00272-电子产品生产工艺：第八章表面安装技术.2.ppt

第八章表面安装技术(二) 8.4 表面安装工艺 学时数：2课时 8.4表面安装工艺(p130) 制造sma的关键工艺为： 涂膏、点胶、固化、贴片、焊接、清洗、检测。 8.4.3 涂膏（p136） 作用： 提供焊接所需的助焊剂和焊料， 在再流焊前将smc初步粘合在规定位置。 1.smt焊膏组分（p136） 它是由作为焊料的金属合金粉末与糊状助焊剂均匀 混合而形成的膏状焊料, 合金粉末成分（p136） 常用焊料合金有： 锡-铅(63%sn-37%pb)、 锡-铅(60%sn-40%pb)、 锡-铅-银(62%sn-36%pb-2%ag)， 助焊剂的活性（p137） 采用活性为rma级的弱活性松香助焊剂 3.常用涂膏方法（p137） (1)印刷法：就是将焊膏以印刷的方法通过丝网板 或模板的开口孔涂敷在焊盘上。 丝网印刷法 丝网板的结构:它是将丝网(单根聚脂丝或不锈钢 丝)紧绷在铝制框架上， 获得一个平坦而有柔性的 丝网表面，丝网上粘有光敏乳胶，用光刻法制作出 开口图形。开口部分与印制板上的焊盘相对应。 丝网印刷的原理： （p137） 利用了流体动力学的原理。 静态时，丝网与smb之间保持“阶跃距离”， 刮刀刷动时，向下的压力使丝网与smb接触接触，当刮 刀向前移动，在它后方的丝网即回弹脱离smb表面，结 果在smb焊盘上就产生一低压区，由于残留在丝网孔中 焊膏上的大气压与这 一低压区存在压差， 所以就将焊膏从网孔 中推向smb表面， 形 成焊膏图形。 。 利用了焊膏的流变特性。 静态时，焊膏的粘性较高； 在刮刀刷动时,焊膏在作用力下粘度下降,则顺利 的从丝网孔中流出, 一旦沉淀在焊盘上后,又恢复至高粘度状态。 模板印刷法： （p138） 模板的结构:它是在金属模板上通过激光切割、电 镀或蚀刻的方法制作出开口图形。 模板类型： 全金属模板:不锈钢板或黄铜板(变形量小的材料) 柔性金属模板: 将金属模板粘接 在丝网上，实际 上是丝网板与金 属模板的结合 激 光 刻 模 板 模板与丝网印的比较： 结构方面： 模板的图形开口处没有丝网网格，对于被印刷的焊 膏提供了完全的开口面积； 丝网的图形开口处只提供大约1/2的开口面积。 印刷工艺方面： 丝网印刷时丝网与smb必须保持阶跃距离，称为非 接触印刷， 模板印刷时模板与smb之间可以没有距离，可以采 用接触（金属板）和非接触（柔性板）两种印刷方式 优缺点分析： 从使用角度看： 模板印精度优于丝网印，它印刷时可直接看 清焊盘，因此定位方便； 模板印刷可使用的粘度范围大，开口不会堵塞 ，容易清洗。 从制造角度看： 丝网制作成本低、制造周期短，适于快速周 转 从印刷设备看： 模板印刷可采用各种类型（手动、全自动）； 丝网印刷因定位困难(透过丝网很难看清smb的焊 盘)，只能采用全自动印刷机， 在全自动印刷机上设有视觉处理系统，用以保证 漏印的准确性。 它们的共同特点是： 高效快速，可一次性完成对smb的涂膏； 但通用性差，丝网/模板均是专用的, 换产品必须 重新制作， 印刷时焊膏是暴露在空气中,容易被污染。 手 动 丝 网 印 机 screen printer 全自动丝网机 (2)注射法（p139） 将焊膏置于注射器内部并借助于气动、液压或 电驱动方式加压，使焊膏经针孔排出点在smb焊盘表 面。 形状由注射针尺寸、点胶时间和压力大小来控制 。 注射法与印刷法的比较： 速度： 注射法的速度不及丝网/模板印刷快，注射法是逐 点进行；印刷法是一次完成。 适应性： 注射法非常灵活，可应用在丝网/模板不能采用的 场合(基板表面已装入其它元器件时)， 而且通用性强，转产时不需调换注射器，适用于 小批量、多品种的生产模式。 印刷法适用于大批量、单一品种的生产。 4.涂膏质量标准（p139） 总的来说，涂膏质量标准是“适量”、“准确” 四个字，具体要求如下： (1)形貌：良好涂膏的形貌如图所示，均匀覆盖在 焊盘上，无凸峰、边缘不清、拉丝、搭接等不良现 象； (2)印刷面积： 焊膏图形与焊盘对准，两者尺寸和形状相符， 焊膏图形在焊盘的覆盖面积必须大于焊盘面积的75% ，小于焊盘面积的两倍； (3)印刷厚度： 印刷厚度决定了焊点处的焊料体积，一般漏印 焊膏的厚度要求在100-300m，间距越细要求印刷 厚度越薄。 5.不良涂膏现象（p140-p142）表8-3 常见的不良涂膏现象及产生的主要原因。 (1)漏印或空洞 (2)失准 (3)塌陷 (4)轮廓模糊 (5)尖峰 (6)过量 8.4.1 点胶（p130） 是指在smc/smd主体的 下方（非焊接部位）点上 胶粘剂的方法及过程， 作用: 是在焊接前固定它们 的位置。 smt在实际生产时，有两种情况需要点胶： 采用波峰焊焊接前，需先将片状元件用胶粘剂粘 贴在smb的规定位置，然后才能进入波峰焊焊接; 采用再流焊焊接双面板前,为防止先焊好的a面上的 大型器件b面再流焊时脱落,需要在先焊的a面大型器 件下点胶,将其粘接在smb上。 2.常用胶粘剂种类 smt使用的胶粘剂,又称贴片胶,它是 一种红色的膏状体,其主要成分为：胶粘 剂、固化剂、颜料、溶剂。 常用的表面安装胶粘剂主要有两类， 即:环氧树脂和聚炳烯类。 环氧树脂类（p131） 它属于热固型、高粘度的胶粘剂,耐腐蚀的能力最强 , 但易脆裂。 它有单组分和双组分两种, 可以做成液体、膏剂、 薄膜和粉剂等形式供使用,它是用途最为广泛的胶粘剂 。 聚炳烯类 它在紫外线照射及适当加热下几秒钟内能固化，其粘 度特性非常适合于高速点胶机， 但粘结强度略低，是比较新型 的胶粘剂。 3.常用点胶方法（p131） 印刷法 与焊膏的印刷方法相仿。 针孔转印法： 在硬件系统控制下，针 板网格在胶粘剂托盘中 吸收胶粘剂后转移到 smb上。它的优点是简 便高效，适用于单一品 种的大批量生产 注射法（p132） 与焊膏的印刷方法相仿 dispenser 4.点胶质量标准（p132） (1)胶点轮廓: 不应出现塌落、拉丝、沾污焊盘等不良现象。 (2)点胶量：c 2(a+b) （p132） 。 5.不良点胶现象（p133）表8-2 (1)拉丝(又称拖尾) (2)过量 (3)塌落 (4)失准 (5)空点 8.4.2固化（p133） 固化方法是根据所使用的胶粘剂的类型而确定。 1.常用固化方法（p136） (1)热固化 适用于环氧胶粘剂的固化，热固化可以在红外炉内 通过红外辐射加热完成。 (2)紫外光加热固化 适用于聚丙烯的胶粘剂固化，先用紫外光照射几 秒钟，然后再加热固化，它较单一的热固化更快。 2.固化的质量标准（p136） (1)胶粘剂应达到一定的固化程度,既能承受波峰 焊时的应力,不致造成元器件脱落,又满足元器件在 焊接时的自我调整要求; (2)固化后的胶粘剂内部应无孔洞。 3.不良固化现象（p136） (1)由于固化时间和温度不足，使胶粘剂固化程度不 够，导致波峰焊时元器件脱落； (2)固化时温度上升速率太快,使固化后的胶粘剂内 部出现孔洞,这是危害性很大的缺陷,因为若胶粘剂 内存在孔洞,会使焊剂残留在孔中而无法清洗干净, 造成对电路及元器件的腐蚀。 8.4.4 贴片（p143） 是指在涂膏或点胶完成后，将smc/smd贴放到 smb的规定位置的方法及过程。 贴片可以采用手工、半自动、全自动的方 式，贴片设备通常叫做贴片机。由于片状元器件 的微小化、安装的高密度的特点，贴片作业基本 上均需采用贴片机，手工贴放只是在数量很少的 情况下才使用。 1手工贴放（p143） 虽然，手工贴放片状元器件既不可靠、也不经济 ，但在试生产时往往还需采用这种方式。 元件的贴放主要是拾取和贴放下去 两个动作。手 工贴放时，最简单的工具是小镊子，但最好是采用 手工贴放机的真空吸管拾取元件进行贴放。 手工贴放元件时主要应掌握下列原则： 必须避免元件相混。 应避免元件上有不适当的张力和压力。 不应使用可能损坏元件的镊子或其他工具。 应夹住元件的外壳，而不应夹住它们的引脚和端 接头。 工具头部不应沾带胶粘剂和焊膏。 没有贴放准确的元件应予抛弃，或清洗后使用 2.自动贴片（p144） 在规模生产中，由于贴片的准确度要求，几乎迫 使人们必须采用自动化的设备，它是smt的关键设备 。在中等产量的表面安装生产线中，贴片设备的费 用约占总投资的50%左右。自动贴片机主要由下列五 个部分组成： full vision mounter pick and place machine 贴片机的组成: (1)贴装头：（p144） 贴装头也叫做吸/放头，它的工作由移动/定位、 拾取/释放两种模式组成: 第一，贴装头通过程序控制完成三维的往复运动 ，实现从供料系统取料后移动到smb的指定位置上。 第二，贴装头的端部有一个用真空泵控制的吸盘 ，当换向阀打开时，吸盘上的负压把元器件从供料 系统中吸上来；当换向阀门关闭时吸盘把元器件释 放到smb上 (2)供料系统： （p145） 供料系统由元器件包装容器及机械供料器组成。 供料系统的工作方式根据元器件的包装形式和贴 片机的类型而确定。 元器件的包装形式有散装、编带、棒式、托盘四 种。 元器件为散装时，随着贴装进程，装载着各种不 同元器件的散装料的料仓水平旋转，把即将贴装的 那种元器件转到料仓门下方，便于贴装头拾取； 元器件为编带包装时，盘装编带随编带架垂直旋 转供料; 而棒式包装时，管 状定位料斗在水平面上 二维移动，为贴装头提 供待取元件。 (3) smb定位系统： （p145） 是一个固定的二维平面移动的工作台，在计算机控 制系统的操纵下，随工作台移动到工作区域内，并 被精确定位，使贴装头能把元器件准确地释放到需 要的位置上。 (4)计算机控制系统： （p145） 贴片机能够准确有序地工作，其核心机构是微型 计算机。它是通过计算机程序，控制贴片机的自动 工作步骤。 (5) 视觉检测系统： （p145） 它也是以计算机为主体的图像观察、识别和分析 系统。 视觉检测系统的主要功能通常有： smb的精确定位、 元器件定心和对准、 元器件有/无、 机械性能及电器性能的检测等。 随着smt技术的发展，全自动贴片机的功能、效 率、精度及灵活性越来越强，全视觉、多功能、 模块式、高速度的贴片机不断推出， 能适应从片状元件直至bga、 csp及0.3mm细间 隙qpf等精密器件的贴放； 精度达到 0.03mm； 贴片速度达到0.04s/片甚至更高。 所以，sma的装联效率之高是通孔插装组件所无 法比拟的。 8.4.5 清洗工艺（p145） 为什么要清洗？ 由于贴装密度高、电路引线细，当助焊剂残留物 或其他杂质存留在印制板表面或空隙中，会导致产 品在使用过程中，在各种应力的加速作用下，使电 路及元器件引脚因腐蚀而断路，所以必须及时清洗 ，才能保证产品的可靠性。 2.sma上残留的污染物（p146） 特殊污染物是指尘埃、纤维屑、焊锡珠等特殊杂 质，这些残留物可采用机械方法,诸如:喷雾器、 喷嘴压力和超声等方法清除掉大部分。 极性污染物主要来自于焊剂中的活性剂，有卤化 物、酸和盐等，会引起电路腐蚀。 非极性污染物有松香残留物、设备中使用的油、 操作工的手指印等，它们虽然呈绝缘状态，但会 妨碍检测时探针的接触、影响外观及保护层的涂 覆，当它们吸附灰尘时也会造成电路绝缘性能的 下降。 3.清洗类型（p146） 通常清洗类型是按所采用的清洗剂的不同 而区分，主要有溶剂清洗、半水清洗、水清 洗三种类型。 (1) 溶剂清洗 自70年代以来，出现了以cfc-113(三氟三氯乙 烷)和甲基氯仿(1,1,1-三氯乙烷)为主体的两大类 清洗剂，它们在smt工艺中获得了广泛应用。 但cfc-113和甲基氯仿对大气臭氧层有破坏作用 ，危害地球的生态平衡。根据1990年修订的蒙特利 尔协定书，这两类物质都属于20002005年先后停 止生产和使用的范畴，对于发展中国家限定时间尚 可延缓10年。 为此，各国均在积极采取措施。 (2)半水清洗（p146） 先用低挥发卤化碳氢化合物溶剂(萜烯溶剂)， 分解松香基助焊剂残留物，然后再用水漂洗。 萜烯是从柑桔、柠檬、木材加工的副产品中获 得的天然溶剂。 因为不能高度挥发，必须实施水漂洗过程，因 此也叫“半水清洗”。 它的缺点是易燃、成本高，对某些塑料有溶解 作用，有气味，有污水处理问题 。 。 (3) 水清洗（p147） 松香型助焊剂焊接的sma，由于残留物不溶于水 ，一般是在水中加5%10%的皂化剂(碱性材料)，它 能和松香反应，产生可溶于水的脂肪酸盐，然后用 去离子水喷淋冲洗、加乙醇脱水、烘干。 它的缺点是有污水处理问题。 4