SMT提升良率创新改善提案

提案编号：版本：A02开始日期：提案标题：贴片机采用锡膏作为识别基准预计完成日期：预计实施效果：减少炉后假焊、竖立不良，提高贴片机效率提案担当：组员：核准：本次报告总结：1、分析FPC制程炉后假焊、竖立不良率高居不下的原因。2、采用锡膏作为贴片机的识别基准理论上可以减少假焊、竖立。3、实际生产中收集的数据可以得出采用锡膏作为贴片机的识别基准后炉后假焊竖立不良明显降低的结论。4、贴片机的CYCLETIME也有降低，提升了产能。改善提案一、现状分析2004年12月部分MODELLQ不良汇总示意图M0021A总不良1.35%工艺不良0.91%67%竖立偏移0.506%37%其他,0.408%30%作业不良0.13%10%来料不良0.30%23%M0021V2总不良0.74%其他0.27%37%来料不良0.08%11%作业不良0.13%18%竖立偏移0.25%34%工艺不良0.52%71%M5018A总不良1.81%其他0.44%24%来料不良0.34%19%作业不良0.33%18%竖立偏移0.70%39%工艺不良1.14%63%M0098总不良1.20%其他0.64%53%来料不良0.03%2%作业不良0.09%8%竖立偏移0.44%37%工艺不良1.08%90%PDFcreatedwithpdfFactorytrialversion从以上图表可以看出，元件偏移、竖立在整个不良中占得比例非常高，如果能够解决此问题，工艺不良乃至总不良都将会大幅降低。在与同行业人士的交流过程中我们发现，在FPC制程中，目前为止，一致认为没有切实有效的方法来彻底解决这一难题。通常贴片机的本身精度为±0.10mm，印刷机的标称精度为±0.05mm，使用相同精度等级的印刷机与贴片机，在PCB制程中，元件偏移、竖立仅占总不良很小的一部分，所以我们需要从FPC制程与PCB制程的差异来找出问题的根本原因。FPC的一个特点是尺寸较小，所分布的元件也不多。通常其来料会有单片和多联扳两种形式，多联板的来料方式一般要比单片方式贵20%左右。所以在大多数情况下，FPC通常会采用单片的来料方式。相对PCB制程,增加了定位孔、定位柱及人工操作三方面的误差。在生产中我们发现，元件的实际贴装精度达到了±0.10mm，但无法成功地将锡膏的印刷偏移量控制其标称精度内，有以下几点原因：1)FPC定位孔位置精度为±0.05mm。2)FPC定位孔尺寸精度为±0.03mm。3)印刷机的标称精度为±0.05mm。4)BASE定位柱精度为±0.10mm。5)员工作业手法的差异可能会导致0.03-0.05的偏差。以上因素累积起来，使印刷的偏移量最终很可能超过0.2mm，我们随机抽取了30pcs印刷样品，测量其中一个电容的锡膏偏移量，结果如下PDFcreatedwithpdfFactorytrialversion二、改善对策2002年松下公司提出一种理念：让贴装偏移吻合锡膏偏移，即元件贴装于锡膏而不是焊盘的正上方，可以解决炉后偏移、竖立的困扰。其理念已经在2003年实现，AOI识别锡膏的印刷偏移量，并反馈给与其连线的贴片机，贴片机根据偏移的数据对元件的贴装位置进行修正，结果是元件可以保证贴装在锡膏的正上方。松下公司同时发布了一组相关的实验数据，表明了这种方式确实收到了减少元件偏移、竖立的效果。目前只能在松下最新型号的AOI和贴片机上实现此功能，其他品牌的AOI和贴片机之间尚不能进行类似的通讯，因此对于大部分工厂并不适用。由于其实现的原理较为复杂，需要现有的AOI与贴片机重新开发类似功能的端口，同时还牵涉到复杂的算法和大量的数据传送，普及应用的可能性不大。虽然上述方案可操作性不是很强，但是它提供了一个很好的方向，即只要元件保证贴装在锡膏的正上方，就可以收到减少元件偏移、竖立的效果。于是我们根据这一思路提出了一个设想：使用锡膏作为贴片机识别的基准。三、对策实施第一次改进：尝试直接使用锡膏作为贴片机的基准点。因为之前没有类似的经验可以参考，为了少走弯路，我们专门咨询了西门子公司的服务人员，目的是更了解贴片机基准点识别的原理。以一般的圆形特征基准点为例，贴片机的CAMREA将视野区域中每个像素的亮度换算成0到255的灰度值，并以不同的颜色表示。焊盘锡膏基准点左图即为贴片机接收了锡膏检查机传送的锡膏偏移数据，并进行相应补偿后实际贴装的示意图。像上图那种程度的锡膏偏移，如果元件贴装100%精确，会有很大竖立的可能，而元件贴装时吻合了锡膏的偏移量后，竟然神奇地被锡膏在熔融状态下的“track”力拉正了。PDFcreatedwithpdfFactorytrialversion在示教基准点的时候发现：贴片机的相机配备的光源通常都是白色平行光，在其照射下，裸露的金属焊盘与基准点的成像亮度较高，锡膏和线的路板被阻焊层覆盖部分的成像亮度都较低。然后分别从X方向和Y方向进行积分运算,找出积分曲线中斜率变化较大的位置，在X方向和Y方向各得出两个特征位置后，计算其中心，即为示教后基准点的中心。生产过程中，贴片机的CAMERA移动到程式中设定好的位置获取图像，通过与示教基准点相类似过程的对比转换和运算，得出一个新的中心坐标，其对应屏幕中心形成一个偏移量，即为进行贴装坐标补偿的依据。由上图可以看出，锡膏的亮度和周围的暗色背景非常接近，不具备作为基准点的必要条件。积分曲线非常不规则，特征位置太多，示教后基准点的中心不在锡膏的正中央。PDFcreatedwithpdfFactorytrialversion小结：由于贴片机相机本身的局限，直接使用锡膏作为贴片机的基准点失败了。第二次改进：锡膏和焊盘之间可以形成足够的对比来满足基准点的条件。我们在生产M0098时发现，IC位置的接地焊盘尺寸为3*3mm，而印刷锡膏的尺寸只是一个径为1mm的圆。虽然锡膏成像较暗，但周围只有成像较亮的焊盘，从而保证了锡膏和环境间有了足够高的对比，并且形状规则，拥有了作为基准点的充分条件。因为示教的结果不理想，在贴片机寻找基准点时，会因为周围环境的干扰而找不到正确的基准点中心，从而得出错误的偏移量导致元件整体偏移。由上图可以看出，锡膏的亮度和焊盘形成的背景差异很大，具备作为基准点的必要条件。积分曲线非常规则，有明显的特征位置，可以非常精确地示教基准点的中心。示教的结果十分理想，在贴片机寻找基准点时，可快速准确地捕获基准点中心，证明在此情况下照相机有识别锡膏基准点的能力。PDFcreatedwithpdfFactorytrialversion月开始，M0098使用该位置的锡膏作为贴片机识别的基准点，并进行了一段时间的炉后品质数据的收集，结果表明使用锡膏基准点后，偏移、竖立的情况有了非常明显的改善。小结：虽然改善效果得到证明，但是却无法将这一方式水平展开。其原因是其他MODEL没有类似M0098的接地焊盘，锡膏和周围环境没有足够的亮度对比。第三次改进：用白色高温胶纸模拟大接地焊盘的条件2005年1月，车间开始量产M0070，炉后的偏移、竖立的不良率很高，我们做了很多努力都达不到满意的效果。我们希望将M0098的经验应用在M0070上，却无法找到一个位置的锡膏有作为基准点的条件。这种情况下，我们了一个尝试：在钢网上开了一对边长1mm的正方形通孔，贴附时于托板上相应位置粘贴白色高温胶纸，经过印刷工序后，成像亮度较低的锡膏和成像亮度较高的白色胶纸间形成了足够的对比，小结：这次在M0070上使用锡膏基准点的效果同样十分明显在生产M0070的siemens2收集其炉后的品质数据，并同时对也在生产M0070的siemens由上图可以看出，锡膏的亮度和高温胶纸形成的背景有一定程度的对比，具备作为基准点的必要条件。积分曲线较为规则，有明显的特征位置，可以精确地示教基准点的中心。示教的结果理想，在贴片机寻找基准点时，可快速并较准确地捕获基准点中心，证明在此情况下照相机有识别锡膏基准点的能力。PDFcreatedwithpdfFactorytrialversion进行数据收集。炉后品质数据表明：改进后对炉后偏移、竖立问题有了很大的改善。，改用锡膏作为贴片机识别的基准后，整个FPC上所有元件的实际贴装坐标都受到了影因为担心出现元件尺寸较大而导致拉不回来的情况，特地进行了以下验证。编号封装形式锡膏偏移量样本数量不良数量1CHIP10050.15mm10002排容14100.15mm10003排容20140.15mm10004排阻10100.15mm10005LED0.15mm10006二极管0.15mm10007SOP80.15mm10008QFN280.15mm10009CN240.15mm100010CSP180.15mm1000炉后偏移、竖立不良率对比0.00%0.05%0.10%0.15%0.20%0.25%0.30%0.35%0.40%0.45%0.50%7月3日7月4日7月5日7月6日7月7日7月8日7月9日7月10日7月11日7月12日7月13日7月14日7月15日siemens2siemens3SIEMENS3不良分布情况偏移竖立67%其他33%SIEMENS2不良分布情况其他66%偏移竖立34%PDFcreatedwithpdfFactorytrialversion附：结论：对于目前C4需要处理的元件，只要锡膏偏移不超过0.15mm，都不会因更换基准识别方式而产生不良。对于以后可能要处理的引脚更密的元件，如Pitch0.30mm,只需将锡膏偏移控制在0.10mm就可以满足要求。5月份第1周汇总5月份第2周汇总5月份第3周汇总5月份第4周汇总五月份汇总7月份第1周汇总7月份第2周汇总7月份第3周汇总7月份第4周汇总七月份汇总投入数10607924876543164438590511723934446573973304446573838811670525良品数10444724565942875938357311624384431363960684431363827801665120良品率98.46%98.75%99.33%99.40%99.15%99.66%99.68%99.66%99.71%99.68%不良数23751391580524704615374612821741元件偏位不良率0.22%0.21%0.21%0.21%0.21%0.10%0.14%0.10%0.07%0.10%不良数139325221857131370859955819957533324竖立假焊不良率1.31%1.01%0.43%0.34%0.60%0.22%0.15%0.22%0.20%0.20%不良数065696219624592444151短路不良率0.03%0.02%0.02%0.02%0.01%0.01%0.01%0.01%0.01%不良数264415220441854122189少锡不良率0.002%0.002%0.01%0.04%0.02%0.01%0.02%0.01%0.01%0.01%不良数1632310628852332995515211262152111015405炉后不良小计不良率1.538%1.249%0.668%0.604%0.849%0.342%0.318%0.342%0.287%0.324%不同封装形式元件的验证图片PDFcreatedwithpdfFactorytrialversion效率提升后四、改善总结经过一段时间的观察，改善效果是非常有效而且稳定的。并且改进后每个托板只需识别两个基准点，基准点识别时间通常为0.6秒/对，以M0015为例，CYLCLETIME由原来的48秒降低为现在的43秒，产能由58