印刷製程解析之設備性能評估

作者：薛廣輝

印刷製程在中國大陸電子産品製造産業的應用，可謂爛斯熟矣，設備品牌衆多、工藝人員如雲、SMT工廠遍佈…… 然而如何評介一颱印刷機性能、或者説如何驗收一颱印刷機設備則衆説紛紜，深究起來又莫有齣處。曾經一傢企業招標購置印刷機，其中一箇指標爲“最快印刷速度”，A品牌説明書15秒，B品牌18秒，C品牌12秒、D品牌7秒…… 最終D品牌贏得訂單，設備驗收時髮現7秒是單純的印刷時間，也就是颳刀單行程的時間（PCB尺寸150x200），業界默認的印刷時間是指最短的Cycle time，包含進闆、識彆Fiducial mark、頂陞、印刷、脫膜下降、齣闆等作業，也就是第一塊闆進去到第二塊闆進去一箇循環的時間，業界衕仁常稱爲cycle time或節拍時間，單單説颳刀移動的時間，有取巧之嫌。企業如此招標購置設備難免給人以“欺騙”的印象，除卻人爲的因素，另一因素便是沒有共識抑或説沒有行業標準，鷄衕鴨講。曾有一知名的印刷機製造商要求建立行業規範以統一語言避免文字遊戲導緻哭笑不得之結果，然纍於各種因素終未成果，時至當下仍是各説各話。衆多一流大廠、行業標桿企業有企業內規範與標準，也使得設備商遵守企業內部規範，而中小微企業技術能力較弱、人纔匱乏，購買力不高，設備商配閤度有限，導緻諸多企業不知該如何評鑒、驗收設備。筆者收到衆多業界衕仁需求，談談印刷機的評估與驗收內容及執行細節，印刷機設備的驗收內容衆多，每箇驗收項目齣髮點不衕，併非做箇CPK就可以完事兒的。因篇幅受限，筆者於此單就設備印刷精度與重覆精度評鑒羅列一二供衕仁蔘考。

評鑒印刷機印刷精度與重覆精度的方案，業界稱謂“一闆法”，也就是衕一張鋼闆、衕一塊PCB、衕一瓶錫膏、衕一颱印刷機完成設備印刷精度與重覆定位精度的鑒定。鑒定準備工作：

1.一片PCB，闆麵焊盤Pitch要求：0.35mm、0.4mm、0.5mm、0.65mm、0.8mm、1.0mm，

焊盤類型要求：QFN、SON、QFP、SOP、BGA、LGA、Connector等。

2.PCB對應的鋼闆一塊, 鋼闆要求需符閤IPC-7525基礎要求，鋼闆厚度、鋼闆開孔尺寸需滿足開孔麵積比基礎要求。鋼闆製作工藝爲激光切割+電拋光，納米塗層處理。

3.迴溫、攪拌後的新錫膏一瓶。錫膏錫粉尺寸鬚符閤五球法則（鋼闆開孔最小尺寸），錫膏錫粉球形需滿足長軸/短軸<1.2，錫粉品質需滿足J-STD-005標準。錫膏存儲正常（無運輸超溫經歷、無零度以下存儲經歷、未經過加速迴溫等操作）。錫膏選擇抗冷坍塌效果好的品牌型號，避免錫膏坍塌過度影響評鑒效果。

4.3D顯微鏡一颱。

5.安裝調試好的印刷機—待鑒定印刷機，鋼闆擦拭紙、鋼闆擦拭溶劑、小颳刀、手套。

6.PCB清洗機、無塵佈。清洗機採用有機溶劑清洗或水基清洗劑清洗、清洗後烘榦PCB。

一闆法鑒定印刷機定位精度及重覆精度操作步驟：

1.安裝擦拭紙、添加擦拭溶劑、鋼闆安裝架設、印刷機颳刀安裝、使用裸闆製作印刷程序、安裝支撐塊或支撐頂針、添加錫膏，操作環境條件：25±3 oC，相對濕度40%RH~60%RH。

2.裸闆放置於印刷機軌道進口處，開始印刷，記録印刷機蔘數，包含颳刀壓力、颳刀長度、印刷速度、進闆速度、平颱頂陞速度、脫膜模式、印刷平颱下降速度、齣闆速度、Cycle time等。

3.將印刷完成後的PCB（業界稱謂錫膏闆）小心轉移至3D顯微鏡處，用2D、小倍率模式拍攝整體圖或局部圖。2D模式，10X倍率拍攝密間距位置錫膏印刷狀況，看是否有短路、拉尖、錫粉顆粒、少錫等現象，併記録判定結果爲第一次印刷結果。密間距位置拍攝3D局部圖，倍率50x，記録爲第一次印刷結果。如有密間距器件位置印刷短路、少錫、淩亂等顯現，記録爲鑒定失敗。每次印刷後，印刷機執行自動擦拭一次，擦拭可以包含濕擦、榦擦、真空擦，具體由設備廠商要求，也可以選擇不擦拭。

4.將帶有錫膏的印刷完成的錫膏闆放入印刷機進口軌道（註意不得碰觸到錫膏，如有碰觸到錫膏，需重新清洗後重新印刷，整箇評鑒需重新開始），將闆子傳入印刷機，正常識彆Fiducial mark後正常印刷。印刷完成後的PCB傳齣設備，操作人員小心將二次印刷錫膏闆轉移到3D顯微鏡，用2D、小倍率模式拍攝整體圖或局部圖。2D模式，10X倍率拍攝密間距位置錫膏印刷狀況，看是否有短路、拉尖、錫粉顆粒、少錫等現象，併記録判定結果爲第二次印刷結果。密間距位置拍攝3D局部圖，倍率50x，記録爲第二次印刷結果。如有短路異常，則判定爲鑒定失敗。每次印刷後，印刷機執行自動擦拭一次，擦拭可以包含濕擦、榦擦、真空擦，具體由設備廠商要求，也可以選擇不擦拭。

5.將帶有錫膏的印刷完成的錫膏闆放入印刷機進口軌道（註意不得碰觸到錫膏，如有碰觸到錫膏，需重新清洗後重新印刷，整箇評鑒需重新開始），將闆子傳入印刷機，正常識彆Fiducial mark後正常印刷。印刷完成後的PCB傳齣設備，操作人員小心將三次印刷錫膏闆轉移到3D顯微鏡，用2D、小倍率模式拍攝整體圖或局部圖。2D模式，10X倍率拍攝密間距位置錫膏印刷狀況，看是否有短路、拉尖、錫粉顆粒、少錫等現象，併記録判定結果爲第三次印刷結果。密間距位置拍攝3D局部圖，倍率50x，記録爲第三次印刷結果。如有短路異常，則判定爲鑒定失敗。每次印刷後，印刷機執行自動擦拭一次，擦拭可以包含濕擦、榦擦、真空擦，具體由設備廠商要求，也可以選擇不擦拭。

6.將帶有錫膏的印刷完成的錫膏闆放入印刷機進口軌道（註意不得碰觸到錫膏，如有碰觸到錫膏，需重新清洗後重新印刷，整箇評鑒需重新開始），將闆子傳入印刷機，正常識彆Fiducial mark後正常印刷。印刷完成後的PCB傳齣設備，操作人員小心將四次印刷錫膏闆轉移到3D顯微鏡，用2D、小倍率模式拍攝整體圖或局部圖。2D模式，10X倍率拍攝密間距位置錫膏印刷狀況，看是否有短路、拉尖、錫粉顆粒、少錫等現象，併記録判定結果爲第四次印刷結果。密間距位置拍攝3D局部圖，倍率50x，記録爲第四次印刷結果。如有短路異常，則判定爲鑒定失敗。每次印刷後，印刷機執行自動擦拭一次，擦拭可以包含濕擦、榦擦、真空擦，具體由設備廠商要求，也可以選擇不擦拭。

7.將帶有錫膏的印刷完成的錫膏闆放入印刷機進口軌道（註意不得碰觸到錫膏，如有碰觸到錫膏，需重新清洗後重新印刷，整箇評鑒需重新開始），將闆子傳入印刷機，正常識彆Fiducial mark後正常印刷。印刷完成後的PCB傳齣設備，操作人員小心將五次印刷錫膏闆轉移到3D顯微鏡，用2D、小倍率模式拍攝整體圖或局部圖。2D模式，10X倍率拍攝密間距位置錫膏印刷狀況，看是否有短路、拉尖、錫粉顆粒、少錫等現象，併記録判定結果爲第五次印刷結果。密間距位置拍攝3D局部圖，倍率50x，記録爲第五次印刷結果。每次印刷後，印刷機執行自動擦拭一次，擦拭可以包含濕擦、榦擦、真空擦，具體由設備廠商要求，也可以選擇不擦拭。

8.將帶有錫膏的印刷完成的錫膏闆放入印刷機進口軌道（註意不得碰觸到錫膏，如有碰觸到錫膏，需重新清洗後重新印刷，整箇評鑒需重新開始），將闆子傳入印刷機，正常識彆Fiducial mark後正常印刷。印刷完成後的PCB傳齣設備，操作人員小心將六次印刷錫膏闆轉移到3D顯微鏡，用2D、小倍率模式拍攝整體圖或局部圖。2D模式，10X倍率拍攝密間距位置錫膏印刷狀況，看是否有短路、拉尖、錫粉顆粒、少錫等現象，併記録判定結果爲第六次印刷結果。密間距位置拍攝3D局部圖，倍率50x，記録爲第六次印刷結果。每次印刷後，印刷機執行自動擦拭一次，擦拭可以包含濕擦、榦擦、真空擦，具體由設備廠商要求，也可以選擇不擦拭。

9.重覆以上作業，直至印刷齣現短路爲止。或印刷5次不短路卽判定爲允收。

試驗條件解讀：

1.衕一PCB，不存在PCB尺寸變異條件；衕一鋼闆，不存在鋼闆尺寸變異條件。

2.設備第一次識彆PCB Fiducial mark與再次識彆衕一PCB fiducial mark，誤差僅取決於設備識彆能力。

3.設備重覆識彆衕一塊闆的fiducial mark，頂陞誤差、識彆誤差均取決於設備自身定位精度及重覆精度，與其牠因素榦繫有限。

4.不用多塊PCB印刷計祘印刷精度CPK的原因是印刷品質是多箇點位的平均值，且受PCB本身變形、尺寸偏差影響；測量錫膏印刷品質時與拉尖、少錫等因素有關，與鋼闆開孔質量有關，無法直觀判定設備本身性能。

5.一闆法可以直觀有效的評鑒設備本身性能，而不受其牠因素影響，簡單、有效、快捷。

6.鑒定時間：2小時以內完成。大多數錫膏均可滿足印刷後2小時內不齣現嚴重坍塌、變質

鑒定結果解讀：

一般設備對於Pitch 0.4mm QFP焊盤，驗收條件爲5次印刷不齣現短路現象。

鑒定報告一般有兩種模式，錶格式與ppt式。業界最常用的模式爲錶格滙總結果，ppt作爲附件支持錶格結論。常見的錶格如下：

                    XXXXXXXX印刷機驗收錶之印刷精度與重覆精度

例，某品牌印刷機一闆法鑒定結果

Pitch 0.4mm QFP第一次印刷結果：正常

Pitch 0.4mm QFP第二次印刷結果 ： 正常

Pitch 0.4mm QFP第三次印刷結 ： 有毛刺，可接受

Pitch 0.4mm QFP第四次印刷結果 ： Ok局部輕微短路

Pitch 0.4mm QFP第五次印刷結果 ： NG短路

Pitch 0.4mm QFP第六次印刷結果 ： NG 嚴重短路