слоя паяльной пасты..

• Фактор Д (Скорость печати): Выбрано 50 ММ/СЕК, поскольку более высокие скорости могут привести к плохому высвобождению паяльной пасты.

5. Оценка выгод и анализ затрат

После оптимизации параметров процесса, были достигнуты значительные экономические выгоды и улучшения качества:

5.1 Результаты улучшения качества

Процент дефектов надгробий снизился с 29% к 18%, анонца 11 снижение процентного пункта. Рассчитано по стандартам IPC-7912., индекс возможностей процесса Cp улучшился с 0.89 к 1.32, и Cpk улучшился с 0.72 к 1.08.

5.2 Расчет экономической выгоды

1. Экономия затрат на доработку: 66 меньше дефектных плат на линию SMT в неделю. В 2 минут доработки на доску:
   Экономия труда = 66 доски × 2 мин/доска × 8 линии × 4 недели = 4224 мин/месяц
   Экономия средств = 90 Юаней/час × (4224 / 60) = 6,336 юаней/месяц

2. Увеличение выпуска, прибыль: Предварительное улучшение, Настройка принтера на предмет неправильной регистрации заняла около. 5 мин/линия/день:
   Экономия труда = 5 мин/день × 30 дней × 8 линии = 1200 мин/месяц
   Прибыль от увеличения выпуска = (1200 / 60 / 24) × 1500 досок/день × 90 Юань/доска = 112,500 юаней

3. Общая ежемесячная экономия средств = 6,336 + 112,500 = 118,836 юаней

6. Построение комплексной системы контроля качества

Для тщательного решения проблем с надгробиями, важно создать комплексную систему обеспечения качества, охватывающую все этапы: входящие материалы → незавершенное производство → проверка готовой продукции → анализ отказов после продажи.

6.1 Входящее контроль качества (IQC)

IQC — первая контрольная точка. Ключевое сырье, такое как медная фольга для печатных плат и субстраты требуется выборочный контроль внешнего вида и размеров: Поверхность медной фольги не должна иметь окисления., дырочки, и царапины; Допуск толщины подложки должен соответствовать стандарту ±0,05 мм..

6.2 Процедура контроля качества (IPQC)

IPQC охватывает весь процесс производства печатных плат, с “контрольные точки качества” после каждого нажатия клавиши. После визуализации внутреннего слоя, проверить ширину/расстояние между дорожками и однородность травления; после ламинирования, используйте рентгеновский контроль для проверки межслоевых пустот и несовпадения; после покрытия, используйте толщиномеры меди для измерения толщины отверстий и поверхности меди.

6.3 Окончательный контроль качества (FQC)

FQC — это финальная проверка перед отправкой., охватывающий три основных измерения: появление, Электрические характеристики, и надежность. Для внешнего вида, использовать комбинацию ручного контроля и контроля AOI; электрически, выполнять 100% летающий зонд или проверка ногтевого ложа, чтобы убедиться в отсутствии разрывов или замыканий; для надежности, проводить экологические испытания по требованиям заказчика.

7. Рекомендации по оптимизации конструкции печатной платы

Помимо оптимизации процессов, Оптимизация конструкции печатной платы имеет решающее значение для предотвращения дефектов надгробия..

7.1 Стандарты проектирования колодок

Оптимизация конструкции рельефа площадки — обеспечение правильных размеров выдвижения площадки.. Избегайте ситуаций, когда край площадки (прямая линия) образует угол смачивания, превышающий 45°. Согласно стандартам IPC-7351., для 0402 компоненты, Расстояние между колодками должно контролироваться в пределах 0,35±0,05 мм., и ширина колодки должна быть 0,5 ± 0,05 мм..

7.2 Стратегия оптимизации макета

Плохая компоновка компонентов может привести к значительным различиям в размерах между ними. компоненты на печатной плате. Во время пайки оплавлением, это вызывает чрезмерную разницу температур, неравномерный нагрев с обеих сторон детали, и надгробие. Во время проектирования избегайте размещения мелких компонентов рядом с устройствами высокой мощности, чтобы обеспечить равномерное распределение тепла..

8. Последующие действия и постоянное улучшение

Для обеспечения устойчивости улучшений были реализованы следующие меры::

8.1 Непрерывный мониторинг и статистический анализ

Постоянно собирать данные об урожайности надгробий для 30 дни, использовать контрольные карты для мониторинга, и подтвердить эффективность устойчивого улучшения. Данные за октябрь показали значительное устойчивое улучшение., с постоянным положительным влиянием на неправильную регистрацию.

8.2 Причинно-следственный анализ и стандарты контроля

По результатам улучшений, изучить причинно-следственную связь между неправильной регистрацией и надгробием, установить стандарты контроля, и интегрировать их в повседневное управление. Внедрить “код отслеживания качества” для каждой печатной платы, запись информации, такой как партия сырья, производственное оборудование, данные проверки, и оператор.

8.3 Расширение и передача технологий

Распространить выводы этого Министерства энергетики на другие производственные линии и модели продуктов.. Создание базы данных параметров процесса, стандартизировать параметры для проверенных решений, и сократить время отладки новой программы с 24 часов до 3 часы.

9. Заключение и перспективы

Использование методологии DOE, мы успешно определили ключевые параметры процесса, влияющие на несовмещение паяльной пасты, и снизили процент дефектов надгробий с 29% к 18% за счет оптимизации параметров. Это обеспечивает ежемесячную экономию затрат примерно в размере 118 836 иен., что означает годовую экономию в размере около 1,426 миллиона йен..

Заглядывая в будущее, мы будем и дальше углублять исследования процессов, изучить применение технологии искусственного интеллекта для оптимизации параметров процесса, создавать интеллектуальные системы оптимизации процессов, и добиться постоянного улучшения качества продукции и эффективности производства.

Для производителей электроники, которым необходимо внедрение новой продукции, желательно выбрать универсального поставщика решений, такого как UGPCB., который объединяет дизайн печатной платы, Производство, печатная плата, и ПЭЦВД услуги. Мы рассматриваем потенциальные проблемы в процессах изготовления печатных плат и печатных плат, начиная со стадии проектирования., проводить различные симуляционные тесты, и внедрить систему полного контроля качества от поступления материалов до тестирования и упаковки., обеспечение стабильности и постоянства качества продукции.