SMT双面屏蔽罩侧边焊接工艺精益管理

合肥鑫晟光电科技有限公司□陈红 彭媛媛 宋飞飞 吴学咿 王鑫 赵涛 赵凯旋 王晓磊

SMT（表面贴装技术）是目前电子组装行业里使用最为广泛的一种技术和工艺，是指通过一定的工艺、设备、材料将无引脚或短引线表面组装元器件贴装在PCB或其他基板的表面上，通过回流焊等方式进行焊接的电路装连技术。SMT的关键工艺流程包括印刷、贴片、回流焊等，其中贴片工艺又可以分为单面贴装和双面贴装，双面贴装在实现高集成PCBA产品的同时也给SMT工艺带来了一定难度。

本文主要介绍的双面屏蔽罩设计焊盘位于PCB板边侧面，这种在实现双面焊接的同时还要满足屏蔽罩的侧边焊接精度的需求，极大拉升了对SMT的高精度工艺要求。由于是初次引进双面侧边焊接，相关制程经验不足，试产中还存在屏蔽罩空焊等问题亟待改善。

（1）锡膏印刷

在SMT工艺中，印刷锡膏是第一步也是影响最终焊接质量的关键工艺流程之一。锡膏印刷流程如图1所示。其目的主要是通过钢网将足量的锡膏转移到PCB焊盘上，锡膏在流动过程中受到刮刀的推力作用，经过钢网开孔下落至相应的焊盘上，印刷结束钢网与PCB脱离，锡膏完全落在对应的焊盘上。影响锡膏印刷的关键工艺参数包括刮刀速度、刮刀压力、钢网厚度、钢网开口、脱离速度等。钢网的厚度一般由PCB焊接最小零件类型及最小元件间距决定，如最小零件是0402，一般钢网厚度为0.1mm，最小零件为0201时，钢网厚度一般为0.08mm。当钢网厚度一定时，开口大小及形状成为影响锡膏印刷质量的关键因素。

图1 锡膏印刷流程

（2）专用吸嘴设计

屏蔽罩尺寸较大，普通吸嘴吸附效果不稳定，如图2所示通过将原有单气孔吸嘴更改为双气孔吸嘴，可以使吸附屏蔽罩更加稳定，在高速运转过程中吸着力更强，贴装下压时，受力均匀，提高吸着稳定性。

图2 吸嘴示意图

（3）屏蔽罩规格设计

SMT的贴片工艺可以通过高精度的贴片机实现，在贴片前的锡膏印刷是影响SMT焊接质量的关键工艺之一。传统的SMT工艺中焊盘均位于PCB板面，锡膏只需要通过设计相应的钢网开口漏印在PCB上即可。印刷流程如图1所示，锡膏在受到刮刀的推动力作用下，经由钢网开口下落至对应的焊盘上，实现PCB的印刷工艺。

本文中所涉及的产品屏蔽罩要求焊接在PCB侧面，这种焊接方式的优势在于一方面可以降低PCBA厚度，减小SMT焊接空间，另一方面同时还可以增加电磁屏蔽效果。为了实现此种屏蔽罩在PCB侧面焊接，将其焊盘设计位于PCB板边两侧，因此需要对钢网开口的尺寸进行外扩，使得印刷后的锡膏可以下落附着于PCB板侧边。而外扩的尺寸大小也与屏蔽罩的外宽尺寸紧密相关。

1）规格中心值设定

如图3所示，屏蔽罩的外宽尺寸需要考虑到印锡厚度，屏蔽罩厚度以及板宽。因此，屏蔽罩的外宽尺寸设计中心值应为PCB宽度+锡厚×2+CAN厚度×2=8.5+0.05×2+0.15×2=8.9mm。见表1。

图3 CAN焊接示意图

表1 原材设计中心值

2）规格公差的设定

通过对不同外宽尺寸的屏蔽罩进行SMT投入验证，当尺寸偏小时会产生浮起不良，尺寸偏大时会产生空焊不良，CAN外宽水准在8.84mm～8.96mm之间无不良，因此规格设定为8.9mm±0.05mm较为合理，有利于焊接良率的大幅提升。见表2。

表2 CAN外观水准验证

（4）钢网开口的设定

本机种为双面CAN工艺，A面为大CAN，B面为小CAN，两面CAN的长度、pin脚个数存在差异，SMT工艺优先顺序为先进行B面SMT，再进行A面SMT。如图4所示，1～5 pin脚处的钢网开口为0.45mm且侧面焊盘经过两次印刷上锡，而6～7处焊盘仅经过一次印刷上锡，因此对于边缘6～7的pin脚位置，钢网开口增加至0.46mm。

图4 双面CAN示意图

（1）CAN外宽尺寸管控——限位器导入

PCB侧边焊接对于屏蔽罩的外宽尺寸管控要求较为严格，公差仅为±0.05mm，为了实现对此尺寸的稳定管控，导入了限位器卡槽，对CAN的外径宽100%卡控，此外增加SPC管控，监测频率2pcs/0.5h，以确保原材的品质管控稳定。

（2）SMT制程管控

SPI是指锡膏检测系统，主要是用以检测锡膏印刷的面积、体积、高度、形状、桥接等，从而实现对锡膏印刷质量的品质监控，SPI能有效确保良好的锡膏印刷质量，最大程度地减少可能存在的成品不良率。

炉后的PCBA成品可通过切片状态判断焊接可靠性，如图5所示，从切片图片可以看到焊锡与PCB以及CAN之间的焊接状态良好，试产阶段测试频率要求1pcs/build，量产初期测试频率为1pcs/2Weekly。

图5 CAN切片

本文基于SMT焊接原理，根据PCB原材，CAN原材以及钢网印锡厚度，通过DOE验证，确定了屏蔽罩的尺寸管控要求；根据本机种的双面屏蔽罩焊接要求，确定了钢网开口设计。通过对SPI数据的监测以及切片监控焊接可靠性，保证了双面屏蔽罩侧边焊接的量产稳定性。为后续新项目的展开提供了一定的经验积累，输出了一套完成的精益管理方法。