吴江南联电子有限公司     沈新海

   摘要：SMT代工企业希望顺利导入 SMT 新品，保证按时将合格产品交付给客户，而做好细致全面的工艺评审是新品试样前必不可少的准备工作，本文从 PCB 的 DFM 设计、特殊元件、客户的特殊要求等三大方面

   详细描述了工艺评审的要点。

   关键词：SMT 代工  工艺评审 

    近几年来，随着电子产品市场竞争的不断升级，迫于成本的压力，OEM （Original Equipment Manufacture，原始设备制造商）企业积极寻求非核心的制造业务外包，EMS（Electronic Manufacturing Service，电子制造服务）产业得到快速发展，由于 SMT（Surface Mount Technology，表面贴装技术）的设备高投入和工艺高复杂性的特点，SMT 代工在 EMS产业中占有最大的比重。随着竞争的加剧，SMT 代工利润被逐渐削薄，生存压力迫使所有 SMT代工企业不断采取措施提高竞争力，想方设法提升客户的满意度。 那么如何才能做到让客户满意呢？就是要彻底搞清楚客户产品的细节和客户的需求，不断提升 SMT 代工质量，这个代工质量不单指产品质量，更重要的是服务质量。根据我们十几年 SMT 代工服务的经验，我们发现提升客户满意度的关键和前提就是 SMT 新品导入前的合同评审。俗话说“磨刀不误砍柴功”，只有把合同评审等准备工作做细做好，才能保证SMT 新品试样一次成功。全面细致的合同评审可以收到事半功倍的效果，否，在 SMT 新品试样生产中，就会时不时地出现这样那样的问题，可能会影响质量和交期，导致客户抱怨。SMT 代工合同的评审内容包括工艺、质量、价格、交期、服务、材料损耗、包装运输等等，其中最重要最关键的内容是工艺评审，它应包括 PCB（Printed  Circuit Board，印刷电路板）的 DFM（Design For Manufacture，可制造性设计）设计、特殊元件、客户的特殊要求等三大方面，下面分别加以详细描述：

    一、PCB 的 DFM 设计

    PCB 的DFM 设计相当重要，通过 DFM 设计可以确保 PCB 的可加工性、可生产性、可测试性，作为 SMT代工厂主要需评审的是对 SMT 生产工艺有重大影响的 DFM 设计内容。

   1、PCB材质及耐温性

   PCB 的材质有很多种类，其耐温特性各不相同，PCB 常用材料中，树脂有环氧树脂、酚醛树脂等，基材有玻纤布、绝缘纸等。比较常见 PCB 的材质有 CEM-1、CEM-3、FR-1、FR-4、FR-5 等型号，不同型号 PCB 的耐温等级差异很大，针对纸质 PCB 耐温等级低、易吸潮的特点，需设置尽量低的回流温度，同时需评估是否需要安排预烘烤，特别注意非真空包装的纸质PCB。

   2、PCB 镂空外形结构

   不规则外形 PCB 的镂空面积较大时，容易导致 SMT 设备输送轨道上的 PCB 传感器误测，需要增加 PCB 传感器检测延时时间，以避免因识别错误产生误动作，或在与轨道垂直的方向移动 PCB 检测传感器以避开 PCB 镂空的地方。如果需要安排波峰焊接工序的，还需考虑制作波峰焊载板以遮蔽镂空比较大的地方，以免融锡冲上板面。

   3、工艺边

   PCB 板边 4mm 范围内不能有元器件，否则会影响 SMT 生产，无法避免时，可以采用添加辅助边（工艺边）或制作载板的方法，工艺边一般加在PCB 长边，工艺边宽度不小于3mm，工艺边同 PCB 流向一致。如果工序间 PCBA 流转是采用板架的，需评估板架上 PCB 槽的深度（一般为 6-7mm）范围内是否有元件，如有则不能用板架周转，可以采用专用的 PCB MAGAZINE。

   4、“V-CUT”槽

   PCB联板一般以“V-CUT”槽分割，合适的“V-CUT”槽深度是很重要的，“V-CUT”槽可以双面刻也可以单面刻，总的深度一般是 PCB 厚度的 1/3-1/2 左右，过浅会增加分板难度，过深会造成连接强度不够，PCB 过炉受热时易变形。

   5、PCB板厚

   每台 SMT 设备都有 PCB 厚度范围的限制，在允许范围以内较厚的 PCB 硬度和平整度好，不易变形，所以比较受SMT工厂欢迎，而面积较大而又较薄的PCB 就很容易变形，这时就需要象生产软板（FPC）一样制作载板，将 PCB 固定在载板上再生产。

   6、PCB 大小

   每台 SMT 设备都有 PCB 尺寸范围限制，太大或太小均无法生产。如果单片 PCB 尺寸太大，就需要选择适合大尺寸 PCB 的大型设备来生产。如果单片 PCB 尺寸太小，一是可以做成多联板，使多联板的 PCB 尺寸变大；二是制作尺寸合适的载板，将单片 PCB放于载板上生产，当然前者生产效率更高。

   7、PCB 焊盘涂层

   PCB 表面处理一般有有机涂覆（OSP）、热风整平（喷锡）、化学镀镍/浸金（ENIG）、浸银、浸锡等方式，喷锡板主要需检查焊盘表面喷锡的平整度，喷锡不平整会影响锡膏印刷效果；OSP 板主要需检查抗氧化性，以选择合适活性的锡膏型号和 PCB 流转限制时间；ENIG 处理过的 PCB 表面在焊接过程中容易产生黑盘效应（Black pad），需在 PCB 外观检验 SOP（Standard Operating Procedure 标准作业程序）中作特别提醒。

   8、PCB阻焊膜和丝印图

   阻焊膜不能覆盖焊盘，要能耐受回流焊高温冲击，不能产生起皮、褶皱等不良。丝印字符应清晰，不能覆盖焊盘。尤其要注意检查细间距 IC 附近阻焊膜和丝印油的高度，如超标会使细间距 IC 引脚焊盘上的锡膏厚度增加，易造成连焊不良。

   9、元件分布

  元件布局应均匀、整齐、紧凑，功率大的元件摆放在利于散热的位置上，质量较大的元器件应避免放在板的中心，热敏元件应远离发热元件，同类型插装元器件在 X 或 Y 方向上应朝一个方向放置，同一种类型的有极性分立元件也要在 X 或 Y 方向上保持一致，便于生产和检验，元器件的排列要便于调试和维修，亦即小元件周围不能放置大元件、需调试的、器件周围要有足够的空间。波峰焊接面上的大、小 SMD 不能排成一条直线，要错开位置，较小的元件不应排在较大的元件之后，阻、容件轴向要与波峰焊传送方向垂直， 排阻及SOP 元器件轴向与传送方向平行， 这样可以防止焊接时因焊料波峰的 “阴影”效应造成的虛焊和漏焊。

   10、焊盘和布线设计

   ①需评估焊盘设计是否与实际元件匹配，如发现有小元件匹配大焊盘的，可以考虑在元件底部点加贴片胶来帮助固定，以避免回流焊时出现立碑、空焊等不良。

   ②需评估焊盘大小和间距是否符合 IPC-SM-782A 标准。如不符合，需修改设计，或在印刷钢网设计时考虑修正弥补轻微的设计缺陷。

   ③SMD 元件的焊盘上或其附近不能有过孔，过孔离焊盘至少 0.5mm 以上，否則在回流焊过程中，焊盘上的焊锡熔化后会沿着过孔流走，会产生空焊、少錫，还可能流到板的另一面造成短路。如果无法避免，需将过孔注入胶水填塞，如果是 BGA 焊盘，还需特别检查过孔填塞后不能留凹坑，否则，BGA 焊点易产生空洞。

   ④焊盘与大面积铜箔（如电源/接地层等）之间需作热隔离设计，否则易形成冷焊不良，热隔离连线长度至少1mm以上。

   ⑤大面积接地/电源层应作网格状处理，否则，在焊接过程中会因热应力差异过大引起PCB局部变形。

   ⑥如果需要对 PCBA 作ICT 测试的，就需评估测试焊盘的设计是否合理，两个测试焊盘应保持 2.54mm 以上间距，测试焊盘应上锡，应选用低残留免清洗焊锡膏，尽量避免用过孔或焊点来代替测试焊盘。

   ⑦对于通孔元件来说，为了保证焊接效果最佳，引脚与孔径的缝隙应在 0.25mm～0.70mm 之间。较大的孔径对插装有利，但对焊点形成不利，易产生空洞和半焊不良。

   ⑧一般通孔元件的焊盘直径为孔径的2 倍，双面板最小为 1.5mm，单面板最小为2mm，如果受空间限制而不能用圆形焊盘的，可以采用腰圆形焊盘，以增加焊盘面积。

   ⑨PCB 的定位孔为非金属化孔，直径为4mm，位于PCB的角上，距两板边各5mm。定位MARK 点距板边5mm 以上，不影响SMT 设备的识别，PCB 对角至少有两个不对称MARK 点，MARK 点的优选形状为实心圆，也可以是实心方块、实心菱形、十子星等，实心圆 MARK 点的优选尺寸为直径 1mm。对于细间距 IC，为提高贴片精度，要求在 IC 两对角也设置局部 MARK 点。MARK 点的材料为裸铜或覆铜，为了增加 MARK 点和 PCB 之间的对比度，可在 MARK 点周围 1.5mm范围内开阻焊窗口，为了保证印刷和贴片的识别效果，MARK 点周围应无其它走线及丝印字符。

    二、特殊元件

   1、敏感类元件

   ①湿度敏感元件：针对非真空包装的湿敏元件，除非客户能提供开封时间证明未超出车间寿命的，可以直接发放使用外，其他的需全部按湿度超标处理，烘烤除湿后再抽真空包装。对于湿敏等级为 6 级的元件，不管是否为真空包装，使用之前必须经过烘烤，并且必须在潮湿敏感注意标贴上所规定的时间限定内回流。

   ②ESD 敏感元件：针对 ESD 敏感等级高的元件，需在 BOM 上注明，在存储、开封、取放、检验、返工、包装等环节均需采取特别的ESD 防护措施。

   ③温度敏感的元件：注意电解电容、有机薄膜电容、连接器、电感、晶体等元件都是耐温等级比较低的元件，如果板上有这些元件的，需要测试这些元件在焊接过程中的温度变化曲线，评估炉温设置是否安全。

   2、特殊IC类元件

   针对BGA、 CSP类元件需制定专门的返工SOP，评估是否需要制作 BGA植球治具， 购买符合要求的锡球。 针对FLASH ROM类元件需评估是否需Firmware 烧录，有没有合适的烧录设备和烧录座。

   3、体积和重量异常的元件

   ①特别重和大的元件：针对体积和重量较大的元件，需作特别工艺处理，SMD 元件可以考虑在底部加贴片胶固定，通孔元件可以采用铆钉加固焊盘，并加辅助胶水固定元件本体。

   ②特别小的SMD 元件：需评估SMD的外形尺寸是否在贴片机的可贴装元件范围以内。

   4、特殊的通孔元件

   ①特殊引脚形状的通孔元件：需评估现有整形设备能否满足其特殊引脚形状的要求，是否需要添购新的整形设备或制作专门的整形治具。

   ②带卡口的通孔元件：需用很大压力才能插入的带卡口的通孔元件，插入时会带来 PCB 很大的震动，使得已经插好的元件跳出插孔，所以需在插件工序前安排预装配工位。

   ③无明显外观标记的极性通孔元件：针对此类元件，需评估合适的检验方法，包括万用表测试或制作简易测试治具。

   ④手焊通孔元件：评估有没有需手焊的通孔元件，这些元件的焊盘有没有开走锡位（方向与走板方向相反，开口为 0.5mm-1mm），以防波峰焊接时堵孔，如果没有开走锡位的，需评估是否加贴掩膜胶带，还是在炉后安排专人用电烙铁挑开锡洞。是否需要制作手焊治具，以提高效率和质量。

   5、特殊封装和包装的元件

   ①SMD 新型封装越来越多，需特别关注新型封装的 IC、连接器之类的异形元件，考虑是否该定制适合该封装的吸嘴，以保证高的取料率，同时需研究合适的检测方式和贴装速度，以降低抛料率，保证贴装精度。

   ②SMD 元件包装类型：SMD一般的包装类型有TRAY、STICK、TAPE、BULK 等，分别需要对应的不同供料器，贴装效率和精度差异也很大。需评估现有供料器资源是否足够，是否需要人工改变包装方式，如将BULK 元件重新编带为TAPE，将 TAPE 拆开放入 TRAY 等，虽然耗费了人工成本，但是在供料器资源不够时，也是可以考虑的无奈之举。

    三、客户的特殊要求

   1、PCB 外观要求

   ①需明确客户对 PCB 表面清洁度的要求，重点确认焊剂残渣、锡渣锡珠等项目，评估是否需要增加板面清洗的工序，采用何种清洗剂和清洗方式。

   ②纸质 PCB 过炉以后一般颜色会有不同程度的变深，需明确客户对 PCB 变色的要求，评估确定炉温曲线和过炉次数限制。

   ③PCB 多次过炉以后可能会产生变形，特别是面积大、厚度薄、V-CUT 槽多联板、纸质PCB 等PCB 变形会更严重，需明确客户的接受标准，评估确定炉温曲线和过炉次数限制，必要时使用载板过炉。

   ④需明确客户对通孔元件浮高的要求，评估是否需要制作载板压头，压住浮高要求较严的元件。

   ⑤需明确客户的对通孔元件露出 PCB 的引脚长度的要求，评估通过元件引脚预整形是否能满足需求，是否需要安排专人在炉后剪脚，剪脚后是否需要重新补焊。

   2、测试要求

   ①需明确客户的 AOI 测试要求，客户无要求的，也可以自己确定测试需求，评估AOI 测试的可行性和适用机台，安排TE 编制测试程式。

   ②需明确客户的 ICT 测试要求，确定 ICT 测试覆盖率和测试盲点，评估是否需要制作目视检验套板，确认客户提供的电路原理图和GERBER 文件，填报ICT 测试针床申购单。

   ③需明确客户的 FCT 测试要求，确定 FCT 测试详细内容和 FCT 测试治具的来源，根据需求填报 FCT 测试治具申购单。如果需要测试软件的，请客户提供。

   3、其他要求

   ①需明确客户的包装要求，如果现有包材无法满足客户需求的，可以完成设计后，填报包材申购单。

   ②需明确客户的成品标识要求。

   ③需明确客户的分板要求，评估现有分板设备是否满足需求，是否需要制作分板治具。

   ④需明确客户对测温板的要求，确认是采用模拟板还是实板，如果是采用实板的，需确定实板的来源和实板报废成本的承担方。

   ⑤需明确客户是否需要 IC烧录，如需要，请客户提供烧录 Firmware。

   ⑥需明确客户对钢网、载板、治具等的要求，是否由客户提供，如是客户提供的，需评估其设计合理性，检验其制作质量，如果发现有问题的，需与客户商讨解决办法，必要时可以自己重新申请制作新的治具。

   ⑦需明确客户对生产辅料的要求，是否由客户提供，如是客户提供的，需评估其定额的合理性，如果客户指定品牌型号的，需向客户咨询其认可的供应商，如果客户不指定的，从现有的生产辅料中选择。

     通过工艺评审，我们需要确定 SMT新品进行试样前的准备工作，包括：

1、找出 DFM 设计缺陷，协调客户修改 PCB 设计；

2、针对轻微的 PCB DFM设计缺陷和特殊元器件的弱点，在工艺流程安排时考虑弥补措施；

3、确定并安排制作各种必需的钢网、载板、治具、测温板等；

4、确定适合的 SMT 线体配置和新设备添购的必要性；

5、确定生产辅料的品牌型号；

6、确定客户的质量验收标准（特别是外观标准）、烧录 Firmware、测试软件等；

结论：

目前规模较大的 OEM 公司都制定了明确的 PCB DFM 设计规则， PCB 设计完成后有工艺工程师再作 DFM审核，所以 DFM 方面的设计缺陷很少。而小公司在这方面做得很不够，设计出来的 PCB DFM 缺陷很多，针对轻微的 PCB DFM 设计缺陷，还可以在工艺流程安排时采取弥补措施，但针对严重的 PCB DFM 设计缺陷，则必须修改设计，否则，批量投产后，会产生超高的不良率，严重影响产品质量、生产成本和客户交期，使得SMT 代工厂和客户利益都受到损害。俗话说“知己知彼，百战不殆” ，在 SMT 新品导入前，充分了解产品细节和客户需求，能帮助我们少走弯路，少受损失。要特别需要重视向客户了解两个方面的信息，一个方面是客户对产品外观的要求，包括板面清洁度、PCB 变色程度、PCB 变形程度、通孔元件的浮高程度和引脚露出长度等，因为外观检验标准很难用文字表述清楚，所以不同的检验员对外观检验标准的把握尺度差异很大，这就容易导致 SMT 代工厂与客户之间执行外观标准的时候产生分歧，如果不是事先充分协商达成一致，被客户批量退货就是必然的后果。建议采用实物封样或实物图片加文字表述的方式确定外观检验标准，使得外观检验标准更直观更有可操作性。另外一个方面是向客户了解所代工新品的特点和注意事项，客户外包生产的一般都是成熟产品，他们对产品的了解程度是代工厂无法企及的，如果能向客户了解到该代工新品的工艺难点、质控重点、高发不良现象等重要信息，不仅能减少犯错几率，提高产品质量，还能有效降低质量控制成本。 根据工艺评审的结果，我们在新品导入试样前，需要确定能做出最佳质量能发挥最大效益的生产线设备配置，需要确定是否购买新的生产设备、辅助设备、检测仪器等，需要安排制作测温板、印刷钢网、目视检验套板、各种载板（包括印刷载板、回流载板、波峰载板等）、各种治具（包括 ICT 测试针床、FCT 测试治具、手焊治具、植球治具、分板治具、整形治具等），需要确定生产辅助材料的品牌型号，需要确定客户提供的东西（包括烧录 Firmware、测试软件等），需要明确客户的特殊要求（包括外观要求、测试要求和其他要求） 。只有把工艺评审的准备工作做充分了，才能做出切实可行的新品试样计划，才能预见和预防试样过程中可能出现的各种问题，才能保证将合格的产品按时交到客户手中，才能赢得客户的满意和信任，才能在市场竞争中立于不败之地。