印刷制程解析之设备性能评估

作者：薛广辉

印刷制程在中国大陆电子产品制造产业的应用，可谓烂斯熟矣，设备品牌众多、工艺人员如云、SMT工厂遍布…… 然而如何评介一台印刷机性能、或者说如何验收一台印刷机设备则众说纷纭，深究起来又莫有出处。曾经一家企业招标购置印刷机，其中一个指标为“最快印刷速度”，A品牌说明书15秒，B品牌18秒，C品牌12秒、D品牌7秒…… 最终D品牌赢得订单，设备验收时发现7秒是单纯的印刷时间，也就是刮刀单行程的时间（PCB尺寸150x200），业界默认的印刷时间是指最短的Cycle time，包含进板、识别Fiducial mark、顶升、印刷、脱膜下降、出板等作业，也就是第一块板进去到第二块板进去一个循环的时间，业界同仁常称为cycle time或节拍时间，单单说刮刀移动的时间，有取巧之嫌。企业如此招标购置设备难免给人以“欺骗”的印象，除却人为的因素，另一因素便是没有共识抑或说没有行业标准，鸡同鸭讲。曾有一知名的印刷机制造商要求建立行业规范以统一语言避免文字游戏导致哭笑不得之结果，然累于各种因素终未成果，时至当下仍是各说各话。众多一流大厂、行业标杆企业有企业内规范与标准，也使得设备商遵守企业内部规范，而中小微企业技术能力较弱、人才匮乏，购买力不高，设备商配合度有限，导致诸多企业不知该如何评鉴、验收设备。笔者收到众多业界同仁需求，谈谈印刷机的评估与验收内容及执行细节，印刷机设备的验收内容众多，每个验收项目出发点不同，并非做个CPK就可以完事儿的。因篇幅受限，笔者于此单就设备印刷精度与重复精度评鉴罗列一二供同仁参考。

评鉴印刷机印刷精度与重复精度的方案，业界称谓“一板法”，也就是同一张钢板、同一块PCB、同一瓶锡膏、同一台印刷机完成设备印刷精度与重复定位精度的鉴定。鉴定准备工作：

1.一片PCB，板面焊盘Pitch要求：0.35mm、0.4mm、0.5mm、0.65mm、0.8mm、1.0mm，

焊盘类型要求：QFN、SON、QFP、SOP、BGA、LGA、Connector等。

2.PCB对应的钢板一块, 钢板要求需符合IPC-7525基础要求，钢板厚度、钢板开孔尺寸需满足开孔面积比基础要求。钢板制作工艺为激光切割+电抛光，纳米涂层处理。

3.回温、搅拌后的新锡膏一瓶。锡膏锡粉尺寸须符合五球法则（钢板开孔最小尺寸），锡膏锡粉球形需满足长轴/短轴<1.2，锡粉品质需满足J-STD-005标准。锡膏存储正常（无运输超温经历、无零度以下存储经历、未经过加速回温等操作）。锡膏选择抗冷坍塌效果好的品牌型号，避免锡膏坍塌过度影响评鉴效果。

4.3D显微镜一台。

5.安装调试好的印刷机—待鉴定印刷机，钢板擦拭纸、钢板擦拭溶剂、小刮刀、手套。

6.PCB清洗机、无尘布。清洗机采用有机溶剂清洗或水基清洗剂清洗、清洗后烘干PCB。

一板法鉴定印刷机定位精度及重复精度操作步骤：

1.安装擦拭纸、添加擦拭溶剂、钢板安装架设、印刷机刮刀安装、使用裸板制作印刷程序、安装支撑块或支撑顶针、添加锡膏，操作环境条件：25±3oC，相对湿度40%RH~60%RH。

2.裸板放置于印刷机轨道进口处，开始印刷，记录印刷机参数，包含刮刀压力、刮刀长度、印刷速度、进板速度、平台顶升速度、脱膜模式、印刷平台下降速度、出板速度、Cycle time等。

3.将印刷完成后的PCB（业界称谓锡膏板）小心转移至3D显微镜处，用2D、小倍率模式拍摄整体图或局部图。2D模式，10X倍率拍摄密间距位置锡膏印刷状况，看是否有短路、拉尖、锡粉颗粒、少锡等现象，并记录判定结果为第一次印刷结果。密间距位置拍摄3D局部图，倍率50x，记录为第一次印刷结果。如有密间距器件位置印刷短路、少锡、凌乱等显现，记录为鉴定失败。每次印刷后，印刷机执行自动擦拭一次，擦拭可以包含湿擦、干擦、真空擦，具体由设备厂商要求，也可以选择不擦拭。

4.将带有锡膏的印刷完成的锡膏板放入印刷机进口轨道（注意不得碰触到锡膏，如有碰触到锡膏，需重新清洗后重新印刷，整个评鉴需重新开始），将板子传入印刷机，正常识别Fiducial mark后正常印刷。印刷完成后的PCB传出设备，操作人员小心将二次印刷锡膏板转移到3D显微镜，用2D、小倍率模式拍摄整体图或局部图。2D模式，10X倍率拍摄密间距位置锡膏印刷状况，看是否有短路、拉尖、锡粉颗粒、少锡等现象，并记录判定结果为第二次印刷结果。密间距位置拍摄3D局部图，倍率50x，记录为第二次印刷结果。如有短路异常，则判定为鉴定失败。每次印刷后，印刷机执行自动擦拭一次，擦拭可以包含湿擦、干擦、真空擦，具体由设备厂商要求，也可以选择不擦拭。

5.将带有锡膏的印刷完成的锡膏板放入印刷机进口轨道（注意不得碰触到锡膏，如有碰触到锡膏，需重新清洗后重新印刷，整个评鉴需重新开始），将板子传入印刷机，正常识别Fiducial mark后正常印刷。印刷完成后的PCB传出设备，操作人员小心将三次印刷锡膏板转移到3D显微镜，用2D、小倍率模式拍摄整体图或局部图。2D模式，10X倍率拍摄密间距位置锡膏印刷状况，看是否有短路、拉尖、锡粉颗粒、少锡等现象，并记录判定结果为第三次印刷结果。密间距位置拍摄3D局部图，倍率50x，记录为第三次印刷结果。如有短路异常，则判定为鉴定失败。每次印刷后，印刷机执行自动擦拭一次，擦拭可以包含湿擦、干擦、真空擦，具体由设备厂商要求，也可以选择不擦拭。

6.将带有锡膏的印刷完成的锡膏板放入印刷机进口轨道（注意不得碰触到锡膏，如有碰触到锡膏，需重新清洗后重新印刷，整个评鉴需重新开始），将板子传入印刷机，正常识别Fiducial mark后正常印刷。印刷完成后的PCB传出设备，操作人员小心将四次印刷锡膏板转移到3D显微镜，用2D、小倍率模式拍摄整体图或局部图。2D模式，10X倍率拍摄密间距位置锡膏印刷状况，看是否有短路、拉尖、锡粉颗粒、少锡等现象，并记录判定结果为第四次印刷结果。密间距位置拍摄3D局部图，倍率50x，记录为第四次印刷结果。如有短路异常，则判定为鉴定失败。每次印刷后，印刷机执行自动擦拭一次，擦拭可以包含湿擦、干擦、真空擦，具体由设备厂商要求，也可以选择不擦拭。

7.将带有锡膏的印刷完成的锡膏板放入印刷机进口轨道（注意不得碰触到锡膏，如有碰触到锡膏，需重新清洗后重新印刷，整个评鉴需重新开始），将板子传入印刷机，正常识别Fiducial mark后正常印刷。印刷完成后的PCB传出设备，操作人员小心将五次印刷锡膏板转移到3D显微镜，用2D、小倍率模式拍摄整体图或局部图。2D模式，10X倍率拍摄密间距位置锡膏印刷状况，看是否有短路、拉尖、锡粉颗粒、少锡等现象，并记录判定结果为第五次印刷结果。密间距位置拍摄3D局部图，倍率50x，记录为第五次印刷结果。每次印刷后，印刷机执行自动擦拭一次，擦拭可以包含湿擦、干擦、真空擦，具体由设备厂商要求，也可以选择不擦拭。

8.将带有锡膏的印刷完成的锡膏板放入印刷机进口轨道（注意不得碰触到锡膏，如有碰触到锡膏，需重新清洗后重新印刷，整个评鉴需重新开始），将板子传入印刷机，正常识别Fiducial mark后正常印刷。印刷完成后的PCB传出设备，操作人员小心将六次印刷锡膏板转移到3D显微镜，用2D、小倍率模式拍摄整体图或局部图。2D模式，10X倍率拍摄密间距位置锡膏印刷状况，看是否有短路、拉尖、锡粉颗粒、少锡等现象，并记录判定结果为第六次印刷结果。密间距位置拍摄3D局部图，倍率50x，记录为第六次印刷结果。每次印刷后，印刷机执行自动擦拭一次，擦拭可以包含湿擦、干擦、真空擦，具体由设备厂商要求，也可以选择不擦拭。

9.重复以上作业，直至印刷出现短路为止。或印刷5次不短路即判定为允收。

试验条件解读：

1.同一PCB，不存在PCB尺寸变异条件；同一钢板，不存在钢板尺寸变异条件。

2.设备第一次识别PCB Fiducial mark与再次识别同一PCB fiducial mark，误差仅取决于设备识别能力。

3.设备重复识别同一块板的fiducial mark，顶升误差、识别误差均取决于设备自身定位精度及重复精度，与其它因素干系有限。

4.不用多块PCB印刷计算印刷精度CPK的原因是印刷品质是多个点位的平均值，且受PCB本身变形、尺寸偏差影响；测量锡膏印刷品质时与拉尖、少锡等因素有关，与钢板开孔质量有关，无法直观判定设备本身性能。

5.一板法可以直观有效的评鉴设备本身性能，而不受其它因素影响，简单、有效、快捷。

6.鉴定时间：2小时以内完成。大多数锡膏均可满足印刷后2小时内不出现严重坍塌、变质

鉴定结果解读：

一般设备对于Pitch 0.4mm QFP焊盘，验收条件为5次印刷不出现短路现象。

鉴定报告一般有两种模式，表格式与ppt式。业界最常用的模式为表格汇总结果，ppt作为附件支持表格结论。常见的表格如下：

                    XXXXXXXX印刷机验收表之印刷精度与重复精度

例，某品牌印刷机一板法鉴定结果

Pitch 0.4mm QFP第一次印刷结果：正常

Pitch 0.4mm QFP第二次印刷结果：正常

Pitch 0.4mm QFP第三次印刷结：有毛刺，可接受

Pitch 0.4mm QFP第四次印刷结果：Ok局部轻微短路

Pitch 0.4mm QFP第五次印刷结果：NG短路

Pitch 0.4mm QFP第六次印刷结果：NG 严重短路