PCBA生产之锡膏印刷与常见问题

前段时间的双11购物节，不知道大家有没有剁手呢？相比起平时，购物体验是否有不一样？有没有出现页面卡顿，支付困难，待页面反应过来又已经售罄的郁闷场景呢？在互联网时代，我们对阿里巴巴Alibaba,脸书Facebook,亚马逊Amazon都很熟悉。在你访问这些网站时，后面有一个强大的软硬件系统来支持你的所有操作，服务器就是这个系统中非常重要的部分。今天我们一起分享服务器的主机板SMT制程中的锡膏印刷。

如图为服务器主机板SMT制程的流程图，相比之前的总图增加了锡膏检测。服务器主机板都是多层板，PCB板底板面的元件都很多。SMT板面和SMT板底的整个生产过程是一致的，一般先生产板底，再用同样的工序生产板面。即经过板底锡膏印刷-锡膏检测-贴片-回流焊-自动光学检测-板面锡膏印刷-锡膏检测-贴片-回流焊-自动光学检测的流程。

随着工艺的进步，为了提升生产效率，且减少回流焊的热冲击对PCB等元器件的伤害以提升可靠性，某些主机板简化了SMT制程。由板底板面的两次回流焊制程，改为了一次回流焊制程，即板底锡膏印刷-锡膏检测-贴片-翻转PCB板-板面锡膏印刷-锡膏检测-贴片-回流焊。

一次回流焊制程减少了一次回流焊，但增加了一个翻转PCB的过程，翻转PCB过程由在线自动翻板机完成，效率也是很高的。不过这种一次回流焊制程对板底元件有一些限制，不能过重。板底元件由于没有焊接，只是依靠锡膏的黏性附着在PCB表面。所以在翻板机翻转PCB过程，以及在板面印刷，贴片，回流焊吹热风等过程中，板底较重的元件没有PCB支撑会有脱落的风险。这个一次回流焊制程还在优化过程中。为了简洁明了，我们用以上的流程图囊括这两种SMT制程。

锡膏印刷详细一点来说，锡膏印刷这个站点包含了拆封PCB-张贴标签-锡膏印刷。拆封PCB的数量是有规定的，以防止焊盘长时间曝露在空气中而氧化。OSP表面处理的PCB尤其管控严格，这些都是可以在SFCS生产资讯管理系统里管控的。PCB拆封后，张贴各类标签，其中必不可少的有SN序列号标签，并及时收集到SFCS系统中。PCB板的厂商，及D/C生产周期也会一起收集到SFCS系统，以便后续的追踪。随着自动化的推进，部分生产线有配备机械手自动抓取已贴好标签的PCB进入轨道进行下一个流程。大部分还是人工操作，作业员需要使用手套，且有专业的拿取板方式，以尽量避免触及到PCB裸露的焊盘，影响后续的焊接品质。与锡膏印刷品质相关的的几个重要部分有锡膏，钢网，刮刀，锡膏印刷机的程式等。（1）锡膏锡膏(solderpaste)里包含了焊锡粉、助焊剂等。要使锡膏呈现良好的焊接性能，需要确保锡膏的正确存放，使用正确型号，正确的回温及搅拌过程。随着对环境保护的要求起来越高，锡膏早已从有铅转换成无铅材料，由锡铅焊料Sn63/Pb37切换成锡银铜SAC。大部分服务器主机板都是使用锡银铜SAC作焊料，也有一些客户有特殊要求，使用无卤锡膏。还有因元件特殊性，使用较低温的锡鉍银SnBiAg焊料的产品。使用锡银铜SAC的制程都很成熟，无论是回流焊还是波峰焊。但目前使用锡铋银这种较稀有的制程还需要不断的优化。当一个工厂会用到如上所述的普通无铅，无卤，低温锡膏多种类型时，要注意不要用错，且正确存放。每一个锡膏在存入冰箱时都会贴上一个唯一的条码标签，用来识别类型，且用SFCS系统管控先进先出。焊料一旦错用，会出现批量性，且不可维修的缺陷。不同类型的锡膏需按照说明书所述，放入对应温度设置的冰箱内保存，且实时监控冰箱的温度。回温就是将锡膏从冰箱中取出，静置于正常环境下，使锡膏的温度从储存温度自然回升到环境温度的过程，回温过程不可采取人为的外部加热等操作。搅拌需要使用到搅拌机，这些步骤都由SFCS管控，确保时间充足，正确完成。锡膏完成回温，搅拌，就可以使用在钢网上了。开封的时间也需要收集到SFCS系统里，这样可以追溯到PCBA板使用的锡膏编号，且管控开封时间。具体如何添加锡膏至钢网，没有用完的锡膏是否可回收，都需要遵循作业指导书操作。在生产过程中如有异常且在工作指导中找不到对应指导时，作业人员需要与生产主管确认操作方式，不可擅自行动。服务器主机板的绝大部分元件在SMT生产，锡膏为至关重要的焊接材料，不可马虎。（2）钢网钢网(stencil)也是有条码标签，对应PCB料号及版本，以确保正确使用。在上线使用前也需要做外观检查以确保钢网在良好的可使用状态。使用后需要清洁并恰当存放。不恰当的清洁，存放或者运输，会导致钢网堵孔，变形，破损等问题。在锡膏印刷过程中，钢网堵孔位置对应的焊盘会出现无锡膏或锡膏量不够，造成空焊或少锡。钢网变形会导致部分区域锡膏厚度加大，造成连锡，溢锡等问题。以上问题如出现在大型BGA位置上，都有可能造成整板报废。随着产品设计变更，生产优化，PCB或钢网的开孔或多或少会有一定的变更。使用钢网时，通过SFCS收集钢网条码比对料号及版本，以确保正确使用。旧版的钢网也要遵循报废流程处理好，避免用错。（3）刮刀刮刀等设备都需要有条码管控，以确保正确使用。此信息会收集进SFCS系统以便追踪。（4）印刷程式印刷程式需要有PCB料号及版本管控，以确保正确使用。印刷程式里刮刀的压力，速度，钢网的擦拭频率，可以通过生产中的锡膏检测SPI结果及自动光学检测AOI的反馈不断优化。锡膏检查SPI锡膏检查SPI机器利用光学原理，可以检测锡膏的厚度、面积、体积。可以在焊接未完成前，提前把锡膏印刷异常的电路板挑出来。减少元器件的报废，维修，或产品报废的品质成本。另外一般用Xbar-Rchart来监控锡膏数据，尽早发现异常，并予以解决。锡膏印刷先分享到这里，我们开始分享贴片工艺。