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2019/11/1,1,SMT製程教育訓練,2019/11/1,2,目錄,什麼是SMA？ SMT工藝流程 Screen Printer MOUNT REFLOW AOI ESD WAVE SOLDER SMT Tester SMA Clean SMT Inspection spec.,2019/11/1,3,什麼是SMA？,SMA (Surface Mount Assembly)的英文縮寫，中文意思是 表面貼裝工程 。是新一代電子組裝技術，它將傳統的 電子元器件壓縮成為體積只有幾十分之一的器件。 表面安裝不是一個新的概念，它源於較早的工藝，如 平裝和混合安裝。 電子線路的裝配，最初採用點對點的佈線方法，而且 根本沒有基片。第一個半導體器件的封裝採用放射形的引 腳，將其插入已用於電阻和電容器封裝的單片電路板的通 孔中。50年代，平裝的表面安裝元件應用于高可靠的軍方， 60年代，混合技術被廣泛的應用，70年代，受日本消費類 電子產品的影響，無源元件被廣泛使用，近十年有源元件 被廣泛使用。,2019/11/1,4,什麼是SMA？,Surface mount,Through-hole,與傳統工藝相比SMA的特點：,2019/11/1,5,SMT流程,一、單面組裝： 來料檢測 = 絲印焊膏（點貼片膠）= 貼片 = 烘乾（固化）= 回流焊接= 清洗 = 檢測 = 返修 二、雙面組裝； A：來料檢測 = PCB的A面絲印焊膏（點貼片膠）= 貼片 = 烘乾（固化） = A面回流焊接 = 清洗 = 翻板= PCB的B面絲印焊膏（點貼片膠）= 貼片 = 烘乾 = 回流焊接 （最好僅對B面 = 清洗 =檢測 = 返修） 此工藝適用於在PCB兩面均貼裝有PLCC等較大的SMD時採用。,最最基礎的東西,2019/11/1,6,B：來料檢測 = PCB的A面絲印焊膏（點貼片膠）= 貼片 = 烘乾（固化）= A面回流焊接 = 清洗 = 翻板= PCB的B面點貼片膠 = 貼片 = 固化 = B面波峰焊 = 清洗 = 檢測 = 返修） 此工藝適用於在PCB的A面回流焊，B面波峰焊。在PCB的B面組裝的SMD中，只有SOT或SOIC（28）引腳以下時，宜採用此工藝。 三、單面混裝工藝： 來料檢測 = PCB的A面絲印焊膏（點貼片膠）= 貼片 = 烘乾（固化）=回流焊接 = 清洗 = 插件 = 波峰焊 =清洗 = 檢測 = 返修,SMT流程,2019/11/1,7,四、雙面混裝工藝： A：來料檢測 = PCB的B麵點貼片膠 = 貼片 = 固化 = 翻板 = PCB的A面插件 = 波峰焊 = 清洗 = 檢測 = 返修 先貼後插，適用於SMD元件多於分離元件的情況 B：來料檢測 = PCB的A面插件（引腳打彎）= 翻板 = PCB的B麵點 貼片膠 = 貼片 = 固化 = 翻板 = 波峰焊 = 清洗 = 檢測 = 返修 先插後貼，適用於分離元件多於SMD元件的情況 C：來料檢測 = PCB的A面絲印焊膏 = 貼片 = 烘乾 = 回流焊接 = 插件，引腳打彎 = 翻板 =PCB的B麵點貼片膠 = 貼片 = 固化 = 翻板 = 波峰焊 = 清洗 = 檢測 = 返修 A面混裝，B面貼裝。,SMT流程,2019/11/1,8,D：來料檢測 = PCB的B麵點貼片膠 = 貼片 = 固化 = 翻板 = PCB的A面 絲印焊膏 = 貼片 = A面回流焊接 = 插件 = B面波峰焊 = 清洗 = 檢測 = 返修 A面混裝，B面貼裝。先貼兩面SMD，回流焊接，後插裝，波峰焊 E：來料檢測 = PCB的B面絲印焊膏（點貼片膠）= 貼片 = 烘乾（固化）= 回流焊接 = 翻板 = PCB的A面絲印焊膏 = 貼片 = 烘乾 = 回流焊接1（可採用局部焊接）= 插件 = 波峰焊2 （如插裝元件少，可使用手工焊接）= 清洗 = 檢測 = 返修 A面貼裝、B面混裝。,SMT流程,2019/11/1,9,Screen Printer,Mount,Reflow,AOI,SMT流程,2019/11/1,10,Screen Printer,STENCIL PRINTING,Screen Printer 內部工作圖,2019/11/1,11,Screen Printer,Screen Printer 的基本要素：,Solder (又叫锡膏） 經驗公式：三球定律 至少有三個最大直徑的錫珠能垂直排在鋼板的厚度方向上 至少有三個最大直徑的錫珠能水準排在鋼板的最小孔的寬度方向上 單位： 錫珠使用米制（Micron)度量，而鋼板厚度工業標準是美國的專用 單位Thou.(1m=1*10-3mm,1thou=1*10-3inches,25mm1thou) 判斷錫膏具有正確粘度的一種經濟和實際的方法： 攪拌錫膏30秒，挑起一些高出容器三，四英寸，錫膏自行下滴， 如果開始時象稠的糖漿一樣滑落，然後分段斷裂落下到容器內 為良好。反之，粘度較差。,2019/11/1,12,Screen Printer,錫膏的主要成分：,2019/11/1,13,Squeegee(又叫刮板或刮刀）,菱形刮刀,拖裙形刮刀,聚乙烯材料 或類似材料,金屬,Screen Printer,2019/11/1,14,Squeegee的壓力設定：,第一步：在每50mm的Squeegee長度上施加1kg的壓力。 第二步：減少壓力直到錫膏開始留在範本上刮不乾淨，在增加 1kg的壓力 第三步：在錫膏刮不乾淨開始到掛班沉入絲孔內挖出錫膏之間 有1-2kg的可接受範圍即可達到好的印製效果。,Screen Printer,Squeegee的硬度範圍用顏色代號來區分： very soft 紅色 soft 綠色 hard 藍色 very hard 白色,2019/11/1,15,Stencil (又叫網板或鋼板）：,Stencil,PCB,Stencil的梯形開口,Screen Printer,PCB,Stencil,Stencil的刀鋒形開口,鐳射切割鋼板和電鑄成行鋼板,化學蝕刻鋼板,2019/11/1,16,Screen Printer,鋼板(Stencil)製造技術:,2019/11/1,17,Screen Printer,鋼板(Stencil)材料性能的比較:,2019/11/1,18,Screen Printer,錫膏印刷缺陷分析:,問題及原因 對 策,搭錫BRIDGING 錫粉量少、粘度低、粒度大、室溫度、印膏太厚、放置壓力太大等。（通常當兩焊墊之間有少許印膏搭連，於高溫熔焊時常會被各墊上的主錫體所拉回去，一旦無法拉回，將造成短路或錫球，對細密間距都很危險）。,提高錫膏中金屬成份比例（提高到88 %以上）。 增加錫膏的粘度（70萬 CPS以上） 減小錫粉的粒度（例如由200目降到300目） 降低環境的溫度（降至27OC以下） 降低所印錫膏的厚度（降至架空高度SNAP-OFF，減低刮刀壓力及速度） 加強印膏的精准度。 調整印膏的各種施工參數。 減輕零件放置所施加的壓力。 調整預熱及熔焊的溫度曲線。,2019/11/1,19,問題及原因 對 策,發生皮層 CURSTING 由於錫膏助焊劑中的活化劑太強,環境溫度太高及鉛量太多時,會造成粒子外層上的氧化層被剝落所致. 膏量太多 EXCESSIVE PASTE 原因與“搭橋”相似.,避免將錫膏暴露於濕氣中. 降低錫膏中的助焊劑的活性. 降低金屬中的鉛含量. 減少所印之錫膏厚度 提升印著的精准度. 調整錫膏印刷的參數.,錫膏印刷缺陷分析:,Screen Printer,2019/11/1,20,錫膏印刷缺陷分析:,Screen Printer,問題及原因 對 策,膏量不足 INSUFFICIENT PASTE 常在鋼板印刷時發生,可能是網布的絲徑太粗,板膜太薄等原因. 粘著力不足 POOR TACK RETENTION 環境溫度高風速大,造成錫膏中溶劑逸失太多,以及錫粉粒度太大的問題.,增加印膏厚度,如改變網布或板膜等. 提升印著的精准度. 調整錫膏印刷的參數. 消除溶劑逸失的條件(如降低室溫、減少吹風等）。 降低金屬含量的百分比。 降低錫膏粘度。 降低錫膏粒度。 調整錫膏粒度的分配。,2019/11/1,21,錫膏印刷缺陷分析:,Screen Printer,問題及原因 對 策,坍塌 SLUMPING 原因與“搭橋”相似。 模糊 SMEARING 形成的原因與搭橋或坍塌 很類似，但印刷施工不善的原因居多，如壓力太大、架空高度不足等。,增加錫膏中的金屬含量百分比。 增加錫膏粘度。 降低錫膏粒度。 降低環境溫度。 減少印膏的厚度。 減輕零件放置所施加的壓力。 增加金屬含量百分比。 增加錫膏粘度。 調整環境溫度。 調整錫膏印刷的參數。,2019/11/1,22,Screen Printer,在SMT中使用無鉛焊料：,在前幾個世紀，人們逐漸從 醫學和化學上認識到了鉛（PB） 的毒性。而被限制使用。現在電 子裝配業面臨同樣的問題，人們 關心的是：焊料合金中的鉛是否 真正的威脅到人們的健康以及環 境的安全。答案不明確，但無鉛 焊料已經在使用。歐洲委員會初,步計畫在2004年或2008年強制執行。目前尚待批准，但是電子裝配業還是 要為將來的變化作準備。,2019/11/1,23,無鉛錫膏熔化溫度範圍：,Screen Printer,2019/11/1,24,Screen Printer,無鉛焊接的問題和影響：,2019/11/1,25,MOUNT,表面貼裝對PCB的要求：,第一：外觀的要求，光滑平整，不可有翹曲或高低不平，否則基板會出現 裂紋、傷痕、鏽斑等不良。,第二：熱膨脹係數的關係，元件小於3.2*1.6mm時只遭受部分應力，元件 大於3.2*1.6mm時，必須注意。,第三：導熱係數的關係。,第四：耐熱性的關係，耐焊接熱要達到260度10秒的實驗要求，其耐熱性 應符合：150度60分鐘後，基板表面無氣泡和損壞不良。,第五：銅箔的粘合強度一般要達到1.5kg/cm*cm。,第六：彎曲強度要達到25kg/mm以上。,第七：電性能要求。,第八：對清潔劑的反應，在液體中浸漬5分鐘，表面不產生任何不良， 並有良好的沖載性。,2019/11/1,26,MOUNT,表面貼裝元件介紹：,表面貼裝元件具備的條件,元件的形狀適合於自動化表面貼裝。,尺寸，形狀在標準化後具有互換性。,有良好的尺寸精度。,適應於流水或非流水作業。,有一定的機械強度。,可承受有機溶液的洗滌。,可執行零散包裝又適應編帶包裝。,具有電性能以及機械性能的互換性。,耐焊接熱應符合相應的規定。,2019/11/1,27,MOUNT,表面貼裝元件的種類,有源元件 （陶瓷封裝）,無源元件,單片陶瓷電容,鉭電容,厚膜電阻器,薄膜電阻器,軸式電阻器,CLCC （ceramic leaded chip carrier） 陶瓷密封帶引線晶片載體,DIP（dual -in-line package）雙列直插封裝,SOP（small outline package）小尺寸封裝,QFP(quad flat package) 四面引線扁平封裝,BGA( ball grid array) 球柵陣列,SMC泛指無源表面 安裝元件總稱,SMD泛指有源表 面安裝元件,2019/11/1,28,阻容元件識別方法 1元件尺寸公英制換算（0.12英寸=120mil、0.08英寸=80mil）,Chip 阻容元件,IC 積體電路,英制名稱,公制 mm,英制名稱,公制 mm,1206,0805,0603,0402,0201,3.21.6,50,30,25,25,12,1.27,0.8,0.65,0.5,0.3,2.01.25,1.60.8,1.00.5,0.60.3,MOUNT,2019/11/1,29,MOUNT,阻容元件識別方法 2片式電阻、電容識別標記,電 阻,電 容,標印值,電阻值,標印值,電阻值,2R2,5R6,102,682,333,104,564,2.2,5.6,1K,6800,33K,100K,560K,0R5,010,110,471,332,223,513,0.5PF,1PF,11PF,470PF,3300PF,22000PF,51000PF,2019/11/1,30,MOUNT,IC第一腳的的辨認方法, IC有缺口標誌, 以圓點作標識, 以橫杠作標識, 以文字作標識（正看IC下排引腳的左邊第一個腳為“1”）,2019/11/1,31,MOUNT,常見IC的封裝方式,2019/11/1,32,MOUNT,常見IC的封裝方式,2019/11/1,33,MOUNT,常見IC的封裝方式,2019/11/1,34,MOUNT,來料檢測的主要內容,2019/11/1,35,MOUNT,貼片機的介紹,拱架型(Gantry),元件送料器、基板(PCB)是固定的，貼片頭(安裝多個真空吸料嘴)在 送料器與基板之間來回移動，將元件從送料器取出，經過對元件位置與 方向的調整，然後貼放於基板上。由於貼片頭是安裝於拱架型的X/Y坐 標移動橫樑上，所以得名。,這類機型的優勢在於： 系統結構簡單，可實現高精度，適於各種大小、形狀的元件，甚 至異型元件，送料器有帶狀、管狀、託盤形式。適於中小批量生產， 也可多台機組合用於大批量生產。,這類機型的缺點在於： 貼片頭來回移動的距離長，所以速度受到限制。,2019/11/1,36,MOUNT,對元件位置與方向的調整方法：,機械對中調整位置、吸嘴旋轉調整方向，這種方法能達到的精度有限，較晚的機型已再不採用。 鐳射識別、X/Y坐標系統調整位置、吸嘴旋轉調整方向，這種方法可實現飛行過程中的識別，但不能用於球柵列陳元件BGA。 相機識別、X/Y坐標系統調整位置、吸嘴旋轉調整方向，一般相機固定，貼片頭飛行劃過相機上空，進行成像識別，比鐳射識別耽誤一點時間，但可識別任何元件，也有實現飛行過程中的識別的相機識別系統，機械結構方面有其他犧牲。,2019/11/1,37,MOUNT,轉塔型(Turret),元件送料器放于一個單座標移動的料車上，基板(PCB)放於一 個X/Y坐標系統移動的工作臺上，貼片頭安裝在一個轉塔上，工作 時，料車將元件送料器移動到取料位置，貼片頭上的真空吸料嘴在 取料位置取元件，經轉塔轉動到貼片位置(與取料位置成180度)，在 轉動過程中經過對元件位置與方向的調整，將元件貼放於基板上。,一般，轉塔上安裝有十幾到二十幾個貼片頭，每個貼片頭上安裝 24個真空吸嘴(較早機型)至56個真空吸嘴(現在機型)。由於轉塔的 特點，將動作細微化，選換吸嘴、送料器移動到位、取元件、元件識 別、角度調整、工作臺移動(包含位置調整)、貼放元件等動作都可以 在同一時間週期內完成，所以實現真正意義上的高速度。目前最快的 時間週期達到0.080.10秒鐘一片元件。,這類機型的優勢在於：,這類機型的缺點在於： 貼裝元件類型的限制，並且價格昂貴。,2019/11/1,38,MOUNT,對元件位置與方向的調整方法：,機械對中調整位置、吸嘴旋轉調整方向，這種方法能達到的精度有限，較晚的機型已再不採用。 相機識別、X/Y坐標系統調整位置、吸嘴自旋轉調整方向，相機固定，貼片頭飛行劃過相機上空，進行成像識別。,2019/11/1,39,MOUNT,貼片機過程能力的驗證：,第一步：最初的24小時的連續回圈，期間機器必須連續無誤地工作。 第二步：要求元件準確地貼裝在兩個板上，每個板上包括32個140引腳的玻璃 心子元件。主板上有6個全局基準點，用作機器貼裝前和視覺測量系 統檢驗元件貼裝精度的參照。貼裝板的數量視乎被測試機器的特定頭 和攝影機的配置而定 。 第三步：用所有四個貼裝芯軸，在所有四個方向：0 , 90 , 180 , 270 貼裝元件。,一種用來驗證貼裝精度的方法使用了一種玻璃心子，它和一個“完美的”高引 腳數QFP的焊盤鑲印在一起，該QFP是用來機器貼裝的(看引腳圖)。通過貼裝一個 理想的元件，這裏是140引腳、0.025”腳距的QFP，攝影機和貼裝芯軸兩者的精度 都可被一致地測量到。除了特定的機器性能資料外，內在的可用性、生產能力和 可靠性的測量應該在多台機器的累積資料的基礎上提供。,2019/11/1,40,MOUNT,貼片機過程能力的驗證：,第四步：用測量系統掃描每個板，可得出任何偏移的完整列表。每個140引 腳的玻璃心子包含兩個圓形基準點，相對於元件對應角的引腳布 置精度為 0.0001”，用於計算X、Y和q 旋轉的偏移。所有32個 貼片都通過系統測量，並計算出每個貼片的偏移。這個預定的參 數在X和Y方向為 0.003”，q 旋轉方向為 0.2，機器對每個 元件貼裝都必須保持。 第五步：為了通過最初的“慢跑”，貼裝在板面各個位置的32個元件都必須 滿足四個測試規範：在運行時，任何貼裝位置都不能超出 0.003” 或 0.2的規格。另外，X和Y偏移的平均值不能超過 0.0015”， 它們的標準偏移量必須在0.0006”範圍內， q 的標準偏移量必須小 於或等於0.047 ，其平均偏移量小於 0.06 ，Cpk(過程能力 指數process capability index) 在所有三個量化區域都大於1.50。 這轉換成最小4.5s 或最大允許大約每百萬之3.4個缺陷 (dpm, defects per million)。,2019/11/1,41,MOUNT,貼片機過程能力的驗證：,3 = 2,700 DPM 4 = 60 DPM 5 = 0.6 DPM 6 = 0.002DPM,在今天的電子製造中，希望cmk要大於1.33，甚至還大得多。1.33的cmk也 顯示已經達到4工藝能力。6的工藝能力，是今天經常看到的一個要求，意 味著cmk必須至少為2.66。在電子生產中，DPM的使用是有實際理由的，因為每 一個缺陷都產生成本。統計基數3、4、5、6和相應的百萬缺陷率(DPM)之間的 關係如下：,在實際測試中還有專門的分析軟體是JMP專門用於資料分析，這樣簡化了 整個的過程，得到的資料減少了人為的錯誤。,2019/11/1,42,REFLOW,回流的方式：,紅外線焊接,紅外+熱風（組合）,氣相焊（VPS）,熱風焊接,熱型芯板（很少採用）,2019/11/1,43,REFLOW,熱風回流焊過程中，焊膏需經過以下幾個階段：溶劑揮發，焊劑清除焊件表面的氧化物，焊膏的熔融、再流動以及焊膏的冷卻、凝固。,基本製程：,2019/11/1,44,REFLOW,工藝分區：,（一）預熱區 目的： 使PCB和元器件預熱，達到平衡，同時除去焊膏中的水份 、溶劑，以防焊膏發生塌落和焊料飛濺。要保證升溫比較 緩慢，溶劑揮發。較溫和，對元器件的熱衝擊盡可能小， 升溫過快會造成對元器件的傷害，如會引起多層陶瓷電容 器開裂。同時還會造成焊料飛濺，使在整個PCB的非焊接 區域形成焊料球以及焊料不足的焊點。,2019/11/1,45,REFLOW,（二）保溫區 目的：保證在達到再流溫度之前焊料能完全乾燥，同時還起 著焊劑活化的作用，清除元器件、焊盤、焊粉中的金 屬氧化物。時間約60120秒，根據焊料的性質有所差異。,工藝分區：,2019/11/1,46,REFLOW,（二）再流焊區 目的：焊膏中的焊料使金粉開始熔化，再次呈流動狀態，替代液態焊劑 潤濕 焊盤和元器件，這種潤濕作用導致焊料進一步擴展，對大多數焊料潤濕時間為6090秒。再流焊的溫度要高於焊膏的熔點溫度，一般要超過熔點溫度20度才能保證再流焊的品質。有時也將該區域分為兩個區，即熔融區和再流區。 （四）冷卻區 焊料隨溫度的降低而凝固，使元器件與焊膏形成良好的電接觸，冷卻速度要求同預熱速度相同。,工藝分區：,2019/11/1,47,REFLOW,影響焊接性能的各種因素：,工藝因素,焊接前處理方式，處理的類型，方法，厚度，層 數。處理後到焊接的時間內是否加熱，剪切或經過 其他的加工方式。,焊接工藝的設計,焊區：指尺寸，間隙，焊點間隙 導帶（佈線）：形狀，導熱性，熱容量 被焊接物：指焊接方向，位置，壓力，粘合狀態等,2019/11/1,48,REFLOW,焊接條件,指焊接溫度與時間，預熱條件，加熱，冷卻速度 焊接加熱的方式，熱源的載體的形式（波長，導熱 速度等）,焊接材料,焊劑：成分，濃度，活性度，熔點，沸點等 焊料：成分，組織，不純物含量，熔點等 母材：母材的組成，組織，導熱性能等 焊膏的粘度，比重，觸變性能 基板的材料，種類，包層金屬等,影響焊接性能的各種因素：,2019/11/1,49,REFLOW,幾種焊接缺陷及其解決措施,回流焊中的錫球,回流焊中錫球形成的機理,回流焊接中出的錫球，常常藏於矩形片式元件兩端 之間的側面或細距引腳之間。在元件貼裝過程中，焊膏 被置於片式元件的引腳與焊盤之間，隨著印製板穿過回 流焊爐，焊膏熔化變成液體，如果與焊盤和器件引腳等 潤濕不良，液態焊錫會因收縮而使焊縫填充不充分，所 有焊料顆粒不能聚合成一個焊點。部分液態焊錫會從焊 縫流出，形成錫球。因此，焊錫與焊盤和器件引腳潤濕 性差是導致錫球形成的根本原因。,2019/11/1,50,原因分析與控制方法,以下主要分析與相關工藝有關的原因及解決措施： 回流溫度曲線設置不當。焊膏的回流是溫度與時間的函數，如果未到達足夠的溫度或時間，焊膏就不會回流。預熱區溫度上升速度過快，達到平頂溫度的時間過短，使焊膏內部的水分、溶劑未完全揮發出來，到達回流焊溫區時，引起水分、溶劑沸騰，濺出焊錫球。實踐證明，將預熱區溫度的上升速度控制在14C/s是較理想的。 如果總在同一位置上出現焊球，就有必要檢查金屬板設計結構。鋼板開口尺寸腐蝕精度達不到要求，對於焊盤大小偏大，以及表面材質較軟（如銅模板），造成漏印焊膏的外形輪廓不清晰，互相橋連，這種情況多出現在對細間距器件的焊盤漏印時，回流焊後必然造成引腳間大量錫珠的產生。因此，應針對焊盤圖形的不同形狀和中心距，選擇適宜的鋼板材料及範本製作工藝來保證焊膏印刷品質。,REFLOW,2019/11/1,51,如果在貼片至回流焊的時間過長，則因焊膏中焊料粒子的氧化，焊劑變質、活性降低，會導致焊膏不回流，焊球則會產生。選用工作壽命長一些的焊膏（至少4小時），則會減輕這種影響。 另外，焊膏印錯的印製板清洗不充分，使焊膏殘留於印製板表面及通孔中。回流焊之前，被貼放的元器件重新對準、貼放，使漏印焊膏變形。這些也是造成焊球的原因。因此應加強操作者和工藝人員在生產過程的責任心，嚴格遵照工藝要求和操作規程行生產，加強工藝過程的品質控制。,REFLOW,2019/11/1,52,REFLOW,立片問題（曼哈頓現象）,回流焊中立片形成的機理,矩形片式元件的一端焊接在焊 盤上，而另一端則翹立，這種現象 就稱為曼哈頓現象。引起該種現象 主要原因是元件兩端受熱不均勻， 焊膏熔化有先後所致。,2019/11/1,53,REFLOW,如何造成元件兩端熱不均勻：,有缺陷的元件排列方向設計。我們設想在再流焊爐中有一條橫跨爐子寬度的再流焊限線，一旦焊膏通過它就會立即熔化。片式矩形元件的一個端頭先通過再流焊限，焊膏先熔化，完全浸潤元件的金屬表面，具有液態表面張力;而另一端未達到183C液相溫度，焊膏未熔化，只有焊劑的粘接力，該力遠小於再流焊焊膏的表面張力，因而，使未熔化端的元件端頭向上直立。因此，保持元件兩端同時進入再流焊限線，使兩端焊盤上 的焊膏同時熔化，形成均衡的液態表面張力，保持元件位置不變。,2019/11/1,54,在進行汽相焊接時印製電路元件預熱不充分。 汽相焊是利用惰性液體蒸汽冷凝在元件引腳和PCB焊盤上時，釋放出熱量而熔化焊膏。汽相焊分平衡區和飽和蒸汽區，在飽和蒸汽區焊接溫度高達217C，在生產過程中我們發現，如果被焊元件預熱不充分，經受一百多度的溫差變化，汽相焊的汽化力容易將小於1206封裝尺寸的片式元件浮起，從而產生立片現象。我們通過將被焊元件在高低箱內以145C-150C的溫度預熱1-2分鐘，然後在汽相焊的平衡區內再預熱1分鐘左右，最後緩慢進入飽和蒸汽區焊接消除了立片現象。,焊盤設計品質的影響。 若片式元件的一對焊盤大小不同或不對稱，也會引起漏印的焊膏量不一致，小焊盤對溫度回應快，其上的焊膏易熔化，大焊盤則相反，所以，當小焊盤上的焊膏熔化後，在焊膏表面張力作用下，將元件拉直豎起。焊盤的寬度或間隙過大，也都可能出現立片現象。嚴格按標準規範進行焊盤設計是解決該缺陷的先決條件。,REFLOW,2019/11/1,55,REFLOW,細間距引腳橋接問題,導致細間距元器件引腳橋接缺陷的主要因素有： 漏印的焊膏成型不佳； 印製板上有缺陷的細間距引線製作； 不恰當的回流焊溫度曲線設置等。 因而，應從鋼板的製作、網印製程、回流焊製程等關鍵 工序的品質控制入手，盡可能避免橋接隱患。,2019/11/1,56,回流焊接缺陷分析:,REFLOW,1.吹孔 BLOWHOLES 焊點中（SOLDER JOINT）所出現的孔洞，大者稱為吹孔，小者叫做針孔，皆由膏體中的溶劑或水分快速氧化所致。,調整預熱溫度，以趕走過多的溶劑。 調整錫膏粘度。 提高錫膏中金屬含量百分比。,問題及原因 對 策,2.空洞 VOIDS 是指焊點中的氧體在硬化前未及時逸出所致，將使得焊點的強度不足，將衍生而致破裂。,調整預熱使儘量趕走錫膏中的氧體。 增加錫膏的粘度。 增加錫膏中金屬含量百分比。,2019/11/1,57,回流焊接缺陷分析:,REFLOW,問題及原因 對 策,3.零件移位元及偏斜 MOVEMENT AND MISALIGNNENT 造成零件焊後移位元的原因可能有：錫膏印不准、厚度不均、零件放置不當、熱傳不均、焊墊或接腳之焊錫性不良，助焊劑活性不足，焊墊比接腳大的太多等，情況較嚴重時甚至會形成碑立。（TOMBSTONING 或 MAMBATHAN EFFECT，或 DRAWBRIGING），尤以質輕的小零件為甚。,改進零件的精准度。 改進零件放置的精准度。 調整預熱及熔焊的參數。 改進零件或板子的焊錫性。 增強錫膏中助焊劑的活性。 改進零件及與焊墊之間的尺寸比例。 不可使焊墊太大。,2019/11/1,58,回流焊接缺陷分析:,REFLOW,問題及原因 對 策,4.縮錫 DEWETTING 零件腳或焊墊的焊錫性不佳。 5.焊點灰暗 DULL JINT 可能有金屬雜質污染或給錫成份不在共熔點，或冷卻太慢，使得表面不亮。 6.不沾錫 NON-WETTING 接腳或焊墊之焊錫性太差，或助焊劑活性不足，或熱量不足所致。,改進電路板及零件之焊錫性。 增強錫膏中助焊劑之活性。 防止焊後裝配板在冷卻中發生震動。 焊後加速板子的冷卻率。 提高熔焊溫度。 改進零件及板子的焊錫性。 增加助焊劑的活性。,2019/11/1,59,回流焊接缺陷分析:,REFLOW,問題及原因 對 策,7.焊後斷開 OPEN 常發生於J型接腳與焊墊之間，其主要原因是各腳的共面性不好，以及接腳與焊墊之間的熱容量相差太多所致（焊墊比接腳不容易加熱及蓄熱）。,改進零件腳之共面性 增加印膏厚度，以克服共面性之少許誤差。 調整預熱，以改善接腳與焊墊之間的熱差。 增加錫膏中助焊劑之活性。 減少焊熱面積，接近與接腳在受熱上的差距。 調整熔焊方法。 改變合金成份（比如將63/37改成10/90，令其熔融延後，使焊墊也能及時達到所需的熱量）。,2019/11/1,60,AOI,自動光學檢查(AOI： Automated Optical Inspection),運用高速高精度視覺處理技術自動檢測PCB板上各種 不同帖裝錯誤及焊接缺陷，PCB板的範圍可從細間距高密 度板到低密度大尺寸板，並可提供線上檢測方案，以提高 生產效率，及焊接品質。,通過使用AOI作為減少缺陷的工具，在裝配工藝過程 的早期查找和消除錯誤，實現良好的程序控制。早期發 現缺陷將避免將壞板送到隨後的裝配階段，AOI將減少修 理成本將避免報廢不可修理的電路板。,2019/11/1,61,通過使用AOI作為減少缺陷的工具，在裝配工藝過程的早期查找和消除錯誤，以實現良好的程序控制。早期發現缺陷將避免將壞板送到隨後的裝配階段，AOI將減少修理成本將避免報廢不可修理的電路板。,由於電路板尺寸大小的改變提出更多的挑戰，因為它使手工檢查更加困難。為了對這些發展作出反應，越來越多的原設備製造商採用AOI。,為什麼使用AOI,AOI,2019/11/1,62,AOI檢查與人工檢查的比較,AOI,2019/11/1,63,高速檢測系統 與PCB板帖裝密度無關 快速便捷的編程系統 - 圖形介面下進行 -運用帖裝資料自動進行資料檢測 -運用元件資料庫進行檢測資料的快速編輯 運用豐富的專用多功能檢測演算法和二元或灰度水 平光學成像處理技術進行檢測 根據被檢測元件位置的瞬間變化進行檢測視窗的 自動化校正，達到高精度檢測 通過用墨水直接標記於PCB板上或在操作顯示器 上用圖形錯誤表示來進行檢測電的核對,主 要 特 點,AOI,2019/11/1,64,可檢測的元件,元件類型 -矩形chip元件（0805或更大） -圓柱形chip元件 -鉭電解電容 -線圈 -電晶體 -排組 -QFP,SOIC（0.4mm 間距或更大） -連接器 -異型元件,AOI,2019/11/1,65,AOI,檢測項目 -無元件：與PCB板類型無關 -未對中：（脫離） -極性相反：元件板性有標記 -直立：編程設定 -焊接破裂：編程設定 -元件翻轉：元件上下有不同的特徵 -錯帖元件：元件間有不同特徵 -少錫：編程設定 -翹腳：編程設定 -連焊：可檢測20微米 -無焊錫：編程設定 -多錫：編程設定,2019/11/1,66,影響AOI檢查效果的因素,影響AOI檢查效果的因素,內部因素,外部因素,部 件,貼 片 質 量,助 焊 劑 含 量,室 內 溫 度,焊 接 質 量,AOI 光 度,機 器 內 溫 度,相 機 溫 度,機 械 系 統,圖 形 分 析 運 算 法 則,AOI,2019/11/1,67,序號 缺陷 原因 解決方法,1 元器件移位 安放的位置不對 校準定位座標 焊膏量不夠或定位壓力不夠 加大焊膏量，增加安放元器件 焊膏中焊劑含量太高， 的壓力 在再流焊過程中焊劑的 減小錫膏中焊劑的含量 流動導致元器件移動,2 橋接 焊膏塌落 增加錫膏金屬含量或黏度 焊膏太多 減小絲網孔徑，增加刮刀壓力 加熱速度過快 調整再流焊溫度曲線,3 虛焊 焊盤和元器件可焊性差 加強 PCB 和元器件的篩選 印刷參數不正確 檢查刮刀壓力、速度 再流焊溫度和升溫速度不當 調整再流焊溫度曲線,不良原因列表,2019/11/1,68,序號 缺陷 原因 解決方法,4 元器件豎立 安放的位置移位 調整印刷參數 焊膏中焊劑使元器件浮起 採用焊劑較少的焊膏 印刷焊膏厚度不夠 增加焊膏厚度 加熱速度過快且不均勻 調整再流焊溫度曲線 採用Sn63/Pb37焊膏 改用含 Ag 的焊膏,6 焊點錫過多 絲網孔徑過大 減小絲網孔徑 焊膏黏度小 增加錫膏黏度,5 焊點錫不足 焊膏不足 擴大絲網孔徑 焊盤和元器件焊接性能差 改用焊膏或重新浸漬元件 再流焊時間短 加長再流焊時間,不良原因列表,2019/11/1,69,ESD (Electro-Static Discharge,即靜電釋放),Whats ESD？,ESD,怎樣能產生靜電？ ? 摩擦電 ? 靜電感應 ? 電容改變 在日常生活中，可以從以下多方面感覺到靜電 閃電 冬天在地墊上行走以及接觸把手時的觸電感 在冬天穿衣時所產生的劈啪聲 這些似乎對我們沒有影響，但它對電子元件及電子 線路板卻有很大的衝擊。,2019/11/1,70,對靜電敏感的電子元件,晶片種類,靜電破壞電壓,VMOS MOSFET Gaa SFET EPROM JFET SAW OP-AMP CMOS,30-1,800 100-200 100-300 100- 140-7,200 150-500 190-2,500 250-3,000,ESD,2019/11/1,71,電子元件的損壞形式有兩種 完全失去功能 器件不能操作 約占受靜電破壞元件的百分之十 間歇性失去功能 器件可以操作但性能不穩定，維修次數因而增加 約占受靜電破壞元件的百分之九十 在電子生產上進行靜電防護，可免： 增加成本 減低品質 引致客戶不滿而影響公司信譽,ESD,2019/11/1,72,從一個元件產生以後，一直到它損壞以前，所有的過程都受到靜電 的威脅。這一過程包括： 元件製造：包含製造、切割、接線、檢驗到交貨。 印刷電路板：收貨、驗收、儲存、插入、焊接、品管、包裝到出貨。 設備製造：電路板驗收、儲存、裝配、品管、出貨。 設備使用：收貨、安裝、試驗、使用及保養。 其中最主要而又容易疏忽的一點卻是在元件的傳送與運輸的過程。,ESD,遭受靜電破壞,2019/11/1,73,靜電防護要領 靜電防護守則 原則一：在靜電安全區域使用或安裝靜電敏感元件 原則二：用靜電屏蔽容器運送及存放靜電敏感元件或電路板 原則三：定期檢測所安裝的靜電防護系統是否操作正常 原則四：確保供應商明白及遵從以上三大原則,ESD,2019/11/1,74,ESD,1.避免靜電敏感元件及電路板跟塑膠製成品或工具（如電腦，電腦及電腦終端機）放在一起。 2.把所有工具及機器接上地線。 3.用靜電防護桌墊。 4.時常遵從公司的電氣安全規定及靜電防護規定。 5.禁止沒有系上手環的員工及客人接近靜電防護工作站。 6.立刻報告有關引致靜電破壞的可能。,靜電防護步驟,2019/11/1,75,品質控制,總次品機會=總檢查數目每件產品潛在次品機會,（次品的數目總次品的機會）1000000=PPM（Parts Per Million)或DPMO（Defection Per Million Opportunities),影響各行各業的ISO9000出現。在品質管理上，它是一個很好的制度。可是， 這些檔管理只產生官僚化現象。這制度只可以保證現有品質要求，但在產 品不斷改善(Continuous Improvement)方面，並沒有什麼貢獻。,其實在八十年代至九十年代，亦倡行全面優質管理方法（Total Quality Management），其方法是不斷改善品質，以達到零缺點的夢想。,PPM的計算方法：,2019/11/1,76,波峰焊（Wave Solder),什麼是波峰焊,波峰焊是將熔融的液態焊料借助與泵的作用在焊料槽液面形成特定形狀的焊料波插裝了元器件的PCB置與傳送鏈上經過某一特定的角度以及一定的浸入深度穿過焊料波峰而實現焊點焊接的過程。,葉泵,移動方向,焊料,2019/11/1,77,波峰焊（Wave Solder),波峰焊機,波峰焊機的工位組成及其功能,裝板,塗布焊劑,預熱,焊接,熱風刀,冷卻,卸板,波峰面,波的表面均被一層氧化皮覆蓋，它在沿焊料波的整個長度 方向上幾乎都保持靜態，在波峰焊接過程中，PCB接觸到 錫波的前沿表面，氧化皮破裂，PCB前面的錫波無皸褶地 被推向前進，這說明整個氧化皮與PCB以同樣的速度移動。,2019/11/1,78,波峰焊（Wave Solder),波峰焊機,焊點成型,沿伸板,焊料,A,B1,B2,v,v,PCB離開焊料波時，分離點位與 B1和B2之間的某個地方，分離後 形成焊點,當PCB進入波峰面前端（A）時，基板與 引腳被加熱，並在未離開波峰面（B）之 前，整個PCB浸在焊料中，即被焊料所橋 聯，但在離開波峰尾端的瞬間，少量的焊 料由於潤濕力的作用，粘附在焊盤上，並 由於表面張力的原因，會出現以引線為中 心收縮至最小狀態，此時焊料與焊盤之間 的潤濕力大於兩焊盤之間的焊料的內聚力 。因此會形成飽滿，圓整的焊點，離開波 峰尾部的多餘焊料，由於重力的原因，回 落到錫鍋中。,2019/11/1,79,波峰焊（Wave Solder),波峰焊機,防止橋聯的發生,沿伸板,焊料,A,B1,B2,v,v,PCB離開焊料波時，分離點位與 B1和B2之間的某個地方，分離後 形成焊點,使用可焊性好的元器件/PCB 提高助焊剞的活性 提高PCB的預熱溫度，增加焊盤 的濕潤性能 提高焊料的溫度 去除有害雜質，減低焊料的內聚力 ，以利於兩焊點之間的焊料分開,2019/11/1,80,波峰焊（Wave Solder),波峰焊機中常見的預熱方法,波峰焊機中常見的預熱方式有如下幾種,空氣對流加熱 紅外加熱器加熱 熱空氣和輻射相結合的方法加熱,2019/11/1,81,波峰焊（Wave Solder),波峰焊工藝曲線解析,預熱開始,與焊料接觸,達到潤濕,與焊料脫離,焊料開始凝固,凝固結束,預熱時間,潤濕時間,停留/焊接時間,冷卻時間,工藝時間,2019/11/1,82,波峰焊（Wave Solder),波峰焊工藝曲線解析,潤濕時間 指焊點與焊料相接觸後潤濕開始的時間 停留時間 PCB上某一個焊點從接觸波峰面到離開波峰面的時間 停留/焊接時間的計算方式是 停留/焊接時間=波峰寬/速度 預熱溫度 預熱溫度是指PCB與波峰面接觸前達到 的溫度(見右表） 焊接溫度 焊接溫度是非常重要的焊接參數，通常高於 焊料熔點（183C ）50C 60C大多數情況 是指焊錫爐的溫度實際運行時，所焊接的PCB 焊點溫度要低於爐溫，這是因為PCB吸熱的結 果,2019/11/1,83,波峰焊（Wave Solder),波峰焊工藝參數調節,波峰高度 波峰高度是指波峰焊接中的PCB吃錫高度。其數值通常控制在PCB板厚度的1/22/3， 過大會導致熔融的焊料流到PCB的表面，形成“橋連” 。 傳送傾角 波峰焊機在安裝時除了使機器水準外，還應調節傳送裝置的傾角，通過傾角的調節， 可以調控PCB與波峰面的焊接時間，適當的傾角，會有助於焊料液與PCB更快的剝離， 使之返回錫鍋內。 熱風刀 所謂熱風刀，是SMA剛離開焊接波峰後，在SMA的下方放置一個窄長的帶開口的“腔體” ，窄長的腔體能吹出熱氣流，尤如刀狀，故稱“熱風刀”。 焊料純度的影響 波峰焊接過程中，焊料的雜質主要是來源於PCB上焊盤的銅浸析，過量的銅會導致焊接 缺陷增多。 助焊劑 工藝參數的協調 波峰焊機的工藝參數帶速，預熱時間，焊接時間和傾角之間需要互相協調，反復調整。,2019/11/1,84,波峰焊接缺陷分析:,波峰焊（Wave Solder),沾锡不良 POOR WETTING:,這種情況是不可接受的缺點，在焊點上只有部分沾錫，分析其原因及改善方式如下： 1-1.外界的污染物如油、脂、臘等，此類污染物通常可用溶劑清洗，此類油污有時是在印刷防焊劑時沾上的。 1-2.SILICON OIL 通常用於脫模及潤滑之用，通常會在基板及零件腳上發現，而 SILICON OIL 不易清理，因之使用它要非常小心，尤其是當它做抗氧化油常會發生問題，因它會蒸發沾在基板上而造成沾錫不良。 1-3.常因貯存狀況不良或基板制程上的問題發生氧化，而助焊劑無法去除時會造成沾錫不良，過二次錫或可解決此問題。 1-4.沾助焊劑方式不正確,造成原因為發泡氣壓不穩定或不足,致使泡沫高度不穩或不均勻而使基板部分沒有沾到助焊劑. 1-5.吃錫時間不足或錫溫不足會造成沾錫不良，因為熔錫需要足夠的溫度及時間WETTING，通常焊錫溫度應高於熔點溫度50至80之間，沾錫總時間約3秒，調整錫膏粘度。,問題及原因 對 策,2019/11/1,85,波峰焊接缺陷分析:,波峰焊（Wave Solder),局部沾錫不良 DE WETTING,此一情形與沾錫不良相似，不同的是局部沾錫不良不會露出銅箔面，只有薄薄的一層錫無法形成飽滿的焊點。,問題及原因 對 策,冷焊或焊點不亮 COLD SOLDER OR DISTURRED SOLDER JOINTS,焊點看似碎裂、不平，大部分原因是零件在焊錫正要冷卻形成焊點時振動而造成，注意錫爐輸送是否有異常振動。,焊點破裂 CRACKS IN SOLDER FILLET,此一情形通常是焊錫，基板，導通孔，及零件腳之間膨脹係數，未配合而造成，應在基板材質，零件材料及設計上去改善。,2019/11/1,86,波峰焊接缺陷分析:,波峰焊（Wave Solder),焊點錫量太大 EXCES SOLDER:,通常在評定一個焊點，希望能又大又圓又胖的焊點，但事實上過大的焊點對導電性及抗拉強度未必有所幫助。 5-1.錫爐輸送角度不正確會造成焊點過大，傾斜角度由1到7度依基板設計方式?一般角度約3.5度角，角度越大沾錫越薄角度越小沾錫越厚。 5-2.提高錫槽溫度，加長焊錫時間，使多餘的錫再回流到錫槽。 5-3.提高預熱溫度，可減少基板沾錫所需熱量，曾加助焊效果。 5-4.改變助焊劑比重，略為降低助焊劑比重，通常比重越高吃錫越厚也越易短路，比重越低吃錫越薄但越易造成錫橋、錫尖。,問題及原因 對 策,2019/11/1,87,波峰焊接缺陷分析:,波峰焊（Wave Solder),锡尖 (冰柱) ICICLING:,此一問題通常發生在DIP或WIVE的焊接制程上，在零件腳頂端或焊點上發現有冰尖般的錫。 6-1.基板的可焊性差，此一問題通常伴隨著沾錫不良，此問題應由基板可焊性去探討，可試由提升助焊劑比重來改善。 6-2.基板上金道(PAD)面積過大，可用綠(防焊)漆線將金道分隔來改善，原則上用綠(防焊)漆線在大金道面分隔成5mm乘10mm區塊。 6