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表面组装通用工艺 顾霭云 2003年3月序言通用工艺又成称为典型工艺，是根据工艺内容的通用性、成熟性和先进性并结合本单位的设备条件和产品特点而提出的工艺课题，是按照具体工艺内容编写的。通用工艺的内容包括工艺条件、工艺流程、操作程序、安全技术操作方法、工艺参数、检验标准和检验方法等。通用工艺是指导工人操作的最基本的技术文件。通用工艺规程是企业生产活动中最基础的技术文件。严格按照通用工艺规定的操作程序和质量控制程序进行操作，对提高生产效率、提高产品质量具有十分重要的意义。表面组装通用工艺包括：施加铅锡焊膏、施加贴片胶、贴装元器件、再流焊、固化贴片胶、波峰焊、修板、清洗、检验和测试、返修。第一章 表面组装工艺条件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。SMT产品具有结构紧凑、体积小、耐振动、抗冲击、高频特性好、生产效率高等优点。 SMT生产设备具有全自动、高精度、高速度、高效益等特点。SMT工艺与传统插装工艺有很大区别，片式元器件的几何尺寸非常小，组装密度非常高；另外由于SMT的工艺材料例如焊膏和贴片胶的黏度和触变性等性能与环境温度、湿度都有密切的关系。因此SMT生产设备和SMT工艺对生产现场的电、气、通风、照明、环境温度、相对湿度、空气清洁度、防静电等条件有专门的要求。1.1 电源电源电压和功率要符合设备要求；电压要稳定，一般要求单相 AC 220 (22010%，50/60HZ)，三相AC 380V (22010%，50/60HZ) 。如果达不到要求，需配置稳压电源，电源的功率要大于功耗的一倍以上。例如贴装机的功耗2KW，应配置5KW电源。 贴装机的电源要求独立接地，一般应采用三相五线制的接线方法。因为贴装机的运动速度很高，与其他设备接在一起会产生电磁干扰，影响贴装机的正常运行和贴装精度。1.2 气源 要根据设备的要求配置气源的压力，可以利用工厂的气源，也可以单独配置无油压缩空气机。一般要求压力大于7Kg/cm 2 。要求清洁、干燥的净化空气 ，因此需要对压缩空气进行去油、去尘和去水处理。最好采用不锈钢或耐压塑料管做空气管道。不要用铁管做压缩空气的管道，因为铁管会生锈。锈渣进入管道和阀门，严重时会使电磁阀堵塞、气路不畅，影响机器正常运行。1.3 排风再流焊和波峰焊设备都有排风要求，应根据设备要求进行配置排风机。对于全热风炉一般要求排风管道的最低流量值为500立方英尺/分钟（14.15m3/min）。1.4照明 厂房内应有良好的照明条件，理想的照度为800LUX1200LUX。至少不能低于300 LUX，低照明度时，在检验、返修、测量等工作区应安装局部照明。1.5 工作环境SMT生产设备是高精度的机电一体化设备，设备和工艺材料对环境的清洁度、温度、湿度都有一定的要求，为了保证设备正常运行和组装质量，对工作环境有以下要求：工作间保持清洁卫生, 无尘土、无腐蚀性气体。空气清洁度为100000级(BGJ7384)；在空调环境下，要有一定的新风量，尽量将CO2含量控制在1000PPM以下，CO含量控制在10PPM以下，以保证人体健康。 环境温度：233为最佳。一般为1728，极限温度为1535（印刷工作间环境温度为233为最佳）；相对湿度： 4570%RH。根据以上条件，由于北方气候干燥，风沙较大，因此北方的SMT生产线需要采取双层玻璃的厂房，一般应采用空调。1.6 防静电 生产设备必须接地良好，贴装机应采用三相无线制接地法并独立接地。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、防静电包装代、防静电腕带、防静电烙铁及工具等设施。1.6.1 电子产品制造中防静电技术指标要求 a 防静电地极接地电阻 10W。 b 地面或地垫表面电阻值1051010 W；摩擦电压100V。 c 墙壁电阻值5104109 W。 d 工作台面或垫表面电阻值106109 W；摩擦电压100V；对地系统电阻106108 W。 e 工作椅面对脚轮电阻106108 W。 f 工作服、帽、手套摩擦电压300V；鞋底摩擦电压100V。 g 腕带连接电缆电阻 1MW；佩带腕带时系统电阻110MW。脚跟带（鞋束）系统电阻0.5105108 W。 h 物流车台面对车轮系统电阻106109 W。 i 料盒、周转箱、PCB架等物流传递器具表面电阻值103108 W；摩擦电压100V。 j 包装代、盒摩擦电压100V。k 人体综合电阻106108 W。1.6.2 电子产品制造中防静电措施及静电作业区（点）的一般要求 a 根据防静电要求设置防静电区域，按作业区所使用器件的静电敏感程度分成1、2、3级，根据不同级别制订不同的防护措施。 1级静电敏感程度范围：01999V 2级静电敏感程度范围：20003999V 3级静电敏感程度范围：400015999V 16000V以上是非静电敏感程产品。b 静电安全区（点）的室温为233，相对湿度为 4570%RH。禁止在低于30%的环境内操作SSD（静电敏感元器件）。c 定期测量地面、桌面、周转箱等表面电阻值。d 静电安全区（点）的工作台上禁止放置非生产物品，如餐具、茶具、提包、毛织物、报纸、橡胶手套等。e 工作人员进入防静电区域，需放电。操作人员进行操作时，必须穿工作服和防静电鞋、袜。每次上岗操作前必须作静电防护安全性检查，合格后才能生产。f 操作时要戴防静电腕带，每天测量腕带是否有效。g 测试SSD时应从包装盒、管、盘中取一块，测一块，放一块，不要堆在桌子上。经测试不合格器件应退库。h 加电测试时必须遵循加电和去电顺序：低电压高电压信号电压的顺序进行。去电顺序与此相反。同时注意电源极性不可颠倒，电源电压不得超过额定值。i 检验人员应熟悉SSD的型号、品种、测试知识，了解静电保护的基本知识。1.6.3 静电敏感元器件（SSD）运输、存储、使用要求 a SSD运输过程中不得掉落在地，不得任意脱离包装。 b 存放SSD的库房相对湿度： 3040%RH。 c SSD存放过程中保持原包装，若须更换包装时，要使用具有防静电性能的容器。 d 库房里，在放置SSD器件的位置上应贴有防静电专用标签。 e发放SSD器件时应用目测的方法，在SSD器件的原包装内清点数量。 f 对EPROM进行写、檫及信息保护操作时，应将写入器/檫除器充分接地，要带防静电手镯。 g 装配、焊接、修板、调试等操作人员都必须严格按照静电防护要求进行操作。 h 测试、检验合格的印制电路板在封装前应用离子喷枪喷射一次，以消除可能积聚的静电荷。1.6.4 防静电工作区的管理与维护 a 制订防静电管理制度，并有专人负责。 b 备用防静电工作服、鞋、手镯等个人用品，以备外来人员使用。 c 定期维护、检查防静电设施的有效性。 d 腕带每周（或天）检查一次。 e 桌垫、地垫的接地性、静电消除器的性能每月检查一次。 f 防静电元器件架、印制板架、周转箱、运输车、桌垫、地垫的防静电性能每六个月检查次。1.7 SMT生产线人员要求1.7.1 SMT生产线各设备的操作人员必须经过专业技术培训合格，必须熟练掌握设备的操作规程。1.7.2 操作人员应严格按“安全技术操作规程”和工艺要求操作。1.7.3操作人员进行操作时，必须穿工作服和防静电鞋、袜，过肩长发必须戴工作帽，在拿取元器件时要戴防静电腕带。进入防静电区域需放电。1.7.4 维护设备，保持设备清洁。1.7.5 每次开机应按照规定填写各设备的“操作记录”。1.8 SMT生产线的设备、仪器、工具生产线所有设备、仪器必须有完好设备合格证和定期鉴定的准用证。生产中必要的工具应齐全。第二章 典型表面组装方式及其工艺流程2.1 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2-1 表面组装方式组装方式示意图电路基板焊接方式特征全表面组装单面表面组装 A B单面PCB陶瓷基板单面再流焊工艺简单，适用于小型、薄型简单电路双面表面组装 A B双面PCB陶瓷基板双面再流焊高密度组装、薄型化单面混装SMD和THC都在A面 A B双面PCB先A面再流焊，后B面波峰焊一般采用先贴后插，工艺简单THC在A面，SMD在B面 A B单面PCBB面波峰焊PCB成本低，工艺简单，先贴后插。双面混装THC在A面，A、B两面都有SMD A B双面PCB先A面再流焊，后B面波峰焊适合高密度组装A、B两面都有SMD和THC A B双面PCB先A面再流焊，后B面波峰焊，B面插装件后附工艺复杂，很少采用 注：A面又称元件面、主面；B面又称焊接面、辅面。2.2纯表面组装工艺流程纯表面组装有单面表面组装和双面表面组装。2.2.1 单面表面组装工艺流程 A 施加焊膏 贴装元器件 再流焊。 B2.2.2 双面表面组装工艺流程 A A面施加焊膏 贴装元器件 再流焊 翻转PCB B B面施加焊膏 贴装元器件 再流焊。2.3表面组装和插装混装工艺流程 A2.3.1单面混装（SMD和THC都在同一面） BA面施加焊膏 贴装SMD 再流焊 A面插装THC B面波峰焊。2.3.2单面混装（SMD和THC分别在PCB的两面） A B面施加贴装胶 贴装SMD 胶固化 翻转PCB B A面插装THC B面波峰焊。2.3.3双面混装（THC在A面，A、B两面都有SMD） AA面施加焊膏 贴装SMD 再流焊 翻转PCB B B面施加贴装胶 贴装SMD 胶固化 翻转PCB A面插装THC B面波峰焊。2.3.4双面混装（A、B两面都有SMD和THC）A面施加焊膏 贴装SMD 再流焊 翻转PCB AB面施加贴装胶 贴装SMD 胶固化 翻转PCB BA面插装THC B面波峰焊 B面插装件后后附2.4 选择表面组装工艺流程应考虑的因素 选择工艺流程主要根据印制板的组装密度和本单位SMT生产线设备条件，当SMT生产线具备再流焊、波峰焊两种焊接设备的条件下，可作如下考虑：2.4.1 尽量采用再流焊方式，因为再流焊比波峰焊具有以下优越性； a 不像波峰焊那样，要把元器件直接浸渍在熔融的焊料中，所以元器件受到的热冲击小。但由于再流焊加热方法不同，有时会施加给器件较大的热应力。要求元器件的内部结构及外封装材料必须能够承受再流焊温度的热冲击。b只需要在焊盘上施加焊料，并能控制焊料的施加量，减少了虚焊、桥接等焊接缺陷的产生，因此焊接质量好，可靠性高；c 有自定位效应（self alignment）当元器件贴放位置有一定偏离时，由于熔融焊料表面张力的作用，当其全部焊端或引脚与相应焊盘同时被润湿时，能在表面张力的作用下，自动被拉回到近似目标位置的现象；d 焊料中一般不会混入不纯物，使用焊膏时，能正确地保证焊料的组分；e 可以采用局部加热热源，从而可在同一基板上，采用不同焊接工艺进行焊接；f 工艺简单，修板的工作量极小。从而节省了人力、电力、材料。2.4.2 在一般密度的混合组装条件下，当SMD和THC在PCB的同一面时，采用A面印刷焊膏、再流焊，B面波峰焊工艺；当THC在PCB的A面、SMD 在PCB的B面时，采用B面点胶、波峰焊工艺。2.4.3 在高密度混合组装条件下，当没有THC或只有及少量THC时，可采用双面印刷焊膏、再流焊工艺，及少量THC采用后附的方法；当A面有较多THC时，采用A面印刷焊膏、再流焊，B面点贴、装胶、波峰焊工艺。注意：在印制板的同一面，禁止采用先再流焊SMD，后对THC进行波峰焊的工艺流程。第三章 施加焊膏通用工艺3.1 工艺目的把适量的SnPb焊膏均匀地施加在PCB的焊盘上,以保证贴片元器件与PCB相对应的焊盘达到良好的电气连接，并具有足够的机械强度。3.2 施加焊膏技术要求 施加焊膏要求：a. 施加的焊膏量均匀,一致性好。焊膏图形要清晰,相邻的图形之间尽量不要粘连。焊膏图形与焊盘图形要一致,尽量不要错位。b. 在一般情况下，焊盘上单位面积的焊膏量应为0.8mg/mm2左右。对窄间距元器件，应为0.5mg/mm2左右。c. 印刷在基板上的焊膏与希望重量值相比，可允许有一定的偏差，至于焊膏覆盖每个焊盘的面积，应在75%以上。采用免清洗技术时，要求焊膏全部位于焊盘上。d. 焊膏印刷后，应无严重塌落，边缘整齐，错位不大于0.2mm，对窄间距元器件焊盘，错位不大于0.1mm。基板表面不允许被焊膏污染。采用免清洗技术时，可通过缩小模板开口尺寸的方法，使焊膏全部位于焊盘上。3.3 表面组装工艺材料焊膏焊膏是表面组装再流焊工艺必需材料。常温下，由于焊膏具有一定的黏性，可将电子元器件暂时固定在PCB的既定位置上。当焊膏加热到一定温度时，焊膏中的合金粉末熔融再流动，液体焊料浸润元器件的焊端与PCB焊盘，冷却后元器件的焊端与PCB焊盘被焊料互联在一起,形成电气和机械连结的焊点。3.3.1 焊膏的分类a 按合金粉末的成分分：有铅和无铅，含银和不含银；b 按合金熔点分：高温、中温和低温；c 按合金粉末的颗粒度可分为：一般间距和窄间距用；d 按焊剂的成分分：免清洗、有机溶剂清洗和水清洗e 按焊剂活性可分为：R（非活性）、RMA（中等活性）、RA（全活性）。 f 按黏度可分为：印刷用和滴涂用。3.3.2 焊膏的组成焊膏是由合金焊料粉、糊状焊剂和一些添加剂混合而成的具有一定粘性和良好触变特性的膏状体。 表3-1 焊膏的组成与功能组成功能合金粉末元器件和电路的机械和电气连接焊剂活化剂元器件和电路的机械和电气连接粘接剂提供贴装元器件所需的粘性润湿剂增加焊膏和被焊件之间润湿性溶剂调节焊膏特性触变剂改善焊膏的触变性其它添加剂改进焊膏的抗腐蚀性、焊点的光亮度及阻燃性能等 3.3.2.1 合金粉末合金粉末是焊膏的主要成分，合金粉末的组成、颗粒形状和尺寸是决定焊膏特征以及焊点质量的关键因素。目前最常用焊膏的金属组分为Sn63Pb37和Sn62Pb36Ag2。表3-2 常用焊膏的金属组分、熔化温度与用途金属组份熔化温度用 途液相线固相线Sn63Pb37183共晶适用于普通表面组装板，不适用于含Ag、Ag/Pa材料电极的元器件。Sn60Pb40183188用途同上。Sn62Pb36Ag2179共晶适用于含Ag、Ag/Pa材料电极的元器件。（不适用于水金板）。Sn10Pb88Ag2268290适用于耐高温元器件及需要两次再流焊表面组装板的首次再流焊（不适用于水金板）Sn96.5Ag3.5221共晶适用于要求焊点强度较高的表面组装板的焊接（不适用于水金板）。Sn42Bi58138共晶适用于热敏元器件及需要两次再流焊表面组装板的第二次再流焊。常用的合金粉末颗粒尺寸分为四个类型，对窄间距元器件，一般选用25-45 m 。 表3-3 四种粒度等级的焊膏80%以上的颗粒尺寸 （m)大颗粒要求微粉颗粒要求 1型 75150150m的颗粒应少于1%75m的颗粒应少于1%3型 204545m的颗粒应少于1%4型 203838m的颗粒应少于1%合金粉末颗粒形状有球形和不定形（针状、棒状）。合金粉末表面氧化物含量应小于0.5%，最好控制在80ppm以下。3.3.2.2 焊剂焊剂是净化焊接表面，提高润湿性，防止焊料氧化和确保焊膏质量以及优良工艺性的关键材料。焊剂的组成对焊膏的扩展性、润湿性、塌落度、粘性变化、清洗性、焊珠飞溅及储存寿命均有较大的影响。 表3-4 焊剂的主要成分和功能焊剂成分使用的主要材料功能树脂松香、合成树脂净化金属表面、提高润湿性粘接剂松香、松香脂、聚丁烯提供贴装元器件所需的粘性活化剂胺、苯胺、联氨卤化盐、硬脂酸等净化金属表面溶剂甘油、乙醇类、酮类调节焊膏工艺特性其它触变剂、界面活性剂、消光剂防止分散和塌边、调节工艺性3.3.3 对焊膏的技术要求要求焊膏与PCB焊盘、元件端头或引脚可焊性（浸润性）要好, 焊接时起球少，焊点强度较高；要求储存期和室温下使用寿命长；焊膏粘度要满足工艺要求，既要保证印刷时具有优良的印刷性、脱模性，又要保证良好的触变性（保形性），印刷后焊膏不塌落。3.3.3.1 焊膏应用前a 焊膏制备后到印刷前的储存期内，在210下冷藏（或在常温下）保存一年（至少3-6个月），焊膏的性能应保持不变；b 焊膏中的金属粉末与焊剂不分层；c 吸湿性小，低毒、无臭、无腐蚀性。3.3.3.2 焊膏应用时a 要求焊膏的粘度随时间变化小。室温下连续印刷时，要求焊膏不易干燥，印刷性（滚动性）好，有较长的工作寿命。b 具有良好的脱模性，连续印刷时，不堵塞模板漏孔；c 印刷后保持原来的形状和大小，不产生塌落具有良好的触变性（保形性），；d 印刷后常温下放置1224小时，至少4小时，其性能保持不变；3.3.3.3 再流焊时a 再流焊预热过程中，要求焊膏塌落变形小；b 再流焊时润湿性好，焊料飞溅少，形成最少量的焊料球；c 良好的润湿性能；3.3.3.4 再流焊后a 形成的焊点有足够的强度，确保不会因加电、振动等因素出现焊接点失效；b 焊后残留物稳定性好，无腐蚀，有较高的绝缘电阻，溶剂清洗与水清洗型焊膏要求焊后清洗性好。3.3.4 影响焊膏特性的主要参数3.3.4.1 合金焊料成份、焊剂的组成以及合金焊料与焊剂的配比合金焊料成份、焊剂的组成以及合金焊料与焊剂的配比是决定焊膏的熔点、焊膏的印刷性、可焊性以及焊点质量的关键参数A-B-C线液相线A-D、C-E线固相线D-F、E-G线溶解度曲线D-B-E线共晶点L区液体状态L+a、L+b区二相混合状态 a+b区凝固状态要求焊膏的合金组分尽量达到共晶或近共晶。由于共晶焊料有共晶点，当温度达到共晶点时焊料全部呈液相状态，因此焊点凝固时形成的结晶颗粒最致密，焊点强度最高。 图3-1 Sn/Pb合金二元晶相图合金焊料与焊剂的配比是以合金焊料在焊膏中的重量百分含量来表示的。合金焊料重量百分含量直接影响焊膏的黏度和印刷性，因此要根据不同的焊剂系统以及施加焊膏的方法选择合适的合金焊料重量百分含量。一般合金焊料粉百分含量在7590%。免清洗焊膏和模板印刷工艺用的合金焊料粉百分含量高一些，一般在8590%，滴涂工艺用的合金焊料粉百分含量低一些，在7585%。3.3.4.2合金焊料粉末颗粒尺寸、形状和分布焊料合金粉末颗粒的尺寸、形状及其均匀性是影响焊膏性能的重要参数，影响焊膏的印刷性、脱摸性和可焊性。细小颗粒的焊膏印刷性比较好，特别对于高密度、窄间距的产品，由于模板开口尺寸小，必须采用小颗粒合金粉末，否则会影响印刷性和脱摸性。一般焊料颗粒直径约为模板开口尺寸的1/5。小颗粒合金粉的焊膏印刷图形的清晰度高，但容易产生塌边，由于细小颗粒的表面积大，被氧化的程度和机会也多。因此，组装密度不高时，在不影响印刷性的情况下可适当选择粗一点的合金粉末，既有利于提高可焊性，又可降低焊膏的成本。合金粉末的形状也会影响焊膏的印刷性、脱摸性和可焊性。球形颗粒的合金粉末组成的焊膏粘度较低，印刷后焊膏图形容易塌落，印刷性好，适用范围广，尤其适用于高密度窄间距的丝网与金属模板印刷，同时适用于滴涂工艺。球形颗粒的表面积小，含氧量低，焊点光亮，有利于提高焊接质量。因此目前一般都采用球形颗粒。不定形颗粒的合金粉末组成的焊膏粘度高，印刷后焊膏图形不易塌落，由于不定形颗粒的尺寸大，印刷性较差，只适用于组装密度较低的金属模板及较粗的丝网印刷。另外由于不定形颗粒的表面积大，含氧量高，影响焊接质量和焊点亮度。因此目前一般都不采用不定形颗粒。但由于不定形颗粒的加工成本较低，因此在组装密度不大、要求不高、以及穿心电容等较大焊接点的场合可以应用。合金粉末颗粒的均匀性也会影响焊膏的印刷性和可焊性，要控制较大颗粒与微粉颗粒的含量，见表4。大颗粒影响漏印性，过细的微粉颗粒在再流焊预热升温阶段容易随溶剂的挥发飞溅，形成小锡珠。因此20m微粉颗粒应控制在10%以下。3.3.4.3 粘度焊膏是一种触变性流体，在外力的作用下能产生流动。粘度是焊膏的主要特性指标，它是影响印刷性能的重要因素：粘度太大，焊膏不易穿出模板的漏孔，印出的图形残缺不全影响焊膏粘度的主要因素：合金焊料粉的百分含量：合金含量高，粘度就大； 焊剂百分含量高，粘度就小。 粘 度 合金粉末含量（%） 图3-2 合金焊料粉含量与黏度的关系粉末颗粒大小：合金粉末颗粒尺寸增大，粘度减小，粉末颗粒尺寸减少，粘度增加。温度：温度增加，焊膏粘度减小，温度降低，焊膏粘度增加。 粘 粘 度 度 T（） 粒度（m） 图3-3 温度对黏度的影响 图3-4 合金粉末粒度对黏度的影响3.3.4.4 触变指数和塌落度焊膏是触变性流体，焊膏的塌落度主要与焊膏的粘度和触变性有关。触变指数高，塌落度小；触变指数低，塌落度大。触变指数和塌落度主要是由合金焊料与焊剂的配比，即合金粉末在焊膏中的重量百分含量有关，还与焊剂载体中的触变剂性能和添加量有关。3.3.4.5 工作寿命和储存期限 工作寿命是指在室温下连续印刷时，焊膏的粘度随时间变化小，焊膏不易干燥，印刷性（滚动性）稳定，同时焊膏从被涂敷到PCB上后到贴装元器件之前和再流焊不失效，一般要求在常温下放置1224小时，至少4小时，其性能保持不变。储存期限是指在规定的保存条件下，焊膏从出厂到性能不致严重降低，能够不失效的正常使用之前的保存期限，一般规定在210下保存一年，至少36个月。3.3.5 无铅焊料简介3.3.5.1 无铅焊料的发展动态铅及其化合物会给人类生活环境和安全带来较大的危害。电子工业中大量使用Sn/Pb合金焊料是造成污染的重要来源之一。日本首先研制出无铅焊料并应用到实际生产中，并提出2003年禁止使用。美国和欧洲提出2006年禁止使用。另外，特别强调电子产品的废品回收问题。我国一些独资、合资企业的出口产品也有了应用。无铅焊料已进入实用性阶段。我国目前还没有具体政策，目前普通焊膏还继续沿用，但发展是非常快的，加入WTO会加速跟上世界步伐。我们应该做好准备，例如收集资料、理论学习等。 3.3.5.2 对无铅焊料的要求 a 熔点低，合金共晶温度近似于Sn63/Pb37的共晶温度183，大致在180 220 之间；b 无毒或毒性很低，所选用的材料现在和将来都不会污染环境； c 热传导率和导电率要与Sn63/Pb37的共晶焊料相当，具有良好的润湿性；d 机械性能良好，焊点要有足够的机械强度和抗热老化性能；e 要与现有的焊接设备和工艺兼容，可在不更换设备不改变现行工艺的条件下进行焊接；f 焊接后对各焊点检修容易；g 成本要低，所选用的材料能保证充分供应。3.3.5.3 目前最有可能替代Sn/Pb焊料的合金材料最有可能替代Sn/Pb焊料的无毒合金是Sn基合金，以Sn为主，添加Ag、Zn、Cu、Sb、Bi、In等金属元素，通过焊料合金化来改善合金性能，提高可焊性。目前常用的无铅焊料主要是以Sn-Ag、Sn-Zn、Sn-Bi为基体，添加适量的其它金属元素组成三元合金和多元合金。a Sn-Ag系焊料Sn-Ag系焊料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；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；Sn-Ag系焊料的主要缺点是熔点偏高，比Sn-Pb共晶焊料高30-40，润湿性差，成本高。b Sn-Zn系焊料Sn-Zn系焊料机械性能好，拉伸强度比Sn-Pb共晶焊料好，可拉制成丝材使用；具有良好的蠕变特性，变形速度慢，至断裂时间长；缺点是Zn极易氧化，润湿性和稳定性差，具有腐蚀性。c Sn-Bi系焊料Sn-Bi系焊料是以Sn-Ag(Cu)系合金为基体，添加适量的Bi组成的合金焊料；优点是降低了熔点，使其与Sn-Pb共晶焊料相近；蠕变特性好，并增大了合金的拉伸强度；缺点是延展性变坏，变得硬而脆，加工性差，不能加工成线材使用。3.3.5.4 目前应用最广泛的无铅焊料Sn-3.2Ag-0.5Cu是目前应用最多的无铅焊料。其熔点为217-218。3.3.5.5 无铅焊接给带来的问题 a 元器件要求元件体耐高温，而且无铅化。即元件的焊接端头和引出线也要采用无铅镀层。b PCB要求PCB基材耐更高温度，焊后不变形，表面镀覆无铅化，与组装焊接用无铅焊料兼容，要低成本。 c 助焊剂要开发新型的润湿性更好的助焊剂，要与预热温度和焊接温度相匹配，而且要满足环保要求。 d 焊接设备要适应较高的焊接温度要求，再流焊炉的预热区要加长或更换新的加热元件；波峰焊机的焊料槽、焊料波喷嘴、导轨传输爪的材料要耐高温腐蚀。必要时（例如高密度窄间距时）采用新的抑制焊料氧化技术和采用惰性气体N2保护焊接技术。 e 工艺无铅焊料的印刷、贴片、焊接、清洗以及检测都是新的课题，都要适应无铅焊料的要求。f 废料回收从无铅焊料中回收Bi、Cu、Ag也是一个新课题。3.4 焊膏的选择方法主要根据根据产品本身的价值和用途、表面组装板的组装密度、PCB和元器件存放时间和表面氧化程度、生产线工艺条件等实际情况来选择焊膏。不同的产品要选择不同的焊膏。焊膏合金粉末的组分、纯度及含氧量、颗粒形状和尺寸、焊剂的成分与性质等是决定焊膏特性以及焊点质量的关键因素。a 根据产品本身的价值和用途，高可靠性的产品需要高质量的焊膏。b 根据PCB和元器件存放时间和表面氧化程度来决定焊膏的活性。一般采用RMA级；高可靠性产品、航天和军工产品可选择R级；PCB 、元器件存放时间长，表面严重氧化，应采用RA级，焊后清洗。c 根据产品的组装工艺、印制板、元器件的具体情况选择焊膏合金组分。一般镀铅锡印制板采用63Sn/37Pb；钯金或钯银厚膜端头和引脚可焊性较差的元器件、要求焊点质量高的印制板采用62Sn/36 Pb /2Ag；水金板一般不要选择含银的焊膏；d 根据产品（表面组装板）对清洁度的要求来选择是否采用免清洗。对免清洗工艺要选用不含卤素或其它强腐蚀性化合物的焊膏； 高可靠性产品、航天和军工产品以及高精度、微弱信号仪器仪表以及涉及生命安全的医用器材要采用水清洗或溶剂清洗的焊膏，焊后必须清洗干净。e BGA和CSP一般都需要采用免清洗焊膏；f 焊接热敏元件时，应选用含铋的低熔点焊膏。g 根据PCB的组装密度（有无窄间距）来选择合金粉末颗粒度，常用焊膏的合金粉末颗粒尺寸分为四种粒度等级，窄间距时一般选择2045m，见表4。 SMD引脚间距也是选择合金粉末颗粒度的重要因素之一。 表3-5 SMD引脚间距和焊料颗粒的关系引脚间距(mm)0.8以上0.650.50.4 颗粒直径(m)75以下60以下50以下40以下h 根据施加焊膏的工艺以及组装密度选择焊膏的黏度，例如模板印刷工艺应选择高黏度焊膏、点胶工艺选择低黏度焊膏，高密度印刷要求高黏度。 表3-6 焊膏粘度施膏方法丝网印刷模板印刷注射滴涂粘度（Pa.s)300800普通密度： 500900高密度、窄间距SMD：70013001503003.5 焊膏的使用与保管a 必须储存在510的条件下；b 要求使用前一天从冰箱取出焊膏（至少提前2小时），待焊膏达到室温后才能打开容器盖，防止水汽凝结；c 使用前用不锈钢搅拌棒将焊膏搅拌均匀，搅拌棒一定要清洁；d 添加完焊膏后，应盖好容器盖；e 免清洗焊膏不能使用回收的焊膏，如果印刷间隔超过1小时，须将焊膏从模板上拭去。将焊膏回收到当天使用的容器中；f 印刷后尽量在4小时内完成再流焊。g 免清洗焊膏修板后不能用酒精檫洗；h 需要清洗的产品，再流焊后应当天完成清洗；i 印刷焊膏和贴片操作时，要求拿PCB的边缘或带手套，以防污染PCB。3.6 施加焊膏的方法和各种方法的适用范围 施加焊膏的方法有三种:滴涂式(即注射式，滴涂式又分为手动和自动滴涂机两种方法)、 丝网印刷和金属模板印刷。各种方法的适用范围如下:a. 手工滴涂法用于极小批量生产, 或新产品的模型样机和性能样机的研制阶段，以及生产中修补,更换元件等。b. 丝网印刷用于元器件焊盘间距较大，组装密度不高的中小批量生产中。c. 金属模板印刷用于大批量生产、组装密度大,以及有多引线窄间距器件的产品（窄间距器件是指引脚中心距不大于0.65mm的表面组装器件;也指长宽不大于1.60.8mm的表面组装元件）。由于金属模板印刷的质量比较好，而且金属模板使用寿命长，因此一般应优先采用金属模板印刷工艺。3.7 全自动与半自动印刷机金属模板印刷焊膏工艺3.7.1 工艺流程 印刷前准备工作 开机初始化 安装模板 安装利刀 连续生产老产品 印刷新产品 PCB定位 图形对准 图形对准 编程(设置印刷参数) 调老产品程序 制作视觉图像 添加焊膏 首件试印刷并检验 Yes No 调整参数或对准图形 用视觉系统连续印刷 不用视觉系统连续印刷 检验 结束 关机3.7.2 印刷前准备工作a 熟悉产品工艺要求b 按产品工艺文件，领取经检验合格的PCB，如发现领取的PCB受潮或受污染，应进行清洗、烘干处理 。c 准备焊膏 按产品工艺文件规定选用焊膏； 使用要求按3.5有关条款执行; 印刷前用不锈钢搅拌棒,将焊膏向一个方向连续搅拌均匀。d 检查模板应完好无损,漏孔完整不堵塞。e 设备状态检查 印刷前设备所有的开关必须处于关闭状态； 接通空气压缩机的电源。开机前要求排放积水。确认气压满足印刷机要求（一般在6kg/cm2）； 检查空气过滤器有无积水，有则放水; 检查模板清洁器容器内的酒精量，少于总容量的1/3应及时补充。3.7.3 开机a打开供气管道阀门，检查空气压力应符合印刷机要求。b 打开印刷机电源开关。c 打开UPS电源开关。d 打开计算机开关。e 等待屏幕提示进入初始化。3.7.4 安装模板和刮刀 a 应先安装模板，后安装刮刀； b 安装模板时应将模板插入模板轨道上，并推到最后位置，一定要卡紧； c 安装刮刀时应选择比PCB印刷宽度长20mm的不锈钢刮刀一付。并调节导流板的高度，使导流板的底面略高于刮刀的底面； d 先装后刮刀，后装前刮刀。 注：印刷焊膏一般应选择不锈钢刮刀；特别是高密度印刷时，不锈钢刮刀有利于提高印刷精度。3.7.5 PCB定位 PCB定位有边夹紧定位和针定位两种方法；目的是使PCB初步调整到与模板图形相对应的位置上。3.7.5.1 PCB边夹紧定位的操作步骤：a 首先松开工作台的锁定装置；b 将工作台上的X、Y、定位器设置为0，工作台被定位在中心位置； c 采用边夹紧定位时需要安装夹持PCB的导轨和定位装置。可通过用卷尺及目测，大致确定PCB在工作台上的位置，使前后导轨平行，然后拧紧导轨固定钮； d 把左右顶块固定在印刷工作台面适当位置上，将PCB定位在支撑导轨的中心；e 将磁性平顶柱或针状顶柱，均匀地排列在PCB底部以下支撑PCB；f 把PCB放在磁性支撑柱上，先将PCB的后边缘紧贴后支撑导轨，再调整前支撑导轨的位置，使PCB前、后导轨之间保留1mm2mm的间隙，应使导轨两端刻度一致（使平行），拧紧导轨两端的固定钮；g 调整左、右顶块上的滑动块的位置，使PCB与左、右顶块之间保留1mm2mm的间隙；h 松开导轨的锁定钮，调节两个支撑轨的高度，用高度尺测量，同时用手抚摸PCB与导轨接触处的顶面，使两个导轨顶面与PCB顶面高度一致，然后拧紧锁定钮； i 用同样的方法调整左右顶块的高度； 注意： 前、后导轨和左、右顶块的顶面绝对不能高于PCB顶面。以防印刷时损坏模板和刮刀。3.7.5.2 PCB针定位的操作步骤： a 根据印制板上定位孔的位置，将针定位调节装置固定在工作台的相应位置上； b 将真空支柱排放在PCB的底部左、右两端。（印刷时真空支柱起支撑并吸住PCB的作用）； c 将磁性平顶柱和针状顶柱均匀地排列在PCB底部，以支撑PCB。 注意： 双面贴装的PCB，当印刷第二面时，注意各种顶针要避开已经贴装好的元器件，不要顶在元器件上，以防损坏元器件。3.7.6 图形对准图形对准是通过对工作台或对模板X、Y、的精细调整，使PCB的焊盘图形与模板漏孔图形完全重合。究竟调整工作台还是调整模板，要根据印刷机的构造而定，目前多数印刷机的模板是固定的，这种方式的印刷精度比较高。图形对准的步骤： a 将PCB放在设置好的工作台上，注意PCB的方向与模板印刷图形一致； b 边夹紧或气动针定位装置将PCB锁定在工作台上，并运行到印刷头和模板下方； c 设置PCB与模板接触高度，并升起工作台，使PCB顶面刚好与模板底面接触； d 此时即可进行图形对准，从模板顶部垂直向下看，并通过工作台X、Y、调节器进行微调PCB的位置，使PCB图形与模板图形完全重合。对准图形时一般先调，使PCB图形与模板图形平行，再调X、Y。 然后再重复进行微细的调节，使PCB的焊盘图形与模板图形完全重合为止；3.7.7 制作Mark的视觉图像Mark 是用来纠正PCB 加工误差的，选择PCB对角线上的一对Mark作为基准。制作Mark图像时，要使图像清晰、边缘光滑、黑白分明。注意：PCB与模板图形精确对中后到制作视觉图像前PCB定位不能松开，否则会改变Mark的坐标位置。 做完两个MARK的图像后松开工作台。3.7.8 设置印刷参数 设置印刷参数要根据根据印刷机的功能和配置进行，一般设置以下参数： a 设置前、后印刷极限该步骤是根据印刷图形的长度和位置来确定印刷行程，前极限是指起始印刷的刮刀位置，前极限一般在模板图形前20mm处；后极限是指结束一块PCB印刷时的刮刀位置，后极限一般在模板图形后20mm处。以防止焊膏漫流到模板的起始和终止印刷位置处的开口中，造成该处焊膏图形粘连等印刷缺陷。b设置印刷速度一般设置为15mm/sec40mm/sec,有窄间距，高密度图形时，速度要慢一些。c 设置刮刀压力,一般设置为2kg5kg/cm2（不同厂家的印刷机略有差异） 。 d 设置模板分离速度, 有窄间距，高密度图形时，速度要慢一些。 e 设置印刷前工作台延时 f 设置刮刀延时 g 设置清洗模板模式，一般设置为一湿一干或二湿一干，如果印刷机配有真空吸装置，还可设置真空吸。 h 设置模板清洗频率，窄间距时最多可设置为每印1块板清洁一次，无窄间距时可设置为20，50等，也可以不清洗，以保证印刷质量为准； i 设置检查频率（设置印刷多少块PCB进行一次质量检查，机器会自动停止印刷）；j 设置印刷遍数, (一般为一遍或两遍)；k 如果设备配有温度和湿度控制装置，还应设置温度和湿度。3.7.9 添加焊膏 a 首次施加焊膏 用小刮勺将焊膏均匀沿刮刀宽度方向施加在模板的漏印图形后面。注意不要将焊膏施加到模板的漏孔上。如果印刷机没有恒温恒湿的密闭装置，建议焊膏量不要加得太多，能使印刷时沿刮刀宽度方向形成10mm左右的圆柱状即可，印刷过程中随时添加焊膏可减少焊膏长时间在空气中吸收水分或溶剂挥发而影响焊接质量。 b 在印刷过程中补充焊膏时，必须在印刷周期结束时进行。 c 施加焊膏完毕后，必须将刮勺，焊膏容器等工具从印刷机上拿走。3.7.10 首件试印刷并检验 a 按照印刷机的操作步骤进行首件试印刷 b印刷完毕按照检查标准检查首件印刷质量， c 不良品的判定和调整方法参照表6。3.7.11 根据印刷结果调整参数或重新对准图形 首件检验不符合要求时，必须重新调整印刷参数，严重时需重新对准图形，然后再试印，符合质量标准后才能正式连续印刷；3.7.12 连续印刷生产a 采用视觉系统连续印刷为了保证印刷精度，一般情况应采用视觉系统印刷。b 不采用视觉系统连续印刷 用于没有窄间距，印刷精度要求不高时，为了提高印刷速度可不采用视觉系统进行印刷。3.7.13 检验由于印刷焊膏是保证SMT组装质量的关键工序，因此必须严格控制印刷焊膏的质量。 a) 有窄间距(引线中心距0.65mm以下)时，必须全检。b) 无窄间距时，可按以下取样规则抽检： 表3-7 印刷焊膏取样规则批次范围取样数量不合格品的允许数量15001305013200501320110000802100013500012533.7.13.1 检验方法 a 目视检验，有窄间距时用25倍放大镜或3.520倍显微镜检验。b 连续生产中不符合要求时必须重新调整印刷参数，严重时需重新对准图形，然