IDC最新發(fā)布的報告顯示,智能手機和平板電腦已成為近兩年來推動全球電子行業(yè)增長的主要動力,據預測,2013 年全球智能手機的總體出貨量將首次超過功能型手機,達到9.186億臺以上,其中,中國智能手機的出貨量預計約為3.12億臺,繼續(xù)占據智能手機第一大生產國的位置,約占全球市場份額的32.8%。
 OK International亞洲區(qū)業(yè)務經理Vincent Goh |
在目前越來越多智能手機和平板電腦的生產過程中,隨著科技的快速發(fā)展,以及消費巿場對智能手機和平板電腦產品趨向多功能、輕巧化和高可靠性的要求,令到許多電子制造廠商都在想盡辦法把印刷電路板(PCB)設計得更小巧和輕薄。其主要特征是,PCB開始出現Step板(也稱為3D板或Embedded板);同時,為了在相同空間內實現更多的功能,元器件也變得更小型化,0201元件被大范圍使用,01005元件正被導入主流應用;此外,更多的倒裝芯片(Flip-Chip)也在模組中得到了運用。
這些PCB生產技術和制造工藝上的革新,對SMT制造的各個生產環(huán)節(jié)都提出了更高的要求。對此,OK International亞洲區(qū)業(yè)務經理Vincent Goh表示道,那些肉眼很難看出來的超微小貼片元件,以及異型金屬屏蔽蓋和連接器的大批量生產貼裝工藝,對于生產設備的苛刻要求包括:必須要能達到高速貼裝、精準、不甩件、快速更換生產產品和近乎零錯誤率。對于加工制造商而言,提高產能和降低缺陷率就是利潤,廠商在采購設備時,應根據每臺設備的個別功能和優(yōu)勢,綜合成一條符合自身生產需求的SMT生產線,以獲得最佳的總體投資收益(ROI)。
保證PCB表面貼裝品質
 ASM先進裝配系統有限公司產品市場經理朱杰 |
“對于Step板(3D板)的生產制造,主要挑戰(zhàn)在于錫膏印刷技術,這是因為PCB不再是平面,故而如何保證高度不同的印刷錫膏點的品質將是一個難點,”ASM先進裝配系統有限公司產品市場經理朱杰進一步分析道,“其次是貼片工藝,由于PCB凹凸不平,也造成了貼片高度會有所變化,進而容易產生元件被壓碎或偏位等質量問題。另外,倒裝芯片也增加了SMT貼片的流程,需要特殊的wafer提供系統,進而影響到取料和貼片環(huán)節(jié)?!?
在錫膏印刷技術方面,為了克服微型封裝以及更高元件密度基板設計的困難,目前的一個趨勢是,焊膏噴印技術正逐漸取代傳統的鋼網印刷技術??偛课挥谌鸬涞腗icronic Mydata公司在焊膏噴印技術的開發(fā)上走在了行業(yè)的前列,采用該公司的焊膏噴印技術,每個焊點的焊膏用量和形狀都可以進行單獨設置,優(yōu)化了焊點質量,同時還可消除QFN無引腳元件浮高虛焊的問題,在處理大量元件層疊封裝(PoP)的制造工藝上,既可提高良品率,也可保證復雜PCB貼裝生產的高效率。
Mydata相關負責人表示,就目前的情況來說,雖然鋼網印刷技術還有一定的市場空間,但對于某些特殊應用(如QFN封裝、通孔回流焊、PoP封裝、柔性基板等),這一技術卻在焊膏涂覆工藝上碰到了處理瓶頸。尤其是在消費類電子行業(yè)中,目前三大趨勢正在積極推動無模板焊膏噴印技術向前發(fā)展:一是要求更快的響應時間;二是需要完美的焊點質量,力爭實現零返修;三是小型化和移動電子設備日益復雜的電路板設計。據悉,從2009年Mydata在上海成立邁德特表面貼裝技術(上海)有限公司起,該公司一直保持著在中國大陸整體業(yè)績的高速增長,去年年底,Mydata在深圳新增分公司,進一步加強其在華南地區(qū)電子制造業(yè)的投入力度。
而在Step板(3D板)貼片工藝上,ASM先進裝配采用貼片壓力控制技術,通過該控制系統可自動感應PCB的凹凸,利用設定的壓力反饋值,能夠知道貼片式元件是否已經達到PCB的表面;而如果沒有這個系統,元件則很容易被壓碎或者空拋。在倒裝芯片處理上,ASM先進裝配還可提供專業(yè)的wafer供料系統,通過增加專門設計的取料貼片頭,使得倒裝芯片可以準確地倒裝貼裝在PCB上。
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檢測與返修促進良率提升
目前大量智能手機元件在貼裝和焊接后所遇到的一個主要問題是,元件尺寸越來越小,引腳間距越來越密,甚至已經超越了人眼所能識別的極限。例如,QFP等細引腳間隙元件、PLCC、BGA等焊點隱藏在本體元件之下,這些都給貼裝后的AOI檢測及焊接后的AOI檢測帶來了困難,迫切需要在錫膏印刷時就進行質量控制和檢測,以便及時發(fā)現不良產品,盡可能地降低生產費用和返修成本。
上海復蝶智能科技有限公司總經理徐亦新指出,從統計數據來看,在SMT工藝中有74%的不良品都是來自于錫膏印刷這一環(huán)節(jié),特別是隨著智能手機等便攜式電子產品的電路板加工難度越來越大,而與此同時手機PCBA的加工費用又在逐步降低,這些使得目前的SMT制造生產要求更多地運用檢測設備來提高產品的良率。
為此,包括ALLY VISION、Panasonic、上海復蝶在內的一批廠商在近年紛紛開發(fā)出不同技術流派的無陰影3D SPI(Solder Paste Inspection)錫膏檢測系統,且大量被應用在引腳間距小于0.5mm的IC類元件和連接器元件、BGA元件、PLCC元件、0402、0201、01005元件,以及屏蔽蓋PCB的檢測過程中,實現更為精確的檢測效果。以上海復蝶開發(fā)的3D SPI檢測系統為例,其采用創(chuàng)新的多角度、多頻率結構光結合Z軸仿形裝置,以及基于GPU運算PMP算法,解決了當前在錫膏3D檢測方面的主要困擾和瓶頸(如:錫膏陰影干擾、海量圖像處理等等),為電子制造行業(yè)SMT生產過程中的PCB表面錫膏的3D檢測、統計和質量分析提供了一項較為理想的解決方案。
另一方面,面對當前快速變化的返修環(huán)境,Vincent Goh表示,由于要配合后續(xù)對PCB進行返修和功能測試,因此許多PCB被設計成模塊化,同時又要能把許多超微小的元器件,如連接器、處理器、屏蔽蓋等組件組裝在非常薄、且異型或柔性板上,這些新的微型和異型組裝對于設備、生產工藝的量產及可靠性來說都是一個巨大的考驗。
為了滿足現階段苛刻的返工和維修業(yè)務,OK International推出的全新Metcal Scorpion APR1200-SRS先進封裝返修系統重新定義了精度和處理封裝制造商所面對的技術要求。該系統專門為無引腳元器件而設計,其中包括BGA、CSP、PoP、微型SMD或LGA元器件等,在當前典型的高密度和異型PCBA的返工環(huán)境,以及普遍的移動設備中,它是一個較為理想的選擇。其專利的可控底部雙預熱器,及新的模塊回流和貼裝頭,在貼裝超微型元器件時能達到較高的對齊精度。此外,新的無陰影數碼視覺系統釆用LED上下照明,能精準地為元器件和基板投影對齊,相機(數碼)不需要校準,易于使用的圖標驅動操作軟件和全自動化的熱溫曲線模式可確??焖俸腿菀椎貏?chuàng)建熱溫曲線文件,從而大大減少了設置時間。另外,其專利噴嘴具有高效的排氣端口,可防止相鄰元件損壞,達到了有效控制返工制作流程的目的。
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創(chuàng)新產線設計提高生產效率
小批量、多品種生產是目前電子制造行業(yè)的另一個突出特點,在這一生產模式下,產量的大幅變動、生產品種的頻繁調整,導致生產過程復雜多變,生產效率直線下降。如何才能提高SMT貼裝設備的生產效率是眾多廠商亟待解決的一個難題,它要求新一代SMT設備要能夠完成快速新產品導入、快速換線,減少停機時間,并且實現對物料的管控和追蹤。
朱杰表示,為了協助廠商提高生產效率,對于客戶已有的平臺,ASM會借助先進的SiCluster等軟件來加強管控,提升已有設備的貼裝速度,進而提高生產效率;而在新產品方面,ASM目前會通過對貼片機結構的重新設計,例如采用新的取料位置、先進的軌道系統等等,來提升SMT設備的貼裝速度。另外,在產品良率方面, ASM一方面會采用具有先進數字系統和運算方式的影像技術,來判斷貼片過程中取料不良和元件本身不良的因素;另一方面則會提供多色的PCB相機,來對不同材質的基板和不同材質的Mark點進行清晰地識別,以此來保證后續(xù)精準的貼裝效果,全面提高產品的良率。
例如,針對智能手機的生產,ASM先進裝配推出的雙導軌獨立貼裝制造技術采用同步工作模式,可在同一條生產線上完成正反兩面的生產,幫助制造廠商節(jié)省了工廠場地和設備投資,只需要一臺回流焊爐,也節(jié)約了大量電費,正反面生產實現了完美平衡,降低了半成品的庫存,同時減少了操作人員的數量,也有助于降低對供料器數量的需求。特別是在雙導軌設計上,系統將PCB最大程度地靠近取料位置,令到懸臂行程短,且兩個懸臂之間互不影響,大幅提升產能的15-20%。此外,通過SIPLACE軟件,系統增加了對物料的確認功能,防止上錯料,且可準確計算元件的使用情況,對即將用完的元料會按優(yōu)先級排序,并提示操作員及時續(xù)料,減少了生產線停機的時間。
在AOI檢測環(huán)節(jié),為了達到迅速的產線對應和持續(xù)穩(wěn)定的檢測效果,歐姆龍(OMRON)開發(fā)的VT-S500D雙軌在線檢測機可以和主流貼片機直接連接,其雙軌構造設計縮短了基板搬送的時間,產線結構更為靈活。同時,該設備還能夠通過機器自動設置基本程序,并強化針對量產變動的對應,加快檢測速度,以滿足客戶對高速產線的需求,檢測時間僅為原先設備的三分之一左右。
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責編:Quentin