细间距元件组装面临的最大挑战是如何保证高质量的锡膏印刷，而锡膏印刷又是高密度线路板组装过程中最关键的一道工序，对最终产品的质量有很大的影响，根据相关调查分析，SMT组装不良有超过60%是由于锡膏印刷不良造成的。
印刷工艺过程不仅仅受钢网设计、印刷速度、印刷压力和清洗模式等因素的影响，而且其它因素如清洗剂、锡膏补充、钢网涂层、清洗频率以及支撑方式等也会产生显著影响。另外，较小的面积比以及很薄的钢网使得印刷对于一些因素变的更为敏感，例如夹边方式，丝印层等。
本文利用六西格玛实现了细间距高密度印制电路板锡膏印刷工艺优化。应用了一系列六西格玛的分析方法如流程映射图、变异分析、假设检验、回归分析和实验设计等，确定了显著影响印刷结果的关键因素，并对参数进行优化设计，最终获得了稳定的印刷工艺制程能力。
测试板和关键输出变量
因为在SPI工位发现的大部分印刷不良与细间距元件位置上锡膏体积相关，所以定义锡膏体积的CPK 为KPOV (关键制程输出变量) 。选用的三种测试板均包含细间距元件。
测试板 1: 0.3mm 间距CSP
测试板2: 0.4mm 间距 PoP
测试板 3: 0.4mm 间距 LGA（测试板2和测试板3属于实际的产品，不能展示整板图片。）
潜在的印刷制程关键因子确认
▶ 测量系统分析
对于印刷工艺，锡膏检测设备为测量系统。SPI为在线锡膏检测设备，用于印刷质量的管控。在进行分析和实验之前，为保证测量的正确性和精确性，做了重复性和再现性实验。
GR&R 分析结果如图，%Study Var =11.84%<30%, % Tolerance =4.77%<30%, 和 NDC=11>5, 测量系统是可接受的。
▶ 制程能力分析
根据历史数据分析每一种板的当前制程能力。 0.3mm 间距的CSP 锡膏体积CPK为0.58， 0.4mm 间距 PoP 的CPK是 0.78； 0.4mm 间距 LGA 的CPK为 0.53。
▶ 鱼骨图分析
为找到对于细间距元件锡膏印刷有潜在影响的关键制程输入因子，将众多的潜在的因子在鱼骨图上一一列出。在本次研究中，主要关注与方法相关的因子。
▶ 因果矩阵分析
基于鱼骨图上的因子分析，得出了如下的印刷不良的因果矩阵。根据因果矩阵分析，12个因子被认为是潜在的关键因子，另外增加两个因子作为潜在的关键因子。
▶ 潜在的关键制程输入变量(KPIV)
在下表中列出的14个潜在的关键制程输入变量(KPIV) ，需要对其中每一个因子进行假设检验分析以确认是否为显著因子。
因子1、2、3、4, 只有两种选择，因此使用2-sample T 分析；
因子5，有多于两种选择，因此选用1 way ANOVA(方差分析)；
因子6、7、8 、 9是显著因子，因此在测试板上执行DoE来优化印刷工艺；
因子 11是连续数据，使用回归分析来研究它的显著性；
对于因子12、13、14，根据其它的项目经验而增加。
显著因子确认
▶ 钢网类型
对于常规的PCBA印刷工艺而言，普通的激光抛光钢网即可满足质量要求。但是对于细间距高密度印制电路板组件的印刷工艺，需要应用其他的钢网技术以确保满足更高的质量要求，如电铸钢网，纳米涂层等。
电铸钢网对印刷工艺的提升作用是显著的；纳米涂层的应用是否能对印刷有显著帮助却取决于不同的处理技术。在本文中，使用电铸钢网为基础，对于是否采用前处理涂层（类似于纳米涂层）在0.4mm间距PoP板上进行测试比较。对两种涂层处理样本的比较采用了2-sample T 测试分析方法来检测其显著性。
P-value=0<0.05, 说明钢网有涂层与无涂层其印刷性能有显著差异，前处理涂层可以提升锡膏体积的CPK。
▶ 钢网开口形状
选择0.3mm间距的CSP测试板进行开口方式的比较，一种为四角倒圆的方孔，一种为圆孔。
方孔设计和圆孔设计两者的面积比相同，都是0.66，但是方孔面积0.04mm2远大于圆孔面积0.03mm2 。方孔设计在焊盘上沉积的锡膏可能大于圆孔设计。
用2-sample T来测试分析关于这两种开孔方式具备显著性差异的假设。结果表明钢网的开孔形状对于细间距高密度板的印刷工艺有显著地影响。方孔的CPK比圆孔高。
▶ 锡膏补给
在对0.4间距LGA板的SPI数据进行分析时发现，在班次更换的时候， 印刷质量波动很大。而且波动同印刷过程中锡膏补给量的一致性有关系。因此考虑采用自动锡膏补给方式来克服这个问题。
通过对人工及自动补给锡膏方式进行对比，各搜集30组数据，然后进行2-Sample T test，结果显示自动补给锡膏的能得到更高的CPK。
▶ 支撑方式
在细间距高密度印刷工艺中，PCB支撑方式如普通支撑或真空支撑以及机器夹边方式对印刷结果都会有重大影响。如图所示，由于夹边的厚度为80um，这样对于100um（4mils）和76um (3 mils)的钢网会有大的影响。最好的方案是使用真空支撑块的固定方式，可以完全消除钢网和线路板之间的间隙，提升印刷质量。
对0.4mm间距PoP测试板采用真空支撑（侧边夹持）和普通支撑（顶部夹持）两种方式各进行对比，收集100块板的沉积锡膏体积数据。2-sample T假设检验分析结果表明支撑方式是影响细间距高密度印刷性能的显著因子。真空支撑方式可以提升锡膏体积的CPK。
▶ 清洗剂
钢网的清洗剂对于锡膏转印效率也有影响，在0.4mm LGA的测试板上，测试了3种不同的水基清洗剂及普通IPA。并使用1 way ANOVA的假设检验方法来进行显著性检验分析。结果表明清洗溶剂对细间距高密板的锡膏印刷有显著影响，其中溶剂B的性能明显优于其他溶剂。
▶ 清洁模式
显著因子，根据经验设定为湿擦/干擦/真空擦。
▶ 印刷机器内部温度
印刷机内部温度对锡膏的粘度有影响，进而影响锡膏的转印效率。对于细间距高密度板的印刷，需要对印刷机内部温度的影响进行评估。
连续收集6天的机器内部温度和SPI数据，通过回归分析来研究其相关性。分析结果表明当机器内部温度为20.7~27.9°C时，温度与SPI良率之间没有很强的相关性。
▶ 锡膏
通过对比分析可以看出，A,B两款锡膏的印刷效果存在明显差别，A款锡膏能获得更好的效果。所以，对于0.3 mm间距的CSP印刷，锡膏是显著因素。
▶ 丝印层
丝印层厚度接近20+um，对于4 mil 钢网(针对0.4 mm间距 BGA使用的100um钢网 ) and 3 mil钢网(针对0.3 mm 间距 CSP使用的76um钢网)来说，它是一个不小的数值。因此对于细间距高密板需要去除丝印层。
工艺优化DOE—改善
参数设定对印刷品质有重大影响，不同的参数组合会产生不同的印刷效果。选择印刷速度，压力和清洗频率来进行三因子两水平DOE，以寻求最佳的参数设置。SPI良率定义为输出响应，通过样本数量计算得出样本数为100。实验结果发现印刷速度和压力均为显著因子，清洗频率对印刷压力有交互作用。
结果
从显著因子实验得出的最好的方案如图所示，同时参照DOE结果进行印刷参数设定，这样对于三款细间距高密度的产品得到了最优化的工艺参数。
0.3mm pitch CSP 测试板改善后的CPK值为 1.48；0.4mm 间距 POP 测试板改善后的CPK值为 1.35；0.4mm 间距 LGA 测试板CPK值为1.50。
结论
