第八章表面安装技术2_08.2.ppt

第八章表面安装技术 二 8 4表面安装工艺学时数 2课时 8 4表面安装工艺 P130 制造SMA的关键工艺为 涂膏 点胶 固化 贴片 焊接 清洗 检测 8 4 3涂膏 P136 作用 提供焊接所需的助焊剂和焊料 在再流焊前将SMC初步粘合在规定位置 1 SMT焊膏组分 P136 它是由作为焊料的金属合金粉末与糊状助焊剂均匀混合而形成的膏状焊料 合金粉末成分 P136 常用焊料合金有 锡 铅 63 Sn 37 Pb 锡 铅 60 Sn 40 Pb 锡 铅 银 62 Sn 36 Pb 2 Ag 助焊剂的活性 P137 采用活性为RMA级的弱活性松香助焊剂 3 常用涂膏方法 P137 1 印刷法 就是将焊膏以印刷的方法通过丝网板或模板的开口孔涂敷在焊盘上 丝网印刷法丝网板的结构 它是将丝网 单根聚脂丝或不锈钢丝 紧绷在铝制框架上 获得一个平坦而有柔性的丝网表面 丝网上粘有光敏乳胶 用光刻法制作出开口图形 开口部分与印制板上的焊盘相对应 丝网印刷的原理 P137 利用了流体动力学的原理 静态时 丝网与SMB之间保持 阶跃距离 刮刀刷动时 向下的压力使丝网与SMB接触 当刮刀向前移动 在它后方的丝网即回弹脱离SMB表面 结果在SMB焊盘上就产生一低压区 由于残留在丝网孔中焊膏上的大气压与这一低压区存在压差 所以就将焊膏从网孔中推向SMB表面 形成焊膏图形 利用了焊膏的流变特性 静态时 焊膏的粘性较高 在刮刀刷动时 焊膏在作用力下粘度下降 则顺利的从丝网孔中流出 一旦沉淀在焊盘上后 又恢复至高粘度状态 模板印刷法 P138 模板的结构 它是在金属模板上通过激光切割 电镀或蚀刻的方法制作出开口图形 模板类型 全金属模板 不锈钢板或黄铜板 变形量小的材料 柔性金属模板 将金属模板粘接在丝网上 实际上是丝网板与金属模板的结合 激光刻模板 模板与丝网印的比较 结构方面 模板的图形开口处没有丝网网格 对于被印刷的焊膏提供了完全的开口面积 丝网的图形开口处只提供大约1 2的开口面积 印刷工艺方面 丝网印刷时丝网与SMB必须保持阶跃距离 称为非接触印刷 模板印刷时模板与SMB之间可以没有距离 可以采用接触 金属板 和非接触 柔性板 两种印刷方式 优缺点分析 从使用角度看 模板印精度优于丝网印 它印刷时可直接看清焊盘 因此定位方便 模板印刷可使用的粘度范围大 开口不会堵塞 容易清洗 从制造角度看 丝网制作成本低 制造周期短 适于快速周转 从印刷设备看 模板印刷可采用各种类型 手动 全自动 丝网印刷因定位困难 透过丝网很难看清SMB的焊盘 只能采用全自动印刷机 在全自动印刷机上设有视觉处理系统 用以保证漏印的准确性 它们的共同特点是 高效快速 可一次性完成对SMB的涂膏 但通用性差 丝网 模板均是专用的 换产品必须重新制作 印刷时焊膏是暴露在空气中 容易被污染 手动丝网印机 Screenprinter 全自动丝网机 2 注射法 P139 将焊膏置于注射器内部并借助于气动 液压或电驱动方式加压 使焊膏经针孔排出点在SMB焊盘表面 形状由注射针尺寸 点胶时间和压力大小来控制 注射法与印刷法的比较 速度 注射法的速度不及丝网 模板印刷快 注射法是逐点进行 印刷法是一次完成 适应性 注射法非常灵活 可应用在丝网 模板不能采用的场合 基板表面已装入其它元器件时 而且通用性强 转产时不需调换注射器 适用于小批量 多品种的生产模式 印刷法适用于大批量 单一品种的生产 4 涂膏质量标准 P139 总的来说 涂膏质量标准是 适量 准确 四个字 具体要求如下 1 形貌 良好涂膏的形貌如图所示 均匀覆盖在焊盘上 无凸峰 边缘不清 拉丝 搭接等不良现象 2 印刷面积 焊膏图形与焊盘对准 两者尺寸和形状相符 焊膏图形在焊盘的覆盖面积必须大于焊盘面积的75 小于焊盘面积的两倍 3 印刷厚度 印刷厚度决定了焊点处的焊料体积 一般漏印焊膏的厚度要求在100 300 m 间距越细要求印刷厚度越薄 5 不良涂膏现象 P140 P142 表8 3常见的不良涂膏现象及产生的主要原因 1 漏印或空洞 2 失准 3 塌陷 4 轮廓模糊 5 尖峰 6 过量 8 4 1点胶 P130 是指在SMC SMD主体的下方 非焊接部位 点上胶粘剂的方法及过程 作用 是在焊接前固定它们的位置 SMT在实际生产时 有两种情况需要点胶 采用波峰焊焊接前 需先将片状元件用胶粘剂粘贴在SMB的规定位置 然后才能进入波峰焊焊接 采用再流焊焊接双面板前 为防止先焊好的A面上的大型器件B面再流焊时脱落 需要在先焊的A面大型器件下点胶 将其粘接在SMB上 2 常用胶粘剂种类SMT使用的胶粘剂 又称贴片胶 它是一种红色的膏状体 其主要成分为 胶粘剂 固化剂 颜料 溶剂 常用的表面安装胶粘剂主要有两类 即 环氧树脂和聚炳烯类 环氧树脂类 P131 它属于热固型 高粘度的胶粘剂 耐腐蚀的能力最强 但易脆裂 它有单组分和双组分两种 可以做成液体 膏剂 薄膜和粉剂等形式供使用 它是用途最为广泛的胶粘剂 聚炳烯类它在紫外线照射及适当加热下几秒钟内能固化 其粘度特性非常适合于高速点胶机 但粘结强度略低 是比较新型的胶粘剂 3 常用点胶方法 P131 印刷法与焊膏的印刷方法相仿 针孔转印法 在硬件系统控制下 针板网格在胶粘剂托盘中吸收胶粘剂后转移到SMB上 它的优点是简便高效 适用于单一品种的大批量生产 注射法 P132 与焊膏的印刷方法相仿 Dispenser 4 点胶质量标准 P132 1 胶点轮廓 不应出现塌落 拉丝 沾污焊盘等不良现象 2 点胶量 C 2 A B P132 5 不良点胶现象 P133 表8 2 1 拉丝 又称拖尾 2 过量 3 塌落 4 失准 5 空点 8 4 2固化 P133 固化方法是根据所使用的胶粘剂的类型而确定 1 常用固化方法 P136 1 热固化适用于环氧胶粘剂的固化 热固化可以在红外炉内通过红外辐射加热完成 2 紫外光加热固化适用于聚丙烯的胶粘剂固化 先用紫外光照射几秒钟 然后再加热固化 它较单一的热固化更快 2 固化的质量标准 P136 1 胶粘剂应达到一定的固化程度 既能承受波峰焊时的应力 不致造成元器件脱落 又满足元器件在焊接时的自我调整要求 2 固化后的胶粘剂内部应无孔洞 3 不良固化现象 P136 1 由于固化时间和温度不足 使胶粘剂固化程度不够 导致波峰焊时元器件脱落 2 固化时温度上升速率太快 使固化后的胶粘剂内部出现孔洞 这是危害性很大的缺陷 因为若胶粘剂内存在孔洞 会使焊剂残留在孔中而无法清洗干净 造成对电路及元器件的腐蚀 8 4 4贴片 P143 是指在涂膏或点胶完成后 将SMC SMD贴放到SMB的规定位置的方法及过程 贴片可以采用手工 半自动 全自动的方式 贴片设备通常叫做贴片机 由于片状元器件的微小化 安装的高密度的特点 贴片作业基本上均需采用贴片机 手工贴放只是在数量很少的情况下才使用 1 手工贴放 P143 虽然 手工贴放片状元器件既不可靠 也不经济 但在试生产时往往还需采用这种方式 元件的贴放主要是拾取和贴放下去两个动作 手工贴放时 最简单的工具是小镊子 但最好是采用手工贴放机的真空吸管拾取元件进行贴放 手工贴放元件时主要应掌握下列原则 必须避免元件相混 应避免元件上有不适当的张力和压力 不应使用可能损坏元件的镊子或其他工具 应夹住元件的外壳 而不应夹住它们的引脚和端接头 工具头部不应沾带胶粘剂和焊膏 没有贴放准确的元件应予抛弃 或清洗后使用 2 自动贴片 P144 在规模生产中 由于贴片的准确度要求 几乎迫使人们必须采用自动化的设备 它是SMT的关键设备 在中等产量的表面安装生产线中 贴片设备的费用约占总投资的50 左右 自动贴片机主要由下列五个部分组成 FullvisionMounterpickandplacemachine 贴片机的组成 1 贴装头 P144 贴装头也叫做吸 放头 它的工作由移动 定位 拾取 释放两种模式组成 第一 贴装头通过程序控制完成三维的往复运动 实现从供料系统取料后移动到SMB的指定位置上 第二 贴装头的端部有一个用真空泵控制的吸盘 当换向阀打开时 吸盘上的负压把元器件从供料系统中吸上来 当换向阀门关闭时吸盘把元器件释放到SMB上 2 供料系统 P145 供料系统由元器件包装容器及机械供料器组成 供料系统的工作方式根据元器件的包装形式和贴片机的类型而确定 元器件的包装形式有散装 编带 棒式 托盘四种 元器件为散装时 随着贴装进程 装载着各种不同元器件的散装料的料仓水平旋转 把即将贴装的那种元器件转到料仓门下方 便于贴装头拾取 元器件为编带包装时 盘装编带随编带架垂直旋转供料 而棒式包装时 管状定位料斗在水平面上二维移动 为贴装头提供待取元件 3 SMB定位系统 P145 是一个固定的二维平面移动的工作台 在计算机控制系统的操纵下 随工作台移动到工作区域内 并被精确定位 使贴装头能把元器件准确地释放到需要的位置上 4 计算机控制系统 P145 贴片机能够准确有序地工作 其核心机构是微型计算机 它是通过计算机程序 控制贴片机的自动工作步骤 5 视觉检测系统 P145 它也是以计算机为主体的图像观察 识别和分析系统 视觉检测系统的主要功能通常有 SMB的精确定位 元器件定心和对准 元器件有 无 机械性能及电器性能的检测等 随着SMT技术的发展 全自动贴片机的功能 效率 精度及灵活性越来越强 全视觉 多功能 模块式 高速度的贴片机不断推出 能适应从片状元件直至BGA CSP及0 3mm细间隙QPF等精密器件的贴放 精度达到0 03mm 贴片速度达到0 04s 片甚至更高 所以 SMA的装联效率之高是通孔插装组件所无法比拟的 8 4 5清洗工艺 P145 为什么要清洗 由于贴装密度高 电路引线细 当助焊剂残留物或其他杂质存留在印制板表面或空隙中 会导致产品在使用过程中 在各种应力的加速作用下 使电路及元器件引脚因腐蚀而断路 所以必须及时清洗 才能保证产品的可靠性 2 SMA上残留的污染物 P146 特殊污染物是指尘埃 纤维屑 焊锡珠等特殊杂质 这些残留物可采用机械方法 诸如 喷雾器 喷嘴压力和超声等方法清除掉大部分 极性污染物主要来自于焊剂中的活性剂 有卤化物 酸和盐等 会引起电路腐蚀 非极性污染物有松香残留物 设备中使用的油 操作工的手指印等 它们虽然呈绝缘状态 但会妨碍检测时探针的接触 影响外观及保护层的涂覆 当它们吸附灰尘时也会造成电路绝缘性能的下降 3 清洗类型 P146 通常清洗类型是按所采用的清洗剂的不同而区分 主要有溶剂清洗 半水清洗 水清洗三种类型 1 溶剂清洗自70年代以来 出现了以CFC 113 三氟三氯乙烷 和甲基氯仿 1 1 1 三氯乙烷 为主体的两大类清洗剂 它们在SMT工艺中获得了广泛应用 但CFC 113和甲基氯仿对大气臭氧层有破坏作用 危害地球的生态平衡 根据1990年修订的蒙特利尔协定书 这两类物质都属于2000 2005年先后停止生产和使用的范畴 对于发展中国家限定时间尚可延缓10年 为此 各国均在积极采取措施 2 半水清洗 P146 先用低挥发卤化碳氢化合物溶剂 萜烯溶剂 分解松香基助焊剂残留物 然后再用水漂洗 萜烯是从柑桔 柠檬 木材加工的副产品中获得的天然溶剂 因为不能高度挥发 必须实施水漂洗过程 因此也叫 半水清洗 它的缺点是易燃 成本高 对某些塑料有溶解作用 有气味 有污水处理问题 3 水清洗 P147 松香型助焊剂焊接的SMA 由于残留物不溶于水 一般是在水中加5 10 的皂化剂 碱性材料 它能和松香反应 产生可溶于水的脂肪酸盐 然后用去离子水喷淋冲洗 加乙醇脱水 烘干 它的缺点是有污水处理问题