SMT工艺知识V30

部门名称：制造工程部课程编写：吴应春日期：2011年4月1日,SMT工艺知识,SMT工艺介绍SMT工艺流程红胶/锡膏印刷工艺贴片工艺回流焊工艺检测、返修,课程纲要,提问：,什么是工艺？,什么是工艺技术？,序言,1.工艺的定义：其英文名称为Process，是劳动者利用生产工具对各种原材料、半成品进行加工和处理，改变它们的几何形状、外形尺寸、表面状态、内部组织、物理和化学性能以及相互关系，最后使之成为预期产品的方法及过程。,2.工艺技术的定义：是人类在劳动中逐渐积累起来并经过总结的操作技术经验,它是应用科学、生产实践及劳动技能的总和。,3.工艺技术的发展:装联工艺的发展经历了五个时代：第一代：电子管-底座框架式时代（1950-）第二代：晶体管-通孔插装（THT）时代（1960-）第三代：集成电路-通孔插装时代（1970-）第四代：大规模集成电路-表面安装（SMT）时代(1980-）第五代：超大规模集成电路-多层复合贴装（MPT）时代（1990-）,一、SMT工艺介绍,SMT是什么？,SMT就是表面组装技术（SurfaceMountedTechnology）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是一项复杂的综合的系统工程技术。涉及到基板、元器件、工艺材料、设计技术、组装工艺技术、高度自动化的组装和检测设备等多方面因素。含概了机、电、气、光、热、物理、化学、物理化学、新材料、新工艺、计算机、新的管理理念和模式等多学科的综合技术。,2.什么是SMT工艺所谓SMT工艺，就是把电子元器件、PCB等通过SMT设备组装成半成品板的过程。SMT通用工艺包括：红胶/锡膏印刷工艺、元器件贴装工艺、红胶固化/锡膏回流焊工艺、检验和返修等。,3.SMT的组成总的来说:SMT包括表面贴装技术,表面贴装设备,表面贴装元器件及SMT管理.SMD：即SurfaceMountDevice表面贴装设备；SMC：即SurfaceMountComponent表面贴装元器件。,4.SMT有何特点？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、抗振能力强。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。,与传统工艺相比SMA的特点：,THT,SMT,THT:Through-holeTechnology,VS,5.SMT车间环境的要求：SMT车间的温度:,(印刷工作间环境温度为233为最佳)；SMT车间的湿度:；生产设备必须接地良好，生产场所的地面、工作台面垫、坐椅等均应符合防静电要求。应配备防静电料盒、周转箱、PCB架、物流小车、防静电包装袋、防静电腕带、防静电烙铁及工具等设施。,253,50%-70%,二、SMT工艺流程,1.PCB两个表面的称呼为了表示区别，一般对于PCB的两个表面有不同的称呼。我们把同时分布有体积较大的有源器件和体积较小的无源器件的一面叫做正面（Topside或SA）;只有一小部分无源器件（或着没有元器件）的一面叫做反面（Bottomside或SB）。有些主板反面一个元器件都没有，这种主板称作单面主板。反之，则称之为双面主板。,2.典型表面组装方式典型表面组装方式有全表面组装、单面混装、双面混装，见表1。,表1：表面组装方式,3.SMT工艺流程图,3.SMT工艺流程图,4.SMT工艺流程单面板工艺流程,印刷红胶,红胶固化,4.SMT工艺流程双面板工艺流程,三、印刷工艺,印刷原理：利用开孔的钢网将锡膏良好的覆盖到PCB板焊盘表面，以保证贴片时粘住元件并且保证回流炉后器件和PCB焊盘焊接良好，电器性能的良好连接。1，触屏显示器：可用手指触摸屏幕上的相关处以执行相应的功能。2，JOGBUTTON：用以手动驱动执行相应的动作，当用此两键执行动作时，请注意屏幕上的提示。3，鼠标触屏：用手在屏幕上移动来移动鼠标。4，系统键：在机器开机或机器的急停键被解除后（此时屏幕上会显示SYSTEMPOWERDOWN），按下此键执行机器初始化。5，急停开关：当机器发生严重故障或遇到紧急情况时，按下此键以保护机器免受破坏。6，静电接口7，主电源开关8，机器前盖9，锡膏滚动灯开关10，灯塔：用三种颜色标示机器当前的工作状态。,DEK机的结构及作用,DEK机硬件结构,对印刷机各个硬件部分发出控制指令,印刷头系统：用来印刷锡膏,电脑控制系统：,轨道传送系统：用来传送PCB板,Table升降系统：,钢网夹紧系统：用来固定钢网,清洗机构：,用来顶起PCB板使PCB和钢网贴紧，便于印刷,用来在印刷中途对钢网底部进行清洁,红胶/锡膏印刷工艺,在SMT装联工艺技术中，印刷工序是极其重要的一个环节。印刷质量的好坏会直接影响到SMT焊接直通率的高低，在实际生产过程中，我们发现60%70%的焊接缺陷与印刷质量有关。因此，有必要对印刷工艺的各个方面进行研究。,1.红胶印刷工艺红胶工艺主要用于通孔插装（THT）与表面贴装共存的混装工艺。红胶通过钢网印刷到PCB的的固定位置上，其主要作用是将元器件固定到PCB板上。红胶工艺控制。生产中易出现以下工艺缺陷：胶点大小不合格、拉丝、胶水浸染焊盘、固化强度不好易掉片等。因此进行需对各项技术工艺参数控制。红胶储存于冰箱中，温度控制在2-8，使用前需在室温下(2030C)回温至少8小时,小包装(30ml)回温时间可缩短至4小时。,2.红胶印刷,OK,NG：红胶污染焊盘,3.锡膏印刷工艺在锡膏丝印中有三个关键的要素，我们叫做三个S：Solderpaste(锡膏)、Stencils(模板)、和Squeegees(刮刀)。三个要素的正确结合是持续的丝印品质的关键所在。,3.1、锡膏的组成,锡膏的主要成分：合金焊料粉和助焊剂组成,锡膏的典型配方如下：,合金焊料粉是焊膏的主要成份，约占焊膏重量的85%90%，而且它还是焊后在PCB上的留存物,合金焊料粉的构成,合金焊料粉是焊膏的主要成份，约占焊膏重量的85%90%。常用的有铅合金焊料粉有锡铅（SnPb）、锡铅银（SnPbAg）、锡铅铋（SnPbBi）；无铅锡膏主要有锡银铜（Sn-Ag-Cu)等,合金焊料粉的熔点,不同的合金焊料粉的成份和配比有不同的熔化温度、特性和用途。左图为Sn-Pb合金焊料粉的熔点随着Sn在合金中含量变化而变化；当Sn:Pb=63:37左右时，熔点最低，只有183。,下表中列出了部分合金焊料成分以及熔点供参考,合金焊料粉的制造,通常采用惰性气体中雾化的方法，先使合金焊料混合，加热使其熔化，然后，将熔融的金属在惰性气体中喷射使,其雾化，再根据合金粉的颗粒大小进行分级。,合金焊料粉的状态,在制造过程中，由于工艺参数以及技术等问题，造出来的合金焊料粉的直径、形状、都有差别，主要有以下三种形状,3.2助焊剂,3.2.1助焊剂类型,溶剂清洗型：-松香基的助焊剂系列需要溶剂清除残留物免清洗：-残留物是不会产生不良影响的，在回流后不清除水清洗：WMA（水溶性中等活性助焊剂）-在清水中可将殘留物洗干净.,清除基底表面氧化物，同时阻碍合金焊料粉末在回流过程中氧化。降低锡浆表面张力以便形成更有效的焊点。,3.2.3助焊剂的组成,在焊膏中，焊剂可以看成是合金焊料粉的载体。焊剂的组成对焊膏的扩展性、润湿性、塌落度、粘度变化、清洗性、焊珠飞溅及贮存寿命均有较大影响。主要含有以下成分：,3.3影响焊膏特性的重要参数,1、粘度焊膏粘度的具体影响因素有：合金含量、合金粉尺寸形状、增稠剂的类型和用量、环境和剪切速率2、熔点3、合金焊料粉的形状和粒度合金焊料粉的形状、粒度和表面氧化程度对焊膏性能起着关键作用，尤其是焊料粉的形状和粒度通常都作为焊膏的重要参数4、触变指数和塌落度5、工作寿命和贮存寿命,3.4、锡膏印刷不良执行行动OCAP(OutofControlActionPlan),拉尖，少锡,铜箔上无锡,3.4锡膏印刷不良执行行动OCAP(OutofControlActionPlan),4.钢网,钢网的作用主要是将锡膏印到PCB上，在影响印刷工艺的各个方面中，钢网的设计起着举足轻重的作用。,4.钢网,钢网制作3种工艺：化学蚀刻、激光切割和电铸加成(additive)工艺。,化学蚀刻,激光切割,电铸,4.1钢网开孔对比,4.2制作工艺对比,电铸加成工艺,激光切割,4.3钢网开孔剖面对比,4.4钢网各工艺对比表,4.5钢网开孔与锡膏对比,4.6钢网清洗,手工清洗,检查,效果,网孔有锡膏，保存后锡膏变干网孔变小，造成印刷少锡。,4.7印刷不良PCB清洗,手工清洗,通孔有锡珠，并造成印刷不良。,4.8全自动钢网清洗效果,PCB,钢网,注意：PCB清洗需采用专用的OSP清洗剂（C8622)，全自动钢网清洗需采用专用的钢网清洗剂。印刷机清洗用IPA。,4.9钢网存放,5.刮刀,刮刀按制作形状可分为菱形和拖裙型两种;从制作材料上可分为橡胶(聚胺酯)和金属刮刀两类.,目前我们使用的全部是金属刮刀,金属刮刀具有以下优点:从较大,较深的窗口到超细间距的印刷均具有优异的一致性;刮刀寿命长,无需修正;印刷时没有焊料的凹陷和高低起伏现象,大大减少不良.在使用过程中应该按照PCB板的长度选择合适的刮刀.刮刀的两边挡板不能调的太低,容易损坏模板.刮刀用完后要进行清洁和检查,在使用前也要对刮刀进行检查.,5.刮刀,刮刀检查，有变形的需更换。,刮刀放置,5.刮刀,6.1工艺参数控制方面,A:常调的印刷参数：印刷速度(mm/s)、分离速度(mm/s)、分离距离擦钢网频率、擦钢网速度(mm/s)、刮刀压力(KG)B:钢网开制的合理性（W/T1.5/S侧=0.5S底)C:pcb来料是否异常D:顶针放置是否合理,6.2印刷机方面,A:table的水平度；B：轨道夹边是否变形；C:刮刀是否变形，刮刀高度是否正确；D:钢网擦拭系统是否正常；E:脱模时table的稳定性,6.3印刷主要参数说明,Frontprintspeed:前刮刀印刷速度Rearprintspeed:后刮刀印刷速度Frontprintpressure:前刮刀印刷压力Rearprintpressure:后刮刀印刷压力Separationdistance:脱模距离.(刮刀做完印刷动作后PCB以一定的速度离开钢网的距离.和脱模速度配合使用.)SeparationSpeed:脱模速度.(刮刀做完印刷动作后PCB和钢网分离时在设定的距离中以设定的速度下降.和脱模距离配合使用).印刷参数一般设定：印刷速度：45-80mm/s印刷压力：6-8kg脱模速度：1-3mm/s脱模距离：1-3mmSMT印刷工序：印刷速度、印刷压力、脱模三者是相互影响的三个参数，其中一个更改都对品质有很大的影响，在设定中三个参数的的设定值根据实际的印刷效果做相应的调整，参数是没有固定的绝对参数,刮刀压力调整参考表,四、贴片工艺,4.1工艺目的本工序是用贴装机将片式元器件准确地贴放到印好焊膏或贴片胶的PCB表面相对应的位置上。,贴装设备,贴片机（SIPLACEHS-50）结构,区域4,14区域每个包括以下元件：悬臂贴片头送料区带容器交换料台轨道,区域3,区域2,印刷电路板输送方向,区域1,贴片头结构,元件监测系统,分段移出点,旋转至编程的贴片机角度,旋转方向,元件拾取/贴片,抛料位置,1,12,11,10,9,8,7,6,5,4,3,2,SLEEVE（有12个）,吸嘴,IC头的结构,拾取与贴片头仅适用于F型机器,PCBtransportdirection,叩焊晶片元件监测模块,微小节距共面性模块,元件监测模块,丢料盒,冲洗用于焊剂分配器的容器,印刷电路板输送方向,作用：准确将器件贴装到PCB上,4.2工艺要求（1）,4.2工艺要求（2）各贴装元器件的类型、型号、标称值和极性要跟BOM及位号图一致。贴装好的元器件要完好无损。贴装元器件焊端或引脚不小于1/2厚度要浸入焊膏。元器件的端头或引脚均和焊盘图形对齐、居中。由于再流焊时有自定位效应，因此元器件贴装位置允许有一定的偏差，一般不超出焊盘的1/4。,4.2保证贴装质量的三要素：a.元件正确；b.位置准确；c.压力（贴片高度）合适。,表面贴装元器件,4.3表面贴装元器件-CHIP类,元件小型化发展趋势,0201,0402,0603,0805,1206,1mm,CHIP类元件换算,Cm),4.3表面贴装元器件-IC类封装,SOIC：SmallOutlineIntegratedCircuit(小型外引脚集成电路)又可区分为SOP及SOJ(翼型脚及J型脚)；QFP：QuadFlatPackage四边有翼型脚包装；BGA：BallGridArray球栅阵列封装；CSP：ChipSizePackage芯片尺寸封装。,4.4元件极性标识/丝印标示,PCB上丝印:C为电容,L为电感,R为电阻,D为二极管，U为IC,IC第一脚标示,PCB丝印标识,二极管负极方向,BGA方向标识,12,12,4.8湿敏元件标识及包装,湿度敏感元件标识,真空防潮包装,湿度警告标贴,表中的“装配使用时间”表示打开密封包装后，在小于30和60%RH环境下，元件过回流焊接炉前可停留时间.,湿度敏感控制表,温湿度指示卡,注意：湿度卡可测出RH从10%-60%范围内的湿度变化，当湿度超过一定范围时，卡会由蓝色变为粉红色，操作人员在打开包装时发现湿度卡指示RH30%颜色变为粉红色时需烘烤。,入库时,应保证湿敏包装袋密封,如果來料包装破裂,必须经过烘烤才可以使用。,打开密封包装后，如不生产的IC应立即储存在小于20RH的干燥箱内。,4.9湿敏元件包装及储存,五、回流焊工艺,五、回流焊工艺,热风回流焊炉总体结构主要分为加热区，冷却区，炉内气体循环装置，废气排放装置以及PCB传送等五大主体部分。,进板感应器,传送系统,整机结构,五、回流焊工艺,SMT工艺目前大都采用热风回流(REFLOW)的方式达到焊接目的故炉子各异但构造相同:由加热板发热,热风马达通风传热,感温头采集数据供电脑CPU分析.決定炉温因素.1.各加热区的设定温度.2.炉网/链的运行速度.3.热风马达转动频率.4.抽风大小.5.氧气浓度(N2选用).,5.1工艺目的回流焊又称“再流焊”（ReflowSolderingOven），通过重新熔化预先分配到印制板焊盘上的锡膏，实现表面组装元器件焊端或引脚与印制板焊盘之间机械与电气连接的软钎焊。回流焊是SMT生产中关键工序,5.2工艺要求要设置合理的再流焊温度曲线。不恰当的温度曲线会出现冷焊，虚焊、元件翘立、锡球等焊接缺陷，影响产品质量。要定期做温度曲线的实时测试。要按照PCB设计时的焊接方向进行焊接。焊接过程中，严防传送带震动。必须对首块印制板的焊接效果进行检查。,5.3回流焊各温区功能热风回流焊过程中，焊膏需经过以下几个阶段，溶剂挥发；助焊剂清除焊件表面的氧化物；焊膏的熔融、再流动以及焊膏的冷却、凝固。一个典型的温度曲线（Profile：指通过回焊炉时，PCB上某一焊点的温度随时间变化的曲线）分为预热区、保温区、回流区及冷却区。(见下图),回流焊温度曲线示意图,（一）预热区目的：使PCB和元器件预热，达到平衡，同时除去焊膏中的水份、溶剂，以防焊膏发生塌落和焊料飞溅。要保证升温比较缓慢，溶剂挥发。较温和，对元器件的热冲击尽可能小，升温过快会造成对元器件的伤害，如会引起多层陶瓷电容器开裂。同时还会造成焊料飞溅，使在整个PCB的非焊接区域形成焊料球以及焊料不足的焊点。,5.3回流焊各温区功能(一）,（二）保温区目的：保证在达到再流温度之前焊料能完全干燥，同时还起着焊剂活化的作用，清除元器件、焊盘、焊粉中的金属氧化物。时间约60120秒，根据焊料的性质有所差异。,5.3回流焊各温区功能（二）,（三）再流焊区目的：焊膏中的焊料使金粉开始熔化，再次呈流动状态，替代液态焊剂润湿焊盘和元器件，这种润湿作用导致焊料进一步扩展，对大多数焊料润湿时间为6090秒。再流焊的温度要高于焊膏的熔点温度，一般要超过熔点温度20度才能保证再流焊的质量。（四）冷却区焊料随温度的降低而凝固，使元器件与焊锡形成良好的电接触，冷却速率一般控制在2-4/S。,5.3回流焊各温区功能（三、四）,5.4红胶固化曲线,5.5回流焊后常见缺陷,溢胶,反白,侧立,立碑,锡珠,偏移,连锡,少锡,虚焊,5.6有铅焊锡与无铅焊锡对比,锡铅焊锡特点：表面光滑,光亮。,无铅（SAC)焊锡特点：表面呈颗粒状,半暗。,六、检验、返修,检验是对产品品质的保证，在SMT的检验中常采用目测检查与光学检查两种方法，有只采用目测法，也有采用两种混合方法。它们都可对产品100%的检查，但要建立一个平衡的检查（inspection)与监测（monitering)的策略及建立质量过程控制点。,DPPM（DefectionPerMillion）百万分率的缺陷,6.1质量缺陷的统计,在SMT生产过程中，质量缺陷的统计十分必要，在回流焊接的质量缺陷统计中，我们引入DPPM统计方法，即百万分率的缺陷统计方法。计算公式如下：缺陷率DPPM=缺陷总数/焊点总数*10焊点总数=检查线路板数*焊点缺陷总数=检查线路板的全部缺陷数