屏蔽罩的問題多半在設計就定了:翹曲比錫膏還厚,腳位就碰不到錫;整片罩蓋住,AOI 就看不到罩內零件。以 Laird 型錄為例,標準品共面度標在 0.10 mm 以下[1];要兼顧檢查與重工,常見解法是框加蓋的兩段式設計[1]。
屏蔽罩(鐵蓋)是一片金屬,看起來只要焊上去就好,但它的厚度、平整度和開口位置,會同時影響焊接、檢查和重工。很多問題要到試產才看得出來,這時候改設計最便宜。屏蔽罩過爐後變色或翹起的成因,見站內〈屏蔽罩過爐變色、翹起怎麼查〉;這篇談設計本身。
一、太薄太軟、共面差:錫膏碰不到,還會壓到晶片
一個新機種試產的例子:屏蔽罩尺寸比另一款大很多,厚度卻更薄。量下來,屏蔽罩的平均翹曲遠大於錫膏印刷厚度,也就是說,部分腳位根本碰不到錫膏,焊點會不良。另一個類似的例子還多了一個問題:框太軟,裝上後往下沉,碰到下方的主晶片,造成晶片位移。
試產時建議量的項目:
共面度(翹曲):和錫膏印刷厚度比,翹曲大於錫膏厚度,就有接觸不到的風險。
厚度與剛性:尺寸越大越需要足夠厚度或補強筋,避免下沉。屏蔽罩常用的材料厚度範圍,以 Laird 型錄為例:鎳銀合金 0.102~0.406 mm、磷青銅 0.100~0.510 mm、冷軋鋼 0.127 mm 起[1];尺寸大的罩選偏厚的料,比較不會下沉。
和下方零件的間隙:量最高零件到罩內側的距離,確認受熱與受壓時不會碰到。
問:屏蔽罩共面度要多少?
答:沒有統一的業界標準數字,各家看設計與型錄;以 Laird 標準品為例,共面度標在 0.10 mm 以下,並註明會隨設計而變[1]。常見的判斷方式是和錫膏印刷厚度比:翹曲明顯大於錫膏厚度時,部分腳位就碰不到錫膏。試產時量實際共面度,必要時加厚、加補強筋或改分段設計。
二、遮住 AOI,也遮住重工
同一個例子裡,試產良率寫的是百分之百,但不含屏蔽罩這一站:屏蔽罩裝上後,AOI 掃不到被遮住的零件,只能靠作業員用顯微鏡看。部分區域的零件被評估為「不建議重工」,要重工得先取得客戶同意。當時的結論是:屏蔽罩若沒有更好的設計,就談不上量產效率。
常見的應對方式:
兩段式屏蔽罩(框加蓋):先焊框、AOI 檢查框內零件,再扣上蓋。原廠型錄也把這列為兩段式的主要好處:不必拆掉整個罩,就能檢查或維修罩內零件,減少板子受損與重工[1]。
AOI 排在裝罩之前:裝罩前先完成框內零件的檢查,裝罩後只檢查罩本身的焊點。
重工可行性列入設計審查:罩內哪些零件拆得到、熱風吹得到,在設計階段就確認。
另外,這個例子的接地焊墊改成 3×4 分塊後,空洞降到客戶要求以下;拼板的支撐條太靠近角落、分板時容易裂,也建議改位置。屏蔽罩的問題常常和焊墊、拼板設計一起出現。
大面積焊墊用分塊(窗格式)開孔是常見的降空洞做法:鋼板設計指引 IPC-7525B 對 QFN/DFN 散熱焊墊建議減少 20~50% 的錫膏量,業界常用的窗格式設計大約減 40%[2];底部端子元件的焊墊與鋼板設計,另可參考 2021 年改版的 IPC-7093A[3]。
問:屏蔽罩裝上後 AOI 怎麼檢查?
答:裝上後 AOI 看不到罩內零件,所以框內零件要在裝罩前檢查完;可以改用框加蓋的兩段式設計,先焊框、檢查完再扣蓋。罩本身的焊點,裝罩後再檢查。
三、腳位沒吃錫:用拉力和多次回焊判斷
另一個例子:屏蔽罩有個別腳位沒吃到錫,比例約千分之五。拆蓋後看到固定位置的腳位仍保留原材料的沖壓紋路,表示焊錫根本沒碰到。
要判斷這會不會影響使用,做法是刻意做出更壞的樣品:把鋼板上許多腳位的開孔補起來,讓這些腳位完全不上錫。結果是八個腳不上錫的樣品,拉力最差仍超過 1.7 公斤,過三次回焊也沒有翹蓋,判斷應不影響使用。用三次回焊來驗,是對照濕敏元件標準 J-STD-033 的上限:板上零件最多經過 3 次回焊[4],量產回焊加上兩次重工大致就是這個次數。同時回饋屏蔽罩供應商,檢討腳位尺寸、擺放方式與模具磨耗。
要注意的是樣本很小,每組只有兩件,而且沒吃錫的真正原因沒有查到;這個結果只能說「在這個條件下拉力仍足夠」,不能直接套用到別的產品。
問:屏蔽罩有幾個腳沒吃錫算不良嗎?
答:先依客戶規格與外觀標準判定。若要評估影響,可以刻意做出更多腳位不上錫的樣品,量拉力並過多次回焊,看是否仍有足夠強度;同時回饋供應商檢查腳位尺寸與模具磨耗。樣本數要足夠,結論只適用於該設計。
四、拆蓋重工:每一步寫時間與重做條件
一個屏蔽罩重工流程的例子,步驟是:
用加熱板預熱,熱風槍加助焊劑移除鐵蓋。
顯微鏡全檢罩內零件。
依拒焊的顆數重工。
上蓋前先電測,不過就重做前面的步驟。
通過後用原本的鐵蓋焊回。
清洗、除濕烘烤。
上蓋後再電測一次,不過一樣重做。
每一步都標了作業分鐘數,方便估重工產能。這個流程少了兩件事:沒有寫重工次數上限(重複拆蓋,焊墊與零件都會受熱累積),也沒有寫分鐘數是預估還是實測。重工次數上限的寫法,見站內〈SMT 重工不是修好就放行〉。
問:屏蔽罩怎麼拆蓋重工?
答:常見流程是預熱後用熱風槍加助焊劑拆蓋、顯微鏡檢查、補焊、上蓋前電測、焊回、清洗烘烤、上蓋後再電測。要寫清楚每一步的時間與重做條件,並訂重工次數上限。
試產時的屏蔽罩確認表
| 項目 | 怎麼確認 | 不合時的改法 |
|---|---|---|
| 共面度 | 量翹曲,和錫膏厚度比 | 加厚、加補強筋、分段 |
| 剛性與間隙 | 量罩內側到最高零件的距離 | 加厚或調整高度 |
| 檢查 | 罩內零件能否在裝罩前檢查完 | 框加蓋兩段式;AOI 排在裝罩前 |
| 重工可行性 | 罩內零件拆得到、吹得到 | 設計審查時調整布局 |
| 腳位吃錫 | 拆蓋看腳位;拉力與多次回焊 | 回饋供應商檢查腳位與模具 |
| 重工流程 | 步驟、時間、重做條件、次數上限 | 補上次數上限 |
問:試產時屏蔽罩要確認什麼?
答:共面度和錫膏厚度的關係、罩內零件與罩的間隙、裝罩前能否完成檢查、罩內零件能否重工,以及腳位吃錫狀況。問題在試產就提出,改設計的成本最低。
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參考資料
- Laird《EMI Essentials》板階屏蔽罩型錄(共面度、材料厚度、兩段式說明):型錄(PDF)。
- Greg Smith〈SMT Stencils 101: What Are Industry-standard Stencil Designs?〉,I-Connect007,2019-07-25(引 IPC-7525B)。
- IPC 新聞稿〈IPC-7093A 發行〉,2021-02-15。
- IPC/JEDEC J-STD-033 第 8.4.5 條(最多 3 次回焊):條文(PDF)。
延伸閱讀(站內):屏蔽罩過爐變色、翹起怎麼查、SMT 重工不是修好就放行、AOI 設在哪裡、試產報告怎麼寫