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博弈的艺术 AMD RYZEN 7锐龙处理器深度测试
博弈的艺术 AMD RYZEN 7锐龙处理器深度测试
编者按：作为AMD粉丝精神领袖，Pro-A大师在本文约稿时就宣称：别人会写的内容，我不写。别人跑过的测试，我不跑。别人写透写明白的内容，我不写。于是有了本文。
只要你稍微关注PC硬件的发展，就不难发现关于AMD翻身作主的论调时不时就会出现。这样论调出现的时候，往往还伴随AMD即将问世新品的各种谣言。从桑德斯时代开始，AMD就从未停止过对Intel的挑战。尽管几十年的争夺并没有让AMD占据上风，但在RYZEN发布这个重要时刻，我们依然有必要回顾RYZEN的前世今生，向处理器行业的孤胆枪手致敬。
从K7到RYZEN 永不妥协的博弈
1999，速龙初试
作为曾经Intel的代工厂，AMD真正独立自助获得完整的CPU架构是从K7开始的。在此之前，486DX、5X86、K6、K6-2等产品都采用了和Intel一致的前端总线以及CPU插槽。
由于Intel在奔腾2处理器上引入了Slot 1插槽并完全封闭了前端总线设计，迫使AMD第一次从头开始设计一款CPU。在这样的情况下由DEC Alpha 21264架构衍生而来的K7横空出世。AMD将K7处理器命名为了Athlon，由此拉开了速龙品牌长达10年的生命周期。
在K7上，AMD直接沿用了来自DEC Alpha 21264架构的EV6总线，并且使用了0.25微米工艺。首发代号Pluto的Athlon处理器第一次在综合性能上全面超越初代奔腾3处理器。AMD Athlon的异军突起并没有完全撼动英特尔王朝，但在两强争夺下Cyrix、IDT、全美达等纷纷成为炮灰，直接导致x86处理器进入了两强争霸时代。
“在芯片设计的核心技术上，我们同英特尔旗鼓相当。“——AMD时任CEO杰里·桑德斯（Jerry Sanders）
2003，大锤崛起
通过K7，AMD第一次获得了完整的CPU架构和总线设计经验。到了K7的继任者K8上，AMD显然需要更进一步。尽管代号Hammer（大锤）的K8处理器在微架构上与K7一脉相承，但却突破性的将内存控制器放在了CPU内部，直接消除了前端总线瓶颈。而X86-64的引入，也让X86的4GB内存寻址瓶颈之争尘埃落定。
在K8身上，AMD充分展现了以小博大的智慧——通过极低成本的方式在x86平台上引入了64位支持，彻底堵死了英特尔IA-64安腾的桌面征途。同时K8桌面处理器Athlon64还将对手Intel Pentium 4处理器逼向了死角。由于Intel 90纳米工艺撞墙，Pentium 4处理器止步于4GHz，最终未能取得对Athlon 64的胜利。时任Intel CEO的贝瑞特也被迫下跪道歉。
时至今日，包括Windows在内的许多软件都对X86实现64位支持的方法统称为AMD64或X64，而不是Intel被迫跟进的EM64T。K8处理器的大获成功也让AMD从2003年起进入了前所未有的鼎盛时期。
“回首过去5年，计算领域的每一项重大创新都来自AMD，没有一项来自英特尔。”——AMD时任CEO鲁毅智 (Hector Ruiz)
2006，收购冶天
一旦你在某个业务上获得成功，最简单的方法是复制这种成功到其他领域。Intel在很早以前就拥有了图形芯片设计和制造能力，在NVIDIA诞生以前，Intel i740图形芯片甚至一度称霸市场。直到今天，Intel依然牢牢占据图形芯片市场70%以上的份额。
在K8获得成功之后，Intel开始通过Core 2 Duo处理器扭转战局。此时的AMD认为除了处理器，图形芯片的设计制造整合能力也至关重要。日AMD斥资54亿美元收购了ATI冶天科技，由此获得了高端GPU、集成图形核心IGP，移动GPU的设计和生产能力。并迅速推出了集成显卡的AMD K8主板芯片组Radeon IGP。
小说中盖茨比最终无法赢取白富美，短暂辉煌的AMD迅速遭遇了Intel Core 2 Duo、Intel Core 2 Quad的反扑，CPU、GPU制霸梦想也随之破灭。更要命的是，收购ATI带来的巨额投资很快会遭遇报应，让AMD跌入深渊。
“我们已经是这个领域名副其实的领导者。”——ATI冶天科技创始人、前董事长、CEO何国源
2009，断臂求生
K7开始自力更生，K8翻身作主，收购ATi获得GPU设计制造能力，但挑战者AMD的营收依然远不日老对手英特尔。收购ATI的54亿美元几乎耗尽了K7、K8竞争优势积攒下来的家底。随后AMD遭遇了英特尔全方位的产品反扑和价格战。AMD股票遭遇了断崖式下跌——AMD股票价格从日的40.54美元下跌到了日的2.03元，股市的剧烈波动迫使AMD断臂求生。
日，在AMD股价达到历史最低点的一个月后，时任AMD CEO的鲁毅智依然决定将旗下的晶圆制造厂卖给阿布扎比先进技术投资公司（
，Advanced Technology Investment Company）。ATIC买下AMD晶圆厂之后，将其命名为GLOBAL FOUNDRIES（格罗方德）。至此，AMD创始人，号称硅谷牛仔的桑德斯再也无法自豪的宣称有Fab才算真男人了。
在出售Fab同时，AMD还将旗下移动图形芯片业务Imageon出售给了高通公司，随后高通在Imageon基础上拿出了第一代Adreno GPU。时至今日高通Adreno GPU已经制霸了移动市场，市场规模远超x86 CPU。
在断臂求生的同时，AMD在CPU研发上也开始畏首畏脚。曾经代号K8L的CPU被AMD强行更改代号为K10。并在最后的又更名为AMD 10h（第10代处理器架构）。尽管最终奕龙Phenom相对Ahtlon64处理器有不少提升，但随后还是被英特尔代号Nehalem的Core i7处理器打得满地找牙。被AMD寄予厚望的融合CPU和GPU的FUSION计划，也因为Intel凭借海量生产能力买处理器送内置GPU的策略彻底破产。从2009年开始，AMD被迫不断收缩，将中端以上处理器市场拱手相让。究竟没有没比卖掉Fab和Imageon更好的求生之道？收购ATI是不是真的打开了潘多拉魔盒？至今依然争议不断。
“如果和阿布扎比的交易没有成功，AMD就无法生存下来。” ——AMD时任CEO鲁毅智(Hector Ruiz)
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话说华擎的x370 killer的bios里没有关闭smt的选收藏
找半天都没找到？谁用了这个主板找到了这个选项吗？
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SMT MODE 是干嘛的？
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就是表面组装技术（表面贴装技术）（Surface Mounted 的缩写），是目前组装行业里最流行的一种技术和工艺。
组装密度高、产品体积小、重量轻，的体积和重量只有传统插装元件的1/10左右，一般采用之后，电子产品体积缩小40%~60%，重量减轻60%~80%。
　　可靠性高、抗振能力强。焊点缺陷率低。
　　高频特性好。减少了电磁和射频干扰。
易于实现自动化，提高生产效率。降低成本达30%~50%。 节省材料、能源、设备、人力、时间等。
SMT常用知识
&&& 1 .一般来说,SMT车间规定的温度为25±3℃。
　　2. 锡膏印刷时,所需准备的材料及锡膏、钢板、刮刀、擦拭纸、无尘纸、清洗剂、搅拌刀。
　　3. 一般常用的锡膏合金成份为Sn/Pb合金,且合金比例为63/37。
　　4. 锡膏中主要成份分为两大部分锡粉和助焊剂。
　　5. 助焊剂在焊接中的主要作用是去除氧化物、破坏融锡表面张力、防止再度氧化。
　　6. 锡膏中锡粉颗粒与Flux(助焊剂)的体积之比约为1:1, 重量之比约为9:1。
　　7. 锡膏的取用原则是先进先出。
　　8. 锡膏在开封使用时,须经过两个重要的过程回温、搅拌。
　　9. 钢板常见的制作方法为：蚀刻、激光、电铸。
　　10. SMT的全称是Surface mount(或mounting) technology,中文意思为表面粘着（或贴装）技术。
　　11. ESD的全称是Electro-static discharge, 中文意思为静电放电。
　　12. 制作SMT设备程序时, 程序中包括五大部分, 此五部分为CB M F N
　　13. 无铅焊锡Sn/Ag/Cu 96.5/3.0/0.5的熔点为 217C。
　　14. 的管制相对温湿度为 & 10%。
　　15. 常用的被动(Passive Devices)有：、电容、点感（或二极体）等；主动元器件(Active Devices)有：电晶体、IC等。
　　16. 常用的SMT钢板的材质为不锈钢。
　　17. 常用的SMT钢板的厚度为0.15mm(或0.12mm)。
　　18. 静电电荷产生的种类有摩擦、分离、感应、静电传导等；静电电荷对工业的影响为：ESD失效、静电污染；静电消除的三种原理为静电中和、接地、屏蔽。
　　19. 英制尺寸长x宽inch*0.03inch，公制尺寸长x宽mm*1.6mm。
　　20. ERB-0码“4”表示为4个回路,阻值为56欧姆。电容ECA-0105Y-M31容值为C=106PF=1NF =1X10-6F。
　　21. ECN中文全称为：工程变更通知单；SWR中文全称为：特殊需求工作单，必须由各相关部门会签, 文件中心分发, 方为有效。
　　22. 5S的具体内容为整理、整顿、清扫、清洁、素养。
　　23. PCB真空包装的目的是防尘及防潮。
　　24. 品质政策为：全面品管、贯彻制度、提供客户需求的品质；全员参与、及时处理、以达成零缺点的目标。
　　25. 品质三不政策为：不接受不良品、不制造不良品、不流出不良品。
　　26. QC七大手法中鱼骨查原因中4M1H分别是指（中文）: 人、机器、物料、方法、环境。
　　27. 锡膏的成份包含：金属粉末、溶济、助焊剂、抗垂流剂、活性剂；按重量分，金属粉末占85-92%，按体积分金属粉末占50%；其中金属粉末主要成份为锡和铅, 比例为63/37，熔点为183℃。
　　28. 锡膏使用时必须从冰箱中取出回温, 目的是：让冷藏的锡膏温度回复常温，以利印刷。如果不回温则在进Reflow后易产生的不良为锡珠。
　　29. 机器之文件供给模式有：准备模式、优先交换模式、交换模式和速接模式。
　　30. SMT的PCB定位方式有：真空定位、机械孔定位、双边夹定位及板边定位。
　　31. 丝印（符号）为272的电阻，阻值为 2700Ω，阻值为4.8MΩ的电阻的符号（丝印）为485。
　　32. 本体上的丝印包含厂商、厂商料号、规格和Datecode/(Lot No)等信息。
　　33. 208pinQFP的pitch为0.5mm。
　　34. QC七大手法中, 鱼骨图强调寻找因果关系;
　　35. CPK指: 目前实际状况下的制程能力;
　　36. 助焊剂在恒温区开始挥发进行化学清洗动作;
　　37. 理想的冷却区曲线和回流区曲线镜像关系;
　　38. Sn62Pb36Ag2之焊锡膏主要试用于;
　　39. 以松香为主的助焊剂可分四种: R、RA、RSA、RMA;
　　40. RSS曲线为升温→恒温→回流→冷却曲线;
　　41. 我们现使用的PCB材质为FR-4;
　　42. PCB翘曲规格不超过其对角线的0.7%;
　　43. STENCIL制作激光切割是可以再重工的方法;
　　44. 目前计算机上常用的BGA球径为0.76
　　45. ABS系统为绝对坐标;
　　46. 陶瓷芯片电容ECA-0105Y-K31误差为±10%;
　　47. 目前使用的计算机的PCB, 其材质为: 玻纤板;
　　48. SMT零件包装其卷带式盘直径为13寸、7寸;
　　49. SMT一般钢板开孔要比PCB PAD小4um可以防止不良之现象;
　　50. 按照《PCBA检验规范》当二面角＞90度时表示锡膏与波焊体无附着性;
　　51. IC拆包后湿度显示卡上湿度在大于30%的情况下表示IC受潮且吸湿;
　　52. 锡膏成份中锡粉与助焊剂的重量比和体积比正确的是90%:10% ,50%:50%;
　　53. 早期之表面粘装技术源自于20世纪60年代中期之军用及航空电子领域;
　　54. 目前SMT最常使用的焊锡膏Sn和Pb的含量各为: 63Sn+37Pb;
　　55. 常见的带宽为8mm的纸带料盘送料间距为4
　　56. 在20世纪70年代早期,业界中新出现一种SMD, 为“密封式无脚芯片载体”, 常以HCC简代之;
　　57. 符号为272之组件的阻值应为2.7K欧姆;
　　58. 100NF组件的容值与0.10uf相同;
　　59. 63Sn+37Pb之共晶点为183℃;
　　60. SMT使用量最大的电子零件材质是陶瓷;
　　61. 回焊炉温度曲线其曲线最高温度215C最适宜;
　　62. 锡炉检验时，锡炉的温度245℃较合适;
　　63. 钢板的开孔型式方形、三角形、圆形,星形,本磊形;
　　64. SMT段排阻有无方向性无;
　　65. 目前市面上售之锡膏，实际只有4小时的粘性时间;
　　66. SMT设备一般使用之额定气压为5KG/cm2;
　　67. SMT零件维修的工具有：烙铁、热风拔取器、吸锡枪、;
　　68. QC分为：IQC、IPQC、.FQC、OQC;
　　69. 高速贴片机可贴装电阻、电容、 IC、;
　　70. 静电的特点：小电流、受湿度影响较大;
　　71. 正面PTH, 反面SMT过锡炉时使用何种焊接方式扰流双波焊;
　　72. SMT常见之检验方法: 目视检验、X光检验、机器视觉检验
　　73. 修理零件热传导方式为传导+对流;
　　74. 目前BGA材料其锡球的主要成Sn90 Pb10;
　　75. 钢板的制作方法雷射切割、电铸法、化学蚀刻;
　　76. 迥焊炉的温度按: 利用测温器量出适用之温度;
　　77. 迥焊炉之SMT半成品于出口时其焊接状况是零件固定于PCB上;
　　78. 现代质量管理发展的历程TQC-TQA-TQM;
　　79. ICT测试是针床测试;
　　80. ICT之测试能测电子零件采用静态测试;
　　81. 焊锡特性是融点比其它金属低、物理性能满足焊接条件、低温时流动性比其它金属好;
　　82. 迥焊炉零件更换制程条件变更要重新测量测度曲线;
　　83. 西门子80F/S属于较电子式控制传动;
　　84. 锡膏是利用Laser光测: 锡膏度、锡膏厚度、锡膏印出之宽度;
　　85. SMT零件供料方式有振动式供料器、盘状供料器、卷带式供料器;
　　86. SMT设备运用哪些机构: 凸轮机构、边杆机构、螺杆机构、滑动机构;
　　87. 目检段若无法确认则需依照何项作业BOM、厂商确认、样品板;
　　88. 若零件包装方式为12w8P, 则Pinth尺寸须调整每次进8
　　89. 迥的种类: 热风式迥焊炉、氮气迥焊炉、laser迥焊炉、红外线迥焊炉;
　　90. SMT零件样品试作可采用的方法：流线式生产、手印机器贴装、手印手贴装;
　　91. 常用的MARK形状有：圆形,“十”字形、正方形,菱形,三角形,万字形;
　　92. SMT段因Reflow Profile设置不当, 可能造成零件微裂的是预热区、冷却区;
　　93. SMT段零件两端受热不均匀易造成：空焊、偏位、墓碑;
　　94. 高速机与泛用机的Cycle time应尽量均衡;
　　95. 品质的真意就是第一次就做好;
　　96. 贴片机应先贴小零件，后贴大零件;
　　97. BIOS是一种基本输入输出系统，全英文为：Base Input/Output S
　　98. SMT零件依据零件脚有无可分为LEAD与LEADLESS两种;
　　99. 常见的自动放置机有三种基本型态, 接续式放置型, 连续式放置型和大量移送式放置机;
　　100. SMT制程中没有LOADER也可以生产;
　　101. SMT流程是送板系统--高速机-泛用机-迥流焊-收板机;
　　102. 温湿度敏感零件开封时, 湿度卡圆圈内显示颜色为蓝色,零件方可使用;
　　103. 尺寸规格20mm不是料带的宽度;
　　104. 制程中因印刷不良造成短路的原因：a. 锡膏金属含量不够，造成塌陷b. 钢板开孔过大，造成锡量过多c. 钢板品质不佳，下锡不良，换激光切割模板d. Stencil背面残有锡膏，降低刮刀压力，采用适当的VACCUM和SOLVENT
　　105. 一般回焊炉Profile各区的主要工程目的:a.预热区；工程目的：锡膏中容剂挥发。b.均温区；工程目的：助焊剂活化，去除氧化物；蒸发多余水份。c.回焊区；工程目的：焊锡熔融。d.冷却区；工程目的：合金焊点形成，零件脚与焊盘接为一体;
　　106. SMT制程中，锡珠产生的主要原因：PCB PAD设计不良、钢板开孔设计不良、置件深度或置件压力过大、Profile曲线上升斜率过大，锡膏坍塌、锡膏粘度过低。
SMT工艺设计规范
&&& 1. 主题内容和适用范围
&&& 制定本规范的目的在于,在开发及量产阶段,设计适用 SMD的 PCB时,事前考虑 PCBA 的质量、
&&& 可生产性、可靠性而设计,从而确保产品的早期品质,并提高生产性及可靠性.
&&& 本标准适用于股份公司表面组装(含混装)的 PCB 工艺设计.
&&& 2. 引用标准
&&& SJ/T 表面组装工艺通用技术要求
&&& SJ/T 表面组装技术术语
&&& IPC-SM-782-表面贴装设计与焊盘结构标准
&&& IPC-7351-表面贴装设计和焊盘图形标准通用要求
&&& 3. 内容和要求
&&& 3.1& 术语
&&& 1.& PCB(Printed
Board) 指在印刷电路基板上,用铜箔布置的电路.
&&& 2.& PCBA(Printed
Board Assembly)指采用表面组装技术完成装配的电路板组装件.
&&& 3.& SMT(Surface Mounting TECHNOLOGY)表面贴装技术,指用自动贴装设备将表面组装
&&& 元件/器件贴装到 PCB 表面规定位置的一种装联技术.
&&& 4.& SMD(Surface Mounting Device)它不同于以前的通孔插装部品,而是贴装在 PCB 的表面.
&&& 5.& SOP(Small Out-line& Package) 它是在长方形BODY两侧,具有约8～40pin左右的Lead
&&& 的表面贴装 IC,Lead Pitch有 0.5mm,0.65mm,0.8mm,1.27mm 等.
&&& 3.2 PCB 板材要求
&&& 1.确定PCB使用板材以及TG& 值.
&&& 确定PCB所选用的板材,例如FR-4、铝基板、、纸芯板等,若选用高TG& 值
&&& 的板材,应在文件中注明厚度公差.
&&& 2.确定PCB的表面处理镀层
&&& 确定PCB铜箔的表面处理镀层,例如镀锡、镀镍金或OSP& 等,并在文件中注明.
&&& 3.3 PCB 外形尺寸要求
&&& 1.PCB 外形尺寸需要满足下述要求:
&&& 2.当 PCB 的尺寸小于 162mm×121mm 时,必须进行拼板设计,拼板后的尺寸要小于 330×
&&& 250mm.推荐主板采用 330mm*247mm、249mm*247mm两种尺寸.
&&& 3.贴片板应有一对主定位孔和一对副定位孔, 主定位孔直径 4mm, 副定位为 5mm×4mm
&&& 的长圆孔.定位孔公差:+0.1 /0mm.如下图:
&&& 其中尺寸 a、b 要求:a=10n (n=6、7、8……、30)mm,b&10mm.
&&& 4.& PCB 四角必须倒圆角半径 R=2mm (如图 1), 有整机结构要求的, 可以倒圆角 R&2mm.
&&& 3.4 PCB 工艺边要求
&&& 工艺边指在生产过程中设备及工装需要夹持的PCB的边缘部分.
&&& 1.& 距PCB边缘 5mm范围内不应有焊盘、通孔、MARK及小于 3mm宽的走线.
&&& 2.& 如果在距PCB边缘 5mm范围内有件需要增加工艺边,以保证PCB有足够的可夹持边
&&& 缘.工艺夹持边与PCB可用邮票孔或者V形槽连接.
&&& 3.& 工艺边内的导电铜箔应尽量宽.小于 0.4mm的线条需要加强绝缘和耐磨损处理,最
&&& 边上的线条不小于 0.8mm.
&&& 4.& 工艺边内不能排布机装,机装元器件的实体不能进入工艺边及其上空.
&&& 5.& 手插元器件的实体不能落在上、下工艺边上方 3mm高度内的空间中,不能落在左、
&&& 右工艺边上方 2mm高度内的空间中.
&&& 6.& 不规则的PCB没有做拼板设计时必须加工艺边.
&&& 3.5 PCB 丝印要求
&&& 1. PCB上应有厂家的完整信息,PCB板号、版本号、CODE NO等标识位置明确、醒目.
&&& 2.& 所有元器件、安装孔和散热器都有对应的丝印标识和位号(密度较高,PCB上不需作
&&& 丝印的除外).
&&& 3.& 丝印字符遵循从左到右,从上到下的原则.对于电容、等有极性的器件,
&&& 在每个功能单元内尽量保持方向一致.
&&& 4.& 有极性的元器件及其极性在丝印图上表示清楚,极性方向标识要统一,易于辨
&&& 认,元件贴装后不应盖住极性标识.特别是数字标识要容易辨识.
&&& 5. PCB上器件的标识必须和BOM清单中的标识符号完全一致.
&&& 6.& 丝印不能在焊盘上,丝印标识之间不应重叠、交叉,不应被贴装后元件遮挡,避免过
&&& 孔造成的丝印残缺.
&&& 7.& 所有器件皆须有文字框,其文字框外缘不可互相接触、重叠.
&&& 8.& 生产流向标识一般用箭头标识.在流向箭头的后端,顶面用字母T标识、底面用字母B
&&& 标识,过标识用字母W.如图 5 所示:
&&& 9.& 丝印的粗细、方向、间距、精度等要按标准化.具体要求如下:丝印字体中心距应相
&&& 同,线条宽度应&0.2mm,推荐 0.3mm,字高&1.5mm,板上所有标记、字符等尺寸应
&&& 统一,因标注位置所限无法标记的,可在其他空处标记,但应用箭头指示,以免误解.
&&& 高压区、隔离区应有明显的标记,且有警示性标记,如设置隔离带等.
&&& 10.& 主板应该留有"QC LABEL"位置,长度为 25mm,宽度为 10mm.QC LABEL下面
&&& 应无其它丝印标识和测试点.
&&& 11.& 排插引脚元件在TOP、BOTTOM两面都要标注引脚功能或数字序号,脚多的可间隔
&&& 标注数字序号或功能,但至少要给出首、末的Pin编号.
&&& 3.6& PCB 基准 Mark 要求
&&& PCB 基准 Mark 的设定目的是为了保证 PCB 制作上的误差及装备安装时的误差,把任意
&&& 的 3 点作为基准,根据偏差程度自动补正.基准 Mark 包括整板 Mark、局部 Mark 和坏板
&&& Mark 三种.基准 Mark 设计要求:
&&& 1. 整板 Mark 应放置在TOP 面和 BOTTOM 面(BOTTOM 面无时可不放置)
&&& 2. 整板至少有三个 Mark,呈 L 形分布,且对角 Mark 关于中心不对称.
&&& 3. Mark 类型首选为实心圆,直径为 1mm,周边有反差标记Φ2.5其次为方形,边
&&& 长为 1mm.
&&& 4.Mark 点Φ3.0mm内不允许有焊盘、过孔、测试点或丝印标识等.Mark 点不能被 V-Cut
&&& 所切造成机器无法辨识.不良设计如下图:
&&& 5. Mark 要求表面洁净、平整,边缘光滑、齐整,颜色与周围的背景色有明显区别.
&&& 6. Mark 中心距 PCB 板边的距离至少 5mm.
&&& 7. 对于 BGA、CSP,引脚间距小于等于 0.5mm的 QFP 等器件必须加局部 Mark.
&&& 8. 局部Mark应放在对角位置上,具体位置有L和M的尺寸确定,建议做在器件封装库中.
&&& 9. 坏板 Bad Mark 包含 Master Bad Mark 和 Local Bad Mark 两种,Bad Mark 数量=整拼
&&& 板包含的子板总数+1(Master bad mark).Bad Mark 的间距至少为 2.75mm.
&&& 10.在密度很高的板上没有空间放置局部Mark时,那么在长和宽≤100mm 的区域中,可
&&& 以只放置两个公用的参考点.如下图:
&&& 11. 基准Mark 设定位置参考下表:
&&& 3.7 PCB 拼板设计
&&& 1. 一般原则:当 PCB 单元的尺寸&50mm×50mm时,必须做拼板.但拼板后的 PCB 尺
&&& 寸不超过 330mm×250mm.
&&& 2. 拼板的尺寸应以制造、装配、和测试过程中便以加工,不因拼板产生较大变形为宜.
&&& 3. 拼板中各块 PCB 之间的互连采用双面对刻 V形槽或邮票孔设计.
&&& 4. PCB 拼板设计时应以相同的方向排列.
&&& 5. 一般平行PCB传送边方向的V-CUT线数量≤3(对于细长的单板可以例外).如下图:
&&& 6.拼板的基准 MARK 加在每块小板的对角上,一般为二个.
&&& 7.& 若 PCB& 上有大面积开孔的地方,在设计时要先将孔补全,以避免焊接时造成漫锡和
&&& PCB 变形,补全部分和原有的 PCB& 部分要以单边几点连接,在波峰焊后将之去掉.
&&& 3.8 SMD 部品要求
&&& 1. 高速机可贴装元器件的范围:Min.1.0mm×0.5mm,Max.20mm×20mm.Pitch≥0.5mm,
&&& 厚度≤6.5mm.
&&& 2. 泛用机可贴装元器件的范围:Min.1.0mm×0.5mm,Max.55mm×55mm.Pitch≥0.3mm,
&&& 厚度≤12.7mm.球形尺寸Φ≥0.19mm,球形间距≥0.27mm,连接器≤150×26mm.
&&& 3. 可贴装的元件种类:方形元件,圆柱形元件,管脚元件,异形元件,IC 元件(包括
&&& SOP、Connector、QFP、BGA/CSP、FC等) .
&&& 4. 元器件的包装形式
&&& 依据自动贴片机供料器的种类和数量、元器件的种类、数量及外形尺寸确定其包装形
&&& 式.供料器有带式供料器、盘状供料器、管式供料器(振动) .SMD零件的包装须为
&&& TAPE & REEL,或硬 TRAY盘包装,或 Tube 包装,以 TAPE & REEL 为最佳选择.
&&& DIP零件的包装须为硬 TRAY盘包装,& 或 Tube包装.
&&& 5. 尽量采用或排容(Array Chip)器件,提高集成度及最大的组装效率.
&&& 6.& )以下器件避免放置 BOTTOM 面采用波峰焊接,SOJ、PLCC 及 PIN 间距小
&&& 于 1.27mm 的 SOP、QFP 元器件避免用波峰焊焊接.QFP 器件必须放在波峰焊面时,采
&&& 用 45°排布.
&&& 7. SMD的选择
&&& a. 小外形封装 SOT23 是最常用的二、三极管封装.在二极管中多用于复合
&&& 二极管、开关二极管和高压二极管,在三极管中多用于小功率晶体管、场效应管
&&& 和带网络的复合晶体管.
&&& b. SOT143 用于射频、双栅场效应管及高频晶体管.
&&& c. SOT89 常用于大功率器件如硅等.
&&& d. TO252 用于各种功率晶体管.
&&& e. SOP /SOJ:是 DIP的缩小型,与 DIP功能相似.
&&& f. QFP: QFP 引腿最小间距为 0.3mm, 目前 0.5mm间距已普遍应用, 0.3mm、& 0.4mm
&&& 的 QFP 逐渐被 BGA替代.选择时注意贴片机精度是否满足要求.
&&& g. PLCC:占有面积小,引脚不易变形,但检测不方便.
&&& h. LCCC:价格昂贵,主要用于高可靠性的军用组件中,而且必须考虑器件与电路板之间的 CET 问题.
&&& i. BGA /CSP:适用于 I/O高的电路中.
&&& j. 钽和铝器主要用于电容量大的场合,直径小于 6.3mm的(220u、470u)
&&& 电解必须采用片式电解.
&&& k. 器用于耐热要求高的场合.
&&& l. 电容器用于 Q值高的移动通信领域.
&&& m. 波峰焊工艺必须选择三层金属电极焊端结构片式元件.
&&& 3.9 部品排布要求
&&& 1. SMD 排布禁止区域
&&& 距 PCB长边边缘 5mm和短边 3mm的范围内不应有贴装元件,如果需要贴装元件可
&&& 以增加工艺边.
&&& 2. 定位孔周围禁止布件区域
&&& 机插定位孔中心13.5mm内不允许布件.
&&& 定位孔中心到表贴器件边缘的距离不小于5.0mm.
&&& 板边的螺丝孔(精灵孔)PAD至 PCB 板边,不得有 SMD或 DIP零件(如右图黄色区).
&&& 距螺丝孔中心 6mm 范围内不允许有线路(地线除外) .
&&& 3. ICT T/P设定禁止区域
&&& 在距PCB 长边5mm,短边 3mm 的范围内不允许放置 ICT测试点.
&&& 4. 部品间隔距离要求
&&& TOP 面设计要求
&&& a. 以下尺寸为最小隔离距离,请务必遵守.
&&& b. 圆孔位置,在PCB外围基准5mm 处φ4.0mm ,在外围配置4处.
&&& c.SMD CHIP 部品以公制1608 封装为标准使用.
&&& d. 尽可能使用 CHIP ARRAY 部品.
&&& e. 配置极性部品时,应按相同方向配置(极性基准).
&&& f.& 插入部品后为了确认方向性,机插、手插部品的MARKING应比部品BODY大1.0 mm .
&&& g.& 设定 MARK 时应在对角非对称设定.
&&& 如下图:
&&& BOTTOM 面设计要求
&&& a.& 以下尺寸为最小隔离距离,请务必遵守.
&&& b.& SMD LAND, REFLOW(TOP 用)和 WAVE用 LAND 相异.
&&& d. CHIP 类必须与SOLDERING 方向直角配置(CHIP、TR、IC).
&&& e. IMC CONNECTOR,IC 类与焊接方向平行配置,在进行方向的最后 LAND,设定盗锡焊盘.
&&& f.& 因机插部品(IMC)是CLINCH 后组装SMD,所以务必遵守隔离距离(4.0mm) .
&&& g.& T/P禁止在进行方向外围 5.0mm 内设定.
&&& h. T/P 应φ0.7mm 以上(推荐φ0.9mm ),在各 PATTERN 设定1个以上.
&&& 5. 部品间隔距离标准详解,单位 mm(以 1608 CHIP 为例)
&&& a.CHIP-CHIP
&&& b. TR-CHIP
&&& c. SOP-CHIP
&&& d. SOP-TR
&&& e.SOP-SOP
&&& f.DIP IC-CHIP
&&& DIP IC 的引线和 CHIP 的距离
&&& g.径向器件-CHIP
&&& - TOP Side 放置时
&&& - BOTTOM Side 放置时
&&& h.轴向器件-CHIP
&&& - TOP Side 放置时
&&& - BOTTOM Side 放置时
&&& i.手插部品-CHIP
&&& -BOTTOM Side
&&& j.CHIP-Through Hole/Via Hole
&&& 正确的配置:
&&& 错误的配置:
&&& k.QFP-Through Hole/Via Hole
&&& -& 部品和 VIA 配置时,必须隔离0.5mm 以上.
&&& REFLOW 进行时在 SOLDER Paste内引起FLUX ,发生SOLDER Paste 的塌坊现象
&&& (0.2 ～0.3mm) .此时,如果VIA 和LAND近接时,发生 MICRO& SHORT及LAND 冷焊.
&&& -& 如果 VIA HOLE和 LAND的近接距离必须为 0.5mm 以内时, VIA和 LAND 的近接距离应隔离 0.2mm& 以上,对VIA HOLE 必须做MASKING处理.
&&& l.QFP、PLCC、BGA-接近部品
&&& -QFP、PLCC、BGA 周围3.0mm 以内不允许配置部品(否则无法维修)
&&& 3.10 部品配置方向要求
&&& a.CHIP 部品类
&&& Chip 部品的方向应与 Soldering 进行方向垂直.
&&& b.SOP、DIP、IC、R-Array 类部品
&&& IC 类部品的配置方向应与 Soldering 进行方向平行.
&&& c.V-Cutting 部位部品配置
&&& d.片式电解、三极管类
&&& e.根据部品的大小配置
&&& -根据 CHIP 大小,把小的部品配置在焊接进行方向前沿,减少 SKIP(阴影)现象.阴影
&&& 是指被配置在前部的部品的高度所遮挡,配置在后部的 CHIP 的锡量减少的现象.
&&& f.部品的综合配置方向
&&& 3.11& PATTERN 设计要求
&&& 1.PATTERN 设计基准
&&& a.以PATTERN 宽≤LAND 宽为基准设计.
&&& b .设计成 PATTERN A 和 B 的分布均匀.
&&& 2.THERMAL LAND设计基准
&&& GROUND, VCC 等 PATTERN 部宽的部分的 LAND 以 "+", "-" 形设定 LAND,
&&& 增强热传导性.事由 :
&&& a. 对PATTERN宽的部分, 在REFLOW或焊接时,因 PATTERN少的部分,热传
&&& 导性下降,所以,会导致冷焊.
&&& b.特别是 IC LAND 的情况,只有 1PIN 存在于 PATTERN时,发生冷焊;有多
&&& 数的 PIN 时,因热损失,很少发生毛细管现象,所以发生 SHORT.
&&& c.因误插等的不良,发生修理工程时,手焊时有可能发生 PATTERN 的破损等.
&&& 3.LAND 间PATTERN 方法
&&& a.QFP 、PLCC 等的同一 LAND 间 PATTERN排线时,应设计成在外部能用肉眼确认.
&&& b .LAND 间独立排线.
&&& 3.12 ICT 相关设计要求
&&& 1.TEST POINT 设计基准
&&& a.TEST POINT 一般选用圆形实心焊盘,最小直径为0.7mm.
&&& b.当有较多PCB 的富裕空间时,设定为 0.9mm以上.电源板必须采用0.9mm 以上的T/P.
&&& c.丝印不能跨过TEST LAND,丝印通过时会发生接触不良.
&&& d.& 测试点不能选择在元器件的焊点上.测试点不能被条码等挡住,不能被胶等覆盖.
&&& 2.TEST POINT 配置基准
&&& T/P 设定位置
&&& a. 对各 PATTERN 可以设定 1 处以上的 TEST POINT 用 LAND 或 THROUGH HOLE,
&&& 但最好用 LAND 指定(不要使用 THROUGH HOLE) .
&&& T/P 周边2.0mm内,绝对不能有引起CHIP干涉的因素.两个单独测试点的最小
&&& 间距为60mils(1.5mm),一般为2.0mm.
&&& b. T/P距板边的距离至少为5mm.
&&& c. T/P原则上在BOTTOM SIDE上设定,不可设定的POINT在 TOP SIDE设定.
&&& IC 和 T/P 间距
&&& a.IC LEAD 和 T/P LAND 的距离维持2.0mm 以上.
&&& CONNECTOR 和 T/P间距
&&& 因 CONNECTOR 的LEAD 厚度(幅)宽,与 TEST PIN接触时,发生接触不良及 TEST PIN 破损.为了防止以上问题需要追加 T/P.
&&& 3.13& 波峰焊托盘工装设计要求
&&& 1.& 波峰焊托盘工装是针对 BOT 面有贴片件的 PCB 而设计的.
&&& 2.& 有 BGA 的双面贴片板、BOT 面有排阻和 IC 的板必须采用双面回流工艺.
&&& 3.& 插装件尽量的分布在 PCB 的四周.
&&& 4.& 底面贴片件的高度不高于 3mm(特殊情况除外).
&&& 5.& 插装件的焊盘外焊盘长度+8mm 的实边矩形范围内不允许底面有贴片件本体进入.
&&& 6.& 尽量使用片式封装,减少托盘的开口数量.
&&& 7.& PCB 每边中部、每角应分别留有 15mm宽的托盘不开口,保证托盘的强度.
&&& 8.& 托盘的开口长边尽量与 PCB 在线体上的运动方向一致.
&&& 3.14 热设计要求
&&& 1. 高热器件应考虑放于出风口或利于对流的位置.
&&& 2. 较高的元件应考虑放于出风口,且不阻挡风路.
&&& 3. 散热器的放置应考虑利于对流.
&&& 4.温度敏感器械件应考虑远离热源.
&&& 5.对于自身温升高于30℃的热源,一般要求:
&&& a. 在风冷条件下,电解电容等温度敏感器件离热源距离要求大于或等于2.5
&&& b. 自然冷条件下,电解电容等温度敏感器件离热源距离要求大于或等于3.0mm.
&&& 6.大面积铜箔要求用隔热带与焊盘相连.
&&& 为了保证透锡良好,在大面积铜箔上的元件的焊盘要求用隔热带与焊盘相连,对
&&& 需过5A以上大电流的焊盘不能采用隔热焊盘,如图所示:
&&& 7.过的0805& 以及0805& 以下片式元件两端焊盘的散热对称性.
&&& 为了避免器件过回流焊后出现偏位、立碑现象,地回流焊的0805以及0805以下片
&&& 元件两端焊盘应保证散热对称性,焊盘与导线的连接部宽度不应大于0.3mm(对于
&&& 不对称焊盘).
&&& 3.15& 器件库选型要求
&&& 1.& 已有PCB& 元件封装库的选用应确认无误.
&&& PCB& 上已有元件库器件的选用应保证封装与元器件实物外形轮廓、引脚间距、通
&&& 直径等相符合.
&&& 插装器件管脚应与通孔公差配合良好(通孔直径大于管脚直径3.3-4.2mm),考虑
&&& 差可适当增加,确保吃锡良好.
&&& 2.& 新器件的PCB& 元件封装库存应确定无误.
&&& PCB& 上尚无件封装库的器件,应根据器件资料建立打捞的元件封装库,并保证丝
&&& 库存与实物相符合,特别是新建立的电磁元件、自制结构件等的元件库存是否与
&&& 件的资料(承认书、图纸)相符合.新器件应建立能够满足不同工艺(回流焊、
&&& 峰焊、通孔回流焊)要求的元件库.
&&& 3. 需过波峰焊的SMT器件要求使用表面贴波峰焊盘库.
&&& 4. 不能用表贴器件作为手工焊的调测器件, 表贴器件在手工焊接时容易受热冲击损坏
&&& 5. 除非实验验证没有问题,否则不能选非表贴器件作为表贴器件使用.因为这样可
&&& 需要手焊接,效率和可靠性都会很低.
&&& 3.16& PCBA 工艺设计要求
&&& 1.PCBA& 加工工序合理.
&&& 制成板的元件布局应保证制成板的加工工序合理,以便于提高制成板加工效率和直
&&& 通率.PCB布局选用的加工流程应使加工效率最高.加工工艺的优选顺序为:元件
&&& 面单面贴装--元件面贴、插混装(元件面插装焊接面贴装一次波峰成型)--双
&&& 面贴装--元件面贴插混装、焊接面贴装.& 常用PCBA& 的6& 种主流加工流程如下
&&& 2.对于双面都有元件的PCB,较大较密的IC,如QFP,BGA& 等封装的元件放在板子的
&&& 层,插件元件也只能放在顶层,插装元件的另一面(底层)只能放置较小的元件和
&&& 管脚数较少且排列松散的贴片元件,柱状表面贴器件应放在底层.
&&& 3.两面过回流焊的PCB的BOTTOM面要求无大体积、太重的表贴器件需两面都过回流
&&& 焊的PCB,第一次回流焊接器件重量限制如下: A=器件重量/引脚与焊盘接触面积
&&& 片式器件:A≦0.075g/mm2
&&& 翼形引脚器件:A≦0.300g/mm2
&&& J& 形引脚器件:A≦0.200g/mm2
&&& 面阵列器件:A≦0.100g/mm2
&&& 若有超重的器件必须布在BOTTOM面,则应通过试验验证可行性.
&&& 4. 过波峰焊的插件元件焊盘间距大于1.0mm
&&& 为保证过波峰焊时不连锡,过波峰焊的插件元件焊盘边缘间距应大于1.0mm.优选
&&& 插件元件引脚间距(pitch)≧2.0mm,焊盘边缘间距≧1.0mm.
&&& 插件元件每排引脚为较多,以焊盘排列方向平行于进板方向布置器件时,当相邻焊
&&& 盘边缘间距为0.6mm~1.0mm& 时,推荐采用椭圆形焊盘或加盗锡焊盘.如图:
&&& 5.安装孔的禁布区(Φ12mm)内无元器件和走线(不包括安装孔自身的走线和铜箔).
&&& 6.通孔回流工艺设计要求
&&& a.于非传送边尺寸大于300mm& 的PCB,较重的器件尽量不要布置在PCB& 的中间,以
&&& 减轻由于插装器件的重量在焊接过程对PCB& 变形的影响,以及插装过程对板上已经
&&& 贴放的器件的影响.
&&& b.为方便插装,器件推荐布置在靠近插装操作侧的位置.
&&& c.尺寸较长的器件(如插座等)长度方向推荐与传送方向一致.
&&& d. 孔回流焊器件焊盘边缘与pitch≦0.65mm& 的QFP、SOP、连接器及所有的BGA& 的丝
&&& 印之间的距离大于10mm.与其它SMT& 器件间距离&2mm.
&&& e. 通孔回流焊器件本体间距离&10mm.有夹具扶持的焊接不做要求.
&&& f. 通孔回流焊器件焊盘边缘与传送边的距离&10与非传送边距离&5mm.
&&& g. 设计和布局PCB 时,应尽量允许器件过波峰焊接.选择器件时尽量少选不能过波峰
&&& 焊接的器件,另外放在焊接面的器件应尽量少,以减少手工焊接.
&&& h. 较轻的器件如二级管和1/4W& 电阻等,布局时应使其轴线和波峰焊方向垂直.这样
&&& 能防止过波峰焊时因一端先焊接凝固而使器件产生浮高现象.如图:
&&& 7.SOP器件在过波峰尾端需接增加一对偷锡盘.尺寸满足下土要求:
&&& 8. 排插元件应的排布应考虑便于操作和操作时不引起PCBA变形.所有排插要一字形排
&&& 布在PCB的板边四周,插座实体边缘8mm内无高大立式器件(特殊情况除外,但必须
&&& 保证插件操作方便).
&&& 9.& 电解电容距周围的发热器件(散热器、大电容、线性等)的距离至少3mm.
&&& 4.相关记录
AOI在SMT中的应用
&&& 1 引言
&&& 在激烈的市场竞争中,产品制造厂商必须确保产品的质量,为了保证产品的质量,在产品制造过程中对各个生产环节半成品或成品进行质量监测尤为重要,随着表面组装技术(SMT)中使用的印制板线路图形精细化、SMD元件微型化及SMT组件高密度组装、快速组装的发展趋势,采用目检或人工光学检测的方式检测已不能适应,自动光学检测(AOI)技术作为质量检测的技术手段已是大势所趋.
&&& 2 AOI工作原理
&&& SMT中应用AOI技术的形式多种多样,但其基本原理是相同的(如图1所示),即用光学手段获取被测物图形,一般通过一()获得检测物的照明图像并数字化,然后以某种方法进行比较、分析、检验和判断,相当于将人工目视检测自动化、智能化.
&&& 2.1 分析算法
&&& 不同AOI软、硬件设计各有特点,总体来看,其分析、判断算法可分为2种,即设计规则检验(DRC)和图形识别检验.
&&& (1)DRC法是按照一些给定的规则检测图形.如以所有连线应以焊点为端点,所有引线宽度、间隔不小于某一规定值等规则检测PCB电路图形.图2是一种基于该方法的焊膏桥连检测图像,在提取PCB上焊膏的数字图像后,根据其焊盘间隔区域中焊膏形态来判断其是否为桥连,如果按某一敏感度测得的焊膏外形逾越了预设警戒线,即被认定为桥连[1],DRC方法具有可以从算法上保证被检验的图形的正确性,相应的AOI系统制造容易,算法逻辑容易实现高速处理,程序编辑量小,数据占用空间小等特点,但该方法确定边界能力较差,往往需要设计特定方法来确定边界位置.
&&& (2)图形识别法是将AOI系统中存储的数字化图形与实验检测图像比较,从而获得检测结果,如检测PCB电路时,首先按照一块完好的PCB或根据计算机辅助设计模型建立起检测文件(标准数字化图像)与检测文件(实际数字化图像)进行比较,图3为采用该原理对组装后的PCB进行的质量检测,这种方式的检测精度取决于标准图像、分辨力和所用检测程序,可取得较高的检测精度,但具有采集数据量大,数据实时处理要求高等特点,由于图形识别法用设计数据代替DRC中的设计原则,具有明显的使用优越性.
&&& 2.2 图象识别
&&& (1)图像分析技术,随着计算机的快速发展,目前有许多成熟的图像分析技术,包括模板匹配法(或自动对比)、边缘检测法、特征提取法(二值图)、灰度直方图法、傅里叶分析法、光学特征识别法等,每个技术都有优势和局限. 模板比较法通过获得一物体图像,如片状电容或QFP,并用该信息产生一个刚性的基于象素的模板,在检测位置的附近,传感器找出相同的物体,当相关区域中所有点进行评估之后,找出模板与图像之间有最小差别的位置停止搜寻,系统为每个要检查的物体产生这种模板,通过在不同位置使用相应模块,建立对整个板的检查程序,来检查所有要求的元件.
&&& 由于元件检测图像很少完全匹配模板,所以模板是用一定数量的容许误差来确认匹配的,如果模板太僵硬,可能产生对元件的"误报";如果模板松散到接受大范围的可能变量,也会导致误报.
&&& (2)运算法则.几种流行的图像分析技术结合在一个"处方"内,希望一个运算法则,特别适合于特殊元件类型,在有许多元件的复杂板上,可能形成众多的不同运算法则,要求工程师在需要改变或调整时做大量的重新编程.例如当一个供应商修改一个标准元件时,对该元件的运算法就可能需要调整,新的变化出现,用户必须调整或"扭转"运算法则来接纳所有可能的变化,例如一个0805片式电容,可以分类为具有一定尺寸和矩形形状、两条亮边中间包围较黑色的区域,然后这个外部简单的元件外形可能变化很大,传统的、基于运算法则的AOI方法经常太过严格,以至于不能接纳对比度、尺寸、形状和阴影合理的变化,甚至不重要的元件也可能难以可靠地查找和检查,造成有元件而系统不能发现的"错误拒绝".还有就是由于可接受与不可接受图像的差别细小,运算法则不能区分,引起"错误接收",真正缺陷不能发现,为了解决一些问题,用户在图像分析领域中要有适当的知识,其次是传统的AOI要不断广泛地再编程,调整AOI方法以接纳合理的变化,对一个新版设计或优化一个检查程序时,可能花上1-2天,甚至几周作细小的扭转.
&&& (3)统计建模技术.为克服传统图象处理方法的缺点,AOI采用自调性的软件技术,其设计将用户从运算法则的复杂性中分开,通过显示一系列要确认为物体的例子,使用一种数学技术,即统计外形建模技术(SAM)来自动计算怎样识别合理的图像变化,不同于基于运算法则的方法,SAM使用自调性、基于知识的软件来计算变量.这样可减少编程时间,消除每天的调整,而且误报率比现有的AOI方法低10-20倍.
&&& (4)柔性化技术,传统的AOI系统主要依靠识别元件边缘来达到准确和可重复性测量,一旦边缘找到,通常利用这些边缘的对称模型产生元件在板表面的坐标,但是用视觉技术很难找到边缘,因为元件边缘不是完全直线,用一条直线去配合这种边缘的企图都是有问题的,此外,边缘倾向于黑色背景上的黑色区域,要准确地确认就会产生象素噪音变量,因为象素不能足够小,否则容易产生一些象素分割的影响. 基于边缘识别的方法,一个好的视觉系统常会产生标准偏差大约为1-/10象素的可重复性,而SAM技术能提供标准偏差相当于1/20象素的可重复性元件.元件位置上的总变量小于1个象素的各3/10,因此要匹配到3个元件时,应改进精度和可重复性.检查个1特定元件类型时,SAM是内在灵活的,当吻合1个外形大不相同的合法元件时,它会在x和y轴上移动,企图通过位置调节达到最佳吻合,当用一适当的SAM模型吻合元件时,只允许实际上可发生的那些外形,而不要妥协x和y的位置,比如某些可允许的元件颜色变量是由于遮蔽或过渡曝光临近较大元件所引起的,传统运算法则是不可能接纳的,但由于SAM计算出所允许的图像变更,使用者无需依靠大量编程的运算法则或供应商供应的运算法则库就可以接纳.
&&& (5)立体视觉成像技术.传统AOI系统不能完全接纳PCB外形,是由于局部弯曲产生的自然三维变化,现有AOI系统通常使用远心来从光学上去掉视差与透视的效果,因为高度上的透视效果被去掉,在图像边缘上的物体看上去与中间的物体在同一平面.这消除了光学视差错误,但是应该跟随板表面弧形的点与点之间的测量成为跨过平面弦的直线距离,造成重要的测量误差且自动去掉有关板表面形状的有价值信息.
&&& 通过将SAM技术与两排摄像机的立体视觉安排相结合,此AOI系统可测量和接纳物体与表面高度,而结果在数学上呈现平直PCB,呈一定角度的摄像机提供物体的两个透视,然后计算PCB的高度图形和三维表面拓扑图形,在板上任何元件的精确位置也通过计入其在板表面的高度来进行计算,工作时AOI设备使用一标准板传送带在摄像机下面按刻度移动PCB通过摄像机排列,将图像的立体象对排列构成一副照相镶嵌图,然后对此照相镶嵌图进行合成变平或实时分析,SAM技术与立体视觉成像技术的结合具有高的精度和可重复性,可用于重要元件确认和PCB检查.
&&& 3 AOI在各工序中的应用
&&& 在SMT中,AOI技术具有PCB光板检测,焊膏印刷检测、元件检测、焊后组件检测等功能,在进行不同环节的检测时,其侧重也有所不同.
&&& 3.1 PCB检测
&&& 早期的PCB生产中,检测主要由人工目检配合电检测来完成的,随着电子技术的发展,PCB布线密度不断提高,人工目检难度增大,误判率升高,且对检测者的健康损害更大,电检测程序编制更加烦琐,成本更高,并且无法检测某些类型的缺陷,因此,AOI越来越多地应用于PCB制造中.
&&& PCB缺陷可大致分为短路(包括基铜短路、细线短路、电镀断路、微尘短路、凹坑短路、重复性短路、污渍短路、干膜短路、蚀刻不足短路、镀层过厚短路、刮擦短路、褶皱短路等),开路(包括重复性开路、刮擦开路、真空开路、缺口开路等)和其他一些可能导致PCB报废的缺陷(包括蚀刻过度、电镀烧焦、针孔)[2].在PCB生产流程中,的制作、覆铜有可能产生一些缺陷,但主要缺陷在蚀刻之后产生,AOI一般在蚀刻工序之后进行检测,主要用来发现其上缺少的部分和多余的部分.
&&& 在PCB检测中,图像对比算法应用较多,且以2D检测为主[3],其主要包括数据处理类(对输入的数据进行初步处理,过滤小的针孔和残留铜及不需检测的孔等),测量类(对输入的数据进行特征提取,记录的特征代码、尺寸和位置并与标准数据进行对比)和拓扑类(用于检测增加或丢失的特征),图4为特征提取法示意图,(a)为标准版和被检板二值图,(b)为数学形态分析后的特征图.
&&& AOI一般可以发现大部分缺陷,存在少量的漏检问题,不过主要影响其可靠性的还是误检问题.PCB加工过程中的粉尘、沾污和一部分材料的反射性差都可能造成虚假报警,因此目前在使用AOI检测出缺陷后,必须进行人工验证.
&&& 3.2 焊膏印刷检测
&&& 焊膏印刷是SMT的初始环节,也是大部分缺陷的根源所在,大约60%-70%的缺陷出现在印刷阶段,如果在生产线的初始环节排除缺陷,可以最大限度地减少损失,降低成本,因此,很多SMT生产线都为印刷环节配备了AOI检测.
&&& 印刷缺陷有很多种,大体上可以分为焊盘上焊膏不足、焊膏过多;大焊盘中间部分焊膏刮擦、小焊盘边缘部分焊膏拉尖;印刷偏移、桥连及沾污等,形成这些缺陷的原因包括焊膏流变性不良、模板厚度和孔壁加工不当,参数设定不合理、精度不高、刮刀材质和精度选择不当、PCB加工不良等,通过AOI可以有效监控焊膏印刷质量,并对缺陷数量和种类进行分析,从而改善印刷制程.
&&& 图5是一种焊膏的原理图,该系统主要组成部分为摄像机与维x-y系统,在x-y桌面安装摄像机,环状光纤维在x-y方向移动,采集PCB整体的图像来进行检测,利用环状光纤维与环状将倾斜的光照射到焊膏上,从环状光纤维的正方摄像,测出焊膏的边缘部分算出焊膏的高度[4],这是一种把形状转化为光的变化进行判定的检测方法.在正常印刷的场合,边缘部分多少会产生一些隆起,这个部分可对从斜面投射过来的光发生强烈的反射.该检测方法利用焊膏边缘部分反射回来的光线宽度进行焊膏桥接与焊膏环状等现象判定,而由斜面照射回来的PCB表面将呈现暗淡的画像.
&&& 使用3D检测,可以对焊膏形态、厚度进行评估,检查焊膏量是否合理、是否有刮擦和拉尖,这些缺陷在使用丝网和橡皮刮刀时出现较多,现在普遍使用不锈钢网板和金属刮刀,焊膏厚度比较稳定,一般不会过多,刮擦现象也很轻微,重点要关注的是缺印(焊膏过少)、偏移、沾污和桥连等缺陷.采用2D检测可以有效地发现这些缺陷,图像对比法和设计规则检验法都可以使用,检测时间短,设备价格也比3D检测要低,而且在贴片、回流等后续的工序中如有AOI,印刷环节考虑到成本也可采用2D检测.
&&& 3.3 贴装检测
&&& 元件贴装环节对设备精度要求很高,常出现的缺陷有漏贴、错贴片、偏移歪斜、极性相反等.AOI检测可以监察出上述缺陷,同时还可以在此检查连接密间距和元件的焊盘上的焊膏[5].图6所示为某型AOI对贴片后的PCB检测所采集到的图像.
&&& 由于贴片环节之后紧接着接环节,因此贴装之后的检测有时被称为回流焊前端检测,回流焊前端检测从品质保障的观点来看,由于在回流焊炉内发生的问题无法检测出而显得没有任何意义,在回流焊炉内,焊锡熔化后具有自纠正位移,所以焊后基板上无法检测出贴装位移和焊锡印刷状态,但实际上回流焊前端检测是品质保障的重点,回流焊前各个部位的元件贴装状况等在回流焊后就无法检测出来的信息都能一目了然.此时基板上没有不定型的东西,最适合进行图象处理,且通过率非常高,检测过分苛刻而导致的误判也大大减少.
&&& AOI检出问题后将发出警报,由操作员对基板进行目测确认.缺件意外的问题报告都可以通过维修来纠正,在这一过程中,当目测操作员对相同问题点进行反复多次修复作业时,就会提请各生产设备负责人重新确认机器设定是否合理,该信息的反馈对生产质量提高非常有帮助,可在短时间内实现生产品质的飞跃性提高.
&&& 3.4 回流检测
&&& 可简单地将AOI分为预防问题和发现问题2种,印刷、贴片之后的检测归类与预防问题,回流焊后的检测归类于发展问题,在回流焊后端检测中,检测系统可以检查元件的缺失、偏移和歪斜情况,以及所有极性方面的缺陷,还一定要对焊点的正确性以及焊膏不足、焊接短路和翘脚等缺陷进行检测,回流焊后端检测是目前AOI最流行的选择,此位置可发现全部的装配错误,提供高度的安全性,图7为某型AOI对回流焊后PCB的检测图像,采用了3种不同的照明模式,分别侧重于焊点,和雷射印刷文字图像的采集.图8为回流焊后AOI识别的不同类型的缺陷.
&&& 3.5 AOI合理安排
&&& AOI可以在SMT生产的各个环节起到检测作用,但目前AOI价格非常昂贵,对占大多数比例的中小型电子生产商来说,为每个环节都配置AOI是不合适的,因此当一条生产线上只有一台AOI时,应把它放在哪个环节,这是非常值得探讨的.
&&& (1)主导思想
&&& 如图9所示,有两种检查主导思想:缺陷防止或缺陷发现,适当的方法应该是缺陷防止,在这样的一个方法中,AOI机器应当放在SMT生产线的焊膏印刷机之后,或者放在元件贴装之后,主导思想为缺陷发现时,AOI机器应当放在回流炉之后,这是制造工艺中的最后步骤,以保证产品质量.
&&& (2)实施目标
&&& 应用AOI的主要目标在于最终品质和过程跟踪.
&&& 最终品质注意力主要集中在产品生产的最终状态,当生产问题非常清楚、产品混合度高、数量和速度为关键因素的时候,优先采用这个目标,设备可以产生大范围的过程控制信息,使用AOI设备来监视生产过程,典型内容包括详细的缺陷分类和元件贴放偏移信息,当产品可靠性高、混合度低、大批量制造和元件供应稳定时,优先采用这个目标,在线监控具体生产状况,并为生产工艺的调整提供必要的依据.
&&& (3)实施策略
&&& AOI设备所防止的位置可以实现或阻碍检查目标,不同的位置可产生相应不同的过程控制信息.AOI放置是由以下因素决定的:
&&& 1)特殊生产问题,如果生产线有特别的问题,检查设备可增加或移动到这个位置,监测缺陷,尽早发觉重复性的缺陷.
&&& 2)实施目标.对于AOI设备,没有一个最好的位置来处理所有的生产线缺陷,如果应用AOI的目标是要改进全面的最终品质,AOI设备置于过程的前面可能没有置于后面的价值大,置于前面是为了避免对已有缺陷的产品再增加价值,此外在过程的早期,维修缺陷的产品的成本大大低于发货前后的维修成本.但许多缺陷是在生产的后期出现的,意味着不管前面发现多少缺陷,发货前还是需要全面的视觉检查[7].
&&& (4)放置位置
&&& 实施AOI的关键,就是将检查设备配置到一个可以尽早识别和改正最多缺陷的位置,虽然AOI可用于生产线上的多个位置,但有3个检查位置是主要的:
&&& 1)印刷之后,SMT中60%-70%的焊点缺陷是印刷时造成的,如果焊膏印刷过程满足要求,就可以有效减少后期出现的缺陷数量.
&&& 2)回流焊前,这是一个典型的放置位置,因为可发现来自焊膏以及机器贴放的大多数缺陷,在这位置上可以产生程控信息,提供贴片机和密间距元件贴装设备核准的信息,用来修改元件贴放或表明贴片机需要校准,满足过程跟踪的目标.
&&& 3)回流焊后这是AOI最流行的选择,因为这个位置可以发现全部装配错误,避免有缺陷的产品流入客户手中,回流焊后检测能够提供高度的安全性,它可识别由焊膏印刷、元件贴装和回流过程引起的错误,支持最终品质目标.
&&& 4 AOI与SPC
&&& SPC即统计过程控制(Statistical
Control),主要是指应用统计分析技术对生产过程进行实时监控,科学的区分出生产过程中产品质量和随机波动与异常波动,从而对生产过程得异常趋势提出预警,以便生产管理人及时采取措施,消除异常,恢复过程的问对,从而达到提高和控制质量的目的.
&&& 生产过程中,产品加工规范的波动是不可避免的,它是由人、机器、材料、方法和环境等基本因素的波动影响所致.波动分为2种,即正常波动和异常波动,正常波动总是偶然性原因(不可避免因素)造成,它对产品质量影响较小,在技术上难以消除,在经济上也不值得消除,异常波动是由系统原因(异常原因)造成,他的产品质量影响很大,但能够采取措施避免和消除,程控的目的就是消除、避免异常波动,使过程处于正常波动状态.
&&& 4.1 AOI和SPC的结合
&&& AOI技术的统计分析功能与SPC技术的结合为SMT生产工艺实时完善提供了有利的保障,PCB装配的成品率进而得到明显提高,随着现代制造业规模的扩大,生产的受控越来越重要,对SPC资料的需求也不断增长,AOI系统的应用将越发显出其重要性.将AOI和SPC有效结合,能够实现工艺制程快速、准确地反馈(如图10),降低成本,提高成品率,从而也就提高了企业的利润.
&&& AOI能够实现两类测量,即缺陷检测(传统意义的AOI应用)和每块PCB的差异测量,对有效的过程控制而言,两类测量都需要,其中差异测量对实时SPC应用非常重要,它会根据AOI系统类型及它所处生产线位置的不同而不同,为使AOI/SPC成功用于生产线上,AOI系统必须能产生错误处理和报警,误判率和缺陷检测灵敏度会受检查参数的影响,生产工艺变量越多,误判的可能性就越大,缺陷检测的复杂程度也越大,因此选择在印刷、贴片、回流焊后或后进行检查,误判率有明显的不同,一般来说,误判率的高低取决于工艺变化及组装板复杂程度,缺陷确定有时非常棘手,两类缺陷即硬缺陷和软缺陷,硬缺陷是二元性缺陷,如缺件和空焊;软缺陷是参数性缺陷,如零件移位和锡量不足等,这些缺陷有一个判定范围,用户必须字仔细地设定检查参数,使设备不会再设定的缺陷范围内产生误判,也可以从统计的观点来看这种给定范围的误判,此时应该在既能满足保护要求又能使总体检测成本最低的情况下,选择最佳检测参数.
&&& 目前很多设备生产商在研发自带印刷检测系统的新型印刷机,其设计大多是将2D检测系统整合到印刷机内,在检查缺陷的同时对其数量和类型进行统计,并反馈回来经分析后对印刷机的参数进行调整,从而达到AOI/SPC结合的闭环控制,这种检测系统具有特殊的要求,体积要小、可以装配到印刷机内;检测速度要快,不影响印刷工作效率,涉及到闭环控制、判断、统计和分析速度要快,并且要可靠、尽量减少误判.
&&& 4.2 实时监控
&&& 利用目前AOI系统生成的标准缺陷数量和对变量的量测能实现实时检查并发现不良,只要有任何过程超出预设界限,系统都会提醒生产线操作员.基本上实时AOI/SPC是连续检测生产线状况,检测出每块板的不良,同时检测贴片的效果、测定送料和吸嘴的性能并严格控制过程变量.
&&& 这种系统关键有两点,一个是要有快速准确的AOI与系列生产线控制器相连,另外还需要一个智能网络以维护AOI数据,并快速将相关数据转化成某个特定机器、送料器或吸嘴的信息,生产线控制器和数据用一个RS485网络来收集数据,这个网络允许从焊膏印刷机、贴片机、回流焊炉和AOI系统传输数据.
&&& 通过计算最佳和平均生产周期,OEM可EMS厂商能够确定出系统的实际利用率.收集到的数据可以追溯一个有缺陷的零件直到某个卷盘,此外还可以快速优化生产线以适应不同的产品种类.
&&& 5 AOI现状与发展趋势
&&& 5.1 AOI存在问题
&&& AOI虽然具有比人工检测更高的效率,但毕竟是通过图像采集和分析处理来得出结果,而图像分析处理得相关软件技术目前还没达到人脑的级别,因此,在实际应用中,一些特殊情况,AOI的误判、漏判在所难免.
&&& 目前AOI在使用中的主要问题有:
&&& (1)多焊、少锡、偏移、歪斜的工艺要求标准界定不同,容易导致误判.
&&& (2)电容容值不同而规格大小和颜色相同,容易引起漏判.
&&& (3)字符处理方式不同,引起的极性判断准确性差异较大.
&&& (4)大部分AOI对虚焊的理解发生歧义,造成漏判推诿.
&&& (5)存在屏蔽圈、屏蔽点的检测问题.
&&& (6)BGA、FC等倒装元件的焊接质量难以检测.
&&& (7)多数AOI编程复杂、烦琐且调整时间长,不适合科研单位、小型OEM厂,多规格小批量产品的生产单位.
&&& (8)多数AOI产品检测速度较慢,有少数采用扫描方法的AOI速度较快,但误判、漏判率更高.
&&& 5.2 AOI发展趋势
&&& (1)图形识别法成为应用主流
&&& SMT中应用的AOI技术,图形识别法已成为主流,这是由于SMT中应用的AOI技术主要检测对象,如SMT元件、PCB电路、焊膏印刷图形、完成组后组件等的规格和种类,而且检测对象发展变化很快,相应的设计规则、标准很难全面跟上,为此,基于设计规则的DRC法应用起来较困难,而计算机技术的快速发展解决了高速图形处理难题,使图形识别法更易实用化.目前,各式各样的图形识别法AOI技术在SMT中应用越来越广泛.
&&& (2)AOI技术向智能化方向发展
&&& AOI技术向智能化方向发展是SMT发展带来的必然要求,在SMT的微型化、高密度化、快速组装化、品种多样化发展特征下,检测信息量大而复杂,无论是在检测反馈实时性方面,还是在分析、诊断的正确性方面,依赖人工对AOI获取的质量信息进行分析、诊断几乎已经不可能,代替人工进行自动分析、诊断的智能AOI技术成为发展的必然,图11所示为一种采用焊点形态图形识别和专家系统分析的智能化AOI系统原理图[9],它基于焊点形态理论,方法与自动视觉检测类似,即利用光学系统和图象处理措施在线实测已成形焊点的形态,由计算机将所获取的焊点实际形态与分析评价专家系统库存的合理形态进行比较,快速识别超出容许形态范围的故障焊点,并利用智能技术对其故障类型和故障原因进行自动分析评价,形成工艺参数优化调整实时控制信息,进行焊点质量实时反馈控制,并对分析评价信息进行记录统计处理,该方面的研究工作国内外都在进行之中.
&&& 6 结束语
&&& 随着SMT不断向轻型化、薄型化、微小化发展,AOI大规模使用已成为必然趋势,伴着市场规模的不断扩大,生产厂商的不断增加,AOI技术也将不断发展,可以预见,在不久的将来,功能更强的AOI将成为SMT生产环节中不可或缺的设备.
适于SMT生产的LLP封装
&&& 无引线框架封装 (Leadless Leadframe Package, LLP) 是一种采用引线框架的 CSP 封装,体积极为小巧,最适合高密度印刷板采用.而采用这类高密度的产品包括蜂窝式移动电话、寻呼机以及手持式个人数字助理等轻巧型设备.以下是 LLP 封装的优点:低热阻;较低的电寄生;使电路板空间可以获得充分利用;较低的封装高度;较轻巧的封装.
&&& 封装简介
&&& 管脚接点:接点焊盘的位置以单行或双行排列或根据管脚数目及封装面积而定的阵列格式排列;个别应用方案的封装设有共用及/或接地管脚;所有 LLP 封装的接点都镀上一层 85 锡/15 铅的焊锡,方便进行表面安装.
&&& 印刷电路板的设计:美国国家半导体建议印刷电路板的焊接点模式应与封装面积之间保持一比一的比例;将无掩蔽管芯底部的焊盘 (DAP) 焊接到印刷电路板上.这个做法有以下优点:可以发挥最佳导热性能;使焊接点更牢固可靠;当进行锡时,使封装更容易自动对准印刷电路板.
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&&& LLP 封装采用双列直插式 () 或四方封装.采用这种封装无需顾虑共面性,所有 LLP 封装接点都与封装底部对齐.潮湿敏感度 (MSL):所有 LLP 封装都属于 1 级潮湿敏感度;个别需采用较大封装的应用方案的潮湿敏感度会因为采用的管芯大小及无掩蔽 DAP 设计而有所不同.
&&& 封装的运送
&&& LLP 封装采用标准的多碳酸传导载体磁带封装,另加外层附有压力敏感黏胶 (PSA) 封条胶纸,才装箱付运.LLP 封装采用 7 英寸的盘卷装载付运.样品则采用载体磁带格式付运.
&&& JEDEC 登记
&&& 四方 LLP 封装:MO-220
&&& 双列直插式 (DIP) LLP 封装:MO-229
&&& 有关印刷电路板设计的建议
&&& 表面安装封装可采用两种焊接点模式:N 以及 MD.MD 设有一个比焊盘大的窗孔,而 SMD 焊盘则设有一个比金属焊盘小的焊接掩模窗孔.
&&& 由于铜蚀刻工序比锡焊掩模工序可以受到更严密的控制,因此我们建议采用 NSMD.但按照 NSMD 的规定,由于铜焊盘体积较小,因此可以在有需要时更易在印刷电路板上进行换码 (escape) 布线.
&&& 根据 NSMD 焊盘的规定,铜焊盘及焊接掩模四周需要有 0.075 mm (即 3 mil) 的空间.这样可避免焊接点及焊接掩模之间互相重叠,而且这个空间可视为掩模对齐的承受度.
&&& 根据 SMD 焊盘的规定,应力集中点可以集中在接近印刷电路板边上的焊接掩模.较大温度变化等极端环境状况可能会引起金属疲劳,导致焊接点出现裂纹以及出现可靠性问题.
&&& 为了充分提高焊接的可靠性,美国国家半导体建议 LLP 封装的封装焊盘与印刷电路板焊盘之间保持 1:1 的比例.若需要探测信号焊盘,设计时应将探测焊盘置于信号焊盘隔邻.信号焊盘与探测焊盘之间的线迹 (trace) 必须以焊接掩模覆盖,确保不会违反封装焊盘与印刷电路板焊盘的 1:1 比例规定.
&&& 导热系统设计的考虑因素
&&& 导热焊接点
&&& LLP 封装的导热焊接点是一个金属区,在正常情况下会采用的金属以铜为主.导热焊接点设在封装下及印刷电路板上的中央位置.其形状呈矩形或方形,而且大小应与封装底部的无掩蔽焊盘的大小相吻合 (1:1 的比例).
&&& 对于某些高性能的应用方案来说,印刷电路板的焊接点可能会改?I" 的形状,以加强其导热方面的性能表现.采用 "I" 形焊接点的封装都会采用双列直插式的配置.
&&& 导热通孔
&&& 导热通孔是必不可少的装置.这些通孔可将印刷电路板表面的热能传送至接地面层.不同应用方案需要不同数目的通孔,而实际数目则取决于有关的电子要求及功耗.增加通孔的数目有助提高封装的导热能力,但改善幅度会随着通孔数目的增加而递减.
&&& 通孔的直径应介于 0.3mm 与 0.33mm 之间,而且必须有 1oz 铜料穿过桶形电镀层连通各层.应注意必须堵塞通孔,以防进行焊接时有焊锡残留在通孔内.若铜电镀层未能堵塞通孔,可利用印刷电路板顶层上的焊接掩模堵塞导热通孔.焊接掩模的直径必须比通孔直径大 4 mil 以上.无论在印刷电路板上哪一位置,焊接掩模的厚度都应保持均匀.
&&& 导热料内出现空洞的影响
&&& 焊锡或管芯黏贴料内若出现空洞 (通常在生产过程中产生),可能会直接影响散热能力.除非空洞的大小比有关物料体积的某一百分率还大,否则影响微不足道.注意:空洞一般不会影响焊接的可靠性.
&&& LLP 封装的表面安装过程包括:有关印刷电路板电镀层的规定;利用丝网印刷将焊锡印在印刷电路板上;监察焊锡的体积 (确保厚度均匀);采用标准
拾放设备放置封装;回流焊锡开始前预先进行 X 光检查 - 焊桥;回流焊锡及清洁 (取决于类别).
&&& 印刷电路板内的导热层
&&& 由于 LLP 封装体积小巧,封装内的管芯所耗散的热能大部分经由无掩蔽焊盘传送至印刷电路板.因此,若要发挥良好的导热性能,印刷电路板的配置以及夹在印刷电路板内的金属层起着关键作用.以一块四层式的印刷电路板来说(其中两层用作传送至信号,而另外两层连接电源及接地),连接导热通孔的内层铜箔的面积大小对封装的导热能力有很大的影响.内层铜箔面积越大,其热阻便越低.但热阻的下跌幅度会随着内层铜箔面积的增加而递减.这个情况与导热通孔数目越多、导热能力的改善幅度反而递减相似.回流焊锡完成后进行 X 光检查 焊桥及空洞.
&&& 印刷电路板的电镀层规定
&&& 印刷电路板电镀层的厚度必须均匀,这是确保高成品率的关键因素.
&&& 若采用镍金溶液的非电镀方法,金箔厚度应介于 0.05 m 与 0.127 m 之间,以防焊接点容易破裂.
&&& 也可采用已涂上有机锡焊保护 (OSP) 涂层的印刷电路板,这是镍金 (Ni-Au) 之外的另一可行方法.
&&& 焊锡模板
&&& 若采用模板印刷将焊剂印在电路板上,便需用力将焊剂压过预设的漏孔.模板的通孔大小比例、所采用的制作过程以及有关因素对焊剂的黏附有重大的影响.放置 LLP 封装前应先检查模板,以提高电路板装配的成品率.
&&& 若采用模板进行锡焊,应采用电镀镍、电抛光、化学蚀刻、或激光切割等方法制造的模板,而且应采用逐渐缩小的通孔墙 (由 倾斜5度开始缩小),以便更快释出焊剂.模板应该厚 127 m.为免出现焊桥,模板窗孔必须作出如下修改:端点漏孔应稍远离焊盘 0.1对于焊盘窗孔直径高达 5mm 的无掩蔽焊盘来说,窗孔大小应缩小至相关印刷电路板的无掩蔽 DAP 大小的 95%;若无掩蔽焊盘通孔有任何一边超过 5mm,专为这一边而设的模板窗孔应一分为二.至于设有无掩蔽电源及接地环的封装,专为任何大小无掩焊盘通孔而设的模板窗孔应分为一列窗孔,而每一窗孔至少相隔一段距离电源及接地焊盘的窗孔与焊盘的比例为 1:1,但须分为几个窗孔采用 SOT23 封装而设计),可参有关焊接模板窗孔的规定,全新的电路板设计应采用图2所示的印刷电路板焊盘及模板窗孔.
&&& 封装的摆放
&&& 我们可以采用标准的拾放机放置 LLP 封装,准确度可达 0.05mm.元件拾放系统装备了一套可以辨认及摆放有关元件的视觉感测系统以及一套可执行机械式拾放功能的机械系统.目前有两类常用的视觉感测系统:其一是可找出封装位置的系统;而另一类系统则可从互连电路上找出各焊接块的位置.第二类的摆放位置较为准确,但成本则较为昂贵,而且需要耗费更多时间.由于回流焊锡进行时,LLP 封装焊接点可以自动对准中心点,因此有关元件可以对准排列,成直线之势.换言之,两种方法都可接受.
&&& 建议将 LLP 封装放进焊剂内,最好深入焊剂 1 至 2 mil.
&&& 第 3 类及第 4 类焊剂都可接受.进行焊接时,建议用压缩氮气以清除残留的焊剂.由于LLP封装封闭已经符合技术标准(J-D-020),以致在回流周期中能达到最多三交高达235度的水平.
&&& 回流焊锡及清洁
&&& 只要采用标准红外线/红外线对流 SMT 回流焊锡工艺技术,便可进行 LLP 封装的装配,无需特别考虑其他因素.正如采用其他封装一样,电路板确实位置的热反应必须加以确定.若采用并不清洁 (no-clean) 的助焊剂进行焊接,必须先彻底消除所有氮气.只要在 235度 的最高温度下进行最少来回三次回流焊锡,便可确保 LLP 封装符合技术标准 (J-STD-020).LLP 封装的确实温度与以下几个选项有函数关系:
&&& 元件密度
&&& 元件在电路板上的位置
&&& 四周元件的大小
&&& 因此我们最好在电路板上多个不同位置测量温度.
&&& 焊接点的检查
&&& 表面安装工序完成后,必须抽样进行 X 光检查,以确保焊接是否理想.X 光可显示焊桥、短路、开路及空洞等缺陷.注意:空洞一般来说不会对焊锡的可靠性有任何影响.
&&& 除了用X光进行检查外,应另外从侧面观看及检查封装焊接位,以观察焊接块是否似沙漏形状.由于沙漏形焊接块不很牢固,因此并不可靠.从侧面观看及检查时,可以利用玻璃镜作 90O角投射观看.
&&& 重换/修复工序
&&& 修复工序的技术水平可由以下步骤加以监控:
&&& 将热能经由元件传送至焊接块,以免邻近的元件受热过度.
&&& 加热工序应在密封、并以惰性气体在气流的环境内进行,而且加热范围一带的温度梯度不可超过 5 度.
&&& 应采用底部加热的对流式,以确保温度均匀.
&&& 可更换的有多种不同大小,适用于不同应用方案,以便引导气流的流向.
&&& 注意:标准 SMT 加工系统可以执行上述功能.
&&& LLP 封装的拆除
&&& 只要利用真空吸嘴将焊接点加热,直至温度超过蚀刻焊锡 (63 锡-37 铅) 的液化温度,便可从印刷电路板上拆除 LLP 封装.建议在进行任何加工工序之前先将印刷电路板置于 125度 的温度下焙烘 4 小时.经过焙烘后,残留在系统内的任何水份将会全部驱走,以免在拆除过程中水份会导致裂纹出现或印刷电路板出现分层 (laminati) 现象.
&&& 建议在进行标准加工工序时,相邻的元件要有 1.27 mm (即 50 mil) 的相距空间.若相邻元件相距少于 1.27 mm,便需要采用特别订制的才可拆除封装及进行加工工序.
&&& 建议 LLP 封装的回流焊锡工序应与印刷电路板的安装工序在时间上尽量接近.将 LLP 封装加热之前,应预先将整块印刷电路板的底部加热至 100度,以确保工序在受控的情况下进行.当温度升至液化温度时,真空喷咀会自动启动,将元件吸走.拆除封装之后,可以利用喷咀将焊盘加热,引导任何残留的焊锡回流.而这些残留焊锡可以利用 Teflon 尖咀真空吸管清除.
&&& 清洁焊接位置后的准备工作
&&& LLP 封装一旦拆除后,必须先清洁焊盘一带,以便准备焊接封装.若采用与 LLP 封装外型大小相若的低温、刀口式传导工具,再辅以清除,应可取得最佳效果.整个加工工序都需要免助焊剂,而且由始至终都需要小心处理,以免印刷电路板的连接面烧焦、脱落或受损.
&&& 焊剂沉积
&&& 由于 LLP 封装是一种将整片面积焊接的封装,因此所用的焊锡必须能确保焊接点在加工工序完成之后牢固可靠.我们建议采用厚 127 m (5 mil) 的迷你型模板,在更换 LLP 封装之前将焊锡附在焊接面上.
&&& 元件摆放
&&& 部分 CSP修复都会装设一套拾放系统,以便准确放置封装及对准位置.我们并不建议采用依靠肉眼判断位置是否对准的人手拾放操作,因为这样很难或甚至不可能确保摆放位置保持一贯的准确性.
&&& 元件回流焊锡
&&& 我们建议 LLP 封装的回流焊锡工序的温度流程应与印刷电路板安装工序的间谍流程尽量接近.将 LLP 封装加热之前,应预先将整块印刷电路板的底部加热至 100度,以确保工序在受控的情况下进行.当温度升至液化温度时,焊锡将会自动回流,而 LLP 封装则会自动对准.
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