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1、提升回焊制程能力提升回焊制程能力摘要：摘要：當今電子業的發展表明，産品外發加工是一種必然趨勢。原廠客戶所面臨的問題是如何對加工廠 商的生産和品質進行有效的管控，以確保産品持續一致的高品質，所以對加工商的制程能力要求越來越 高。回焊制程一直是一個不被重視的制程，但它所造成的結果可能是災難性的，對産品的可靠性和使用 壽命的降低並不是能夠通過隨後一般的測試能夠發現的，自動回焊管理系統是一個有效的工具，它可以 提升回焊制程能力，對回焊制程實施全面監控，使零缺點生産成爲可能。關鍵字：關鍵字：回焊 制程視窗 虛擬溫度曲線自從在十多年前強制熱風技術應用到回焊爐上之後，這幾年在回流焊設備上已經沒有什麽技術創新
2、 出現。這種情況在經濟高速膨脹的年代是沒有問題的，因爲那個時候産能決定一切，只要能滿足産能的 要求，什麽設備都可以，可惜的是這樣的好日子已經一去不復返了，目前的工業趨勢和狀況是，整個電 子加工業 OEM 界有大量的生產線閒置，許多 OEM 工廠因爲沒有足夠的訂單來填充而舉步維艱，有的甚至 被迫關閉。今天，OEM 要在價格、制程能力、産品品質等多方面進行競爭，成本的降低是 OEM 工廠生存 的基礎，而品質就是競爭力，OOEM 必須用最好的價格和品質來吸引客戶、贏得訂單，從而繼續在業界保 持一席之地。 在 OEM 工廠中，SMT 制程是相當重要的一個部分，以往的注意力都集中在錫膏印刷機和貼片機部分
3、， 業界的共識是這兩個環節是不良的主要來源，累積的核對總和不斷的研究，已經有相當多的方法和手段 來控制這兩個環節的品質，不過對於 SMT 的另外一個環節回流焊卻有不同程度的忽視，通常做的比較好 的也只是定期量測回焊爐的溫度曲線並和規格作比對，比較差的甚至連溫度曲線都沒有定期量測。 雖然每月，每天或每班量測一次爐子的溫度曲線，那這樣是不是就足夠了呢？顯然這個方法本身就 存在漏洞，兩次量測的時間間隔越長，第二次跟第一次的結果大概越難吻合，特別是制程不穩定發生時， 這種階段性量測不一定能夠有效地發現這種變化，而變化的結果可能是災難性的，往往導致産品的重工 和報廢。 OEM 所面臨的問題是一要說服客戶
4、，使客戶相信工廠可以製造出高品質的産品，並在拿到訂單後實 際做到這一點，其二，充分利用現有的設備得到更多的産出，減少人工時，提升良率，降低成本。如何 在回焊爐上實現這兩點呢？自動回焊制程管理技術的應用就是答案。這種系統可以實施 24 小時的連續 制程監控，即時 SPC 管制，自動的制程文檔記錄，産品追溯，可以給客戶更多的保障，給自身更多的贏 利機會。 自動回焊制程管理技術的應用並不是要淘汰現在的強制熱風爐，相反它是對現有的爐子進行自動優 化，使得爐子可以滿足大多數的制程要求。管理系統由硬體和軟體組成，硬體包含兩組固定在爐膛內的 熱電偶組，每組 15 個感測器，這兩組熱電偶沿著傳送帶軌道均分安裝
5、，外面是不銹鋼保護套管，然後 連接到熱電偶處理器 TPU，TPU 再和控制電腦連接。熱電偶具有很高的可靠性和靈敏度，當板子在爐子 中通過時，氣流溫度的變化，都會被感測器偵測到，然後把這種變化信號通過 TPU 傳送到電腦中進行資 料處理分析。在相應的軟體配合下，很容易就可以實現上面所提到的種種功能。圖 1 以下從幾個方面來談這個新技術的作用。 一、制程參數開發在制程的開發中，首先要定義的是規格，也即制程視窗。對回焊制程來說，錫膏和零件廠商都會有 自己的規格，而制程視窗指數 PWI 是一個統計工具用來定義制程的規格，並可以評估實際的制程和規格 的符合程度。圖 2一旦制程窗口定義好之後，接下來要做的
6、是要提升和改進制程，現在的回焊爐可能會有十幾個參數， 而且相當多的參數如加熱區溫度和傳輸帶速度都有相當大的調整範圍，就算是一個非常有經驗的制程工 程師用人工試驗的方法都很難發現爐子的最佳設置參數，更不用說這個過程是非常非常耗時且要佔用大 量寶貴的機器生産時間。這個新技術使用一個參數搜索引擎，可以判別種種設定，分析其産品的溫度曲線和 PWI，然後自動 優化，在短短的幾十秒時間內就可以找出落在制程窗口中心的參數設定，也即 PWI 最小的溫度曲線。圖 3二、制程式控制制 爐子參數設定好之後，一小時或一天之後狀況會是什麽樣子？很簡單，量測一次溫度曲線就知道了。 什麽時候想知道爐子的狀況，就量一次，然而
7、最好的方法是用最低的成本來達到所期望的結果。 自動回焊制程管理系統可以計算出該爐子上製造的每一片板的溫度曲線及其相應的 PWI 值，也可以 計算出每一産品的即時 Cpk 值，這樣，當 Cpk 降到預設水平時，系統就會發出警報，或者當超出規格狀 況發生時，發出警示。報警可以打開一個報警燈或停掉前段的輸送帶，通過在達到超出規格前警報一個 失去控制的制程，系統就變成一個零缺陷的制程工具，通過不干擾生産的連續運作，系統提供如下的製 造效果， 1.增加生産時間 2.免除了階段性溫度曲線量測 3.當不良問題發生時快速原因確認 4.快速産品更換 5.降低單片時間圖 4三、虛擬溫度曲線 虛擬溫度曲線使得我們可
8、以記錄並檢驗每片板子的溫度曲線，該曲線是基於實際的板子溫度曲線量 測和與此同時 30 個熱電偶的所採集的資料，兩者之間所建立起來的關聯性使得軟體能夠通過 30 個熱電 偶的資料而準確地類比出板子的溫度曲線變化。圖 5四、制程效率 很普遍的，制程工程師被要求定義和開發程式文件，然後找到一個辦法保證它在管制之內，顯然這 不是工程師技能的最佳應用。自動回焊制程管理系統，在另一方面明顯地有利於提高資源的利用率，制 程工程師仍然必須定義制程窗口和生産參數，但是可以把每天的工作交給技術員或作業員去完成，他可 以有更多的時間和精力去從事更需要發揮他知識和技能的工作。由於制程開發和管制都是高度自動完成 並有密
9、碼保護，工程師可以確認生産是否在控制之中，另一個因素是，在現在的經濟形勢下，工廠都不 可避免碰到較高的離職率，其結果是訓練的成本大大增加，所以自動系統的應用將使這種訓練的時間和 費用降到最低。五、態度態度的改變將是回焊制程技術提升的一個關鍵因素。回焊制程通常都被想當然成： 1.它很容易，不要投入資源去改進（儘管制程的不良是災難性的） 2.它是一個簡單的制程（但卻需要一個夠格的制程工程師的直接負責） 3.不要先進的自動化工具（但是爐子設定需要很長時間，而且不能做到制程的連續監控） 其中的矛盾不言而喻，但它卻代表了這個領域人員的普遍想法，那些認爲印刷機和貼片機比回焊爐 重要的工程師通常也承認，回焊
10、爐的災難通常意味著成千上萬的金錢損失，而且最糟糕的是，也不知道 未來什麽時候會再發生，他也會承認最好要有辦法知道在兩次作溫度曲線中間的時間段裏，爐子發生了 什麽事。六、不爭的事實 無論回焊爐多麽先進，環境可以造成爐子運作參數的變化，下列因素可以影響回焊爐的功能。 1.傳送帶速度 2.不正常起作用的加熱器熱電偶 3.冷卻水、氣體的供應及流速 4.氣體動態，包括風機馬達、加熱器、助焊劑累積和傳感起錯誤 這些因素在幾個方面影響回焊爐，例如，傳送帶速度的或快或慢會使板子經歷太短或太長的加熱時 間，造成助焊劑的揮發和焊點吃錫性的變化，另外，超過零件所允許的升溫速率將對零件造成損傷。 風機速度的變化將影響
11、爐子的熱傳導能力，風機馬達或加熱器的疲勞失效將減少爐腔內的對流量， 結果減少從加熱器到生産板子的熱傳導量。 過多的助焊劑可能堵塞噴嘴空或減少冷卻器熱交換器的效率，會減少氣體運動和流動方式，降低冷 卻速度，其結果是造成金屬間化合物的成長，降低了焊點的機械性能。 冷卻水、氣體的溫度和流量會極大地影響冷卻效果，冷卻效果差，會造成上面同樣的結果，如果冷 卻過快，可能導致回焊時間（183C 以上時間）減少，造成冷焊或者過快的冷卻速率造成零件的損傷。很明顯，業界範圍歷來都對回焊制程比較忽視，但越來越多的應用實踐證明，一個自動的回焊制程 管理系統已經産生出了明顯的品質和效率的提升。值得一提的是，世界上許多 OOEM 原廠客戶都注意到 了這一點，並且已經把 24/7 即時監控，針對每片板子的虛擬溫度曲線的追蹤能力，SPC 管制並在制程變 壞超出規格前預警納入到供應商選擇的廠商製造能力審核的評分表中，並作爲 SMT 制程的重要能力指標 來評定，同時這些大廠都開始要求現有的供應商，如果目前不具備這種能力的要提供時間表限期提升回 流焊的監控能力，否則就有可能被淘汰出局。所以，假如你是一個 OEM，假如你還不具備這樣的能力， 那麽你還能期望從這些 OOEM 原廠手上繼續拿到訂單嗎？
