表面安装技术-SMT(214页).ppt

表面安装技术-SMT,SMT?,表面组装技术-SMT,表面组装技术是指用自动组装设备将片式化、微型化的无引线或短引线表面组装元件/器件(简称SMC/SMD)直接贴、焊到印制电路板(PCB)表面或其他基板的表面规定位置上的一种电子装连技术，又称表面安装技术或表面贴装技术，简称SMT。,1. THT（Through Hole Technology ）与SMT,微型化的关键 短引线/无引线元器件,2. SMT优点,1.高密集：组装密度高，体积缩小40%-60%，重量减轻60-80%。 2.高可靠：SMC、SMD无引线或引线短，重量轻，抗震能力强，提高产品可靠性。 3.高性能：提高传输速度，改善高频特性，提高性能。 4.高效率：采用CIMS提高生产过程自动化，提高效率。 5.低成本：减少PCB面积，总成本降低30%以上,3、SMT的发展,（1）SMT在持续发展 先进国家 80 我国 50 SMT别无选择的趋势 发展驱动力 市场作用 SMT元器件 小型化元件,IT是朝阳产业，电子制造业是IT的核心 人类对产品小型化，多功能的追求无止境。例笔记本电脑 硅片10年 接口/功率电路 SMT 与时俱进,4.SMT发展前景,5. SMT内容（1) 元器件 /印制板 SMC/SMD SMB SMT 工艺 点胶 印刷 波峰焊/再流焊 设备 印刷/贴片/焊接/检测,SMT组成（2）,SMT内容(3),6 .SMT元器件 印制板 (1) 元器件(SMC)/SMD （surface mount component/device）,特征：无引线小型化,火柴/蚂蚁/SMC,1/8普通电阻,0603电阻,实际样品比较,SMT工艺材料,表面组装工艺材料：在整个表面组装电子装联过程中所使用并完成特定工艺要求的化工材料。 （SMT概述）,一、焊料 二、焊锡丝 三、助焊剂 四、焊膏 五、粘结剂 六、清洗剂 七、其他材料,常用材料介绍,一、焊料,1 .焊料的作用 2. SMT常用焊料合金的组成及特性 3. 表面组装用焊料的形式,1 .焊料的作用,焊料是易溶金属，它熔点低于被焊金属，在熔化时能在被焊金属表面形成合金而将被焊金属连接到一起。 低于450 的焊接又称作为软钎焊。,2. SMT常用焊料合金的组成及特性,铅锡共晶合金：183 左右； 高温合金 ： 300 ； 低温合金： 96 163 ； 无铅焊料： 217左右；,铅锡共晶合金,Pb38.1%, Sn61.9%称为共晶合金，对应熔点温度为183 63 Sn/37Pb. 183 60 Sn/40Pb . 183 190 62 Sn/36Pb/2Ag . 179 ,液相区,最佳焊接温度线,固液相共存区,固相区,共晶点,（1）焊接温度相对较低，熔点180 -220 。焊接温度高50 。 IPC-SM-782 260 10S 熔点183-189 （2）熔融焊料在被焊金属表面流动性好。 （3）凝固时间短，利于焊点形成，便于操作。 （4）导电性能好，并有足够的机械强度。 铜导电率的1/10，抗拉强度40MPa,剪切强度35。 （5）焊后焊点外观好，便于检查。 （6）三防性能好。能广泛应用。 （7）焊料原料的来源应广泛，价格低廉。（云锡）,特 性,高温合金 300 ,10 Sn/90Pb 300 5 Sn/95Pb 312 3Sn/97Pb 318 用途：BGA、CSP焊球，高温焊点。测曲线用。,低温合金 96 163,16 Sn/32Pb/52Bi 96 42 Sn/58Bi 139 43 Sn/43Pb/14Bi 163 用途：双面再流焊，特殊要求的焊接,热敏元件的焊接。,无铅焊料,无铅的提出 世界无铅日程 推行无铅系统所需环节 常用无铅焊料及其优劣 无铅的应用（设计注意问题）,无铅的提出,铅对人体有害 铅是一种多亲和性毒物。主要损害神经系统、造血系统和消化系统。 铅中毒也是引发白血病、肾病、心脏病、精神异常的重要因素之一。 例1：古罗马帝国灭亡引水工程中大量使用铅，造成人们体质恶化。 例2：我国目前儿童平均铅含量：88.3ug/L。30幼儿血铅含量超过国际公认水平100ug/L 。 市场的竞争 日本松下、NEC、SONY、东芝等公司2000年开始率先采用无铅制造技术，这样日本各电子企业大打“绿色”“环保”牌，更好进入西欧、北美市场，以迎合当地绿色环保组织。,世界无铅进程,无铅技术已在全球的电子封装与装配工业领域占据中心舞台。日本、美国与欧洲开始在材料中减少并消除铅的含量。目前这三大驱动力在推动电子封装业中努力实现无铅。 日本内阁（MITI）提议在日本立法，几位日本主要的电子行业大亨开始了实行计划并宣布到2003年底争取消除含铅焊料。 欧洲第六届欧共体会议提议到2006年1月前实现无铅化。 北美的IPC也正收集更可靠的无铅化合金并预计在圆满结束前进行所有的预处理，IPC J-STD006测试法将应用于量化铅含量的等级。 我国： 蒙特利尔协议,推行无铅系统所需环节,LEAD FREE AREA,Materials,PCB,Components,Paste,Printer,Mounter,Reflow,AOI,W/S,X-RAY,T/U,Testing,P/S,常用无铅焊料及其优劣,具有优良的机械性能、拉伸强度、蠕变特性及耐热老化比Sn-Pb共晶焊料优越；无铅焊接比传统有铅焊接的强度高。 熔点和成本是Sn-Ag系焊料的主要问题。Sn-Ag系焊料，熔点偏高，比Sn-Pb共晶焊料高30-40，润湿性差，成本高；,所需能量比较：无铅焊接是传统有铅焊接所需能量的67倍。包括原材料的制成、焊膏的制成、焊接过程等。 温室效应：无铅焊接产生的二氧化碳排放量比传统有铅焊接的大。 重金属含量：无铅焊接比传统有铅焊接的多。特别是铋 对环境有害，且贵。 延展性比Sn-Pb共晶焊料稍差，但不存在延展性随时间加长而劣化的问题； 从含Ag的Sn基无铅焊料中回收Bi和Cu是十分困难的。 焊膏容易氧化。,无铅的应用（设计注意事项：PCB设计：采用裸铜板，OSP板。焊盘尺寸可适当减少。）,3.表面组装用焊料的形式及用途,用途,二、焊锡丝,1.结构：焊料内空心直径分别有0.5mm、0.8mm、1.0mm。有多芯(最多5芯)。 2.组成：焊料固态助焊剂（活性松香、水清洗、免清洗)， 3.用途：手工焊接、补焊、维修用。,三、焊剂（助焊剂）,1 .助焊剂的作用和特点 2.助焊剂的分类 3.助焊剂的组成 4.焊剂性能指标 5.常用焊剂介绍 6.助焊剂的选用,1 .助焊剂的作用润湿,荷叶表面的水珠,液体固体表面 漫流润湿 表面张力附着力,1 .助焊剂的作用,（ 助焊剂的作用）Oxidize、Flux 自然界中除纯金和铂外，置放在空气中的所有金属在室温下都会产生氧化，表面形成氧化层。防碍焊接的发生。 三个作用： 清除金属表面的氧化层 保持干净表面不再氧化 热传导,助焊剂的特性 a.能快速去除表面氧化物，防止再氧化，降低表面张力。 b.焊剂的熔点比焊料低，在焊料熔化前，焊剂可充分发挥助焊作用； c.焊剂的表面张力要比焊料小，润湿扩展速度比熔融焊料快，扩展率85%； d.黏度和比重比熔融焊料小，容易被置换.助焊剂的比重可以用溶剂来稀释，一般控制在0.820.84；,e.焊接时不产生焊珠飞溅，不产生毒气和强烈的刺激气味，有利于保护环境； f.焊后残留物少，易去除，并且基本无腐蚀、不吸湿，不导电、不粘手； g.免清洗型助焊剂要求固体含量2.0wt%,不含卤化物，焊后残留物少，不产生腐蚀作用，绝缘性能好，绝缘电阻11011； h.水清洗、半水清洗和溶剂清洗型助焊剂要求焊后易清洗； i.常温下储存稳定。,a.按焊剂状态分：液态、糊状、固态三类。 b.按焊剂活性大小分：低活性（R）、中等活性（RMA）、高活性（RA）和特别活性（RSA）。 c.按焊剂中固体含量分：低固含量2%、中固含量2.0，5、高固含量5。 d.按活性剂类别分：松香、有机酸焊剂、有机胺卤化物焊剂、水溶性酸类焊剂、有机酸焊剂。 e.按焊剂主要化学成份分：无机焊剂、有机焊剂和树脂焊剂。 f按焊剂残留物溶解性能分：树脂型（有机溶剂清洗型）、水溶型和免清洗三类。,2.助焊剂的分类,无机系列焊剂 无机系列焊剂通常使用活性剂为无机盐和无机酸，其特点是活性大，腐蚀性较大，能够用水清洗，一般SMT中几乎不用。 有机系列焊剂 有机系列焊剂包括有机酸、有机胺、有机卤化物等物质。其活性相对较弱，但具有活性时间短，加热迅速分解、留下残留物基本上呈惰性、吸湿性也小，电绝缘性能好等特点，有利用于采用溶剂或水清洗。 树脂系列焊剂 树脂系列焊剂由松香或合成树脂材料添加一定量的活性剂组成，其助焊性能好，而树脂可起成膜剂的作用，焊后残留物能形成一致密的保护层，对焊接表面具有一定的保护性能。,树脂型,水溶性,(有机溶剂清洗型),3.助焊剂的组成,通常焊剂的组成包括以下成份： 活性剂、成膜剂、添加剂和溶剂。 a. 活性剂 活性剂是为了提高助焊能力而加入的活性物质，它对净化焊料和被焊件表面起主要作用。在焊剂中活性剂的添加量较少，通常为1-5%，通常无机活性剂助焊性能好，但作用时间长，腐蚀性大，不宜在SMT中使用。 有机型水溶性活性剂，焊剂低温时活性较小，焊后腐蚀性小，易于清洗。,b. 成膜剂 焊剂中加入成膜剂，能在焊接后形成一层紧密的有机膜，保护焊点和基板，使其具有防腐蚀性和优良的电绝缘性。 常用的成膜剂有天然树脂、合成树脂及部分有机化合物。如松香及改性松香、酚醛树脂和硬脂酸脂类等。 一般成膜剂加入量为10-20%，甚至高达40%，加入量过大会影响扩展率，使助焊作用下降，并在PCB上留下过多的残留物。,c. 添加剂 添加剂是为了适应焊接工艺和工艺环境的需要而加入的具有特殊物理和化学性能的物质。 通常加入的添加剂有：PH调节剂和润湿剂、光亮剂、消光剂、缓蚀剂、阻燃剂、发泡剂等。 PH调节剂可降低焊剂的酸性； 润湿剂的作用是加大焊料和被焊件之间的润湿性，增强可焊性。 为了使焊点光亮，可添加少量光亮剂，光亮剂的添加量不宜太多，应控制在2%以下。,在焊剂中加入消光剂，使焊点消光，这对组装密度高的产品尤为重要，可克服检验时眼睛的疲劳，特别是在自动化生产中，不因视觉错误而影响产品的质量检验。消光剂的量应控制在5%以下。 焊剂中加入缓蚀剂，能保护PCB和元器件引线，使之具有防潮、防盐雾、防腐蚀性能，又保持良好的可焊性。缓蚀剂一般添加量在1%以下。 为保证焊剂存放及使用安全，需加入降低其易燃性的物质。 在焊剂采用发泡涂布的场合，需加入发泡剂。,d. 溶剂 SMT中通常使用液态焊剂，为此，必须焊剂组成中的固体或液体成分溶解在溶剂里，使之成为均相溶液。 常用的溶剂有：乙醇、异丙醇、水等。 水溶性助焊剂的溶剂可以是水，也可以是低级脂肪酸（乙醇、异丙醇）等有机溶剂。焊接时若水分未挥发干净，在焊料槽中会产生焊料飞溅。而以乙醇或异丙醇作溶剂的水溶性焊剂不会出现这种现象。,（1）. 外观：透明（免清洗）、无沉淀物、混浊、分层现象。 （2）. 发泡能力：松香型焊剂固体含量大于5。免洗焊剂采用喷射。 （3）. 扩展率（焊剂活性能力指标）： R 75；RMA 80；RA 90；低固态免清洗 80 ,4、焊剂性能指标,（4）. 相对润湿力（焊剂活性能力指标）： 采用润湿平衡测试仪（可焊性测试仪）进行测试，属于定量性。 （5）. 焊后残渣干燥度：免清洗工艺用，避免残渣吸附过多污染物。 方法：焊后1.5小时，白垩粉PCB毛刷无残留。 （6）. 固体含量：松香型 15；水溶性810；免清洗13,（7）. 卤素含量：无溶剂焊剂中卤素含量的。 焊剂的腐蚀性是考核焊剂的重要指标，首先考虑卤素含量。 R型RMA：不应使络酸银试纸变白或浅黄。 RA型：0.070.2。 免清洗：无 （8）. 水萃取液的电阻率（.cm）：焊剂在水溶液中的电阻率。 焊剂在水溶液中的会电离出各种离子而导致水电阻率降低，特别是卤素含量超过0.2时，明显降低。反映焊剂好坏。 R型RMA 5105；RA 5104。,（9）. 铜镜腐蚀：铜镜7080nm涂覆焊剂24小时，铜层的腐蚀情况。直接反映焊剂的腐蚀强弱。 R：无变化，RMA：焊剂不应使铜膜有穿透性腐蚀。 （10）.绝缘电阻：将焊剂涂覆到PCB上，高温、高湿环境中放置一段时间后测绝缘电阻，从而评估焊剂的抗电强度。 R型RMA免清洗：11012（一级）， 11011 （二级） RA 11011 （一级）， 11010（二级）,5.常用焊剂介绍,常见的四种类型助焊剂： 松香型、水溶性、低固含量免清洗、无VOC焊剂。 （VOC挥发有机化合物对臭氧层破坏） 松香型焊剂：松香焊剂分为以下几种类型, 无活性松香焊剂，就是将纯松香溶于乙醇或异丙醇等溶剂中组成的焊剂，它的助焊性能较弱，腐蚀性较小，残留物基本上无腐蚀，留在基板上形成一层保护膜，但有时有粘性和吸湿性，一般不清洗。 中等活性焊剂由松香加活性剂组成。活性剂通常为有机酸、有机碱或有机胺盐。有时三种同时使用效果更好。中等活性焊剂助焊性比无活性焊剂强，残留物腐蚀性比R型大，一般焊后需清洗。若所用活性剂中不含卤素或含量极低，采用活性比普通松香小的改性树脂作成膜剂，且组装产品要求不高，焊后也可不清洗。 活性松香焊剂与中等活性松香焊剂相似，也是松香加活性剂。但活性剂比例更高，活性更强，腐蚀性显著增强，焊后必须清洗。,b. 水溶性助焊剂 水溶性助焊剂的最大特点是焊剂组份在水中溶解度大，活性强、助焊性能好，焊后残留物可用水清洗。水溶性焊剂分为两类：一类是无机型水溶性焊剂，另一类是有机型水溶性焊剂。水溶性焊剂由活性剂、成膜剂、添加剂和溶剂组成。 水溶性焊剂具有以下特性： 助焊性较强，能适应各种元器件引线的焊接，去氧化能力强于松香型和免清洗焊剂。 焊后残留物易于水清洗，且不污染环境。 清洗后PCB满足洁净度要求，不腐蚀、不降低电绝缘性能。 贮存稳定，无毒性。,使用水溶性焊剂应注意的问题： 在使用过程中，需经常添加专用的稀释剂调节活性剂浓度，以确保良好的焊接效果。 由于水溶性焊剂不含松香树脂，锡铅合金焊料的防氧化更为必要。焊料防氧化剂必须具有水溶性。 采用纯度较高的离子水清洗，温度以45-60为宜，有时可达70-80 焊接的PCB板经水清洗后要用离子净度仪测定其离子残留量，考核水清洗效果是否达到要求。,c. 免清洗助焊剂 免清洗助焊剂是指焊后只含微量无害焊剂残留物而无需清洗组装板的焊剂。 从保护臭氧层和满足SMT高密度组装的需要出发，采用免清洗焊剂的焊接技术是解决上述问题最有效途径。 免清洗焊剂必然是固含量低的焊剂，一般在2%以下，最高不超过5%，这类低固含量的免清洗焊剂由于焊后残留物极少，无腐蚀性，具有良好的稳定性，不经清洗即能使产品满足长期使用的要求。,免清洗焊剂应符合以下要求： 可利用浸渍、发泡、喷射或喷雾等多种方式涂布。 与元器件、PCB所用材料及现有设备配伍性好。 无毒性、气味小、操作安全、焊接时烟雾少、不污染环境。 可焊性好，焊接质量高，不致因焊剂质量造成虚焊、漏焊、竖碑、桥接、拉尖和焊料球等焊点缺陷，焊点疵点率低。 焊后残留物极少，组装板板面干净，色浅、无粘性、无腐蚀性、具有较高的耐湿性和表面绝缘电阻。 焊后组装板离子残留物要符合免清洗洁净度要求。 具有较长的贮存期，一般为一年以上。室温放置时不会随温度变化而出现沉淀或分层等现象，具有良好的稳定性。,d.无挥发性有机化合物（VOC）的免清洗焊剂 近年来已开发出新一代无VOC免清洗助焊剂，以去离子水代替醇作为溶剂，再加入活性剂、发泡剂、润湿剂、非VOC溶剂等按一定比例配制。 水基无VOC免清洗助焊剂对波峰焊的预热过程提出了新的要求。如果在波峰焊前，水未完成挥发，当接触熔融焊料时会引起焊料飞溅，且可能在通孔的焊点上吹出穿洞。,低残渣助焊剂与传统松香型助焊剂的区别。 (低残渣免清洗助焊剂介绍) A.概念的区别 传统松香助焊剂如Rosin（R）、RMA(Rosin Mildly Activated)、RA(Rosin Activated)。 尽管免清洗和低残留的术语可以互换，遍及整个电子工业，但实际上他们完全不同，低残留是和助焊剂成份有关，免清洗是与装配有关，免清洗免去了去除助焊剂残留物的清洗步骤，免清洗步骤通常包含低残渣助焊剂的使用，以便省略去除焊剂残留物的步骤。焊接后遗留的助焊剂残留物一定不能影响电性能，并形成一层有益涂层。,B.固体含量的不同 典型的松香基助焊剂的成份包括35的松香、5的活性剂以及60其他添加物。固体含量总数为40。而在低残留助焊剂中固体含量仅在0.54之间，这种较少的固体含量的助焊剂，焊后其残渣遗留在PCB上。作为免清洗工艺的过程，这是非常防护。但对焊接能力差的零件的焊接将更艰难，这导致需要改善焊接元件的处理和储存，要保证足够的焊接能力。,C.活性剂的卤素含量 在免清洗工艺中活性剂的类型是非常重要，以决定被使用的助焊剂类型。RA或一些RMA助焊剂，典型地使用含卤素的轻度活性剂，这些活性去除氧化层非常有效,改善润湿性，提高部件引脚的焊接能力。然而，这种含卤素的助焊剂残留物，暴露在水、潮湿或水的环境下，在板上就可形成腐蚀性酸，降低可靠性。这些残留物也能变成电导体，并影响电性能，因此卤素残留物需要清洁，防止腐蚀问题。 大多数免清洗助焊剂是无卤素的，以便减少腐蚀问题，所使用的低残留助焊剂都是微弱的有机酸，这种助焊剂残留物对PCB装配是无害的。,6.助焊剂的选用,要根据产品对清洁度和电性能的具体要求进行选择： a.一般情况下军用及生命保障类如卫星、飞机仪表、潜艇通信、保障生命的医疗装置、微弱信号测试仪器等电子产品必须采用清洗型的助焊剂； b.通信类、工业设备类、办公设备类、计算机等类型的电子产品可采用免清洗或清洗型的助焊剂； c.一般家用电器类电子产品均可采用免清洗型助焊剂或采用RMA（中等活性）松香型助焊剂可不清洗。,四、焊膏,焊膏的作用 焊膏组成与分类 焊膏的性能指标 常用焊膏 新型焊膏,1.焊膏的作用,元件贴装后保持元件在焊盘上，不位移，经再流焊炉后，将元件与PCB焊接在一起。 它是一种新型焊料，是SMT生产中重要的辅助材料，其质量好坏直接影响到SMA的品质好坏。,2.焊膏组成与分类,(1).组成 : 合金焊粉+焊剂组份 重量比:合金焊粉（8590） 焊剂（1510） 体积比: 合金焊粉 60 ;焊剂40,合金焊粉 合金焊粉通常采用高压惰性气体（N2）将熔融合金喷射而成。合金成份一般为63Sn37Pb合金、 62Sn36Pb2Ag，形状通常有球形和无规则形。,(2)焊剂 即有助焊功能，又是焊膏粉末的载体，本身具有高粘度，(50Pa.s),膏状焊剂。决定焊膏的主要性能。 组成： 焊剂 松香、合成树脂，净化金属表面，提高焊料润湿性。 粘结剂 松香、松香脂、聚丁烯 ，提供粘性，粘牢元件。 活化剂硬脂酸、 盐酸等，净化金属表面。 溶剂 甘油 乙二醇，调节焊膏特性。 触变剂防止焊膏塌陷，引起连焊。,分类： 按合金焊料熔点分：高温 300 (10Sn/90Pb)； 中温 183 （ 63 Sn/37Pb） 低温 140 (42Sn/58Bi) 按焊剂活性分：RA 活性、松香型 消费类电子产品 RMA 中等活性 SMT产品 NC 免清洗 SMT中大量采用。 按焊膏粘度分： 700 Pa.s 1200 Pa.s 模板印刷 400 Pa.s 600 Pa.s 丝网印刷 350 Pa.s 450 Pa.s 分配器 按清洗方式：有机溶剂、水清洗、半水清晰、免清洗。,3. 焊膏的性能指标,（1）合金焊粉颗粒 焊膏颗粒的形状、表面氧化程度对焊膏性能影响很大。 由于球形颗粒表面积小，氧化程度低，印刷性能良好， 故广泛采用。球形颗粒的大小用目数来表示。 目数的定义：每英寸长度（25.4mm）中网眼的数目。 也可以直接用球径大小表示，单位为m 。 焊膏颗粒分布：multicore -200325 ；75 m 53 m BAS 阻容元件 -270400 ；53 m 38 m AAS 一般要求 -325500 ；25 m 38 m DAS 细间距应用,（2）焊膏粘度 粘度是焊膏的一个重要指标，不同的涂布方法，使用不同粘度的焊膏。 700 Pa.s 1200 Pa.s 模板印刷（90）0.5mm 400 Pa.s 600 Pa.s 丝网印刷（90） 1.27mm 350 Pa.s 450 Pa.s 分配器 （85）1.27mm 焊膏粘度测量按照IPCSP819进行.(旋转粘度计)焊膏-2小时25 -5r/min-2.8cm-1次/2min-5-2,（3）焊膏的印刷性 焊膏的印刷性是指焊膏多次从模板、分配器上顺利地漏印到PCB上的性能。焊膏的印刷性不好，会堵塞模板的孔眼，影响到整条生产线的生产。 影响焊膏的印刷性的原因： a) 焊膏中缺少阻印剂。 b) 焊膏用量不足。 c) 焊膏颗粒粗大，与开口不相匹配。（开口内装 5个小球） d) 球径分布不符合要求。80合金粉在规定范围内。 如何测试焊膏的印刷性：,（4）焊膏的黏结力 焊膏的黏结力是保持元件在贴装后不位移的必须性能。 测量方法： a) 所需物品：PCB；30g焊膏；10cm2范围；带钩铜片厚0.5mm面积1cm2；拉力计； 25 ：（2540）g/cm2 ； 16小时后（2540）g/cm2 b) 用Chaffllon黏附性试验仪。,（5）焊膏的塌陷度 焊膏印刷到PCB后，经过一段时间高温后保持原来形状的程度。再流焊后出现的桥连、焊球现象与其有关。 按有关标准进行，也可用已由模板试验。 （6）焊球状态 如果焊球氧化或含有水份，过再流焊时会造成飞溅，形不成圆球。 方法：将焊膏放在PCB上过再流焊，观察焊球情况。,（7）焊膏的扩展率（润湿性） 焊膏的扩展率是检查焊膏的活性程度，即焊膏在氧化的铜皮上的润湿和铺展能力，反应焊膏的焊接性能指标。 方法：印刷直径6.5mm，厚0.2mm的焊膏，再流焊后其直径应扩大1020。 （8）焊膏中的合金含量（90） 合金含量高，粘度高，印刷图形较厚，塌陷小。 印刷时间长，会产生助焊剂挥发，粘度增高引起焊接 缺陷，如桥接、漏印等。,（9）焊膏的腐蚀性能 焊膏不仅可焊性好，同时要求焊后对板的腐蚀性要小，特别是采用免清洗技术，更应有一定要求。 焊膏的腐蚀性能指标有： 干燥度、 含氯量、铜镜试验、水溶液电阻、绝缘电阻、酸酯。,4.常用焊膏,松香型：焊剂主要成分为松香。由于松香有优良的助焊性能，焊后残留物成膜性好，对焊点有保护作用；松香第二个作用是增加焊膏的黏接力，使贴装的元件不产生位移；第三个作用是和松香和其他成分混合，起到调节粘度的作用，使金属粉末不沉淀、不分层。 水溶型：焊剂主要成分为有机的水溶性物质，焊后可水清洗，有利于环保，但由于无松香，焊膏黏性不够大，应用收到一定限制。,免清洗：焊剂中不含卤素，同时尽量减少的松香含量，增加其他有机物的用量，但松香含量减少到一定程度，焊剂的活性就会降低，防止焊接区二次氧化的作用也会降低，采用氮气保护焊接解决问题。免清洗工艺虽然是发展方向，但军品慎重使用。,无铅焊膏：无铅焊膏也越来越应用广泛，目前已有13的产品使用无铅焊接。最常用焊膏的是无铅焊料成份加各种焊剂组成。常用焊膏有：Sn 95.5%Ag3.8%Cu0.7%、熔点217、比重7.4(63/37-8.4)、金属成份89；以及Sn91.3%Bi4.8%-Ag3.0% 、熔点205210。 牌号：AIM/WS 483 RMA291，MULTITORE 96SE-NOCLEAN； INDIUM IND241（SnAgCu）；INDIUM IND249（SnBiAg）。,5.新型焊膏,随着电子产品朝轻、薄、小方向发展，焊膏技术也在不断改善。 （1）焊料粉的微细化 不定形球形粉末微粒子（20微米以下） （2）抗疲劳性焊膏 传统 加厚焊锡量焊膏本身加稀有元素加倍。 （3）无铅焊膏 13生产产品使用无铅焊接。,五、粘结剂(贴片胶),施加贴片胶工艺目的 贴片胶的分类及其组成 貼片胶的性能指标及其评估 常用贴片胶,1.施加贴片胶工艺目的,当表面贴装元件与插装元件混装，且分布于PCB的两边时，一般采用在贴装元件的一面点胶（或刮胶）、贴片、固化然后翻面、插件、过波峰焊这种工艺，所以施加贴片胶的目的之一是用贴片胶把表面贴装元件暂时固定在PCB的焊盘位置上，防止在传递过程中或插装元器件、波峰焊等工序中元件掉落。,另外还有一目的是在双面再流焊工艺中，为防止已焊好元件面上大型器件因焊料受热熔化而掉落，也需要用贴片胶起作辅助固定作用。,(贴片胶应用录像),在当今的许多电路板设计中，表面安装CHIP元件被安排在板的底部，通孔元件以及拉动表面安装元件安排在板的顶部，这种情况我们称作混装技术装配，而在板的两面只有表面安装元件，我们称作表面安装装配。对于混装技术装配，底部的CHIP元件需要胶的涂布，以便在随后的贴片和波峰焊工序中元件不掉下来。对于双面表贴工艺，焊料的表面张力足够保持底边的CHIP元件在再流焊时不掉，但是，当大的元件在底部通过再流焊时，焊料的表面张力不足以保持元件不掉，这种类型的元件也需要施加贴片胶。,2.贴片胶的分类及其组成,贴片胶的分类 贴片胶按照分类方式的不同，有三种分类如下： （1）按贴片胶的粘结材料分类： 环氧树脂贴片胶 丙烯酸树脂贴片胶 改性环氧树脂贴片胶 聚氨脂贴片胶,（2）按固化方式分类： 热固化型贴片胶 光固化型贴片胶 光热双重固化型贴片胶 超声固化型贴片胶 （3）按涂布方式分类： 针式转移用贴片胶 压力注射用贴片胶 模板印刷用贴片胶,贴片胶的组成材料,贴片胶通常由粘接材料、固化剂、填料以及其他添加剂组成。 粘接材料-核心，一般采用环氧树脂、丙烯酸树脂、改性环氧树脂和聚氨脂等作为粘接材料，其中环氧树脂用途最为广泛，其次为丙烯酸树脂。 固化剂的作用是使粘接材料以一定的温度在一定的时间内进行固化。 填料的加入改善了貼片胶的某些特性，如电绝缘性能和高温性能得到增强 貼片胶中除粘接材料、固化剂、填料外还需有其它添加剂来实现不同的目的，常用的添加剂有颜料、润湿剂和阻燃剂。,3.貼片胶的性能指标及其评估,貼片胶的性能指标是评估各种貼片胶质量优劣的具体依据。了解貼片胶的性能就能在生产中对所施加的贴片胶进行选择。,粘度:贴片胶的一项重要指标，不同的粘度适用于不同的涂敷工艺。影响貼片胶粘度的因素有二个：第一温度，温度越高，貼片胶的粘度越低；第二压力，压力越大，貼片胶的剪切速率越高，粘度越低，,粘度,屈服强度,贴片胶固化前抵抗外力破坏的能叫屈服强度，它用屈服值来表征。当外力小于屈服强度时，贴片胶仍保持固态形状，当外力大于屈服强度时会呈现流体的流动行为。故贴片胶依靠屈服强度保持元件贴装后进入固化炉之前的过程中承受一定的外力震动而不出现位移，一旦外力大于屈服强度，则元件出现位移。 影响屈服强度的因素，不仅与贴片胶本身的品质、粘接物表面状态有关，而且与贴片胶涂布后的形状有关，常用形状系数表示，即胶点的底面积直径W与胶点高度H之比。形状系数越高，屈服强度越低。最佳W/H比为2.74.5。,涂布性,贴片胶的涂布性，主要反应在通过各种涂敷工艺所涂敷的胶点其尺寸大小、形状是否合适，胶点是否均匀一致。胶点的形状和一致性取决于胶剂的流变学特性：屈服点与塑性粘度。贴片胶的涂布性可以通过实际的涂敷工艺反映出来。,在压力注射点胶工艺中，貼片胶的涂布性反映在胶点外观光亮、饱满、不拉丝、无拖尾，并有良好的外形和适宜的几何尺寸。在模板印刷中其涂布性反应在胶点的理想形状和实际形状基本一样，胶点挺括，不塌陷。,粘接强度,粘接强度是貼片胶的关键性能指标。粘接强度有几个方面的要求： 第一，在元件贴装后固化前，元件经历传输、震动后貼片胶能保持元件不位移。 第二，元件固化后貼片胶保持元件具有足够的粘接强度和剪切强度。 第三，在波峰焊时,固化后的貼片胶具有能保证元件不位移、不脱落的粘接强度。 第四，波峰焊后的貼片胶，已完成粘接使命，当SMA出现元件损坏时，要求貼片胶在一定温度下，其粘接力很低，便于更换不合格的元器件，而不影响PCB的性能。,4.常用貼片胶,常用貼片胶有两大类：环氧树脂贴片胶和丙烯酸类貼片胶。下面分别介绍。 （1）环氧树脂贴片胶 环氧树脂贴片胶是SMT中最常用的一种貼片胶。其成分主要由环氧树脂、固化剂、填料以及其他添加剂组成。环氧树脂贴片胶的固化方式以热固化为主。,环氧树脂属热固型、高粘度粘接剂，可以做成液态、膏状、薄膜和粉剂等多种形式。热固型粘接剂固化后再加热也不会软化，不能重新建立粘接连接。热固性又可分为单组分和双组分。单组分环氧树脂贴片胶其树脂和固化剂混合在一起，它使用方便，质量稳定，但要求冷藏保存和高温快速固化，以加快其聚合反应速度，一般在带有空气循环的普通固化炉内进行固化。双组分环氧树脂貼片胶其树脂和固化剂分别包装，使用时，将环氧树脂和固化剂充分混合引起环氧固化和聚合反应而使貼片胶固化。这种貼片胶保存条件不苛刻，但使用时的配比常常不准，影响性能，目前很少用。,（2）丙稀酸类貼片胶 丙稀酸类貼片胶是SMT中常用的另一大类貼 片胶其成分主要由丙烯酸类树脂、光固化剂和填 料组成。属光固化型的貼片胶。 丙稀酸类树脂也属热固型粘接剂，常用单组 分系统。其特点是性能稳定，固化时间短且固化 充分，工艺条件容易控制，储存条件常温避光存 放，时间可达一年，但粘接强度和电气性能不及 环氧型高。,六、清洗剂,1.污染物的种类 2.清洗机理与溶剂的溶解机理 3.常见清洗工艺中清洗材料,1.污染物的种类,在PCB装配、组件安装和表面组装的过程中，由于工艺操作、焊剂的使用及焊接过程等均会引起污染,使基板、元器件或组件的化学、物理、电性能降低。 污染物种类： 极性污染物:卤化物、酸、盐。焊膏、阻焊剂。 条件离子通电/吸潮腐蚀元件或PCB。 非极性污染物:松香残渣、防氧化油、胶带残留物、肤油。 发粘吸灰尘，防碍测试；极性污染物结合。 实验：触变剂松香高温、酸性环境下。 颗粒污染物:尘埃、烟雾、静电离子、锡珠电性能下降。,2.清洗机理与溶剂的溶解机理,（1）清洗机理 化学键：原子与原子之间的结合 键能较强 4.2*105-8.4*105 J/mol 松香酸高温、金属松香酸盐或松香聚合物。 物理键：分子与分子之间的结合 键能较弱 0.8*103-2.1*104 J/mol 松香、残胶与PCB结合。,（2）溶剂的溶解机理 极性相似原则。 极性物质容易溶解在极性溶剂中， 非极性物质容易溶解在非极性溶剂中。 松香残留物混合物非极性聚合物极性物质 传统溶剂CFC-113+2%- 6%乙醇。 溶解度参数原则。 当一种聚合物的1某一溶剂的2或误差 1.5，该物质可溶解在这种溶剂中。 松香树脂：7.2 CFC113：7.2 乙醇：12.7 水：22.4,溶剂的物理性能对清洗效果的影响。 表面张力： 小，在污染物上的润湿、铺展和包容好。 一般溶剂（1550）105 N/cm CFC113：17.3；乙醇：21；水：72 密度与沸点： 密度大的，不易挥发，减轻污染，降低成本。 沸点高的，安全性好，可加温，提高清洗效果。 溶解能力（贝克松脂丁醇值KB）: KB越大，溶剂溶解焊剂残留物能力越强。 最低限制值和臭氧层破坏系数。,3.常见清洗工艺中清洗材料,溶剂清洗：采用合适的溶剂，在一定条件下，将污染物溶解、去除。 （1）CFC-113(三氯三氟乙烷) 溶解能力强、脱脂效率高、 易挥发、无毒、不燃不爆 无腐蚀，性能稳定。 对大气臭氧层有破坏作用。,（2）CFC的代用品 A.改性CFC 在CFC加氢，取代部分氯原子，减低破坏性。 HCFC-141b、HCFC123、HCFC225Ca/Cb。 B.卤化碳氢化合物 三氯乙烯基础上改进。 不破坏大气层，自行分解。 美国ICI：METHOKLONE,TRIKLONE。 C.N-甲基-乙-吡咯烷酮（NMP）超声波 低毒、高闪点、低挥发性、去污能力强有机溶剂。 与水、有机溶剂混合使用、并用、单独用。 废液不需处理。,D.乙二醇醚类溶剂 纤维溶剂，清洗能力良好。沸点高，可加热。 贵、能引起塑料和弹性体材料的膨胀和龟裂。 E.醇类、酮类溶剂 具有极高的极性和溶解焊剂残渣能力。通常与低极性溶剂混合，改善极性性能，增强清洗能力。 早期或现在仍用乙醇/异丙醇清洗。 但闪点低，安全性。吸水性强，PCB易发白。,（3）半水清洗溶剂 工艺：溶剂清洗水漂洗烘干。 溶剂：既是松香的良好溶剂，又能溶解于水中，使残留物浮在水中，溶剂和水分离，循环使用。 A.萜烯类溶剂 Bicoact EC-7(桔子水) 桔皮和木材中提取的天然类有机物。无毒无腐蚀，对环境无破坏作用。溶解残留物能力良好。 沸点：42.7 ,易燃物，使用和回收注意防火。 烃类混合物 美国杜邦：Axare 138.含极性和非极性成分。闪点高、毒性低，去除白色污染最有效。,七、其他材料,1.波峰焊 2. IC 3. 三防材料：5种,1.波峰焊用其他材料,防氧化油 防氧化颗粒 高温阻焊胶 高温阻焊胶带,2. IC,BGA/CSP 各向异性导电胶； 底部填充材料； 导热胶 COB 半球形包封剂、 围堰型包封剂,3. 三防材料（覆形涂覆）,为了使电子元器件和组件在恶劣环境下长期保持稳定的性能，需要涂层保护。 航空、军事设备工业控制、消费领域。 用于调试合格的印制板组装件或部件及整机，起三防作用 （微波电路一般不采用 敷形涂层），涂覆时应 将印制插头等不需要涂 覆的部位保护起来。,典型的三防材料 聚酯： AR丙烯酸酯 硅树脂：SR有机硅酮 聚氨脂：URS01-3、S01-3(T)；无T单组份， 有T是双组份。广泛应用，效果好。 环氧： ER环氧树脂。收缩比大（4），内 应力大，容易拉断元件。 二甲苯：XR聚对二甲苯（固态）在真空中 涂覆，效果最好，但成本贵，设备要求 高。,一、焊料 二、焊锡丝 三、助焊剂 四、焊膏 五、粘结剂 六、清洗剂 七、其他材料,总 结,SMT的工艺流程,1. SMT的组装形式,一、SMT的工艺流程,单面板单面全贴装,在单面电路基板的一面全部贴装SMC/SMD。这种贴装方式比较简单，常用于SMC/SMD种类、数量不多，电路较为简单的小型、薄型化的产品中。由于只在基板一面贴装，所以装配密度不高。,双面板双面全贴装,在双面(或多层)电路基板的两面全部贴装SMC/SMD。这种方式装配密度高，但由于SMC和SMD价格贵而生产成本较高，目前应用在一体化摄录像机、笔记本电脑等装配空间有限而附加值较高的产品中。随着SMC/SMD价格的下降，双面全贴装方式的比例将会明显上升。,单面板双面贴插混装,在单面印制板的一面贴装SMC/SMD，另一面装配通孔插装元器件，全部焊接在基板的一面进行。,双面板单面贴插混装,这种方式元器件都在印制板的一面，装配密度不高。加上采用双面板与两种焊接工艺，装配成本较高，实际产品应用极少。,双面板双面贴插混装,共有3种不同方式(方式I、方式II、方式III)，其中方式I用得最为普遍，装配密度最高，一些随身听、手持通信设备等产品都采用这种方式，相比工艺流程较为复杂，必须采用流动焊与再流焊两种方法。 方式II，III是方式I的转化型，但B面上的通孔插装元器件都必须在其他元器件装配完毕后，用手工进行插装焊接，由于费时费工，这两种方式运用得较少。,2. SMT的工艺流程 （1）再流焊工艺,（2）波峰焊工艺,SMT生产线,生产线基本组成： 上料机 、印刷机、 高速贴片机、 多功能机 、过桥、 再流焊炉、 下料机、波峰焊机。,其它设备：检测设备、返修设备、清洗设备、干燥设备和物料存储设备等。,二、印刷工艺及施涂贴片胶工艺,焊膏印刷 印刷目的： 固定贴装后元件 机械和电气性能连接 印刷原理 焊膏（贴片胶）是触变流体，具有黏性。当刮刀以一定数度和角度向前移动，对焊膏产生一定的压力，推动焊膏在刮刀前滚动，同时将焊膏挤压注入模板的漏孔中。,焊膏涂敷是将焊膏涂敷在PCB的焊盘图形上，为表面组装元器件的贴装、焊接提供粘附和焊接材料。焊膏涂敷方式有两种：注射滴涂法和印刷涂敷法。印刷涂敷法又分直接印刷法（也叫模板漏印法或漏板印刷法）和非接触印刷法（也叫丝网印刷法）两种类型，直接印刷法是目前高档设备广泛应用的方法。,SMT锡膏印刷机,丝网漏印,丝网漏印技术是利用已经制好的网板，并使焊膏在网板上均匀流动，当丝网脱开印制板时，焊膏就以掩膜图形的形状从网孔脱落到印制板的相应焊盘图形上，从而完成焊膏在印制板上的印刷。,丝网印刷涂敷法,模板漏印,模板漏印属直接印刷技术，它是用金属漏模板代替丝网漏印机中的网板。所谓漏模板是在一块金属片上，用化学方式蚀刻出漏孔或用激光刻板机刻出漏孔。,漏印模板印刷法的基本原理,丝网漏印和模板漏印的比较,(1) 丝网漏印和柔性金属模板印刷都是非接触印刷，印刷时，丝网或模板绷紧在金属网框上，并与印制板上的焊盘图形对准。焊膏印刷时，刮板行程后面的丝网或模板恢复起始位置，焊膏从开孔处脱落到焊盘上。因此，印刷顶面和丝网或模板之间有一间隔。所以，丝网漏印是非接触印刷，而模板漏印是接触印刷。,(2) 丝网漏印是一种印刷转移技术，印刷分辨率和厚度受诸如乳剂厚度、网孔密度、印刷间隙和刮板压力等因素的影响，这必然会降低焊膏印刷的可靠性，也不适合细间距印刷。 (3) 在模板漏印中，模板上的直通开孔提供了较高的可见度，容易进行对准，并且开孔不会堵塞，容易得到优良的印刷图形，并易于清洗。,(4) 模板漏印可进行选择印刷，而丝网漏印则不行。当细间距器件和普通器件组装在一块印制板上时，所要求的焊膏厚度不同，此时选择印刷能满足同一块印制板上不同厚度焊膏印刷的要求。 (5) 这两种印刷技术采用的印刷机在结构上有一定的差距，印刷技术方面也不相同。另外模板漏印可采用手工印刷，而丝网漏印则不能采用手工印刷。,印刷机 目的：用来印刷焊膏或贴片胶的。 分类：手动、半自动、全自动,主要部件 a PCB的固定系统：边、孔、光学定位 b 模板的固定系统：机械夹持、气动 c 印刷头系统：刮刀（钢、塑料） d 其它系统：定位、清洗、二维、三维测量 e 计算机控制系统,2. 模板设计 外框设计 模板设计 板材选择：钢、铜 设计原则： 面积比开口面积/侧壁面积0.66 宽厚比开口宽度/模板厚度1.5（举例）,3. 施涂贴片胶 工艺目的 （a）用于片式元件与插装元器件混装波峰焊工艺 （b）双面再流焊工艺防止已焊好面上大型器件掉落 施加贴片胶主要有三种方法 （a）针式转印法 （b）印刷法 （c）滴涂法 设备：印刷机、点胶机,贴装胶的涂敷,在混合组装、双面组装时常用贴装胶把表面元器件暂时固定在印制板的焊盘上，因此，在贴装表面组装元器件之前，要在PCB上设定焊盘位置涂敷贴装胶。,涂敷贴装胶的方法主要有3种：滴涂器滴涂(注射法)、针板转移式滴涂(针印法)、用丝网漏印机印刷(丝网漏印法)。,1) 注射法 注射法是涂敷贴装胶时最普遍采用的方法。所用的滴涂器类似于医用注射器。操作时，先将贴装胶灌入滴涂器中，加压后迫使贴装胶从针头排出，滴到PCB要求的位置上。,2) 针印法 针印法可单点滴涂，也可以同时组成将贴装胶转移到PCB要求的位置上。在单一品种的大批量生产中，一般采用自动转移机，利用其上的针矩阵组件(针板)进行成组多滴涂敷。,目前，针印法在大批量生产中使用得很少，一般用在对涂敷精度要求不高的场合。,丝网漏印法 贴装胶也可以采用丝网漏印的方法进行涂敷，与焊膏的丝网漏印方法相同。由于丝网漏印的方法精确度高，涂敷均匀且效率高，因此，是目前贴装胶涂敷的主要方法。,模板设计：,金属模板圆形开口直径推荐表,三、贴片工艺,贴片原理和过程 原理：相当于机器人，通过吸嘴的真空把元器件从包装中吸取出，并贴放到印制板相应的位置上。,将SMC/SMD等各种类型的表面组装芯片贴放到PCB的指定位置上的过程称为贴装，相应的设备称为贴片机。贴装技术是表面组装技术中的关键技术，它直接影响组装质量和组装效率。 贴片机采用手动、自动方式。,2. 贴片设备介绍及选择 主机 PCB系统：传输、定位 贴装部分：贴装头X、Y、Z、转动；吸嘴系统； 供料系统：料站、供料器 对中系统：光学对中系统、机械对中 底座： 计算机控制系统：硬件、软件 附件 供料器：带式、杆式、盘式 吸嘴,贴装机的主要技术指标 a 贴装精度：贴装精度、分辨率、重复精度。 贴装精度是指元器件贴装后相对于印制板标准贴装位置的偏移量，贴装Chip元件一般要达到0.1mm，贴装高密度窄间距的SMD至少要求达到0.06mm。 分辨率分辨率是贴装机运行时每个步进的最小增量。 重复精度重复精度是指贴装头重复返回标定点的能力。,b 贴片速度：一般高速机为0.2S/ Chip元件以内，多功能机度为0.30.6S/ Chip元件左右。 c 对中方式：有机械对中、激光对中、全视觉对中、激光/视觉混合对中。 d 贴装面积：指贴装头的运动范围，可贴装的PCB尺寸，最大PCB尺寸应大于250300 mm。,e 贴装功能：是指贴装元器件的能力。一般高速机只能贴装较小的元器件；多功能机可贴装最小0.603 mm最大6060 mm器件，还可以贴装连接器等异形元器件。 f 可贴装元件种类数：是指贴装机料站位置的多少（以能容纳8 mm编带供料器的数量来衡量） g 编程功能：是指在线和离线编程优化功能。,3. 贴片编程、生产要素 编程 检取位置：供料器形式、位置、元件封装 对中处理：飞行对中、光学对中、机械对中 贴片位置：X、Y、MARK、原点坐标 吸嘴：型号、位置 吸嘴的离板高度 板的平整度、支撑 贴片准确：IPC标准,贴片时需要保证以下几点： (1) 确定的芯片来源位置； (2) 合适的芯片拾取和释放方法； (3) 芯片在PCB指定位置上的精确定位； (4) 芯片在PCB指定位置上的可靠粘接和固定。,四、焊接工艺,SMT焊接工艺主要是波峰焊技术与再流焊技术。波峰焊与再流焊之间的基本区别在于热源与钎料的供给方式不同。 就目前而言，再流焊技术是焊接SMC/SMD的首选技术，但波峰焊仍然是一种高效自动化、高产量的焊接技术。,1.波峰焊机工作原理 波峰焊机是在浸焊机的基础上发展起来的自动焊接设备，波峰焊（Wave Soldering）是利用焊锡槽内的机械式或电磁式离心泵，将熔融焊料压向喷嘴，形成一股向上平稳喷涌的焊料波峰，并源源不断地从喷嘴中溢出。装有元器件的印制电路板以直线平面运动的方式通过焊料波峰，在焊接面上形成浸润焊点而完成焊接。,采