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2010年7月21日 星期三

合成石的過爐托盤

合成石過爐托盤(durostone reflow carrier) 合成石過爐托盤(durostone reflow carrier)

隨著科技的進步,電子產品做得是越來越輕薄短小,相對地電子零件也就越來越細,連電路板(PCB)的厚度也越來越薄,0.5mm是我知道目前最薄的電路板厚度,這樣薄的電路板在經過 SMT Reflow (迴焊爐)的高溫時,非常容易因為高溫而出現板子變形,甚至零件掉落爐內的問題。

2010年6月27日 星期日

後製加工手動拼板

Human_mirror_board01

前面兩篇文章分別探討了關於陰陽板的優缺點及限制,但聰明的台灣廠商還是想出了一個折衷的替代方案,不愧是世界級的製造專家。為了減小多拼板所造成的 X-board 損失,還要兼顧正反面陰陽板的SMT長線優點,有些專業的代工廠(OEM)改以人工的方式手動後製拼裝正反面陰陽板。

相關文章:

經常看到的方式是採用正常的 2 in 1 拼板,2 in 1 拼板可以大大地節省電路板廠報廢的成本。所先拿 100 片板子(多寡可以自己決定)跑完第一面的迴流焊,然後拿回來重新跑第二面時,人工拼裝上正準備印刷第一面的新版子,這樣就達到 4 in 1 正反面陰陽板的目的,還可以提昇錫膏印刷的效率。

當然,這個方法可能需要新增一個人工成本,但也可以利用原本就在操作錫膏印刷機的作業員來擔任手動拼板的工作,只要 Cycle time 跟得上就可以了;另外,為了克服人工拼板可能造成的對位不準確問題,需要製作一塊給這種人工拼板錫膏印刷專用的Carrier(載具),讓作業員可以很簡單的放入板子,又不會跑位。

印完完錫膏印刷後,取下Carrier,然後用膠帶黏貼固定此人工陰陽板即可打件,因為每塊板子上都有其定位點(fidicial mark),打件(pick & place)時的精準度靠得是這些定位點,所以既使拼板稍有誤差也不會失去準度。


延伸閱讀:
【電子產品】的生產製造流程
電路板去板邊 ─ 總整理 (Summary)
如何選擇 PCB 連板數量

2010年6月21日 星期一

「陰陽板」拼板使用上的限制

mirror_board02

電路板(PCB)拼板(panelize)成【陰陽板(Mirroe Board)】,雖然可以增加SMT產線的效率,也有節省材料成本的優勢,可是這兩種【陰陽板】的設計卻有其各自的缺點及限制,我們就來探討一下並尋求其解決之道。

相關文章:

關於「正反面顛倒的陰陽板」,其限制是不能使用在有較重零件的板子上面,因為較重零件一般會放在第二面才打件,這樣可以避免較重零件過第二次迴焊爐(reflow oven)時錫膏重新熔融而掉落的風險。但這是有方法可以解決的,只是要多花點功夫,還得合計合計是否划算。

  • 方法一:可以在較重的零件下點膠(dispense),早期的SMT線,點膠機是必要的設備,因為點過膠的零件可以拿去過波峰焊(wave soldering),現在的SMT線就不一定有這個設備了。如果沒有,也可以考慮用手點膠,但個人不建議,因為人工作業品質較難管控。
  • 方法二:使用載具(carrier)。載具可以設計成剛好支撐住較重的零件,這樣較重零件過二次回流焊時就不易掉落。但是一個載具的費用不便宜,而且載具全部數量排起來要大於迴焊爐(reflow oven)的長度,也就是要計算迴焊爐內同時有多少片板子行走期間,還要加上備品(buffer),全部加起來沒有三十個也有二十個,所費不眥。另外載具因為需要承受多次重複經過迴流焊的高溫,所以一般會採用金屬材質或特殊耐高溫的塑料製成。還有一點需要特別提醒,使用Carrier會需要多一個人工成本,把板子放到Carrier上面也要人工啊。
  • 方法三:手焊較重零件。個人不建議此法,原因還是人工不易控制品質,而且有些零件不易手焊。

另外對於「正反面顛倒的陰陽板」還有一個問題,就是有些板子可能在某一面有較會吸熱的零件(如大面積的ATM讀卡槽),這些零件需要較長的升溫時間以達到錫膏的熔融溫度,但又不可以燒傷(burn)其他較脆弱的零件。這種板子需要特別留意 Reflow Profile 的調整。

至於「同一面上下顛倒的陰陽板」,基本上對SMT線效率的幫助不大,但它可以達到節省板材的目的,如何裁切板邊是只這種拼板需要考慮的問題。 正常的拼板,通常可以採用V-Cut的方式來裁切板邊,比較省Cost,但拼成陰陽板就有所限制了,因為V-Cut只能作全直線切割,彎曲的板邊就要靠Router機了,詳細可以參考 電路板去板邊 ─ V-Cut 分板機 一文。

拼板之後容易有Cross Board (打ㄨ板)產生,而且板子拼得越多, X-board 機會就越多。X-board 是板廠製程中必然會出現的產物,所謂 X-board 就是合板中有一板以上的不良板子,一般板廠會在壞板上用簽字筆打一個ㄨ,故稱之為X-board 。大部分的SMT打件工廠都不希望接受這種板子,因為會造成效率的損失,但這種電路板在製程中又無法絕對避免,所以連板數越多,電路板廠報廢的數量就會越多,相對的成本也就提高。所以電路板廠商會希望連板的數目越少越好,因為這樣可以避免掉 X-board 的損失,當然羊毛還是出在羊身上,如果板廠一直無法克服 X-board 的損失,最後價錢還是會反應到客戶的身上。

其實有些專業的代工廠(OEM)會以人工手動的方式後製拼板,但需要用到一些技巧,也不得不佩服這些廠商的點子。可以參考 後製加工手動拼板 一文


延伸閱讀:
【電子產品】的生產製造流程
電路板去板邊 ─ 總整理 (Summary)
如何選擇 PCB 連板數量

2010年6月14日 星期一

採用「陰陽板」拼板的好處

PCB_panelization 

相關文章:

在電子製造業,一般我們說的【陰陽板 (Mirror Board)】有兩種,一種是正反面顛倒的陰陽板,另一種是同一面上下顛倒的陰陽板。

採用【陰陽板】設計的理由不外乎下列兩個原因:

  • 可以充分利用SMT長線的優勢以達到更大的打件效率。
    一條SMT的整體效率好不好,只要簡單地看有沒有機器在空等(idle)就可以判斷了,如果可以作到完全沒有機器空等的時間,那我們就可以說這條SMT線的效率達到100%。
    但真有著這麼簡單就做到100%的效率嗎?隨著SMT機器打件的速度越來越快,SOC (System On Chip) 零件越來越流行,一片板子上的零件也就越來越少,但又未見到錫膏印刷機(solder paste printing machine)有什麼長足的進步,所以現在很多SMT線的瓶頸反而出現在錫膏印刷機,也就是錫膏印刷機沒得休息,而其他更貴重的機器則在空等。

    這麼說好了,假設印刷一次錫膏鋼板的時間約當 20 秒 (要看印刷的長度而定),假如緊跟其後的打貼件(pick & place)花不到 20 秒的時間就完成了,那這台機器所剩下的時間就是空等(idle)浪費掉了,等於是買了一部高級的法拉利跑車,可是卻停在車庫裡不動一樣,因為SMT上的每一台機器都非常的昂貴,所以要盡可能充分利用它們的價值,不要讓它們有任何空等的時間,這樣才能用它來賺錢。
    所以就有人想出用拼板/合板的方式來增加打貼件的使用時間,以大大提昇其使用效率;
    但也不能因此就讓錫膏印刷機空等,於是又有了正反面顛倒的陰陽拼板出現,讓同一面板子上可以同時出現更多的不同零件,讓原本就有多台打貼件機的SMT長線可以充分發揮其作用。

     
  • 節省空板(bare board)浪費的空間,也就是提高拼板(Panelization)的使用效率,節省金錢。
    mirror_board01 一般的電路板廠商為了大量生產及壓低成本,通常都會購進一些基本的標準大小板材,以量制價嘛,比如說 16.16"x16.16", 18.32"x18.32", 20.32"x20.32",…等。有些還可能只購買一些較大量使用的基板大小,而不是全系列。
    針對一些不是方正外形的電路板進行陰陽板的拼板設計,可以就有機會多擠進一~二塊電路板於同一片電路基板中,這樣就可以提高板材的使用效率,並達到節省成本的目的。
    因為電路板的價錢大底上是以基板的使用率來計算的,假如說使用同樣一片大小的基板,A設計的外型只能生產一塊電路板,而B設計則可以生產兩塊電路板,A板的價錢將會是B板的兩倍。
    更多的資訊可以參考「
    如何選擇 PCB 連板數量 」一篇。

可惜的是,採用【陰陽板】拼板雖然可以增加效率、節省成本的優勢,可是這兩種【陰陽板】的設計也各有其缺點及限制,下一篇我們將加以探討…待續…


延伸閱讀:
【電子產品】的生產製造流程
電路板去板邊 ─ 總整理 (Summary)
如何選擇 PCB 連板數量

2010年4月28日 星期三

QFN封裝的焊接品質

QFN_package01 QFN (Quad Flat No leads,四方平面無引腳封裝)目前有越來越普遍的趨勢,它的優點是體積小,足以媲美 CSP (Chip Scale Package),而且成本也便宜,生產良率高,還能為高速和電源管理電路提供更佳的共面性以及散熱能力等優點。此外,QFN封裝不必從兩側引出接腳,因此電氣效能更勝引線封裝必須從側面引出多隻接腳的SO等傳統封裝。

盡管 QFN 有這麼多的優點,但它卻給電路板組裝廠帶來不少的焊接品質衝擊,因為 QFN 為無引腳設計,一般很難從其外觀的焊錫點來判斷其焊錫性是否良好,雖然 QFN 的封裝側面仍留有焊腳,但幾乎都是 Leaf frame(導線架)的切斷面,並無電鍍處理,所以很難吃錫。
QFN_side_cut_off01
▲▼ QFN 的側面焊腳為導線架(lead frame)的切斷面,並無墊鍍層。
QFN_side_cut_off02

QFN 吃錫標準

在 IPC-A-610D, Section 8.2.13 Plastic Quad Flat Pack No Leads (PQFN) 的規範中,並未定義 QFN 側邊吃錫一定要有平滑的凹形曲線。

There are some package configurations that have no toe exposed or do not have a continuous solderable surface on the exposed toe on the exterior of the package and a toe fillet will not form.

事實上 QFN 真正的吃錫部份應該是在底部邊框的焊腳與正底部的散熱片,底部焊腳有點像 BGA,所以應該可以參考 IPC-A-610D, Section 8.2.12 Plastic BGA 的標準。

▼ QFN側邊焊腳吃錫不好,但電氣特性仍然良好。
QFN_soldering01 QFN_soldering02
QFN_side_cut_off03 QFN_side_cut_off04

▼ QFN側邊焊腳吃錫良好。
QFN_soldering_good01 QFN_soldering_good02      

QFN 焊錫性檢查及測試

就如同 BGA 的焊錫檢查標準,目前 QFN 的焊錫檢查除了用電測 (In-Circuit-Test 、 Function Test) 來偵測其功能之外,一般也會佐以光學儀器或 X-ray 來檢查焊錫的開、短路不良現象。老實說 X-Ray 的等級不夠好的話,還真的不是很容易檢查出來 QFN 的焊錫問題。如果無論如何還是找出焊錫性的問題,最後只好使用切片(Micro-section)或 滲透染紅試驗(Red Dye Penetration Test)等破壞性實驗來檢查。

▼這張圖片來自網路,使用 X-Ray 檢查 QFN 焊錫。
QFN_X-ray02QFN_X-ray01

▼這張圖片來自網路,使用 X-Ray 檢查 QFN 焊錫,疑似焊接不良。
QFN_X-ray03 

QFN 空焊的可能解決方法

QFN 空焊時應該先澄清是否為零件氧化問題,可以把零件拿去作一下沾錫性實驗以作確認,再來要判斷是否有固定焊腳空焊,一般接地腳比較容易產生空焊,可以考慮變更電路板的佈線設計,在電路板的線路(trace)上增加熱阻以減少焊腳直接接地的面積,這樣可以延緩熱量散失的速度。

也可以試著調整爐溫(reflow profile),或改為斜升式迴流焊曲線(slumping type)以減少錫膏在預熱時吸收過多的熱量。

曾經發現 QFN 底部中間的接地焊墊上的錫膏印刷過多,過迴流焊時造成零件浮起的空焊,另外也要留意將 QFN 底部中間的接地焊墊印刷成「田」字型會比整片印刷要來得好,過迴流焊時也較不會因錫膏全部熔融成一團而造成零件浮動的情形。

另外電路板的焊墊上盡量不要有通孔(vias),中間散熱接地墊上的通孔(vias)也要盡量塞孔,否則容易影響焊錫量及氣泡的產生,嚴重的還可能導至焊接不良。
QFN_vias_plugged
▲ 通孔(vias)塞孔

加「氮氣」是否可以有效增加 QFN 的良率?我只能說見仁見智,氮氣是可以防止零件氧化,但能否焊上 QFN 的側面焊腳,還是有待觀察,況且加氮氣會增加成本,還是擺在最後再考慮就好了。


以上是個人對 QFN 的瞭解與看法,如有不同意見、看法,歡迎留言討論…


相關閱讀:
如何挑選錫膏(Solder paste selection)
Vias-in-pad(導通孔在墊)的處理原則
介紹認識【錫膏(solder paste)】的基本知識

2010年1月21日 星期四

聯接器上給SMT用的帽蓋(Connector cap)

公司的產品用到很多的Connector(聯接器),可是前一陣子有個 Connector 出了問題,不良現象是 Connector 經過 Reflow(回流焊)之後接觸彈片會變形,FPCB(軟排線)插入後產生接觸不良。

探究其原因後發現,原來是Connector廠商在Connector的內側金屬接觸彈片端(Contact pin)中間塞了一個 cap(塑膠蓋子),這個蓋子是給 SMT 的 PIck and Place (貼焊機)的Nozzle(吸嘴)用的,熱脹冷縮的作用,經過 Reflow 的時候,這個 Cap 會擠壓金屬彈片並造成其永久變形,使得金屬彈片位在同一平面上,嚴重的就造成接觸不良,輕微的就變成intermittent(時好時壞),這種intermittent現象是品質管控上的一大殺手。

後來解決方法是改變塑膠蓋子(Connector cap)為 Mylar(麥拉片)貼片,但是 Connector 廠商用人工貼 Mylar,雖然變形的問題解決了,但是有些 Mylar 貼偏了反而影響到 SMT 打件,後來還是改回塑膠的蓋子,但把原本插在Connector內側的部份改成夾外側的方式,到目前為止,試產超過1,000台並沒有再發現類似的不良。

一般市面上的 Cnnector 大多使用金屬蓋子,塑膠蓋子應該較少見到,塑膠蓋子要開塑膠的射出模具,而金屬蓋子則是沖壓的模具,量產夠大的話,塑膠蓋子應該會比較省錢。

▼一開始的 connector 把 塑膠蓋子(cap) 塞到了 connector 的接觸彈片內側。
connector_cap03

▼塑膠蓋子塞到connector內側,加熱後金屬彈片容易局部變形。
connector_cap04

▼變更為Mylar貼片,但太小吸不住,太大又影響SMT取件。
connector_cap05

▼最後變更回塑膠蓋子 (cap),但改為夾外側,避免直接接觸金屬彈片。
connector_cap01connector_cap02


2009年10月11日 星期日

托盤(Tray) 及 卷帶(Tape-on-reel) 包裝在 SMT 的優劣比較

托盤(Tray)

卷帶(tape-on-reel)

Tray Tape-on-reel

在我跟電子電路板組裝廠工作的日子裡,我經常要面對一個問題,為何電子電路板組裝廠總是喜歡要求卷帶包裝(tape-on-reel),而不喜歡托盤(tray)包裝?

以我而言,有些零件商並不提供新零件的卷帶包裝,而只有托盤包裝,如果一定要的話得自己付開模的費用,有些零件商還不一定願意;另一個問題,通常卷帶包裝比托盤包裝要貴上許多價錢。這樣的問題最常發生在一些聯接器(connector)的零件身上。

下面這些是我目前所聽到的關於卷帶料(Tape-on-reel)及托盤(tray)的由缺點:

 

優點

缺點

卷帶
(Tape-on-reel)
  • 幾乎所有SMT的打件機都可以吃卷帶料,所以運用較靈活。
  • 價錢較貴。
托盤
(Tray)
  • 包裝較便宜。
  • 有些廠商初期只提供托盤料。
  • 需要有可以吃托盤的機器。
  • SMT線必須多花人力更換托盤,因為托盤所能承載的零件數量較少。
  • 必須使用硬質的托盤材料,否則會影響到SMT機器的取料。

如果妳有其他的意見,非常歡迎可以提供參考,到底是卷帶料好還是托盤就可以了。


2009年4月28日 星期二

如何選擇 PCB 連板數量

 PCB_panelization01 PCB_panelization02
一般來說,當設計工程師把印刷電路板(Printed Circuit Board)的外觀形狀定下來後,就應該馬上接著進行電路板的合板/拼板/連板 (panelization)工作。連板的目的不外乎:
  • 增加生產線的產出。
  • 減少板材的損耗。
最常見到的的連板會以兩片以上的相同電路板合成一塊大電路板,比如 2 in 1 (二合一), 3 in 1 (三合一), 4 in 1 (四合一)等;也有用不同形狀的電路板合成一塊大板子的情形,但不多見,因為生管在安排生產時較難配合剛好數量的不同板子;也有將同一片板子作成【陰陽板】的例子,【陰陽板】大多意謂正(top)、反(bottom)面配置,這通常運用在零件較少的電路板,比如手機板,因為可以充分利用SMT的長線打板功能,以增加效率,但缺點是使用上有所限制,而且可能造成受熱不均的現象,比如說有些電路板會把較重的零件集中設計某一面,然後這一面作為第二次打件以避免較重零件掉落,當然這種板子就無法採用【陰陽板】的設計;還有些板子可能有較會吸熱的零件(如大面積的ATM讀卡槽),也比較不適合採用【陰陽板】的設計。當然也有變通的【陰陽板】打件法可以克服這個問題,但先不在這裡討論。
基本上,在設計幾連板時,應該要考慮下列的因素,要注意的是,最後都應該將之化為金錢來作最後的衡量標準。
  • 考慮電路板材的最佳使用率
    一般的電路板廠商為了快速量產及壓低成本,
都會有其基本的標準板材大小,比如說 16.16"x16.16", 18.32"x18.32", 20.32"x20.32",…等,我們要做的就是盡量把這些板材全部用完,也就是說要選擇一張合適的標準板材大小把我們的板子塞進去,達到板材利用率最高的目的。
因為電路板的價錢會隨著板材的大小來定價錢,同樣一張板材可以塞得下越多電路板,則電路板子的價錢就越便宜。當然,電路板的價錢還得考慮幾層板、、鑽幾個孔、有沒有HID…等。


  • 考慮 SMT 的打件/貼件效率
    SMT線通常有所謂的長線及短線之分,短線就是線短一點,大多只有一部快速機及一台慢速機,最多就是再多加一部快速機;長線就是線長一點,快速機及慢速機多擺幾部。但是不論長短線,錫膏印刷機總是有的,一般來說,以板長150mm的合板為例,印刷一次錫膏的時間約需35~40秒,如果僅以 2 in 1 的合板來投入SMT短線,那麼可能每一台機器所分配到的時間約為10~26秒,很明顯的時間全都低於錫膏印刷的時間,也就是說後面的貼見機都在等錫膏印刷機,這樣就造成SMT機器的閒置,也減少產能。
    如果把 2 in 1的連板改為 4 in 1,那麼效率馬上就提昇
    (每小時的產出)
     
2 in 1 board
錫膏印刷(秒)
快速機一(秒)
快速機二(秒)
慢速機(秒)
瓶頸時間(秒)
每小時
產出
Top
38
26
26
10
38
188片
Bottom
40
34
35
24
40
180片
 4 in 1 board
錫膏印刷(秒)
快速機一(秒)
快速機二(秒)
慢速機(秒)
瓶頸時間(秒)
每小時
產出
Top
38
52
52
20
52
276片
Bottom
40
68
70
48
70
204片

註: 1. 每小時的產出: { [ 60(秒/分鐘) x 60(分鐘/小時) ] / 瓶頸時間(秒) } x 合板數量。

另外,就我的瞭解,電路板廠會比較希望連板的數目越少越好,因為這樣可以避免掉 cross board (X-board) 的損失。所謂 cross board 就是合板中有一板以上的不良板子,一般的SMT打件工廠都不希望接受這種板子,因為會造成效率的損失,但這種電路板在製程中又無法絕對避免,所以連板數越多,電路板廠報廢的數量就會越多,相對的成本也就提高。
就如同一開始所說的,最終的結果還是要換算成金錢,來計算採用及連板材是最佳的連板數。而且可能不同的板廠及不同的 SMT 工廠的結果都會有所不同。 

其他還必須考慮後製程-去板邊時該採用 V-cut 或是 router 製程,這些也會影響到連板的設計,有機會再討論...

延伸閱讀: 【電子產品】的生產製造流程
電路板去板邊 ─ 總整理 (Summary)
電路板去板邊 ─ Router 切割機
電路板去板邊 ─ V-Cut 分板機
電路板去板邊 ─ 手動去板邊 (Manually V-cut breaking)

2008年11月20日 星期四

[技術] 電路板去板邊 ─ 總整理 (Summary)

現今電路板去板邊的方法大致分為三大類

如果以品質觀點來看,【Router切割機】的效果最好,但價錢也最貴;【手動折板邊】的品質最難控制、也最差,但並不需要花太多費用。

Router切割機 V-cut 切割機 手動折 V-cut
品質 優 中等 差
價錢 高 中等 便宜

以整體觀點來看,一般的板子應該優先走【V-cut 切割機】,如果不能使用【V-cut 切割機】的板子再來決定用【Router切割機】或是【手動折板邊】的方式。下面是一些選擇的建議:

  • Router切割機
    • 手機板。因為手機板都是小零件而且板子厚度大多為0.8mm而已。
    • 有不能承受電路板彎折的零件。
    • 信賴度要求較高的電路板。
    • 無法製作V-cut的板子。
  • 手動折 V-cut
    • 不能使用【V-cut切割機】但對於信賴度要求不是非常高的板子。比如有零件橫跨於V-cut中間的板子。
    • 板子上的零件都可以承受一定彎曲。一般太薄及MLCC的零件無法承受板子彎折,容易造成破裂 (crack或是 micro crack)。

延伸閱讀:
【電子產品】的生產製造流程
電路板去板邊 ─ Router 切割機
電路板去板邊 ─ V-Cut 分板機
電路板去板邊 ─ 手動去板邊 (Manually V-cut breaking)

[技術] 電路板去板邊 ─ 手動去板邊 (Manually V-cut breaking)

depanel_manual_s 

要使用手動方式去板邊作業以前,應該要先確認板子確實無法使用【V-cut 切割機】作業。因為手動方式在去板邊時存在很多的品質問題:

  • 手動折板邊全部由作業員操作,較難管控折板邊的紀律(discipline),品質就會出現時好時壞的問題。
  • 手動折板邊必須彎曲板子,容易造成電子零件破裂(crack, micro-crack),進而降低產品良率。有些問題甚至要使用一段時間後才會漸漸出現。
  • 手動折板邊也容易造成電路板的損傷,比如說導通孔(vias)的連接處音折斷板邊時斷裂;另外也容易傷害電路板的線路,因為板子是用折斷的,所以在折斷邊的地方會出現毛邊,有些線路如果太靠近板邊就有損傷的可能。
  • 手動折斷板子時需要手握電路板,手指會直接接觸電子零件,進而損害。另外,折斷板邊時也有很大的機會讓板子直接碰觸工作桌面,有些比較高的零件就容易因折斷碰觸的關係而損傷。

手動折板邊應該注意的事項:

  • 折板邊時必須用雙手握住【電路板】的下緣,離 V-cut 上去 20mm 的地方,盡量避免彎曲變形【電路板】。
  • 【手動折板邊治具】的溝槽深度應該配合 V-cut 距板邊的距離,原則上 V-cut 離手動折板邊治具不應該超過 3mm。
  • 電路板與【手動折板邊治具】的間隙不應該超出 1mm。
  • 建議折板邊的方向從【複雜面(有大零件及零件較多面)】折向【簡單面(零件較少、較小面)】,這樣可以讓大拇指握在複雜面,剩下四指握在簡單面,以盡量避免傷害零件;另外也可以防止折斷板邊時,不小心讓電路板碰觸到工作桌面,對較大零件所造成的損傷。

 depanel_manual01


延伸閱讀:
【電子產品】的生產製造流程
電路板去板邊 ─ Router 切割機
電路板去板邊 ─ V-Cut 分板機

2008年10月11日 星期六

[技術] 簡介PTF(Polymer Tick Film)聚合厚模

PTF: Polymer Thick Film (聚合厚膜)

PET: Polyethylene terephthalate (聚乙烯對苯二甲酸酯),維基的解釋

聚合厚膜(PTF)軟性電路板:
利用網板印刷(silkscreen)把一層導電油墨(conductive_layer)及一層絕緣油墨(dielectric layer)印刷於PET基材上所形成的。通常是單層的線路,也可以是雙層或是多層線路,中間透過印刷或是經由類似通孔的印刷連結導電層與導電層。

(↓PTF的成型品)
PTF_sample_thumb1

雙層油墨的製造流程:

步驟一,印刷第一層導電線路於PET的基材上,有些PET會作霧化處裡以增加其導電油墨的附著力。點電油墨通裡使用銀漿及導電石墨當作主要成分,所以會比一般的軟性電路板的鍍金要來得便宜。

步驟二,印刷第一層絕緣油墨並覆蓋在第一層導電線路上,以避免與第二層導電線路短路,但須預留下要與第二層導電線路連通的線路,不可覆蓋。絕緣層通常使用UV油墨為材質,因為可以快速烘乾,所以印刷完要經過UV燈烘烤。

步驟三,印刷第二層導電線路於第一層絕緣油墨上,留意與第一層導電線接觸的地方。

步驟四,印刷第二層絕緣油墨並覆蓋所有的導電線路,如有導電及特殊需求例外。

FTP_process02_thumb1

PTF的優點

  • 價錢較低並符合環保: PTF軟性電路板由於使用銀漿及導電石墨並利用網板印刷來完成線路的佈局,比起一般傳統的軟性電路板使用銅板及電鍍金製程來得便宜很多。而且沒有電鍍製需求更為環保。
  • 交期短: 既然沒有電鍍製程,其製作流程比起傳統的軟性電路板少了很多的步驟及乾燥的時間。

PTF的缺點

  • 不可對折: FPC由於是使用銀膠及石墨的印刷,延展性比不上銅、金,強烈建議不可對折PTF軟性電路板。
  • 線路的間隙有最小限制: PTF廠商宣稱最小的線路間的間隙(space)為5mils (0.127mm),但是不良率非常高;一般的建議最小線路間的間隙(space)為20mils (0.5mm) 。傳統軟性電路板的最小的線路間的間隙(space)為3mils。

延伸閱讀:
PTF(Polymer Thick Film)製造的製程能力
PTF在PET上印刷線路的注意事項
軟性電路板(FPCB)線路設計注意事項 I

2008年10月8日 星期三

[SMT] 增加焊錫量的另一選擇 ─ Solder preforms (預成型錫片)

預成型錫片(Solder preforms)可以有各式樣的形狀,它基本上就是一塊用焊錫作成的錫塊,可以用來補足因鋼板印刷限制所造成的錫膏量不足缺點,一般會作卷帶包裝(tape and reel)並用SMT機器貼件。

它的好處是:

  1. 在 pin-in-paste 的製程中增加錫量,讓傳統插件零件可以有較完全的焊錫並減少銲錫的孔洞(voids)。
    Solder_preforms07
    (↓預成型錫於加於PIN-IN-PASTE製程)
    Solder_preforms05
    Solder_preforms04 
  2. 降低平面度(Copalanarity)不良零件的空焊率、並提昇其銲錫性。可以將preforms置放於焊墊上並局部增加其銲錫量,讓銲錫可以接觸到零件腳,以達到焊錫的目的。

缺點是:

  • 這是一筆額外的花費,而且卷帶裝的價錢蠻貴的,如果可以的話,買散裝料來自己卷料,可以節省價錢。

預成型錫片(Solder preforms)也可以有不同用途,如當作接觸緩充直接加在兩個金屬的中間。或是當作安全開關,當溫度達到熔融溫度時就會短路,跳開電源。

有興趣的可以接洽 Indium (銦泰公司),下面是其技術文章連結:http://www.indium.net.cn/b5/downloads/products/thermalinterface/SolderPreforms-98365-TC.pdf


2008年10月7日 星期二

[技術] 電路板去板邊 ─ Router 切割機

電路板的 Router 切割機,可以將多合一的連板電路板切割成單板,比起 V-Cut 切割機的好處是。

  • 可以做非直線的切割。
  • 可以確保完全切斷電路板,不會有切不斷的問題。
  • 較不易造成零件或是焊錫點破裂(crack)。切割時較無應力問題。
  • 較不易損傷電路板上的小零件。V-cut切割後,電路板直接掉落,有損傷電路板上零件的可能性
  • 如何把 V-cut 的溝槽對準圓形刀片是一個問題,如果沒對準或是操作不當是,刀片就會跳出 V-cut溝槽,切錯位置,損壞電路板。
    (↓下圖顯示V-Cut切割不正確所造成的損害)
    V-cut_fail  

但Router 切割機相對的也有一些缺點。

  • 機器設備比 V-cut 機貴。
  • 需要為每一片連板訂製電路板的固定治具(Supporting fixture)。
  • 需要在單板上設計定位孔,以利切割成單片。

延伸閱讀:
【電子產品】的生產製造流程
電路板去板邊 ─ V-Cut 切割機

[技術] 電路板去板邊 ─ V-Cut 分板機

V_cut_definition

這是一台 V-cut 去板邊切割機,它可以便宜、快速且無應力的切斷在電路板上預切出的 V 型槽(如上圖),它的原理很簡單,把V型溝槽對準圓形的刀片,然後用力的推過去,有些機器設計成自動,只要一個按鈕,刀片會自動移動劃過電路板並把板子切斷,刀片的高度是可以調整的,高度越高則壓力越小,刀片也較不易損壞。比起直接用手扳斷 V 型槽 ,用 V-cut 分板機來去板邊及分板有較穩定的品質。

V-cut_machine01

它的缺點是:

  • 必須要求電路板廠事先在電路板上切割出 V 型槽,否則 V-Cut 切割機無法動作。
  • V-Cut 切割機無法作不連續的切割。也就是說,V-Cut 切割機無法先切一段,然後舉起刀片,再切割下一段V-Cut,它必須一路切到底。
  • 電路板經過 V-Cut 切割機後會掉自動掉落到平台上,有機會損傷電子零件。一般來說,如果是單面板,會把有零件的那一面朝上;如果是雙面板,會把零件較多的一面朝上,以避免零件損傷。也可以設計墊高治具來克服板子直接掉落的問題,但治具是需要費用的,而且可能不同的板子會需要不同的電高治具。
  • 如何把 V 型槽對準圓型刀片是一個問題,如果沒對準或是操作不當時,刀片就會跳出 V 型槽,位置切偏,損壞電路板及刀片。
    大部分的V-cut分板機的圓刀前面會有一個防呆保護罩,如果高度設定得當,保護罩可以防止防止圓型刀片跳開板子而切偏;保護罩也可以在板子進入圓形刀片前就擋住板子進入刀片底下。但是對於自動機型必須加裝『安全模式』的保護裝置,因為刀片會自動移動,在切不到板子的情況下要停止。就我個人的了解,
    但大部分的工廠都疏忽這個動作,造成有一定的不良率損傷。
    (↓下圖顯示V-Cut切割不正確所造成的損害)
    V-cut_fail_thumb

延伸閱讀:
【電子產品】的生產製造流程 
電路板去板邊 ─ Router 切割機
電路板去板邊 ─ 手動去板邊 (Manually V-cut breaking)
電路板去板邊 ─ 總整理 (Summary)

2008年9月11日 星期四

[Tech.] PTF(Polymer Tick Film) introduction

PTF: Polymer Thick Film (The article in Wikipedia)

PET: Polyethylene terephthalate (The article in Wikipedia)

Polymer Thick Film (PTF) flexible circuits are manufactured by screen-printing conductive ink onto flexible substrates such as PET (Polyethylene terephthalate). It can be single layer or multi-layers circuit by further screen-printing dielectric materials as insulating layer and applying through-hole technologies.

PTF_sample

The manufacturing process for two layer circuits of PTF:

Step 1, Print first circuits on PET flexible circuits. The material of circuit usually is silver and carbon combination ink.

Step 2, Print the dielectric layer to cover the 1st circuits. The usual dielectric material is UV ink.

Step 3, Print the second circuits on the dielectric layer.

Step 4, Print the final dielectric layer to cover all the circuits.

FTP_process02

The Benefit of PTF

  • Save money and good to environment: PTF circuits  use additive printing with silver and carbon inks through screen printing. No need plating  and no population concern. The PET substrate is commonly applying the less costly than materials traditionally used in FPC (Flexible Printing Circuit) manufacturing.
  • Shorter lead-time: Since the manufacturing process is more simple than FPC. So its lead-time will be shorter than FPC.

The Disadvantage of PTF

  • No shape angle bending: No recommend bending the FPC with shape angle to prevent the circuit traces breaking.
  • Fine pitch circuits limit: The regular circuit pattern width/space is 20mils (0.5mm) and the minimum circuit pattern width/space is 5mils (0.127mm) but is limited.  (Note: The minimum circuit pattern width/space for FPC is 3mils)

2008年9月5日 星期五

[Tech.] Hot-Bar FPC Design Notices

The Hot-Bar reflow is a selective soldering process where connect two pre-fluxed, solder coated parts by heating element (call a thermode) with proper temperature to melt the solder.

Applying a pressure on the soldering target is necessary to melt the solder and insure that components stay in place during cooling.

The regular Hot-Bar reflow process is to pre-print the solder paste on the PCB then go SMT reflow with other SMD components. After that then stick the FPC on the board and melt the solder again through thermode to connect the FPC on board.

In order to mount FPC on PCB, a thermal-conductor inside FPC to transfer heat from thermode to PCB to melt the printed solder on PCB is necessary.

HotBar02s <-- Thermode


The common conductor inside FPC is building Plating hole (PTH) on contact finger of FPC as below sketch. Three PTHs on each contact finger are preferable. One half-circle via + two circle vias can be acceptable if there is no space for three completed vias.
HotBar_PTH_thumb1

It is necessary to apply double adhesive to fix FPC on board during Hot-Bar reflow process. No body like to take the hot touch risk to hold FPC on PCB for Hot Bar process.

To summary the requirements for Hot-Bar FPC:

  • 3 PTHs on Hot-Bar finger.
  • Double adhesive at near side to stick flex cable on PCB before Hot Bar process. The thickness should be less than 0.15mm and leave 0.2mm space from Hot-Bar terminal. 

Hot-Bar PCB pattern size should be designed as below to prevent solder short between patterns while thermode press down.

HotBar_cable_pitch_thumb

 

In order to prevent FPC from broken at solder finger edge. It is recommended to make different cover films (polymide) with various length end to fix the stress concentration issue. Detail recommended structure show as below.

hotbar_flex_cable1_thumb5


The recommended components distance from Hot-Bar land pattern:

  • The minimum distance from components to front side of FPC is 2mm.
  • The minimum distance from components to both sides of PCB is 3mm.
  • The minimum distance from PCB edge to contact pads of FPC is 5mm. (This 5mm is for double adhesive tape purpose)
  • The minimum distance from components to contact pads under FPC is 10mm. (This 10mm is for double adhesive tape fixing on PCB)

HotBar_PCB_thumb1


2008年9月1日 星期一

[技術] 【電子產品】的生產製造流程

一般【電子產品】的生產製造流程分為,【電路板組裝(PCBA)】及【成品組裝 (Box Build)】兩大部分。有的工廠只做【電路板組裝(PCBA)】的部分,完成後送到另一個工廠做【成品組裝 (Box Build)】,有的工廠則從頭到尾,其製造流程如下:

SMT 的生產製造流程:

1. PCB載入 (Loading) : 通常會把 PCB 先用人工方式放進 Magazine Rack (料架)中,以利自動送料生產。
SMT_PCB_magazine01  ← SMT的料架 (magazine rack)

2. 點膠 (glue dispense) ─:似乎只用在早期的電路板,需經『波峰焊(wave soldering)』的製程。點膠於電子零件下,目的是經過溫度烘烤後,電子零件會黏在電路板上,避免電子零件經過波峰焊(wave soldering)掉落於錫爐中。

3. 錫膏/鋼板印刷 (Solder paste printing or glue printing) (MPM) :透過鋼板 (Stencil)把錫膏印刷於電路板上,錫膏是連接PCB及電子零件的橋樑。

4. 錫膏檢查 (Solder paste inspection) :有些工廠不見得有【錫膏檢查】製程,其最主要目的是在零件貼著前檢查出有問題的錫膏印刷,如是否偏移、錫膏量是否足夠等,然後事先排除或修正這些可能會造成焊錫不良的錫膏印刷。

5. 零件貼著(Pick & Place):

5. 迴流焊 (Reflow) :參閱另一篇文章 迴流焊的溫度曲線 Reflow Profile

6. 自動光學檢測 (AOI,Auto Optical Inspector) :光學檢查是否有錯件、掉件、偏移、吃錫不良、吃錫不足、焊錫短路、及錫球的發生,較難檢查空焊、假焊。

7. 手焊零件:有一些電子零件沒有辦法用現有的SMT機器做【貼著】,如果是少量的零件,會選用【手焊】零件;如果多的話會考慮用【波峰焊(wave soldering)】製程。

8. 收板及外觀目檢: 收板時也會讓 PCB 自動進入 Magazine Rack (料架)中,目的一是防止電子零件互相碰傷

PCBA測試

9. 電路板去板邊 (PCBA de-panel):

10. 電路板測試 (PCBA test):

  • MDA/ICT
  • Function test

步驟 9 及 10 可以視製程需求互換。

成品組裝 (Box Build)

11. 成品組裝 (Box Build)

12. 燒機 (Burn/In)

產品燒機的優缺點探討 (Burn/In)

13. 最後測試 (Final Test)

14. 成品入庫 (Ship to stock)


延伸閱讀:

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