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研究生:林慶宇
研究生(外文):Tim Lin
論文名稱:錫膏印刷檢測設備之檢測能力實務分析與探討
論文名稱(外文):The Capability Analysis of Solder Paste Inspection Applied On Production Floor
指導教授:楊昌哲楊昌哲引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:明新科技大學
系所名稱:工業工程與管理研究所
學門:工程學門
學類:工業工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:90
中文關鍵詞:表面黏著技術自動光學檢測量測重複性與再現性田口方法
外文關鍵詞:SMTGR&ampRAOISPI
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表面黏著技術(Surface Mount Technology, SMT)於網通產業製程上應用廣泛,為了因應產品設計朝向迷你化與複雜化之趨勢,製程技術須不斷提升,相對的檢測技術能力之良寙亦為重要課題。生產製程中經常有印刷缺陷產生,由文獻得知,SMT製程中60%~70%的缺陷都與錫膏印刷相關,因此如何提升初始良率降低重工成本還需從前置作業開始,在初期階段就應針對可能發生之缺陷進行因應,越是後段製程所需的重工成本就越高。
本研究首先透過個案公司錫膏印刷檢測設備去探討印刷面積檢驗值之合理範圍,希望藉由合理調整SPI的範圍來設定提升SPI檢測之效益,並增進後續自動光學檢測(Automated Optical Inspection, AOI)設備之使用效率,降低後續目檢重工維修次數。另再探討印刷面積合理檢測範圍,並經由資料分析歸納訂定SPI 檢測範圍以確保線上SPI與AOI檢測結果之一致性, 降低檢測誤判同時提高後續製程之良率。
最後利用田口方法與反應曲面法找出影響印刷面積變異之製程關鍵參數,實驗發現重要因子為刮刀速度、刮刀壓力、脫模速度,並針對關鍵因子以反應曲面法進行分析,歸納適當之迴歸模型及函數,相關之分析結果並提供個案公司現場工程人員之作業參考。

Surface Mount Technology (SMT) is a widely manufacturing technique in communication and networking industries. Due to the market trend toward the smaller size of package, higher performance, and lighter weight, the printing process and the
in-line inspection capability is the main issues in the mass production environment.
Printing defect is often found in production processes. The solder paste stencil printing process is the first process during assemblies. In this paper, the case studied is using
solder paste inspection (SPI) equipment for daily operation. Based upon the research, it has been shown that 60%~70% of assembly defect were relating to stencil printing process. In order to reduce rework cost, the defect cause existed in the operations need to be identified before the process was planned. The defect problem should be solved in the initial stage; otherwise improving cost will be much higher in post-processes.
This study is to investigate a reasonable inspection range of printing area on PCB to improve the benefit of SPI with redefined SPI range, and also to increase process
yield and its benefit of using Automated Optical Inspection (AOI) equipment through the reducing maintenance frequencies of eye-inspection. The other object is to identify reasonable printing parameters from a series of Design of Experiment (DOE). Before the experiments were conducted, gage repeatability and reproducibility (GR&R) was performed to ensure the capability of measurement equipment, such as Laser Section Microscope (LSM). As for the printing process parameters applied in the experiments, print speed, print pressure, separation speed and snap-off height were the factors
selected in the Taguchi experiment. With the critical factor obtained from the previous experiment, response surface method was utilized to discover the features of the regression model. Some practical results were also concluded at the end.

目錄
中文摘要.................................................................................................................i
英文摘要................................................................................................................ii
誌謝.......................................................................................................................iii
目錄.......................................................................................................................iv
表目錄..…….........................................................................................................vi
圖目錄.................................................................................................................viii
第一章 緒論...…...................................................................................................1
1.1 研究背景與動機...…............................................................................1
1.2 研究目的...............................................................................................1
1.3 研究限制...............................................................................................2
1.4 研究流程...............................................................................................2
第二章 文獻探討…..............................................................................................4
2.1 SMT簡介...............................................................................................4
2.1.1 SMT 基本製程…........................................................................5
2.1.2 SMT生產分為六個主體............................................................6
2.1.3 錫膏成份與介紹........................................................................6
2.1.4 鋼版製造流程………................................................................9
2.1.5 點膠作業……..........................................................................10
2.1.6 置件機種類與介紹..................................................................12
2.1.7 迴焊..........................................................................................13
2.1.8 維修與修補..............................................................................14
2.2 錫膏印刷………….............................................................................15
2.2.1 印錫注意事項..........................................................................16
2.2.2 檢驗與測試..............................................................................16
2.3 統計手法之運用.................................................................................17
2.3.1 重複性與再現性分析………..................................................17
2.3.2 田口方法之原理與應用..........................................................20
第三章 研究架構與方法....................................................................................22
3.1 研究架構.............................................................................................22
3.2 影響錫膏印刷製程之因素分析.........................................................23
3.3 量測系統能力評估分析.....................................................................24
3.3.1 破壞性試驗與非破壞性試驗之選擇......................................24
3.3.2 量測系統能力分析模式..........................................................25
3.4 印刷特性探討.....................................................................................27
3.4.1 印刷特性推論………..............................................................27
3.4.2 印刷特性與檢驗機台相互配合驗證......................................27
3.4.3 統計分析軟體………………………......................................28
第四章 個案環境與設備介紹............................................................................29
4.1 錫膏印刷機(MPM3000)環境介紹.....................................................29
4.1.1 MPM設備說明.........................................................................29
4.1.2 MPM系統規格.........................................................................31
4.2 LSM環境介紹…….............................................................................31
4.2.1 LSM設備說明..........................................................................32
4.3 SPI環境介紹.......................................................................................33
4.3.1 SPI設備說明………................................................................33
第五章 分析與探討…………............................................................................35
5.1 LSM GR&R...……………….…… .....................................................35
5.1.1 LSM GR&R分析(非遮蔽式)...................................................38
5.1.2 LSM GR&R分析(遮蔽式).......................................................39
5.1.3 LSM GR&R分析結果.............................................................40
5.1.4 LSM GR&R分析(非遮蔽式)...................................................40
5.1.5 LSM GR&R分析(遮蔽式).......................................................42
5.1.6 LSM GR&R分析結果.............................................................43
5.2 SPI GR&R…..……..............................................................................43
5.2.1 SPI設備GR&R分析...............................................................44
5.2.2 SPI檢測能力分析及初步結果................................................48
5.3 SPI檢測值參數設定分析與直通率改善...........................................48
5.3.1 實驗流程…..………................................................................49
5.3.2 實驗規劃…..………................................................................50
5.3.3 實驗分析…..………................................................................50
5.3.4 實驗結果與建議…..................................................................51
5.4 錫膏印刷參數實驗設計分析與探討….............................................52
5.4.1 錫膏參數最佳組合分析之規劃..............................................52
5.4.2 實驗方法流程…..…................................................................53
5.4.3 錫膏最佳參數組合之實驗過程..............................................55
5.4.4 錫膏參數實驗之結果..............................................................67
5.5 錫膏印刷參數DOE之實驗………………………………………...68
5.5.1 實驗流程………......................................................................68
5.5.2 實驗分析彙整…......................................................................69
5.6 實驗之結果………………..………………………………………...72
5.7 小結………………………..………………………………………...72
第六章 結論與建議…………............................................................................73
參考文獻..............................................................................................................75
表目錄
表2.1 錫膏成分比例........................................................................................7
表2.2 代表性焊料成份....................................................................................8
表2.3 錫膏分類................................................................................................8
表2.4 錫膏成份................................................................................................8
表2.5 量測系統分析說明..............................................................................18
表2.6 計量型量測系統分析諸方法之應用比較..........................................20
表3.1 量具重複性與再現性計算公式…………..........................................26
表4.1 錫膏印刷機參數設定..........................................................................31
表5.1 LSM機台實驗數據(非遮蔽式)..........................................................37
表5.2 LSM機台實驗數據(遮蔽式)..............................................................37
表5.3 LSM非遮蔽式GR&R評估...............................................................39
表5.4 LSM遮蔽式GR&R評估...................................................................40
表5.5 LSM非遮蔽式GR&R評估...............................................................42
表5.6 LSM遮蔽式GR&R評估…………...................................................43
表5.7 SPI實驗數據.......................................................................................45
表5.8 SPI GR&R評估(凹孔)........................................................................46
表5.9 SPI GR&R評估(長方孔)....................................................................47
表5.10 SPI GR&R評估(圓孔)........................................................................48
表5.11 實驗結果總計......................................................................................50
表5.12 計算過後各項目所顯示比例…………..............................................51
表5.13 良率之計算..........................................................................................51
表5.14 參數水準規劃示意表…......................................................................53
表5.15 參數設計實驗配置..............................................................................55
表5.16 L9直交表因子之配置與實驗結果(長方孔).....................................56
表5.17 各因子平均值之變異數分析表(長方孔)...........................................57
表5.18 各因子SN比之變異數分析表(長方孔)............................................58
表5.19 最佳參數水準之確認實驗(長方孔)...................................................58
表5.20 L9直交表因子之配置與實驗結果(方孔)………………………….60
表5.21 各因子平均值之變異數分析表(方孔)..…………………………….61
表5.22 各因子SN比之變異數分析表(方孔)...…………………………….61
表5.23 最佳參數水準之確認實驗(方孔).......................................................62
表5.24 L9直交表因子之配置與實驗結果(大方孔).....................................63
表5.25 各因子平均值之變異數分析表(大方孔)...........................................65
表5.26 各因子SN比之變異數分析表(大方孔)…………………………....65
表5.27 最佳參數水準之確認實驗(大方孔)...................................................66
表5.28 各開孔Taguchi最佳參數組合...........................................................67
表5.29 零件之反應曲面圖(三腳晶體)...........................................................70
表5.30 零件之反應曲面圖(8-pin、20-pin).....................................................71
圖目錄
圖1.1 流程架構圖…………………………………………..……….……....3
圖2.1 SMT製程示意圖…………………………………..………….……...5
圖2.2 鋼版製造流程……………………………………..…….…….……...9
圖2.3 點膠機……………………………………………..…….……..…….10
圖2.4 點膠可能出現的情況……………………………..…….……..…….11
圖2.5 元件取置圖………………………………………..…………..…….12
圖2.6 迴焊曲線…………………………………………..…………..…….14
圖2.7 錫膏印刷示意圖…………………………………..…………..…….15
圖2.8 錫膏印刷示意圖…………………………………..…………..…….16
圖3.1 研究架構圖………………………………………..…………..…….22
圖3.2 影響錫膏落錫量之特性要因圖………………..……………..…….23
圖4.1 MPM…………………………………………...…………….….…...29
圖4.2 MPM………………………………………………………….….…..29
圖4.3 MPM設定流程……………………………..…….….………….…..30
圖4.4 LSM機台……………………………..………………….……….....31
圖4.5 LSM機台……………………..………………………………….….31
圖4.6 LSM量測過程………………………………..…………….…….…32
圖4.7 LSM示意圖…………………………………..…………….…….…32
圖4.8 SPI機台…………………………..…………………………..……..33
圖4.9 SPI檢測過程…………………………..………………….….……..33
圖4.10 SPI設定程序……………………..…………………….…………...34
圖5.1 遮蔽式與非遮蔽式之實驗情形………………..………….………..36
圖5.2 個案公司實驗機種………………………………..………….……..36
圖5.3 LSM非遮蔽式實驗GR&R評估- XBar/R Method……….……….38
圖5.4 LSM遮蔽式實驗GR&R評估- XBar/R Method………….……….39
圖5.5 個案公司實驗機種………….……………………………………....40
圖5.6 LSM非遮蔽式實驗GR&R評估- XBar/R Method……….……….41
圖5.7 LSM遮蔽式實驗GR&R評估- XBar/R Method………….……….42
圖5.8 個案公司實驗機種………….……………………………………....44
圖5.9 SPI GR&R評估(凹孔) - XBar/R Method……….……….………....45
圖5.10 SPI GR&R評估(長方孔) - XBar/R Method………….…………….46
圖5.11 SPI GR&R評估(圓孔) - XBar/R Method………….……………….47
圖5.12 SPI參數設定分析流程示意圖……….………………….…………49
圖5.13 實驗結果示意圖……….…………………………………....………51
圖5.14 個案公司實驗機種………….…………………………….………...52
圖5.15 個案公司實驗機種………….…………………………….………...52
圖5.16 錫膏印刷變異之特性要因圖………….………………….………...52
圖5.17 個案公司提供之印刷機台………….…………………….………...53
圖5.18 個案公司提供之機種……………….…………………….………...53
圖5.19 實驗規劃流程……………….……………………………................54
圖5.20 平均值之因子效果圖(長方孔)..………….……………….………...57
圖5.21 SN比之因子效果圖(長方孔).............................................…….......57
圖5.22 平均值之因子效果圖(方孔)......………….……………….………...60
圖5.23 SN比之因子效果圖(方孔).................................................…….......61
圖5.24 平均值之因子效果圖(大方孔)..………….……………….………...64
圖5.25 SN比之因子效果圖(大方孔).............................................…….......64
圖5.26 實驗流程圖…………………….........................................................68
圖5.27 實驗機種為網路分享器…………………….....................................69
圖5.28 8-pin IC(未上零件圖)…………………….........................................69
圖5.29 8-pin IC(零件圖)…………………….................................................69
圖5.30 20-pin IC(未上零件圖)……………….……......................................69
圖5.31 20-pin IC(零件圖)……………………...............................................69
圖5.32 三腳晶體(未上零件圖)……………………......................................70
圖5.33 三腳晶體(零件圖)……………………..............................................70

1. Brian Sloth Bentzen, “Reflow Soldering”, SMT in focus, 2000, pp.1-6.
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17. 中華民國表面黏著協會,“SMT step by step 5-6”,表面黏著技術,第五十九
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18. 中華民國表面黏著協會,“SMT step by step 5-6”,表面黏著技術,第六十期,
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21. 汽車工業行動組織(AIGA),“測量系統分析參考手冊(MSA)中文版”,品士股份
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25. 郭嘉龍編譯,“圖解SMT 接合材料入門”,全華科技圖書股份有限公司,2000
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