In quanto tecnologia centrale utilizzata nel moderno settore della produzione elettronica, nuovi materiali, nuove tecnologie e nuove apparecchiature relative all’assemblaggio SMT (Surface Mount Technology) emergono costantemente, con l’aumento della densità di assemblaggio, il numero di pin in crescita e il passo in diminuzione. Inoltre, un numero sempre maggiore di SMD (Surface Mount Devices) si basa su pin non visibili come tipo di package.
Tutte le modifiche sopra menzionate comportano requisiti più elevati per le ispezioni e le prove applicate inProcesso di assemblaggio SMTe diventa sempre più importante definire le procedure di ispezione e collaudo e scegliere le tecnologie di ispezione durante l’assemblaggio SMT.
Tecnologia di ispezione e collaudo SMT
Durante il processo di assemblaggio SMT, i principali controlli e test solitamente utilizzati includono l’ispezione visiva, l’AOI (Automated Optical Inspection), l’ispezione a raggi X e l’ICT (In-circuit Test).
a. Ispezione visiva
Per quanto riguarda il suo significato letterale, l’ispezione visiva si riferisce al controllo durante il quale il personale determina se la qualità del prodotto è conforme agli standard di produzione direttamente osservando il prodotto target a occhio nudo. L’ispezione visiva è stata ampiamente applicata grazie alla sua praticità operativa e ai bassi costi, mentre la sua esecuzione è strettamente legata all’esperienza e all’atteggiamento lavorativo del personale. Inoltre, non può essere utilizzata per le ispezioni su package 0603 o 0402 e su alcuni componenti a passo fine a causa di limitazioni fisiche. Lungo la linea di produzione SMT, le ispezioni visive vengono solitamente eseguite dopo la stampa della pasta saldante, prima della saldatura a rifusione e dopo la saldatura a rifusione, tra le quali l’ispezione visiva effettuata prima della saldatura a rifusione è di importanza cruciale per garantire la qualità dell’assemblaggio SMT.
b. AOI
Di solito utilizzato subito dopo l’ispezione visiva post-reflow,test AOIviene applicata per evidenziare i difetti mediante l’impiego di una tecnologia di processo ottico ad alta velocità e alta precisione. Quando la macchina AOI è in funzione, la telecamera cattura rapidamente le immagini degli oggetti ispezionati e le confronta con i parametri corretti che sono stati memorizzati nel database, in modo che i difetti del PCB (Printed Circuit Board) vengano individuati e automaticamente contrassegnati sul monitor.
I vantaggi delle apparecchiature AOI includono una programmazione facile da apprendere e operazioni semplici. Tuttavia, l’AOI non può essere utilizzata per le ispezioni strutturali dei componenti con giunti di saldatura non visibili, come ad esempio i BGA (Ball Grid Array). Inoltre, l’AOI non è in grado di rilevare difetti poco evidenti, come l’imbarcamento dei componenti e del PCB.
c. TIC
I dispositivi per l’implementazione dell’ICT includono il flying probe tester e il bed of nails tester e gli oggetti di test sono solitamente moduli che passano attraverso l’assemblaggio SMT. Le prestazioni elettriche dei componenti sul PCB possono essere testate tramite ICT e i difetti includono parti mancanti, parti errate, componenti difettosi, cortocircuiti, circuiti aperti e assemblaggi difettosi, ecc.
d. Ispezione a raggi X
Ispezione a raggi Xviene utilizzato per ispezionare la qualità delle giunzioni di saldatura tramite la scansione sul PCB. La qualità della saldatura può essere chiaramente evidenziata grazie alla penetrazione dei raggi X. Rispetto all’AOI, l’ispezione a raggi X è in grado di mostrare più dimensioni delle giunzioni di saldatura, ma presenta costi più elevati.
Le ispezioni introdotte sopra presentano caratteristiche proprie e devono essere selezionate in modo appropriato in base agli specifici obiettivi da controllare durante l’assemblaggio SMT. L’applicazione combinata di più metodi di ispezione è utile per ridurre i costi di rilavorazione e migliorare la percentuale di conformità.
Impostazioni di posizionamento per l'ispezione SMT
Le ispezioni si svolgono principalmente nelle seguenti fasi durante l’intera procedura di assemblaggio SMT, dall’accettazione delle materie prime al completamento dell’assemblaggio.
a. Ispezione in ingresso prima dell'assemblaggio
La missione principale del controllo in accettazione mira a effettuare il monitoraggio della qualità di tutti i materiali che partecipano all’assemblaggio SMT, inclusi i circuiti stampati nudi (PCB),stencil, componenti, pasta saldante ecc.
b. Ispezione del processo durante l'assemblaggio SMT
L’ispezione del processo durante l’assemblaggio SMT viene utilizzata per testare le prestazioni, analizzare e gestire i difetti, inclusi la stampa della pasta saldante, il posizionamento dei componenti e la saldatura a rifusione.
c. Ispezione del modulo e rilavorazione dopo la saldatura a rifusione
La qualità dell’assemblaggio e la funzionalità dei moduli assemblati vengono ispezionate dopo la saldatura a rifusione e possono essere adottate tempestivamente misure di rilavorazione per eliminare i difetti.
Ispezione in ingresso
L’ispezione in accettazione viene solitamente eseguita a occhio nudo, cioè tramite ispezione visiva, e i suoi oggetti di controllo includono i circuiti stampati nudi (PCB), i componenti e la pasta saldante.
a. Ispezione in ingresso sul circuito stampato nudo
Ispezione delle dimensioni e dell'aspetto
Gli elementi di ispezione delle dimensioni della scheda nuda includono il rapporto d’aspetto, lo spazio e la tolleranza, nonché le dimensioni del bordo del PCB. Il suo aspetto può essere ispezionato dall’addetto al controllo PCB con obiettivi di ispezione che presentano strati interni/esterni diPCB multistratocircuiti stampati monofaccia/doppia faccia e voci di ispezione: aperture, cortocircuiti, graffi, larghezza delle piste, tracciatura e altri difetti.
Ispezione della deformazione
Il metodo di misurazione manuale della deformazione del PCB consiste nel misurare la distanza dal quarto angolo alla superficie del tavolo mentre si premono saldamente gli altri angoli della scheda contro la superficie del tavolo.
Ispezione della saldabilità
L’attenzione dell’ispezione della saldabilità SMT si concentra sui pad e sui fori passanti metallizzati, includendo il test di immersione sul bordo, il test di immersione con rotazione, il test di immersione ad onda e il test delle sfere di saldatura.
Ispezione dei difetti interni
La tecnologia di microsezione è solitamente applicata all’ispezione dei difetti interni dei PCB, con elementi di controllo che comprendono lo spessore del rame con lega stagno-piombo, l’allineamento tra gli strati conduttivi, la laminazione ecc.
b. Ispezione in ingresso dei componenti
In primo luogo, devono essere effettuati controlli in accettazione sui componenti in conformità alle relative norme e regolamenti. Gli elementi relativi all’ispezione dei componenti comprendono i seguenti aspetti: se le prestazioni del componente, le specifiche e l’imballaggio sono conformi ai requisiti dell’ordine, ai requisiti di affidabilità del prodotto, ai requisiti della tecnologia di assemblaggio e delle apparecchiature di assemblaggio, nonché ai requisiti di stoccaggio. Oltre alle suddette ispezioni generali, devono essere controllate la coplanarità dei terminali e lo spessore dello strato di rivestimento dei terminali per garantire che siano compatibili con i requisiti tecnologici e in grado di resistere a 10 cicli di riscaldamento.
c. Ispezione in ingresso della pasta saldante
La pasta saldante qualificata dovrebbe avere una percentuale di metallo compresa tra l’85% e il 92%, una resistenza di polimerizzazione del giunto di saldatura conforme ai requisiti e un’adesione compresa tra 200 Pa·s e 800 Pa·s, ecc.
Ispezione in-process
La produzione di assemblaggi SMT copre principalmente le seguenti fasi: stampa della pasta saldante, montaggio dei componenti e saldatura a rifusione. Per migliorare la percentuale di prodotti conformi, è necessario effettuare ispezioni durante l’intero processo di produzione degli assemblaggi SMT. Di conseguenza, il controllo qualità deve essere eseguito dopo ogni fase significativa, in modo che i difetti verificatisi nella fase precedente possano essere individuati tempestivamente, evitando che prodotti non conformi entrino nella fase successiva.
a. Ispezione della stampa della pasta saldante
Gli standard di ispezione per la stampa della pasta saldante includono i seguenti aspetti:
•La pasta saldante deve essere stampata in modo uniforme;
•L'immagine della pasta saldante deve essere allineata con il pad sia in dimensione che in forma;
•La quantità e lo spessore della pasta saldante devono essere conformi ai requisiti;
•La pasta saldante deve essere modellata senza collassi o crepe;
• L'area del pad coperta dalla pasta saldante deve essere conforme allo standard.
b. Ispezione del montaggio del chip
I difetti di montaggio dei chip includono posizionamento errato, parti mancanti, eccesso di colla, errore dei componenti, direzione sbagliata, sollevamento e rotazione. Non appena si verificano i suddetti difetti, è necessario modificare tempestivamente i parametri corrispondenti per ottenere un risultato di montaggio dei chip ideale.
c. Ispezione della saldatura a rifusione
I difetti di saldatura che si verificano frequentemente includono tombstone, saldatura insufficiente, ossidazione, saldatura con vuoti, palline di saldatura, saldatura fredda ecc. Tombstone si riferisce al fenomeno per cui i componenti restano in piedi dopo la saldatura; saldatura insufficiente si riferisce al fenomeno per cui lo spessore della pasta saldante è inferiore a un quarto dello spessore del componente; ossidazione si riferisce al fenomeno per cui la forma della pasta saldante è irregolare; saldatura con vuoti si riferisce al fenomeno per cui non c’è pasta saldante tra il componente e il pad; palline di saldatura si riferisce a piccole o irregolari palline di saldatura formate dalla fusione della lega saldante nel processo disaldatura a rifusione; la saldatura fredda si riferisce al fenomeno in cui non si genera un IMC affidabile tra la superficie di saldatura e il pad e, una volta applicata una forza esterna, i componenti potrebbero allentarsi.
Ispezione e Rilavorazione del Prodotto
a. Ispezione del prodotto
Dopo il completamento della produzione con assemblaggio SMT, il prodotto qualificato entrerà nella fase di test successiva: ICT e test funzionale.
Finora, l’apparecchiatura ICT comunemente utilizzata è il tester a sonde volanti, che si affida alle sonde per sostituire il fissaggio a chiodi del tester a letto di chiodi. Il test viene eseguito tramite sonde ad alta velocità in movimento e la procedura di test può essere acquisita direttamente tramite software CAD. Durante il funzionamento del tester a sonde volanti, la connessione elettrica tra i componenti e la scheda viene verificata in base alle posizioni di coordinate, con posizioni specifiche contrassegnate, in modo che tutti i tipi di difetti invisibili possano essere individuati con precisione.
Dopo l’ICT si esegue il collaudo funzionale, utilizzato per valutare l’intero sistema e garantire che sia in grado di implementare tutti i tipi di funzioni in conformità con gli obiettivi di progettazione. Durante il processo di collaudo funzionale, si forniscono alimentazione e segnali di ingresso ad alcuni moduli funzionali sul prodotto assemblato per verificare se i segnali di uscita possono raggiungere gli indici funzionali o per osservare determinate funzioni.
b. Rielaborazione
Il rework prevede due tipologie quando si tratta di moduli non qualificati: rework manuale e rework a stazione. Il rework manuale richiede requisiti decisamente elevati per quanto riguarda gli strumenti di rework e il livello operativo del personale addetto al rework. Quando si tratta di rework su PCB con alta densità di componenti comeQFP o BGA, di solito si utilizza una stazione di rilavorazione professionale.
Rilavorazione di componenti a chip
I difetti di saldatura dei componenti a chip di solito includono effetto tombstone, insufficiente pasta saldante, cortocircuiti, spostamenti, crepe, ecc. I componenti affetti da difetto di tipo tombstone devono essere rimossi con il saldatore elettrico e poi risaldati. I componenti con pasta saldante insufficiente devono essere riparati integrando la pasta saldante con il saldatore elettrico. I componenti affetti da cortocircuiti devono essere separati mediante l’uso del saldatore elettrico, mentre quelli con crepe devono essere sostituiti.
Rilavorazione di componenti IC
I difetti di saldatura dei componenti IC di solito includono cortocircuiti (bridging), mancanza di stagno e disallineamento. I cortocircuiti possono essere eliminati utilizzando un saldatore elettrico per separarli; la quantità insufficiente di pasta saldante può essere risolta integrando altra pasta saldante; i componenti IC che presentano un forte disallineamento devono essere rimossi e risaldati manualmente.
La produzione di elettronica ha registrato una significativa espansione, in particolare nell’assemblaggio SMT di componenti elettronici, che richiede materiali e tecniche innovative per gestire le densità di montaggio e i problemi di pin non visibili. L’applicazione di tecnologie di ispezione avanzate come l’ispezione visiva, l’AOI, l’ispezione a raggi X e l’ICT è fondamentale. Questi strumenti forniscono un monitoraggio essenziale durante il processo SMT, dall’ispezione iniziale dei materiali fino al collaudo finale del prodotto, per ridurre al minimo i difetti e garantire un’affidabilità ottimale del prodotto.
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