PCBA生產注意事項 QA Rio Chiang Feb. 1,

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1 PCBA生產注意事項 QA Rio Chiang Feb. 1, 2001 E-Mail : rio_chiang@mtk.com.tw
Prepare by Rio Chiang PCBA生產注意事項 QA Rio Chiang Feb. 1, 2001

2 Weight Percent Moisture in Package (%)
Prepare by Rio Chiang 第 2 章 IC包裝及IC儲存管制 2-1. IC真空密封包裝儲存期限：(注意密封日期) ★12 months at <40ºC and <90% Relative Humidity (RH). 2-2. IC包裝拆封後，SMT組裝時限： ★ 檢查溫度指示卡：顯示值應小於20% (藍色)， 30% (粉紅色) 表示已吸濕氣。 異常包裝(顯示卡濕度大於30%) 表IC已受潮吸濕 正常包裝(顯示卡濕度小於20%) 表IC未受潮吸濕 ★ 拆封後，IC元件須在72小時內完成 SMT 焊接程序。 ★ 工廠環境管制：23 ºC  5ºC，40% ~ 60% RH。 ★ BGA 吸濕曲線 (Absorption Curve for BGA Devices) : BGA test vehicle conventional popcorn / delamination 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 Conditioning Time (hours) Weight Percent Moisture in Package (%) 85 ℃ /85% RH 30 23 /55% RH Popcorn Zone Source : Motorola Delam Zone Safe 100 200

3 ★ IC元件須重新烘烤，以去除 IC 吸濕問題。
★ 烘烤條件：125 ºC  5ºC, 24小時 。 ★ 烘烤後，放入適量乾燥劑再密封包裝。 ★ BGA 35*35 & 27*27 之去濕曲線( Desorption Curve) : 2-4. 已焊上MB上之IC原件，重工與分析前注意事項： ★ MB上之I.C元件須重新烘烤,以去除I.C元件吸濕問題。 ★ 烘烤溫度條件 : 100℃,24 小時。 ★烘烤後，需於 4 小時內完成重工值球及重新上板驗證之作業。 ★重工後IC之儲存於使用，請參照 2-3 事項。 2-5. 由於結構差異, BGA 吸濕氣問題 較 QFP IC明顯： ★ 拆封後，IC元件應避免在>70%RH環境存放。

4 關於QFP / BGA I.C 儲存及使用管制應注意事項如下 :
2-6. 包裝警示標籤(Caution Label) & 中文翻譯: 關於QFP / BGA I.C 儲存及使用管制應注意事項如下 : (請參照VIA I.C 真空包裝袋上標籤，符合EIA JEDEC Standard JESD22-A112，LEVEL 4 ) 1. I.C 真空密封包裝之儲存期限: 1-1.請注意每盒真空包裝密封日期。 1-2.保存期限 : 12 個月，儲存環境條件: 在溫度  40C， 相對濕度 :  90% R.H。 1-3.庫存管制 : 以”先進先出”為原則。 2. I.C包裝折封後，SMT 組裝之時限 : 2-1.檢查濕度卡 : 顯示值應小於20% ( 藍色 )， 如 ≧ 30% ( 粉紅色 )表示 I.C 已吸濕氣。 2-2. 工廠環境溫濕度管制: ≦ 30℃ ， ≦ 60% R. H。 2-3. 折封後，I.C元件須在 72小時內完成 SMT 焊接程序。 3. 折封後 I.C元件，如未在72小時內使用完時 : 3-1. I.C元件須重新烘烤,以去除I.C元件吸濕問題 3-2. 烘烤溫度條件 : 125℃ ± 5℃ , 24 小時。 3-3. 烘烤後，放入適量乾燥劑再密封包裝。 4. MB上之IC原件，Rework 重工前注意事項： 4-1. MB上之I.C元件須重新烘烤,以去除I.C元件吸濕問題 4-2. 烘烤溫度條件 : 100℃, 24 小時。 4-3. 烘烤後，需於4小時內完成重工Rework及重新上板作業。 4-4. 重工後IC之儲存於使用，請參照1 ~ 3 事項。  5.請貴公司將上述 IC 材料儲存及使用管制應注意事項,列入內部的倉儲管理與 SMT 製程 作業管制等作業規範內及確實執行. 謝 謝 !!

5 第 3 章 SMT組裝及PCBA測試要求 3-1. SMT REFLOW PROCESS / 流焊製造程序：
Prepare by Rio Chiang 第 3 章 SMT組裝及PCBA測試要求 3-1. SMT REFLOW PROCESS / 流焊製造程序： 錫膏印刷 (Stencil Printing) 點膠(Dispensing) Optional 置放 (Placement) 迴焊 (Reflow) 3-2. 鋼版(Stencil) 種類與比較： 鋼板種類 製作 時間 成本 板孔形狀 孔壁 Undercut 上錫性 雷射鋼板 快 較貴 較粗糙 較多 較差 化學鋼板 慢 較便宜 較光滑 較少 較佳 3-3. SMT 鋼板: 厚度及開孔尺寸設計及使用要領 (1)開孔尺寸: 必須比PC板上的錫墊尺寸略小 (大約85%)，如此 可壁免因錫膏偏離錫墊(Pad) 0.2mm 就會形成錫 球之不良現象。 (2)理想鋼板孔內品質： ★ 沒有undercut : undercut 在印刷時會阻抗錫膏前進，使印 下去錫膏的形狀不清晰，同時亦減少錫膏量。 ★ 孔壁平滑。 ★ 前中 後寬度相同。 (3)印刷錫膏厚度: 每班/日檢查(防止錫膏厚度不均) (4)鋼板清潔保養: 在每班/日使用前清潔保養，防止鋼板污染及 塞孔及變形問題。

6 3-4. 鋼版印刷的製程參數有： 3-5. SMT 組裝過程注意事項： ★ 刮刀壓力( Squeegee pressure )
Prepare by Rio Chiang 3-4. 鋼版印刷的製程參數有： ★ 刮刀壓力( Squeegee pressure ) ★ 印刷速度( Squeegee speed ) ★ 印刷間隙 / 角度( Snap-off / Angle) ★ 錫膏 ( Solder Paste ) ★ 溫度 ( Temperature ) ★ 常見印刷不良情形： (1) 印刷毛邊：刮刀壓力太大之結果。 (2) 印刷不完整：刮刀不利之結果。 squeeze solder paste stencil pad PCB STENCILLING 3-5. SMT 組裝過程注意事項： 各IC元件腳位尺寸及容許誤差設定輸入正確。 ★ SMD 常用零件： 同軸 超小型 迷你功率 超小 (一個匣) SOP(MFP) 腳距 : 1.27mm 腳距 : 0.65mm VSOP QFP/VQFP 腳距 1mm 0.8mm 0.65mm 0.5mm PLCC/SOJ 裸晶片 COB 多點銲晶片 FFP TAB LCC 模 型 裸 晶 片 (2) 半 導 體 零 件 方形晶片電阻 晶片鉭質電容 積層陶瓷電容 (MLCC) 薄膜電容 其他 晶片電阻 陶瓷電容 晶片形陶瓷振盪器 電阻(排組) 晶片電容(排組) 積層晶片(薄膜形) 鋁電解電容 晶片線圈 繼電器 陶瓷微調 電容 半固定可 變電阻 開關 石英 振盪器 測針 連接器 平 板 型 圓 複 合 異 (1) 被 動 元 件

7 Transformation of Solder Paste in Rweflow
錫膏種類與特性檢查： (1) 錫膏成份: (2) 水洗製程/免洗製程錫膏特性比較: (3) 錫膏特性檢查：FLUX含量, 黏度 以及 顆粒大小與 黏度檢查。 (4) 錫膏需保存4 ~ 8℃之環境，時間不超過3 個月。 (5) 良好錫膏之焊錫性對錫球要求： ★ 愈圓愈好。 ★ 愈小愈均勻愈好。 ★ 氧化層愈薄愈好。 Pad Solder Particles Preheating dripping Melted solder Flow of solder balls Printing Preheating Melting Transformation of Solder Paste in Rweflow

8 BGA solder ball Alloy 63/37 ±5%
(6) Solder Alloy Chart： A Eutectic Alloy is that composition of two or more metals that has one sharp melting point and no plastic range. BGA solder ball Alloy 63/37 ±5% QFP lead Alloy 85/15 ±5% (7) Solder Alloy Curve :

9 3-5-3. PC板翹曲度:規格要求及嚴格進料檢查(可避免QFP/BGA空焊) 。
★ PCB翹曲規格：不超過PCB對角線長度之0.7% (IPC-TM-650)。 ★ PCB 廠商針對不平或變形的PCB，會集中收集統一熱壓平後歸還。 ★ PCB板翹通常與PCB製程較無關係，而與Layout 與 密度關係較大 ，例如 Pad (銅)與PCB Epoxy 熱膨脹係數不同，受熱後散熱速度亦 不同，若Layout 與密度不平均則易造成PCB翹曲。 ★ 若PCB 吸水率超過0.3%，且無烘乾，則會有脫層 (Delamination) 之不良。 　 ★ PCB烘烤溫度：(At least 100℃) (a) 步驟：25℃昇溫至130℃(約40分鐘)  130℃並以重物熱壓烘烤2 小時 降溫25℃(約40分鐘後取出)。 (b)烘烤時亦可加放乾燥劑。(選擇性) (1) 板彎 (2) 板扭 (A) 定義(按IPC-T-50D) ： (a) 板彎 (Bow or Warp)：當正方形或長方形板子，其平坦性已發生變形， 而略成圓柱形 或球曲形但其四角落仍能維持在同一平面上。 (b) 板扭(Twist)：當方形板子，在平行於角對角線的方向上發生變形，其 中已有一角未能落在其他三個板角所構成的平面上。 R1 HIGHT POINT R2 (板後) Percent Bow = (R1-R2) /L*100% (B) 板彎檢驗法： 將樣板的凸面(Covex)朝上平放在大理石平台的基準面上(Datum Surface)，在板子各邊緣的兩端板角處，稍加用力壓在平台上，已數字式高度規治(Dial Indicator)，測出板面隆起的最高數值 R1，重複上述之規定，直到四邊都逐一檢測完畢，再量出版厚R2，(注意R1 與R2兩值都要在底材的表面量取)，而後再用力壓次板子在平台上，並測出邊長L，帶入下式求出板彎的百分比，並記錄四個數值中之最大值為該板子的板彎數據。

10 3-5-4. REFLOW Profile (Alloy Sn63 Pb37) :
Board Temp (C) Time (sec) About 183C About 150C Preheat Zone For 40 ~ 55 sec, Slope =2C/sec Soak Zone Hold at 150C to 183C For 90 ~ 120 sec, Slope =0.5C/sec Reflow Zone Above 183C about 60 to 80 sec. Peak Temperature 220  10C, 10 ~20 sec. Cooling Zone Slope < 4C/sec. Reflow Profile has to calibrate considered from all the different factors in solder paste, component density,mother board layout, material properties and conveyor speed, etc.. REFLOW Profile (Alloy Sn63 Pb37) : REFLOW 各區段簡介與控制： (1) 預烤區(Preheat) & 熔錫加熱區(Soak) : (a) 作用：★ 避免錫膏中的助焊劑成份急速軟化。 ★使助焊劑中揮發物(Solvent) 完全發散。 ★緩和正式加熱時的熱衝擊。 ★促進助焊劑的活化，可清潔pad上以氧化物及髒污。 (b) 影響：★若預烤(溫度、時間)不足，與其正式加熱之間溫差大 ，容易產生因流移而引起旁邊錫球產生，以及因溫度 分佈不均所導致的墓碑效應(Tomb effectiveness) 與 燈蕊效應(Lampwick effectiveness)。 ★若預烤過度，則將引起助焊劑成份的老化以及錫粉的 氧化，進而導致微小錫球或未熔解的情形發生。 ★若熔錫加熱區溫度上昇太急速，溫度分佈將難以均勻 ，容易發生墓碑效應與燈蕊效應。 (2) 迴焊區(Reflow) : 影響：★迴焊區若加熱溫度不足，則由於無法確保充足的熔融 焊錫與 Pad 的接觸時間，很難獲得良好的焊接狀態， 同時由於熔融焊錫內部的助焊劑成份和氣體無法被排 出，因而發生空洞 (Void) 與冷焊(Cold soldering)。 ★迴焊區的Peak Temp. 溫度太高或183℃以上時間拉的 太長，則該熔解的焊錫將被再氧化而導致接合程度減 低等缺陷產生。

11 ★ ICT 測針接觸要求：主要因焊點上佈有妨害之物質造成接觸電阻升
(3) 冷卻區(Cooling) : 影響：★ 焊接部位的冷卻不可緩慢，否則因元件與基板熱容量 有別，將引起溫度分佈不均，焊錫凝固時間的差異將 導致元件位置挪移，熱膨脹率的差異也將使基板彎曲， ，進而有局部應力集中，使該部位的接合度的減低。 ★ 若冷卻速度太慢，也會引起焊錫組之織粗大化，因而 導致接合溫度的減低。 REFLOW 量測方法： Thermocouple can be attached to top surface, edge substrate and middle ball of BGA package. PAD Solder Ball Mother Board Thermocouple (1) PBGA the thermocouple installation Drill pilot hole down through center of pad prior to Reflow. (diameter of hole : 2 to 3mm) Put thermocouple in the center of pad (2) Thermocouple Measure Position (red) 210℃ ~ 220℃ 190℃ ~ 200℃ REFLOW 流焊溫度曲線規格及管制： ★ 須依各機種產品PC板大小及零件密度考量。 ★ SMT 焊接良率決定於REFLOW 溫度適當性。 ★ 注意 QFP / BGA REFLOW 溫度需求之差異。 ★ 定期性REFLOW 溫度實測及持續檢討討焊點良率。 Conveyor Speed / Angle管制。 3-4. PCBA 測試要求： ★ ICT 測針接觸要求：主要因焊點上佈有妨害之物質造成接觸電阻升 高，故測針導通 不良。 而FLUX殘渣為最常見之絕緣物質。 ★ BGA IC功能測試及檢修要求：為提高 BGA檢修速度，在 PCB設 計時，須考慮在BGA腳位拉出線路上設計裸露測試點 ( PAD)。

12 第 4 章 SMT作業不良實例探討 原因 對策 原因 對策 原因 對策 原因 對策
Prepare by Rio Chiang 第 4 章 SMT作業不良實例探討 Case 1 : QFP lead & lead or BGA 錫球與錫球間短路 : 原因 對策 1. 錫膏量太多 (≧ 1mg/mm) ★使用較薄的鋼板 (150μm) ★開孔縮小(85% pad) 2. 印刷不精確 ★將鋼版調準一些 3. 錫膏塌陷 ★修正 Reflow Profile 曲線 4. 刮刀壓力太高 ★降低刮刀壓力 5. 鋼版和電路板間隙太大 ★使用較薄的防焊膜 6. 焊墊設計不當 ★同樣的線路和間距 Case 2 : 有腳的SMD 零件空焊: 原因 對策 1. 零件腳或錫球不平 ★檢查零件腳或錫球之平面度 2. 錫膏量太少 ★增加鋼版厚度和使用較小的開孔 3. 燈蕊效應 ★錫膏先經烘烤作業 4. 零件腳不吃錫 ★零件必需符合吃錫之需求 Case 3 : 無腳的SMD 零件空焊: 原因 對策 1. 銲墊設計不當 ★將錫墊以防焊膜分隔開，尺寸適切 2. 兩端受熱不均 ★同零件的錫墊尺寸都要相同 3. 錫膏量太少 ★增加錫膏量 4. 零件吃錫性不佳 ★零件必需符合吃錫之需求 Case 4 : SMD 零件浮動(漂移): 原因 對策 1. 零件兩端受熱不均 ★錫墊分隔 2. 零件一端吃錫性不佳 ★使用吃錫性較佳的零件 3. Reflow 方式 ★在Reflow 前先預熱到170℃

13 原因 對策 原因 對策 原因 對策 原因 對策 Case 5 : 墓碑 ( Tombstone) 效應:
原因 對策 1. 銲墊設計不當 ★銲墊設計最佳化 2. 零件兩端吃錫性不同 ★較佳的零件吃錫性 3. 零件兩端受熱不均 ★減緩溫度曲線升溫速率 4. 溫度曲線加熱太快 ★在Reflow 前先預熱到170℃ <註>墓碑效應發生有三作用力: 1. 零件的重力使零件向下 2. 零件下方的熔錫也會使零件向下 3. 錫墊上零件外側的熔錫會使零件向上 Case 6 : 冷焊 ( Cold solder joints) : 原因 對策 1. Reflow 溫度太低 ★最低Reflow 溫度215℃ 2. Reflow 時間太短 ★錫膏在熔錫溫度以上至少10秒 3. Pin 吃錫性問題 ★查驗 Pin 吃錫性 4. Pad 吃錫性問題 ★查驗 Pad 吃錫性 <註> 冷焊是焊點未形成合金屬( Intermetallic Layer) 或是焊接物 連接點阻抗較高，焊接物間得剝離強度( Peel Strength ) 太 低，所以容易將零件腳由錫墊拉起。 Case 7 : 粒焊 (Granular solder joints) : 原因 對策 1. Reflow 溫度太低 ★較高的Reflow 溫度(≧215℃) 2. Reflow 時間太短 ★較長的Reflow 時間(＞183℃以上 至少10秒 3. 錫膏污染 ★新的新鮮錫膏 4. PCB 或零件污染 Case 8 : 零件微裂(Cracks in components) : 原因 對策 1. 熱衝擊(Thermal Shock) ★自然冷卻，較小和較薄的零件 2. PCB板翹產生的應力 ★避免PCB彎折，敏感零件的方 零件置放產生的應力 向性，降低置放壓力 3. PCB Lay-out設計不當 ★個別的焊墊，零件長軸與折板 方向平行 4. 錫膏量 ★增加錫膏量，適當的的錫墊