smt制程基础及异常分析

Foxconn Technology GroupSMT Technology Development CommitteeSMT Technology CenterSMT 技術中心技術中心教材大纲：制程基础异常分析一 .制程基础制程制程 簡而言之簡而言之 也就是製造的過程。也就是製造的過程。從從 狹義 上講上講 僅指僅指 PCBA生產在表面貼裝部份的製造過程。亦即將各種電子生產在表面貼裝部份的製造過程。亦即將各種電子元件貼裝于空的線路板上這一生產過程。元件貼裝于空的線路板上這一生產過程。但這但這 是狹義的制程是狹義的制程 。實際生產需要的是實際生產需要的是 廣義 的的 制程，包括以下各個方面：制程，包括以下各個方面：-PCB LAYOUT設計設計 对生产的影响对生产的影响-PCB 制程对生产的影响制程对生产的影响-IQC进料品质管控对生产的影响进料品质管控对生产的影响-SMT生产自身问题生产自身问题掌握掌握 一塊一塊 PCB在生產線上從頭到尾所發生的在生產線上從頭到尾所發生的 物理和化学物理和化学 變化變化 ， 建立起一個建立起一個 动动态态 變化的流動模型變化的流動模型 。 -狭义了解影响了解影响 SMT量产的各种因素并通过改善它们来改善品质。量产的各种因素并通过改善它们来改善品质。 -广义SMT理解SMT, 即表面组装技术（即表面组装技术（ Surface Mounted Technology的缩写），的缩写），是目前电子组装行业里最流行的一种技术和工艺是目前电子组装行业里最流行的一种技术和工艺 .SMT的组成部分设备：设备： 印刷機印刷機 /贴片机贴片机 -三維坐标系的應用三維坐标系的應用回焊炉回焊炉 完美的温度曲线完美的温度曲线制程：制程： 过程研究及改善过程研究及改善 建立建立 PCB从投入到形成从投入到形成焊点的微观动态变化模型，從廣義的角度焊点的微观动态变化模型，從廣義的角度進行全面的改善。進行全面的改善。SMT线体配置：线体配置：印刷 貼裝 回焊1.钢网钢网“ 好的模板得到好的印刷结果，然后自动化使其结果可以重复。 ”模板的主要功能是帮助锡膏的沉积模板的主要功能是帮助锡膏的沉积 (deposition)。 目的是将准确数目的是将准确数量的材料转移到光板量的材料转移到光板 (bare PCB)上准确的位置。上准确的位置。對於鋼板的使用完全按照對於鋼板的使用完全按照 (鋼板管理作業辦法鋼板管理作業辦法 )執行。執行。模板制造技术模板制造技术模板制造的三个主要技术是，化学蚀刻 模板制造的三个主要技术是，化学蚀刻 (etch)、 激光激光 (laser)切割切割和电铸成形和电铸成形 (electroform)。 每个都有独特的优点与缺点。化学蚀刻和每个都有独特的优点与缺点。化学蚀刻和激光切割是递减激光切割是递减 (substractive)的工艺、电铸成形是一个递增的工艺。的工艺、电铸成形是一个递增的工艺。Screen Printer：附：三种制作方法制作的钢板效果比较：化学蚀刻 (etch)、 激光 (laser)切割和 激光切割 +电抛光蝕刻 鐳射切割激光 切割 +电抛光Screen Printer：2.锡膏包括以下 三 大组成部分：-合金粉粒-助焊剂-溶剂3.印刷参数设定-印刷速度-刮刀壓力-印刷間距4.Support 支撑5.人員操作Screen Printer：表面贴装元件介绍表面贴装元件介绍 阻容元件识别方法阻容元件识别方法MOUNT：MOUNT：表面贴装元件介绍表面贴装元件介绍 MOUNT：MOUNT：MOUNT：Chip 阻容元件阻容元件阻容元件识别方法阻容元件识别方法1元件尺寸公英制换算（元件尺寸公英制换算（ 0.12英寸英寸 =120mil、 0.08英寸英寸 =80mil）英制名称英制名称 公制公制 mm120608050603040202013.21.62.01.251.60.81.00.50.60.3MOUNT：阻元件识别方法阻元件识别方法2片式电阻识别标记片式电阻识别标记电电 阻阻标印值标印值 电阻值电阻值2R25R61026823331045642.2 5.6 1K 6800 33K 100K 560K Reflow:(略略 )二 .常见异常分析1.焊锡珠产生的原因及焊锡珠产生的原因及 處理處理 ：焊锡珠（焊锡珠（ SOLDER BALL ）现象是表面贴装（）现象是表面贴装（ SMT）过）过程中的主要缺陷，主要发生在片式阻容元件（程中的主要缺陷，主要发生在片式阻容元件（ CHIP）的周围，由诸多因素引起。的周围，由诸多因素引起。Solder Ball一般来说，焊锡珠的产生原因是多方面，综合的。一般来说，焊锡珠的产生原因是多方面，综合的。锡珠产生的原因及锡珠产生的原因及 處理處理 ：因素一： 焊膏的选用直接影响到焊接质量焊膏中金属的含量、焊膏的氧化度，焊膏中合金焊料粉的粒度度都能影响焊珠的产生。a.焊膏的金属含量 (焊膏中金属含量其质量比约为 88 92，体积比约为 50%。当金属含量增加时，焊膏的黏度增加，就能有效地抵抗预热过程中汽化产生的力。另外，金属含量的增加，使金属粉末排列紧密，使其在熔化时更容结合而不被吹散。此外，金属含量的增加也可能减小焊膏印刷后的 “ 塌落 ” ，因此，不易产生焊锡珠。 )b.焊膏的金属氧化度 在焊膏中，金属氧化度越高在焊接时金属粉末结合阻力越大，焊膏与焊盘及元件之间就越不浸润，从而导致可焊性降低。实验表明：焊锡珠的发生率与金属粉末的氧化度成正比。一般的，焊膏中的焊料氧化度应控制在 0.05以下，最大极限为 0.15。锡珠产生的原因及锡珠产生的原因及 處理處理 ：因素一： 錫膏的选用直接影响到焊接质量c.錫膏中金属粉末的粒度 錫膏中粉末的粒度越小，錫膏的总体表面积就越大，从而导致较细粉末的氧化度较高，因而焊锡珠现象加剧。我们的实验表明：选用较细颗粒度的錫膏时，更容易产生焊锡粉。d.錫膏中助焊剂的量及焊剂的活性 焊剂量太多，会造成錫膏的局部塌落，从而使锡珠容易产生。另外，焊剂的活性小时，焊剂的去氧化能力弱，从而也容易产生锡珠。免清洗錫膏的活性较松香型和水溶型錫膏要低，因此就更有可能产生锡珠。e. 其它注意事项此外，錫膏在使用前，一般冷藏在冰箱中，取出来以后应该使其恢复到室温后打开使用，否则，錫膏容易吸收水分，在再流焊锡飞溅而产生锡珠。因此， 锡膏品牌的选用 (工程評估 )及正确使用 (完全依照錫膏使用管理辦法 )，直接影响锡珠的产生。a.模板的开口我们一般根据印制板上的焊盘来制作模板，所以模板的开口就是焊盘的大小。在印刷錫膏时，容易把錫膏印刷到阻焊层上，从而在再流焊时产生锡珠。因此， 我们可以这样来制作模板，把模板的开口比焊盘的实际尺寸减小 10，另外，可以更改开口的外形来达到理想的效果。b.模板的厚度錫膏在印制板上的印刷厚度。焊膏印刷后的厚度是漏板印刷的一个重要参数，通常在 0.13mm-0.17mm之间。焊膏过厚会造成錫膏的 “塌落 ”，促进锡珠的产生。因素二 ： 模板的制作及开口 锡珠产生的原因及锡珠产生的原因及 處理處理 ：锡珠产生的原因及锡珠产生的原因及 處理處理 ：因素三 ： 贴片机的贴装压力如果在贴装时压力太高，錫膏就容易被挤压到元件下面的阻焊层上，在再流焊时焊锡熔化跑到元件的周围形成锡珠。 解决方法可以减小贴装时的压力，并采用合适的模板开口形式，避免錫膏被挤压到焊盘外边去。 因素四 ： 炉温曲线的设置锡珠是在印制板通过再流焊时产生的，在预热阶段使錫膏和元件及焊盘的温度上升到 120C150C 之间，减小元器件在再流时的热冲击，在这个阶段，錫膏中的焊剂开始汽化，从而可能使小颗粒金属分开跑到元件的底下，在再流时跑到元件周围形成锡珠。 在这一阶段，温度上升不能太快，一般应小于 2.0C/s，过快容易造成焊锡飞溅，形成锡珠。所以应该调整再流焊的温度曲线，采取较适中的预热温度和预热速度来控制锡珠的产生。 锡珠产生的原因及锡珠产生的原因及 處理處理 ：其他外界因素的影响：一般 錫 膏印刷时的最佳温度为 25C+-3C，湿度为相对湿度 40%-60 ，温度过高，使 錫 膏的黏度降低，容易产生 “塌落 ”，湿度过高， 錫 膏容易吸收水分，容易发生飞溅，这都是引起锡珠的原因。另外，印制板暴露在空气中较长的时间会吸收水分，并发生焊盘氧化，可焊性变差。2.立碑问题分析及处理立碑问题分析及处理矩形片式元件的一端焊接在焊盘上，而另一端则翘矩形片式元件的一端焊接在焊盘上，而另一端则翘立，这种现象就称为立碑。引起该种现象主要原因是锡立，这种现象就称为立碑。引起该种现象主要原因是锡膏熔化时元件两端受力不均匀所致。膏熔化时元件两端受力不均匀所致。 TombstoneT1T3 dT2立碑问题分析及处理立碑问题分析及处理受力示意图：T1 + T2 T3 T1. 零件的重力使零件向下T2. 零件下方的熔錫也會使零件向下T3. 錫墊上零件外側的熔錫會使零件向上立碑问题分析及处理立碑问题分析及处理产生的原因：因素一： 热效能不均匀，焊点熔化速率不同我们设想在再流焊炉中有一条横跨炉子宽度的再流焊限线，一旦錫膏通过它就会立即熔化。片式矩形元件的一个端头先通过再流焊限线，錫膏先熔化，完全浸润元件的金属表面，具有液态表面张力；而另一端未达到 183C液相温度，錫膏未熔化，只有焊剂的粘接力，该力远小于再流焊錫膏的表面张力，因而，使未熔化端的元件端头向上直立。因此，保持元件两端同时进入再流焊限线，使两端焊盘上的錫膏同时熔化，形成均衡的液态表面张力，保持元件位置不变。a.PCB pad大小不一，可使零件两端受热不均；b.PCB pad分布不当（ pad一端独立，另一端与大铜面共累）立碑问题分析及处理立碑问题分析及处理因素二： 元器件两个焊端或 PCB焊盘的两点可焊性不均匀因素三： 在贴装元件时偏移过大，或錫膏与元件连接面太小针对以上个因素，可采用以下方法来减少立碑问题： 适当提高回流曲线的温度 严格控制线路板和元器件的可焊性 严格保持各焊接角的锡膏厚度一致 避免环境发生大的变化 在回流中控制元器件的偏移 提高元器件角与焊盘上锡膏的之间的压力桥接问题：桥接问题：焊点之间有焊锡相连造成短路焊点之间有焊锡相连造成短路Short桥接问题：桥接问题：产生原因： 由于钢网开孔与焊盘有细小偏差，造成由于钢网开孔与焊盘有细小偏差，造成锡膏印刷不良有偏差锡膏印刷不良有偏差 锡膏量太多可能是钢网开孔比例过大锡膏量太多可能是钢网开孔比例过大 锡膏塌陷锡膏塌陷 锡膏印刷后的形状不好成型差锡膏印刷后的形状不好成型差 回流时间过慢回流时间过慢 元器件与锡膏接触压力过大元器件与锡膏接触压力过大解决方法： 选用相对粘度较高的锡膏，一般来说，含量在选用相对粘度较高的锡膏，一般来说，含量在 8587%之间桥连现象较多，至少合金含量要在之间桥连现象较多，至少合