SMT表面组装技术.doc

SMT表面组装技术 SMT是表面组装技术（表面贴装技术）（Surface Mounted Technology的缩写），是目前电子组装行业里最流行的一种技术和工艺。 SMT简介 电子电路表面组装技术（Surface Mount Technology，SMT），称为表面贴装或表面安装技术。它是一种将无引脚或短引线表面组装元器件（简称SMC/SMD，中文称片状元器件）安装在印制电路板（Printed Circuit Board，PCB）的表面或其它基板的表面上，通过回流焊或浸焊等方法加以焊接组装的电路装连技术。回流焊或浸焊等方法加以焊接组装的电路装连技术。SMT特点 组装密度高、电子产品体积小、重量轻，贴片元件的体积和重量只有传统插装元件的1/10左右，一般采用SMT之后，电子产品体积缩小40%60%，重量减轻60%80%。可靠性高、抗震能力强。焊点缺陷率低。高频特性好。减少了电磁和射频干扰。易于实现自动化，提高生产效率。降低成本达30%50%。节省材料、能源、设备、人力、时间等。SMT组成总的来说，SMT包括表面贴装技术、表面贴装设备、表面贴装元器件、SMT管理。为什么要用SMT 电子产品追求小型化，以前使用的穿孔插件元件已无法缩小。电子产品功能更完整，所采用的集成电路(IC）已无穿孔元件，特别是大规模、高集成IC，不得不采用表面贴片元件。产品批量化，生产自动化，厂方要以低成本高产量，出产优质产品以迎合顾客需求及加强市场竞争力。电子元件的发展，集成电路(IC）的开发，半导体材料的多元应用。电子科技革命势在必行，追逐国际潮流。SMT 基本工艺构成要素 印刷(红胶/锡膏)- 检测(可选AOI全自动或者目视检测)-贴装(先贴小器件后贴大器件:分高速贴片及集成电路贴装)-检测(可选AOI 光学/目视检测)- 焊接(采用热风回流焊进行焊接)- 检测(可分AOI 光学检测外观及功能性测试检测)- 维修(使用工具:焊台及热风拆焊台等)- 分板(手工或者分板机进行切板)工艺流程简化为：印刷-贴片-焊接-检修(每道工艺中均可加入检测环节以控制质量)锡膏印刷 其作用是将锡膏呈45度角用刮刀漏印到PCB的焊盘上，为元器件的焊接做准备。所用设备为印刷机（锡膏印刷机），位于SMT生产线的最前端。零件贴装 其作用是将表面组装元器件准确安装到PCB的固定位置上。所用设备为贴片机，位于SMT生产线中印刷机的后面，一般为高速机和泛用机按照生产需求搭配使用。回流焊接 其作用是将焊膏融化，使表面组装元器件与PCB板牢固焊接在一起。所用设备为回流焊炉，位于SMT生产线中贴片机的后面，对于温度要求相当严格，需要实时进行温度量测，所量测的温度以profile的形式体现。AOI光学检测 其作用是对焊接好的PCB板进行焊接质量的检测。所使用到的设备为自动光学检测机（AOI），位置根据检测的需要，可以配置在生产线合适的地方。有些在回流焊接前，有的在回流焊接后。维修 其作用是对检测出现故障的PCB板进行返修。所用工具为烙铁、返修工作站等。配置在AOI光学检测后分板 其作用对多连板PCBA进行切分，使之分开成单独个体，一般采用V-cut与 机器切割方式焊锡膏基础知识 焊锡膏是将焊料粉末与具有助焊功能的糊状焊剂混合而成的一种浆料，通常焊料粉末占90%左右，其余是化学成分。我们把能随意改变形态或任意分割的物体称为流体，研究流体受外力而引起形变与流动行为规律和特征的科学称为流变学。但在工程中则用黏度这一概念来表征流体黏度的大小。焊锡膏的流变行为 焊锡膏中混有一定量的触变剂，具有假塑性流体性质。焊锡膏在印刷时，受到刮刀的推力作用，其黏度下降，当达到模板窗口时，黏度达到最低，故能顺利通过窗口沉降到PCB的焊盘上，随着外力的停止，焊锡膏黏度又迅速回升，这样就不会出现印刷图形的塌落和漫流，得到良好的印刷效果。 影响焊锡膏黏度的因素：焊料粉末含量；焊料粉末粒度；温度；剪切速率。1、 焊料粉末含量焊锡膏中焊料粉末的增加引起黏度的增加2、 焊料粉末粒度焊料粉末粒度增大，黏度降低3、 温度温度升高，黏度下降。印刷的最佳环境温度为233度。4、 剪切速率剪切速率增加，黏度下降。SMT回流焊技术回流焊概述 回流焊又称“再流焊”或“再流焊机”或“回流炉”（Reflow Oven）,它是通过提供一种加热环境，使焊锡膏受热融化从而让表面贴装元器件和PCB焊盘通过焊锡膏合金可靠地结合在一起的设备。根据技术的发展分为：气相回流焊、红外回流焊、远红外回流焊、红外加热风回流焊和全热风回流焊。另外根据焊接特殊的需要，含有充氮的回流焊炉。目前比较流行和实用的大多是远红外回流焊、红外加热风回流焊和全热风回流焊。红外再流焊(1）第一代-热板式再流焊炉(2）第二代-红外再流焊炉 热能中有 80%的能量是以电磁波的形式红外线向外发射的。其波长在可见光之上限0.70.8um 到1mm 之间，0.721.5um 为近红外；1.55.6um 为中红外；5.61000um 为远红外，微波则在远红外之上。升温的机理：当红外波长的振动频率与被辐射物体分子间的振动频率一致时，就会产生共振，分子的激烈振动意味着物体的升温。波长为18um第四区温度设置最高，它可以导致焊区温度快速上升，提高泣湿力。优点：使助焊剂以及有机酸和卤化物迅速水利化从而提高润湿能力；红外加热的辐射波长与吸收波长相近似，因此基板升温快、温差小；温度曲线控制方便，弹性好；红外加热器效率高，成本低。 缺点：穿透性差，有阴影效应热不均匀。对策：在再流焊中增加了热风循环。(3） 第三代-红外热风式再流焊。 对流传热的快慢取决于风速，但过大的风速会造成元件移位并助长焊点的氧化，风速控制在1.01.8m/s。热风的产生有两种形式：轴向风扇产生（易形成层流，其运动造成各温区分界不清）和切向风扇（风扇安装在加热器外侧，产生面板涡流而使得各温区可精确控制）。基本结构与温度曲线的调整：1. 加热器：管式加热器、板式加热器铝板或不锈钢板2. 传送系统：耐热四氟乙烯玻璃纤维布3. 运行平稳、导热性好，但不能连线，适用于小型热板型不锈钢网，适用于双面PCB，也不能连线；链条导轨，可实现连线生产4. 强制对流系统：温控系统：5. 回流焊工艺流程1. 单面板：(1) 在贴装与插件焊盘同时印锡膏；(2) 贴放 SMC/SMD；(3) 插装 TMC/TMD;4) 再流焊2. 双面板(1) 锡膏-再流焊工艺，完成双面片式元件的焊接；(2) 然后在 B 面的通孔元件焊盘上涂覆锡膏；(3) 反转 PCB 并插入通孔元件；(4) 第三次再流焊。回流焊注意事项1. 与SMB 的相容性，包括焊盘的润湿性和SMB 的耐热性；2. 焊点的质量和焊点的抗张强度；3. 焊接工作曲线：预热区：升温率为1.31.5 度/s，温度在90100s 内升至150 度保温区：温度为 150180 度，时间4060s再流区：从180到最高温度250 度需要1015s，回到保温区约30s快速冷却无铅焊接温度（锡银铜）217度4、 Flip Chip 再流焊技术F.C汽相再流焊 又称汽相焊（Vapor Phase Soldering，VPS），美国最初用于厚膜集成电路的焊接，具有升温速度快和温度均匀恒定的优点，但传热介质FC-70 价格昂贵，且需FC-113，又是臭氧层损耗物质优点：1. 汽相潜热释放对SMA 的物理结构和几何形状不敏感，使组件均匀加热到焊接温度2. 焊接温度保持一定，无需采用温控手段，满足不同温度焊接的需要3. VPS 的汽相场中是饱和蒸气，含氧量低4. 热转化率高。激光再流焊1. 原理和特点：利用激光束直接照射焊接部位，2. 焊点吸收光能转变成热能，加热焊接部位，使焊料熔化。3. 种类：固体YAG（乙铝石榴石）激光器。SMT常用知识简介1. 一般来说，SMT车间规定的温度为237。2. 锡膏印刷时，所需准备的材料及工具: 锡膏、钢板、刮刀、擦拭纸、无尘纸、清洗剂、搅拌刀。3. 一般常用的锡膏成份为Sn96.5%/Ag3%/Cu0.5%。4. 锡膏中主要成份分为两大部分锡粉和助焊剂。5. 助焊剂在焊接中的主要作用是去除氧化物、破坏融锡表面张力、防止再度氧化。6. 锡膏中锡粉颗粒与Flux（助焊剂）的体积之比约为1:1，重量之比约为9:1。7. 锡膏的取用原则是先进先出。8. 锡膏在开封使用时，须经过两个重要的过程回温、搅拌。9. 钢板常见的制作方法为：蚀刻、激光、电铸。10. SMT的全称是Surface mount（或mounting)technology，中文意思为表面粘着（或贴装）技术。11. ESD的全称是Electro-static discharge，中文意思为静电放电。12. 制作SMT设备程序时，程序中包括五大部分，此五部分为PCB data; Mark data;Feeder data; Nozzle data; Part data。13. 无铅焊锡Sn/Ag/Cu 96.5/3.0/0.5的熔点为217C。14. 零件干燥箱的管制相对温湿度为90度时表示锡膏与波焊体无附着性；51. IC拆包后湿度显示卡上湿度在大于30%的情况下表示IC受潮且吸湿；52. 锡膏成份中锡粉与助焊剂的重量比和体积比正确的是90%:10%,50%:50%;53. 早期之表面粘装技术源自于20世纪60年代中期之军用及航空电子领域；54. 目前SMT最常使用的焊锡膏Sn和Pb的含量各为：63Sn 37Pb;共晶点为18355. 常见的带宽为8mm的纸带料盘送料间距为4mm;56. 在20世纪70年代早期，业界中新出现一种SMD，为“密封式无脚芯片载体”，常以LCC简代之；57. 符号为272之组件的阻值应为2.7K欧姆；58. 100NF组件的容值与0.10uf相同；60. SMT使用量最大的电子零件材质是陶瓷；61. 回焊炉温度曲线其曲线最高温度215C最适宜；62. 锡炉检验时，锡炉的温度245较合适；63. 钢板的开孔型式方形、三角形、圆形，星形，本磊形；64. SMT段排阻有无方向性无；65. 目前市面上售之锡膏，实际只有4小时的粘性时间；66. SMT设备一般使用之额定气压为5KG/cm2;67. SMT零件维修的工具有：烙铁、热风拔取器、吸锡枪、镊子；68. QC分为：IQC、IPQC、。FQC、OQC;69. 高速贴片机可贴装电阻、电容、IC、晶体管;70. 静电的特点：小电流、受湿度影响较大；71. 正面PTH，反面SMT过锡炉时使用何种焊接方式扰流双波焊；72. SMT常见之检验方法： 目视检验、X光检验、机器视觉检验73. 铬铁修理零件热传导方式为传导对流；74. 目前BGA材料其锡球的主要成份Sn90 Pb10,SAC305，SAC405;75. 钢板的制作方法雷射切割、电铸法、化学蚀刻；76. 迥焊炉的温度按：利用测温器量出适用之温度；77. 迥焊炉之SMT半成品于出口时其焊接状况是零件固定于PCB上；78. 现代质量管理发展的历程TQC-TQA-TQM;79. ICT测试是针床测试；80. ICT之测试能测电子零件采用静态测试；81. 焊锡特性是融点比其它金属低、物理性能满足焊接条件、低温时流动性比其它金属好；82. 迥焊炉零件更换制程条件变更要重新测量测度曲线；83. 西门子80F/S属于较电子式控制传动；84. 锡膏测厚仪是利用Laser光测： 锡膏度、锡膏厚度、锡膏印出之宽度；85. SMT零件供料方式有振动式供料器、盘状供料器、卷带式供料器；86. SMT设备运用哪些机构：凸轮机构、边杆机构、螺杆机构、滑动机构； 87. 目检段若无法确认则需依照何项作业BOM、厂商确认、样品板；88. 若零件包装方式为12w8P，则计数器Pinth尺寸须调整每次进8mm;89. 迥焊机的种类： 热风式迥焊炉、氮气迥焊炉、laser迥焊炉、红外线迥焊炉；90. SMT零件样品试作可采用的方法：流线式生产、手印机器贴装、手印手贴装；91. 常用的MARK形状有：圆形，“十”字形、正方形，菱形，三角形，万字形；92. SMT段因Reflow Profile设置不当，可能造成零件微裂的是预热区、冷却区；93. SMT段零件两端受热不均匀易造成：空焊、偏位、墓碑；94. 高速机与泛用机的Cycle time应尽量均衡；95. 品质的真意就是第一次就做好；96. 贴片机应先贴小零件，后贴大零件；97. BIOS是一种基本输入输出系统，全英文为：Base Input/Output System;98. SMT零件依据零件脚有无可分为LEAD与LEADLESS两种；99. 常见的自动放置机有三种基本型态，接续式放置型，连续式放置型和大量移送式放置机； 100. SMT制程中没有LOADER也可以生产；101. SMT流程是送板系统-锡膏印刷机-高速机-泛用机-迥流焊-收板机；102. 温湿度敏感零件开封时，湿度卡圆圈内显示颜色为蓝色，零件方可使用；103. 尺寸规格20mm不是料带的宽度；104. 制程中因印刷不良造成短路的原因：a. 锡膏金属含量不够，造成塌陷b.钢板开孔过大，造成锡量过多c. 钢板品质不佳，下锡不良，换激光切割模板d.Stencil背面残有锡膏，降低刮刀压力，采用适当的VACUUM和SOLVENT105.一般回焊炉Profile各区的主要工程目的：a.预热区；工程目的：锡膏中容剂挥发。b.均温区；工程目的：助焊剂活化，去除氧化物；蒸发多余水份。c.回焊区；工程目的：焊锡熔融。d.冷却区；工程目的：合金焊点形成，零件脚与焊盘接为一体；106. SMT制程中，锡珠产生的主要原因：PCB PAD设计不良、钢板开孔设计不良、置件深度或置件压力过大、Profile曲线上升斜率过大，锡膏坍塌、锡膏粘度过低。SMT 之IMC简介 IMC系Intermetallic compound 之缩写，笔者将之译为介面合金共化物。广义上说是指某些金属相互紧密接触之介面间，会产生一种原子迁移互动的行为，组成一层类似合金的化合物，并可写出分子式。在焊接领域的狭义上是指铜锡、金锡、镍锡及银锡之间的共化物。其中尤以铜锡间之良性Cu6Sn5(Eta Phase）及恶性Cu3Sn(Epsilon Phase）最为常见，对焊锡性及焊点可靠度（即焊点强度）两者影响最大，特整理多篇论文之精华以诠释之定义 能够被锡铅合金焊料（或称焊锡Solder）所焊接的金属，如铜、镍、金、银等，其焊锡与被焊盘金属之间，在高温中会快速形成一薄层类似锡合金的化合物。此物起源于锡原子及被焊金属原子之相互结合、渗入、迁移、及扩散等动作，而在冷却固化之后立即出现一层薄薄的共化物，且事后还会逐渐成长增厚。此类物质其老化程度受到锡原子与底金属原子互相渗入的多少，而又可分出好几道层次来。这种由焊锡与其被焊金属介面之间所形成的各种共合物，统称Intermetallic Compound 简称IMC，本文中仅讨论含锡的IMC，将不深入涉及其他的IMC。一般性质 由于IMC曾是一种可以写出分子式的准化合物，故其性质与原来的金属已大不相同，对整体焊点强度也有不同程度的影响，首先将其特性简述于下：IMC在PCB高温焊接或锡铅重熔（即熔锡板或喷锡）时才会发生，有一定的组成及晶体结构，且其生长速度与温度成正比，常温中较慢。一直到出现全铅的阻绝层（Barrier）才会停止。 IMC本身具有不良的脆性，将会损及焊点之机械强度及寿命，其中尤其对抗劳强度（Fatigue Strength）危害最烈，且其熔点也较金属要高。由于焊锡在介面附近得锡原子会逐渐移走，而与被焊金属组成IMC，使得该处的锡量减少，相对的使得铅量之比例增加，以致使焊点展性增大（Ductillity）及固着强度降低，久之甚至带来整个焊锡体的松弛。 一旦焊垫商原有的熔锡层或喷锡层，其与底铜之间已出现较厚间距过小的IMC后，对该焊垫以后再续作焊接时会有很大的妨碍；也就是在焊锡性（Solderability）或沾锡性（Wettability）上都将会出现劣化的情形。焊点中由于锡铜结晶或锡银结晶的渗入，使得该焊锡本身的硬度也随之增加，久之会有脆化的麻烦。 IMC会随时老化而逐渐增厚，通常其已长成的厚度，与时间大约形成抛物线的关系，即：=k t，k=k exp（Q/RT)表示t时间后IMC已成长的厚度。K表示在某一温度下IMC的生长常数。T表示绝对温度。R表示气体常数，即8.32 J/mole。Q表示IMC生长的活化能。K=IMC对时间的生长常数，以nm / 秒或m / 日（1m / 日=3.4nm / 秒。现将四种常见含锡的IMC在不同温度下，其生长速度比较在下表的数字中：表1 各种IMC在不同温度中之生长速度（nm / s)金属介面20 100135 1501701. 锡/ 金402. 锡/ 银0.08 17-353. 锡/ 镍0.08 1 54. 锡/ 铜0.26 1.4 3.8 10注 在170高温中铜面上，各种含锡合金IMC层的生长速率，也有所不同；如热浸锡铅为5nm/s，雾状纯锡镀层为7.7（以下单位相同），锡铅比30/70的皮膜为11.2，锡铅比70/30的皮膜为12.0，光泽镀纯锡为3.7，其中以最后之光泽镀锡情况较好。焊锡性与表面能 若纯就可被焊接之金属而言，影响其焊锡性（Solderability）好坏的机理作用甚多，其中要点之一就是表面自由能(Surface Free Energy，简称时可省掉Free）的大小。也就是说可焊与否将取决于：(1) 被焊底金属表面之表面能（Surface Energy），(2) 焊锡焊料本身的表面能等二者而定。 凡底金属之表面能大于焊锡本身之表面能时，则其沾锡性会非常好，反之则沾锡性会变差。也就是说当底金属之表面能减掉焊锡表面能而得到负值时，将出现缩锡（Dewetting），负值愈大则焊锡愈差，甚至造成不沾锡（Non-Wetting）的恶劣地步。 新鲜的铜面在真空中测到的表面能约为1265达因/公分，63/37的焊锡加热到共熔点（Eutectic Point 183）并在助焊剂的协助下，其表面能只得380达因/公分，若将二者焊一起时，其沾锡性将非常良好。然而若将上述新鲜洁净的铜面刻意放在空气中经历2小时后，其表面能将会遽降到25达因/公分，与380相减不但是负值（-355），而且相去甚远，焊锡自然不会好。因此必须要靠强力的助焊剂除去铜面的氧化物，使之再活化及表面能之再次提高，并超过焊锡本身的表面能时，焊锡性才会有良好的成绩。合金共化物 当熔融态的焊锡落在洁铜面的瞬间，将会立即发生沾锡（Wetting俗称吃锡）的焊接动作。此时也立即会有锡原子扩散（Diffuse）到铜层中去，而铜原子也同时会扩散进入焊锡中，二者在交接口上形成良性且必须者Cu6Sn5的IMC，称为-phase（读做Eta相），此种新生准化合物中含锡之重量比约占60%。若以少量的铜面与多量焊锡遭遇时，只需3-5秒钟其IMC即可成长到平衡状态的原度，如240的0.5m到340的0.9m。然而在此交会互熔的同时，底铜也会有一部份熔进液锡的主体锡池中，形成负面的污染。(a) 最初状态：当焊锡着落在清洁的铜面上将立即有-phase Cu6Sn5生成，即图中之（2）部分。(b) 锡份渗耗期：焊锡层中的锡份会不断的流失而渗向IMC去组新的Cu6Sn5，而同时铜份也会逐渐渗向原有的-phase层次中而去组成新的Cu3Sn。此时焊锡中之锡量将减少，使得铅量在比例上有所增加，若于其外表欲再行焊接时将会发生缩锡。(c) 多铅之阻绝层：当焊锡层中的锡份不断渗走再去组成更厚的IMC时，逐渐使得本身的含铅比例增加，最后终于在全铅层的挡路下阻绝了锡份的渗移。(d) IMC的曝露：由于锡份的流失，造成焊锡层的松散不堪而露出IMC底层，而终致到达不沾锡的下场（Non-wetting）。 高温作业后经长时老化的过程中，在Eta-phase良性IMC与铜底材之间，又会因铜量的不断渗入Cu6Sn5中，而逐渐使其局部组成改变为Cu3Sn的恶性-phase（又读做Epsilon相）。其中铜量将由早先-phase的40%增加到-phase的66%。此种老化劣化之现象，随着时间之延长及温度之上升而加剧，且温度的影响尤其强烈。由前述表面能的观点可看出，这种含铜量甚高的恶性-phase，其表面能的数字极低，只有良性-phase的一半。因而Cu3Sn是一种对焊锡性颇有妨碍的IMC。 然而早先出现的良性-phase Cu6Sn5，却是良好焊锡性必须的条件。没有这种良性Eta相的存在，就根本不可能完成良好的沾锡，也无法正确的焊牢。换言之，必需要在铜面上首先生成Eta-phase的IMC，其焊点才有强度。否则焊锡只是在附着的状态下暂时冷却固化在铜面上而已，这种焊点就如同大树没有根一样，毫无强度可言。锡铜合金的两种IMC在物理结构上也不相同。其中恶性的-phase(Cu3Sn）常呈现柱状结晶（Columnar Structure），而良性的-phase(Cu6Sn5）却是一种球状组织（Globular）。下图8此为一铜箔上的焊锡经长时间老化后，再将其弯折磨平抛光以及微蚀后，这在SEM2500倍下所摄得的微切片实像，两IMC的组织皆清晰可见，二者之硬度皆在500微硬度单位左右。 在IMC的增厚过程中，其结晶粒子（Grains）也会随时在变化。由于粒度的变化变形，使得在切片画面中量测厚度也变得比较困难。一般切片到达最后抛光完成后，可使用专门的微蚀液（NaOH 50/gl，加1，2-Nitrphenol 35ml/l，70下操作），并在超声波协助下，使其能咬出清晰的IMC层次，而看到各层结晶解里面的多种情况。现将锡铜合金的两种IMC性质比较如下：命名分子式 含锡量W% 出现经过位置所在 颜色结晶 性能表面能-phase(Eta) Cu6Sn5 60% 高温融锡沾焊到清洁铜面时立即生成介于焊锡或纯锡与铜之间的介面白色球状组织良性IMC微焊接强度之必须甚高-phase(Epsilon) Cu3Sn 30% 焊后经高温或长期老化而逐渐发生介于Cu6Sn5与铜面之间灰色柱状结晶恶性IMC将造成缩锡或不沾锡 较低只有Eta的一半，非常有趣的是，单纯Cu6Sn5的良性IMC，虽然分子是完全相同，但当生长环境不同时外观却极大的差异。如将清洁铜面热浸于熔融态的纯锡中，此种锡量与热量均极度充足下，所生成的Eta良性IMC之表面呈鹅卵石状。但若改成锡铅合金（63/37）之锡膏与热风再铜面上熔焊时，亦即锡量与热量不太充足之环境，居然长出另一种一短棒状的IMC外表（注意铜与铅是不会产生IMC的，且两者之对沾锡（wetting）与散锡（Spreading）的表现也截然不同。再者铜锡之IMC层一旦遭到氧化时，就会变成一种非常顽强的皮膜，即使薄到5层原子厚度的1.5nm，再猛的助焊剂也都奈何不了它。这就是为什么PTH孔口锡薄处不易吃锡的原因（C.Lea的名著A scientific Guide to SMT之P.337有极清楚的说明），故知焊点之主体焊锡层必须稍厚时，才能尽量保证焊锡性于不坠。事实上当沾锡(Wetting）之初，液锡以很小的接触角（Contact Angle）高温中迅速向外扩张（Spreading）地盘的同时，也另在地盘内的液锡和固铜之间产生交流，而向下扎根生成IMC，热力学方式之步骤，即在说明其假想动作的细节。锡铜IMC的老化 由上述可知锡铜之间最先所形成的良性-phase(Cu6Sn5），已成为良好焊接的必要条件。唯有这IMC的存在才会出现强度好的焊点。并且也清楚了解这种良好的IMC还会因铜的不断侵入而逐渐劣化，逐渐变为不良的-phase(Cu3Sn）。此两种IMC所构成的总厚度将因温度上升而加速长厚，且与时俱增。下表3.即为各种状况下所测得的IMC总厚度。凡其总IMC厚度愈厚者，对以后再进行焊接时之焊锡性也愈差。表3. 不铜温度中锡铜IMC之不同厚度所处状况IMC厚度（mils)熔锡板（指炸油或IR) 0.030.04喷锡板0.020.037170中烤24小时 0.22以上125中烤24小时0.04670中烤24小时 0.01770中存贮40天0.0530中存贮2年 0.0520中存贮5年0.05组装之单次焊接后 0.010.02锡铜IMC的老化增厚，除与时间的平方根成比例关系外，并受到环境温度的强烈影响，在斜率上有很大的改变。在IMC老化过程中，原来锡铅层中的锡份不断的输出，用与底材铜共组成合金共化物，因而使得原来镀锡铅或喷锡铅层中的锡份逐渐减少，进而造成铅份在比例上的不断增加。一旦当IMC的总厚度成长到达整个锡铅层的一半时，其含锡量也将由原来的60%而降到40%，此时其沾锡性的恶化当然就不言而喻。并由底材铜份的无限量供应，但表层皮膜中的锡量却愈来愈少，因而愈往后来所形成的IMC，将愈趋向恶性的Cu3Sn。 且请务必注意，一旦环境超过60时，即使新生成的Cu6Sn5也开始转变长出Cu3Sn来。一旦这种不良的-phase成了气候，则焊点主体中之锡不断往介面溜走，致使整个主体皮膜中的铅量比例增加，后续的焊接将会呈现缩锡（Dewetting）的场面。这种不归路的恶化情形，又将随着原始锡铅皮膜层的厚薄而有所不同，越薄者还会受到空气中氧气的助虐，使得劣化情形越快。故为了免遭此一额外的苦难，一般规范都要求锡铅皮膜层至少都要在0.3mil以上。 老化后的锡铅皮膜，除了不良的IMC及表面能太低，而导致缩锡的效应外，镀铜层中的杂质如氧化物、有机光泽剂等共镀物，以及锡铅镀层中有机物或其它杂质等，也都会朝向IMC处移动集中，而使得缩锡现象雪上加霜更形恶化。从许多种前人的试验及报告文献中，可知有三种加速老化的模式，可以类比出上述两种焊锡性劣化及缩锡现象的试验如下 在高温饱和水蒸气中曝置124小时。在125150的干烤箱中放置416小时。 在高温水蒸气加氧气的环境中放置1小时；之后仅在水蒸气中放置24小时；再另于155的干烤箱中放置4小时；及在40，9095%RH环境中放置10天。如此之连续折腾约等于1年时间的自然老化。在经此等高温高湿的老化条件下，锡铅皮膜表面及与铜之介面上会出现氧化、腐蚀，及锡原子耗失（Depletion）等，皆将造成焊锡性的劣化。锡金IMC 焊锡与金层之间的IMC生长比铜锡合金快了很多，由先后出现的顺序所得的分子式有AuSn，AuSn2，AuSn4等。在150中老化300小时后，其IMC居然可增长到50m（或2mil）之厚。因而镀金零件脚经过焊锡之后，其焊点将因IMC的生成太快，而变的强度减弱脆性增大。幸好仍被大量柔软的焊锡所包围，故内中缺点尚不曝露出来。又若当金层很薄时，例如是把薄金层镀在铜面上再去焊锡，则其焊点强度也很快就会变差，其劣化程度可由耐疲劳强度试验周期数之减少而清楚得知。 曾有人故意以热压打线法（Thermo-Compression，注意所用温度需低于锡铅之熔点）将金线压入焊锡中，于是黄金就开始向四周的焊锡中扩散，逐渐形成如图中白色散开的IMC。该金线原来的直径为45m，经155中老化460小时后，竟然完全消耗殆尽，其效应实在相当惊人。但若将金层镀在镍面上，或在焊锡中故意加入少许的铟，即可大大减缓这种黄金扩散速度达5倍之多。锡银IMC 锡与银也会迅速的形成介面合金共化物Ag3Sn，使得许多镀银的零件脚在焊锡之后，很快就会发生银份流失而进入焊锡之中，使得银脚焊点的结构强度迅速恶化，特称为渗银Silver leaching。此种焊后可靠性的问题，曾在许多以钯层及银层为导体的“厚膜技术(Thick Film Technology）中发生过，SMT中也不乏前例。若另将锡铅共融合金比例63/37的焊锡成分，予以小幅的改变而加入2%的银，使成为62/36/2的比例时，即可减轻或避免发生此一渗银现象，其焊点不牢的烦恼也可为之舒缓。最近兴起的铜垫浸银处理（Immersion Silver），其有机银层极薄仅4-6m而已，故在焊接的瞬间，银很快就熔入焊锡主体中，最后焊点构成之IMC层仍为铜锡的Cu6Sn5，故知银层的功用只是在保护铜面而不被氧化而已，与有机护铜剂（OSP）之Enetk极为类似，实际上银本身并未参加焊接。 电子零件之接脚为了机械强度起见，常用黄铜代替纯铜当成底材。但因黄铜中含有多量的锌，对于焊锡性会有很大的妨碍，故必须先行镀镍当成屏障（Barrier）层，才能完成焊接的任务。事实上这只是在焊接的瞬间，先暂时达到消灾避祸的目的而已。因不久后镍与锡之间仍也会出现IMC，对焊点强度还是有不良的影响。各种IMC在扩散系数与活化能方面的比较System Intermetallic Compounds Diffusion Coefficient(m2/s) Activation Energy(J/mol)Cu-Sn Cu6Sn5，Cu3Sn 1106 80,000Ni-Sn Ni3Sn2，Ni3Sn4，Ni3Sn7 2107 68,000Au-Sn AuSn，AuSn2 AuSn 3104 73,000Fe-Sn FeSnFeSn2 2109 62,000Ag-Sn Ag3Sn 8109 64,000在一般常温下锡与镍所生成的IMC，其生长速度与锡铜IMC相差很有限。但在高温下却比锡铜合金要慢了很多，故可当成铜与锡或金之间的阻隔层（Barrier Layer）。而且当环境温度不同时，其IMC的外观及组成也各不相同。此种具脆性的IMC接近镍面者之分子视为Ni3Sn4，接近锡面者则甚为分歧难以找出通式，一般以NiSn3为代表。根据一些实验数据，后者生长的速度约为前者的三倍。又因镍在空气非常容易钝化(Passivation），对焊锡性也会出现极其不利的影响，故一般在镍外表还要镀一层纯锡，以提高焊锡性。若做为接触（Contact）导电用途时，则也可镀金或银。各种待焊表面其焊锡性的劣化，以及焊点强度的减弱，都是一种自然现象。正如同有情世界的生老病死及无情世界的颓蚀风化一样均迟早发生，无法避免。了解发生的原因与过程之后，若可找出改善之道以延长其使用年限，即为上上之策矣。SMT贴片红胶SMT贴片红胶基本知识 SMT贴片红胶是一种聚稀化合物，与锡膏不同的是其受热后便固化，其凝固点温度为150，这时，红胶开始由膏状体直接变成固体。 SMT贴片红胶具有粘度流动性，温度特性，润湿特性等。根据红胶的这个特性，故在生产中，利用红胶的目的就是使零件牢固地粘贴于PCB表面，防止其掉落。印刷机或点胶机上使用：1、 为保持贴片胶的品质，请置于冰箱内冷藏（53）储存;2、从冰箱中取出使用前，应放在室温下回温23小时;3、可以使用甲苯或醋酸乙酯来清洗胶管 点胶：.在点胶管中加入后塞，可以获得更稳定的点胶量 ; .推荐的点胶温度为30-35;分装点胶管时，请使用专用胶水分装机进行分装，以防止在胶水中混入气泡 刮胶：推荐的刮胶温度为30-35注意事项：红胶从冷藏环境中移出后，到达室温前不可打开使用。为避免污染原装产品，不得将任何使用过的贴片胶倒回原包装内。印刷方式1) 印刷方式：钢网刻孔要根据零件的类型，基材的性能来决定，其厚度和孔的大小及形状。其优点是速度快、效率高。2) 点胶方式：点胶是利用压缩空气，将红胶透过专用点胶头点到基板上，胶点的大小、多少、由时间、压力管直径等参数来控制，点胶机具有灵活的功能。对于不同的零件，我们可以使用不同的点胶头，设定参数来改变，也可以改变胶点的形状和数量，以求达到效果，优点是方便、灵活、稳定。缺点是易有拉丝和气泡等。我们可以对作业参数、速度、时间、气压、温度调整，来尽量减少这些缺点。3) 针转方式，是将一个特制的针膜，浸入浅胶盘中每个针头有一个胶点，当胶点接触基板时，就会脱离针头，胶量可以借着针的形状和直径大小来变化。固化温度100 120150 固化时间5分钟 150秒60秒 典型固化条件：注意点：1、固化温度越高以及固化时间越长，粘接强度也越强。2、由于贴片胶的温度会随着基板零件的大小和贴装位置的不同而变化，因此我们建议找出最合适的硬化条件。红胶的储存：在室温下可储存7天，在小于5时储存大于个6月，在525可储存大于30天。 由于SMT贴片红胶受温度影响用本身粘度，流动性，润湿等特性，所以SMT贴片红胶要有一定的使用条件和规范的管理。1) 红胶要有特定流水编号，根据进料数量、日期、种类来编号。2) 红胶要放在28的冰箱中保存，防止由于温度变化，影响特性。3) 红胶回温要求在室温下回温4小时，按先进先出的顺序使用。4) 对于点胶作业，胶管红胶要脱泡，对于一次性未用完的红胶应放回冰箱保存，旧胶与新胶不能混用。5) 要准确地填写回温记录表，回温人及回温时间，使用者需确认回温完成后方可使用。通常，红胶不可使用过期的。SMT组装工艺 SMT组装工艺与焊接前的每一工艺步骤密切相关，其中包括资金投入、PCB设计、元件可焊性、组装操作、焊剂选择、温度/时间的控制、焊料及晶体结构等。1 、焊料 目前，波峰焊接最常用的焊料是共晶锡铅合金：锡63%；铅37%，应时刻掌握焊锡锅中的焊料温度，其温度应高于合金液体温度183，并使温度均匀。过去，250的焊锡锅温度被视为“标准”。随着焊剂技术的革新，整个焊锡锅中的焊料温度的均匀性得到了控制，并增设了预热器，发展趋势是使用温度较低的焊锡锅。在230240的范围内设置焊锡锅温度是很普遍的。通常，组件没有均匀的热质量，要保证所有的焊点达到足够的温度，以便形成合格的焊点是必要的。重要的问题是要提供足够的热量，提高所有引线和焊盘的温度，从而确保焊料的流动性，湿润焊点的两面。焊料的温度较低就会降低对元件和基板的热冲击，有助于减少浮渣的形成，在较低的强度下，进行焊剂涂覆操作和焊剂化合物的共同作用下，可使波峰出口具有足够的焊剂，这样就可减少毛刺和焊球的产生。 焊锡锅中的焊料成份与时间有密切关系，即随着时间而变化，这样就导致了浮渣的形成，这就是要从焊接的组件上去除残余物和其它金属杂质的原因及在焊接工艺中锡损耗的原因。以上这些因素可降低焊料的流动性。在采购中，要规定的金属微量浮渣和焊料的锡含量的最高极限，在各个标准中，（如象IPC/J-STD-006都有明确的规定）。在焊接过程中，对焊料纯度的要求在ANSI/J-STD-001B标准中也有规定。除了对浮渣的限制外，对63%锡；37%铅合金中规定锡含量最低不得低于61.5%。波峰焊接组件上的金和有机泳层铜浓度聚集比过去更快。这种聚集，加上明显的锡损耗，可使焊料丧失流动性，并产生焊接问题。外表粗糙、呈颗粒状的焊点常常是由于焊料中的浮渣所致。由于焊锡锅中的集聚的浮渣或组件自身固有的残余物暗淡、粗糙的粒状焊点也可能是锡含量低的征兆，不是局部的特种焊点，就是锡锅中锡损耗的结果。这种外观也可能是在凝固过程中，由于振动或冲击所造成的。 焊点的外观就能直接体现出工艺问题或材料问题。为保持焊料“满锅”状态和按照工艺控制方案对检查焊锡锅分析是很重要的。由于焊锡锅中有浮渣而“倒掉”焊锡锅中的焊剂，