作者：薛廣輝

電子産品製造産業(yè)的髮展有幾箇趨勢：?高密度、高集成化，此趨勢在穿戴式及便攜式電子産品上體現(xiàn)明顯，如智能手機(jī)、智能手錶、手環(huán)、藍(lán)牙耳機(jī)、AR&VR等，均是此趨勢的典型代錶；?超精密、傳統(tǒng)PCBA與IC package整閤是第二箇方曏，近年部分企業(yè)跨入裸芯片貼裝焊接（chip on board）、倒裝芯片焊接、SiP製造領(lǐng)域；?第三箇方曏是大尺寸産品佔(zhàn)比上陞，如電動(dòng)汽車電池包數(shù)據(jù)排線生産，80cm長度是常態(tài)，1.2米、1.5米、1.8米、2.25米都有量産。CPU則從傳統(tǒng)的40mmx40mm尺寸擴(kuò)大到80mmx80mm,近年開髮的100mmx100mm的CPU已經(jīng)在試産階段，相信正式登場亮相已時(shí)日不遠(yuǎn)矣；?效率提陞是生産企業(yè)追求的永恆指標(biāo)之一，特彆是闆卡類産品，尺寸較小，單闆元件數(shù)量有限，印刷機(jī)成爲(wèi)産齣的瓶頸工站；…複閤性應(yīng)用需求，如局部加錫、局部點(diǎn)膠加固等特殊需求。筆者將以上需求趨勢整理如下，以饗讀者。

便攜式、穿戴式産品高密度高集成化的髮展趨勢對印刷製程提齣瞭新的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的印刷定位精度及印刷精度一般要求在±25μm，高密度髮展趨勢要求産品使用尺寸更小的元件，從傳統(tǒng)英製的0603-0402-0201一直縮小到01005，當(dāng)下的智能手機(jī)，01005元件的使用已是標(biāo)配; BTB連接器、BGA等元器件Pitch從0.5mm-0.4mm縮減到0.35mm、0.3mm；當(dāng)下穿戴式産品對公製03015及0201元件的需求已經(jīng)提上日程，下圖是公製0201（英製008004）元件的具體尺寸。由圖可以看齣，PCB焊盤尺寸爲(wèi)0.13x0.18, 元件端電極寬度爲(wèi)0.05~0.1mm。對於50μm的端電極寬度，±25μm就是端電極寬度的50%，會直接影響到焊接品質(zhì)。Pitch 0.15mm的裸芯片貼裝，鋼闆開孔尺寸80μm，±25μm的偏差就是焊盤尺寸的31.25%，也超齣瞭印刷品質(zhì)的接受範(fàn)圍。這種高密度、高集成化的髮展趨勢，推動(dòng)印刷機(jī)定位精度及印刷精度快速提陞，當(dāng)下印刷機(jī)定位精度可達(dá)±7μm, 實(shí)際印刷精度±10μm. 隨著008004元件在穿戴式産品應(yīng)用的推進(jìn)、裸芯片Pitch 0.15mm的直接貼裝焊接，超精密印刷技術(shù)對印刷機(jī)定位精度及印刷精度提齣新的需求，這也是印刷機(jī)髮展的技術(shù)趨勢所在。行業(yè)爲(wèi)應(yīng)對印刷精度提陞的需求，衕時(shí)對PCB製造技術(shù)、鋼闆製造技術(shù)、錫膏製造技術(shù)都提齣瞭新要求。如某品牌智能手機(jī)，爲(wèi)確保錫膏印刷品質(zhì)，規(guī)定PCB隻能做兩拚以降低PCB尺寸偏差帶來的印刷偏移，其本質(zhì)是犧牲效率保品質(zhì)。

當(dāng)IC package與PCBA整閤時(shí)，傳統(tǒng)的PCBA工藝會受到嚴(yán)重的挑戰(zhàn)，具體體現(xiàn)在以下幾箇方麵。首先是設(shè)備本身的定位精度與印刷精度，其次是鋼闆製造技術(shù)，第三是錫膏製造技術(shù)，第四是微尺寸元件吸取識彆貼裝技術(shù)，第五是焊接技術(shù)，第六是測試、裝配技術(shù)。但就印刷製程而言，超微尺寸的精密印刷需要設(shè)備具備高精度的識彆定位技術(shù)及精密的運(yùn)動(dòng)控製技術(shù)，但位置準(zhǔn)確併非穫得良好印刷品質(zhì)的唯一條件。超微孔內(nèi)的焊料如何脫膜是不得不考慮的因素，增壓脫膜技術(shù)、擠壓印刷技術(shù)等都是先進(jìn)印刷設(shè)備必備的能力。筆者曾有篇文章《Reel to Reel印刷製程解析及應(yīng)用》內(nèi)講解瞭增壓協(xié)助脫膜的製程技術(shù)，感興趣的衕仁可以蔘考。鋼闆製造技術(shù)是另一箇必鬚考慮的要素。業(yè)界內(nèi)鋼闆厚度最小可以做到25μm，最小的開孔尺寸爲(wèi)25μm方孔，常見的45μm開孔在元件製造技術(shù)中成熟應(yīng)用，圖1超微尺寸鋼闆開孔。超微孔鋼闆技術(shù)爲(wèi)裸芯片貼裝焊接如Flip chip印刷製程提供瞭基礎(chǔ)，讓CoB、CoF等工藝在傳統(tǒng)PCBA工廠得以順利執(zhí)行。筆者所知的鋼闆製造商具備30μm以上尺寸開孔鋼闆製造能力，爲(wèi)微組裝在大陸電子工廠的順利量産提供瞭有效保證。超微精密印刷製程的另一箇配套技術(shù)超微粉錫膏技術(shù)。錶1：超微粉錫膏技術(shù)之錫粉粒徑。中國大陸已經(jīng)有量産的10號粉錫膏，是爲(wèi)超精密印刷的另一有力保障。

技術(shù)的髮展總是多元化併極端化，印刷製程的髮展一邊朝曏超微超精密髮展，另一端是超大尺寸的産品印刷需求，尤其是汽車電子如電動(dòng)汽車電池包數(shù)據(jù)排線的生産，長達(dá)2.25米的FPC如何印刷錫膏是另一相反方曏的髮展需求。SMT元件貼片技術(shù)隻需分段貼裝卽可完成超長尺寸産品生産，錫膏印刷製程對於超長尺寸的産品生産有兩箇技術(shù)路線：購置超大尺寸設(shè)備滿足印刷製程需求、使用治工具收納部分FPC以完成錫膏印刷，圖2-2.25米FPC印刷治具。當(dāng)前兩種方案均有在業(yè)界內(nèi)使用，總體看，後者效益會更加明顯，而前者會增加設(shè)備佔(zhàn)地麵積、增加産品傳輸時(shí)間、影響設(shè)備印刷精度、影響産品印刷品質(zhì)，早期在部分工廠有使用，當(dāng)下業(yè)界多採用後者方案生産此類超長FPC。

如何提高生産效率是企業(yè)經(jīng)營的永恆話題之一，普通SMT産線瓶頸工站一般落在元件貼裝，但對於單闆元件數(shù)量極少的闆卡類産品及FPC産品，産品瓶頸工站一般是錫膏印刷。增加拚闆數(shù)量是提陞生産效率的有效手段，但拚闆數(shù)量的增加意味著闆子位置尺寸的偏差增大，所以衆(zhòng)多闆廠爲(wèi)降低品質(zhì)成本而選擇限製拚闆尺寸齣貨。這就導(dǎo)緻拚闆數(shù)量有限，30pcs/Panel的産品，單闆兩顆元件，一箇Panel元件數(shù)量爲(wèi)60顆，連衕進(jìn)齣闆作業(yè)，貼片機(jī)整體Cycle time不超過6秒，印刷機(jī)極限工作Cycle time 15秒，這巨大的節(jié)拍差異導(dǎo)緻産線産能損失。業(yè)界衕仁爲(wèi)提陞此類産品的生産效率，一直在拚闆數(shù)量上下功夫。受製於PCB尺寸偏差及漲縮帶來的影響，增加拚闆數(shù)量道路不通，這就要求PCBA業(yè)者提陞印刷效率。大部分業(yè)者希望使用載具在印刷機(jī)前人工拚闆，如將4panel拚闆放置於一箇載具上印刷錫膏、元件貼裝焊接，每箇載具一次性齣120pcs單闆。理想很豐滿、現(xiàn)實(shí)很骨感，載具的精度無法保證人工拚闆的相對位置精度—定位柱尺寸太大，人工無法作業(yè)；定位柱尺寸太小無法保證拚闆相對位置精度。於是業(yè)界開髮瞭自動(dòng)拚闆機(jī)，通過設(shè)備的視覺定位繫統(tǒng)保證闆子在載具上的相對位置精度，載具上隻需塗敷耐高溫不榦膠卽可滿足自動(dòng)拚闆機(jī)作業(yè)需求。自動(dòng)拚闆機(jī)作業(yè)對於廠房空間不受限製的企業(yè)而言可以有效提陞印刷製程作業(yè)效率，對於廠房空間有限的大多數(shù)企業(yè)而言，如何讓印刷機(jī)自動(dòng)拚闆纔是業(yè)者的真正訴求，這就催生瞭印刷機(jī)自動(dòng)拚闆技術(shù)，圖3 印刷機(jī)自動(dòng)拚闆技術(shù)。將多塊PCB衕時(shí)送入印刷機(jī)軌道，通過印刷機(jī)視覺繫統(tǒng)識彆每塊闆停留位置併予以校準(zhǔn)、吸附定位，再完成印刷作業(yè)。此技術(shù)的誕生爲(wèi)PCBA行業(yè)衕仁提陞生産效率奠定瞭技術(shù)基礎(chǔ)。

雙麵闆製程中，第二麵生産時(shí)底部元件二次迴流焊接，焊錫熔化時(shí)依靠焊錫錶麵張力作用保持元件不掉落。元件重量超過焊錫能提供的錶麵張力時(shí)，元件齣現(xiàn)掉落現(xiàn)象。對此筆者有專題課程講解如何評估雙麵闆元件是否存在掉件的風(fēng)險(xiǎn)，於此不再贅述。然而總是有些産品設(shè)計(jì)時(shí)第一麵存在超重的元器件， 如變壓器、大尺寸電感等元件，第二麵生産時(shí)存在重熔掉件的風(fēng)險(xiǎn)。傳統(tǒng)的做法是第一麵迴流爐後派人點(diǎn)紅膠加固，對於企業(yè)而言加人意味著成本增加，爲(wèi)經(jīng)營管理者所不許。部分企業(yè)爲(wèi)應(yīng)對此現(xiàn)象，採用增加一颱點(diǎn)膠機(jī)作業(yè)。半自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)仍需要人工操作，設(shè)備成本雖然不高，但人工成本跑不掉；全自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)一者成本高，二者産線未必有空間預(yù)留給全自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)架設(shè)。對於多數(shù)産品而言，錫膏印刷不是瓶頸工站，也就是説錫膏印刷工站有充分的時(shí)間可以完成其牠動(dòng)作，如點(diǎn)膠加固。圖4 錫膏印刷機(jī)的點(diǎn)膠、點(diǎn)錫膏功能。第一麵生産時(shí)，印刷機(jī)正常完成錫膏印刷作業(yè)；安裝有點(diǎn)膠裝置的視覺頭部，對指定位置點(diǎn)膠，再將PCB送齣印刷機(jī)。此時(shí)錫膏闆上不但有印刷的正常錫膏，還有指定位置的紅膠，貼片機(jī)正常貼裝元件，迴流爐內(nèi)旣完成正常焊接、又完成瞭紅膠固化加固。第二麵生産時(shí)不再擔(dān)心超重元件的脫落現(xiàn)象齣現(xiàn)。而設(shè)備點(diǎn)膠可以精確控製位置及點(diǎn)膠量，旣可以保證品質(zhì)，又不增加人工成本及設(shè)備成本。業(yè)者隻需在設(shè)備購置時(shí)提齣此功能需求卽可。現(xiàn)代雙麵闆製程，許多産品已經(jīng)不再使用波峰焊製程，這樣可以大大縮短産品交期，衕時(shí)提高瞭産品的生産效率、降低企業(yè)的運(yùn)營成本。如手機(jī)、平闆電腦、筆記本電腦、手錶、手環(huán)、藍(lán)牙耳機(jī)等便攜式電子産品及穿戴式電子産品均不再使用波峰焊製程。爲(wèi)保證接插件、連接器等焊點(diǎn)可靠性，業(yè)界一般採用通孔迴流焊替代波峰焊、選擇焊製程。關(guān)於通孔迴流焊製程，筆者也有專題課程講解，感興趣的衕仁可以另行蔘考學(xué)習(xí)。通孔迴流焊製程中，PCB