作者：薛廣輝

電子產(chǎn)品制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有幾個趨勢：?高密度、高集成化，此趨勢在穿戴式及便攜式電子產(chǎn)品上體現(xiàn)明顯，如智能手機(jī)、智能手表、手環(huán)、藍(lán)牙耳機(jī)、AR&VR等，均是此趨勢的典型代表；?超精密、傳統(tǒng)PCBA與IC package整合是第二個方向，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制造領(lǐng)域；?第三個方向是大尺寸產(chǎn)品占比上升，如電動汽車電池包數(shù)據(jù)排線生產(chǎn)，80cm長度是常態(tài)，1.2米、1.5米、1.8米、2.25米都有量產(chǎn)。CPU則從傳統(tǒng)的40mmx40mm尺寸擴(kuò)大到80mmx80mm,近年開發(fā)的100mmx100mm的CPU已經(jīng)在試產(chǎn)階段，相信正式登場亮相已時日不遠(yuǎn)矣；?效率提升是生產(chǎn)企業(yè)追求的永恒指標(biāo)之一，特別是板卡類產(chǎn)品，尺寸較小，單板元件數(shù)量有限，印刷機(jī)成為產(chǎn)出的瓶頸工站；…復(fù)合性應(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、穿戴式產(chǎn)品高密度高集成化的發(fā)展趨勢對印刷制程提出了新的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的印刷定位精度及印刷精度一般要求在±25μm，高密度發(fā)展趨勢要求產(chǎn)品使用尺寸更小的元件，從傳統(tǒng)英制的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)下穿戴式產(chǎn)品對公制03015及0201元件的需求已經(jīng)提上日程，下圖是公制0201（英制008004）元件的具體尺寸。由圖可以看出，PCB焊盤尺寸為0.13x0.18, 元件端電極寬度為0.05~0.1mm。對于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，鋼板開孔尺寸80μm，±25μm的偏差就是焊盤尺寸的31.25%，也超出了印刷品質(zhì)的接受范圍。這種高密度、高集成化的發(fā)展趨勢，推動印刷機(jī)定位精度及印刷精度快速提升，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元件在穿戴式產(chǎn)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出新的需求，這也是印刷機(jī)發(fā)展的技術(shù)趨勢所在。行業(yè)為應(yīng)對印刷精度提升的需求，同時對PCB制造技術(shù)、鋼板制造技術(shù)、錫膏制造技術(shù)都提出了新要求。如某品牌智能手機(jī)，為確保錫膏印刷品質(zhì)，規(guī)定PCB只能做兩拼以降低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整合時，傳統(tǒng)的PCBA工藝會受到嚴(yán)重的挑戰(zhàn)，具體體現(xiàn)在以下幾個方面。首先是設(shè)備本身的定位精度與印刷精度，其次是鋼板制造技術(shù)，第三是錫膏制造技術(shù)，第四是微尺寸元件吸取識別貼裝技術(shù)，第五是焊接技術(shù)，第六是測試、裝配技術(shù)。但就印刷制程而言，超微尺寸的精密印刷需要設(shè)備具備高精度的識別定位技術(shù)及精密的運(yùn)動控制技術(shù)，但位置準(zhǔn)確并非獲得良好印刷品質(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印刷制程解析及應(yīng)用》內(nèi)講解了增壓協(xié)助脫膜的制程技術(shù)，感興趣的同仁可以參考。鋼板制造技術(shù)是另一個必須考慮的要素。業(yè)界內(nèi)鋼板厚度最小可以做到25μm，最小的開孔尺寸為25μm方孔，常見的45μm開孔在元件制造技術(shù)中成熟應(yīng)用，圖1超微尺寸鋼板開孔。超微孔鋼板技術(shù)為裸芯片貼裝焊接如Flip chip印刷制程提供了基礎(chǔ)，讓CoB、CoF等工藝在傳統(tǒng)PCBA工廠得以順利執(zhí)行。筆者所知的鋼板制造商具備30μm以上尺寸開孔鋼板制造能力，為微組裝在大陸電子工廠的順利量產(chǎn)提供了有效保證。超微精密印刷制程的另一個配套技術(shù)超微粉錫膏技術(shù)。表1：超微粉錫膏技術(shù)之錫粉粒徑。中國大陸已經(jīng)有量產(chǎn)的10號粉錫膏，是為超精密印刷的另一有力保障。

技術(shù)的發(fā)展總是多元化并極端化，印刷制程的發(fā)展一邊朝向超微超精密發(fā)展，另一端是超大尺寸的產(chǎn)品印刷需求，尤其是汽車電子如電動汽車電池包數(shù)據(jù)排線的生產(chǎn)，長達(dá)2.25米的FPC如何印刷錫膏是另一相反方向的發(fā)展需求。SMT元件貼片技術(shù)只需分段貼裝即可完成超長尺寸產(chǎn)品生產(chǎn)，錫膏印刷制程對于超長尺寸的產(chǎn)品生產(chǎn)有兩個技術(shù)路線：購置超大尺寸設(shè)備滿足印刷制程需求、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，后者效益會更加明顯，而前者會增加設(shè)備占地面積、增加產(chǎn)品傳輸時間、影響設(shè)備印刷精度、影響產(chǎn)品印刷品質(zhì)，早期在部分工廠有使用，當(dāng)下業(yè)界多采用后者方案生產(chǎn)此類超長FPC。

如何提高生產(chǎn)效率是企業(yè)經(jīng)營的永恒話題之一，普通SMT產(chǎn)線瓶頸工站一般落在元件貼裝，但對于單板元件數(shù)量極少的板卡類產(chǎn)品及FPC產(chǎn)品，產(chǎn)品瓶頸工站一般是錫膏印刷。增加拼板數(shù)量是提升生產(chǎn)效率的有效手段，但拼板數(shù)量的增加意味著板子位置尺寸的偏差增大，所以眾多板廠為降低品質(zhì)成本而選擇限制拼板尺寸出貨。這就導(dǎo)致拼板數(shù)量有限，30pcs/Panel的產(chǎn)品，單板兩顆元件，一個Panel元件數(shù)量為60顆，連同進(jìn)出板作業(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)致產(chǎn)線產(chǎn)能損失。業(yè)界同仁為提升此類產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，一直在拼板數(shù)量上下功夫。受制于PCB尺寸偏差及漲縮帶來的影響，增加拼板數(shù)量道路不通，這就要求PCBA業(yè)者提升印刷效率。大部分業(yè)者希望使用載具在印刷機(jī)前人工拼板，如將4panel拼板放置于一個載具上印刷錫膏、元件貼裝焊接，每個載具一次性出120pcs單板。理想很豐滿、現(xiàn)實(shí)很骨感，載具的精度無法保證人工拼板的相對位置精度—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拼板相對位置精度。于是業(yè)界開發(fā)了自動拼板機(jī)，通過設(shè)備的視覺定位系統(tǒng)保證板子在載具上的相對位置精度，載具上只需涂敷耐高溫不干膠即可滿足自動拼板機(jī)作業(yè)需求。自動拼板機(jī)作業(yè)對于廠房空間不受限制的企業(yè)而言可以有效提升印刷制程作業(yè)效率，對于廠房空間有限的大多數(shù)企業(yè)而言，如何讓印刷機(jī)自動拼板才是業(yè)者的真正訴求，這就催生了印刷機(jī)自動拼板技術(shù)，圖3 印刷機(jī)自動拼板技術(shù)。將多塊PCB同時送入印刷機(jī)軌道，通過印刷機(jī)視覺系統(tǒng)識別每塊板停留位置并予以校準(zhǔn)、吸附定位，再完成印刷作業(yè)。此技術(shù)的誕生為PCBA行業(yè)同仁提升生產(chǎn)效率奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

雙面板制程中，第二面生產(chǎn)時底部元件二次回流焊接，焊錫熔化時依靠焊錫表面張力作用保持元件不掉落。元件重量超過焊錫能提供的表面張力時，元件出現(xiàn)掉落現(xiàn)象。對此筆者有專題課程講解如何評估雙面板元件是否存在掉件的風(fēng)險，于此不再贅述。然而總是有些產(chǎn)品設(shè)計時第一面存在超重的元器件， 如變壓器、大尺寸電感等元件，第二面生產(chǎn)時存在重熔掉件的風(fēng)險。傳統(tǒng)的做法是第一面回流爐后派人點(diǎn)紅膠加固，對于企業(yè)而言加人意味著成本增加，為經(jīng)營管理者所不許。部分企業(yè)為應(yīng)對此現(xiàn)象，采用增加一臺點(diǎn)膠機(jī)作業(yè)。半自動點(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；全自動點(diǎn)膠機(jī)一者成本高，二者產(chǎn)線未必有空間預(yù)留給全自動點(diǎn)膠機(jī)架設(shè)。對于多數(shù)產(chǎn)品而言，錫膏印刷不是瓶頸工站，也就是說錫膏印刷工站有充分的時間可以完成其它動作，如點(diǎn)膠加固。圖4 錫膏印刷機(jī)的點(diǎn)膠、點(diǎn)錫膏功能。第一面生產(chǎn)時，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送出印刷機(jī)。此時錫膏板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，回流爐內(nèi)既完成正常焊接、又完成了紅膠固化加固。第二面生產(chǎn)時不再擔(dān)心超重元件的脫落現(xiàn)象出現(xiàn)。而設(shè)備點(diǎn)膠可以精確控制位置及點(diǎn)膠量，既可以保證品質(zhì)，又不增加人工成本及設(shè)備成本。業(yè)者只需在設(shè)備購置時提出此功能需求即可?，F(xiàn)代雙面板制程，許多產(chǎn)品已經(jīng)不再使用波峰焊制程，這樣可以大大縮短產(chǎn)品交期，同時提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)效率、降低企業(yè)的運(yùn)營成本。如手機(jī)、平板電腦、筆記本電腦、手表、手環(huán)、藍(lán)牙耳機(jī)等便攜式電子產(chǎn)品及穿戴式電子產(chǎn)品均不再使用波峰焊制程。為保證接插件、連接器等焊點(diǎn)可靠性，業(yè)界一般采用通孔回流焊替代波峰焊、選擇焊制程。關(guān)于通孔回流焊制程，筆者也有專題課程講解，感興趣的同仁可以另行參考學(xué)習(xí)。通孔回流焊制程中，PCB