表面贴装技术介绍.ppt

表面贴装技术 SMT SurfaceMountTechnology 的英文缩写 中文意思是表面贴装技术 是新一代电子组装技术 它将传统的电子元器件压缩成为体积只有几十分之一的器件 表面安装不是一个新的概念 它源于较早的工艺 如平装和混合安装 电子线路的装配 最初采用点对点的布线方法 而且根本没有基片 第一个半导体器件的封装采用放射形的引脚 将其插入已用于电阻和电容器封装的单片电路板的通孔中 50年代 平装的表面安装元件应用于高可靠的军方 60年代 混合技术被广泛的应用 70年代 受日本消费类电子产品的影响 无源元件被广泛使用 近十年有源元件被广泛使用 Surfacemount Through hole 与传统工艺相比SMT的特点 自动化程度 类型 THT ThroughHoleTechnology SMT SurfaceMountTechnology 元器件 双列直插或DIP 针阵列PGA有引线电阻 电容 SOIC SOT SSOIC LCCC PLCC QFP PQFP 片式电阻电容 基板 印制电路板 2 54mm网格 0 8mm 0 9mm通孔 印制电路板 1 27mm网格或更细 导电孔仅在层与层互连调用 0 3mm 0 5mm 布线密度高2倍以上 厚膜电路 薄膜电路 0 5mm网格或更细 焊接方法 波峰焊 再流焊 面积 大 小 缩小比约1 3 1 10 组装方法 穿孔插入 表面安装 贴装 自动插件机 自动贴片机 生产效率高 年代 代表产品 器件 元件 组装技术 电子管收音机 电子管 带引线的大型元件 札线 配线 手工焊接 60年代 黑白电视机 晶体管 轴向引线小型化元件 半自动插装浸焊接 70年代 彩色电视机 集成电路 整形引线的小型化元件 自动插装波峰焊接 80年代 录象机电子照相机 大规模集成电路 表面贴装元件SMC 表面组装自动贴装和自动焊接 电子元器件和组装技术的发展 印刷机 贴片机 回流焊 AOI 自动光学检测仪 SMT关键工序的工艺控制 SMT关键工序的工艺控制 1 印刷工艺2 贴装元件工艺3 焊接原理和再流焊工艺 一 印刷焊膏工艺 印刷焊膏是SMT的关键工序 印刷焊膏是保证SMT质量的关键工序 目前一般都采用模板印刷 据资料统计 在PCB设计正确 元器件和印制板质量有保证的前提下 表面组装质量问题中有70 的质量问题出在印刷工艺 了解印刷原理 提高印刷质量 1 印刷焊膏的原理 焊膏和贴片胶都是触变流体 具有粘性 当刮刀以一定速度和角度向前移动时 对焊膏产生一定的压力 推动焊膏在刮板前滚动 产生将焊膏注入网孔或漏孔所需的压力 焊膏的粘性摩擦力使焊膏在刮板与网板交接处产生切变 切变力使焊膏的粘性下降 使焊膏顺利地注入网孔或漏孔 刮板焊膏模板PCBa焊膏在刮板前滚动前进b产生将焊膏注入漏孔的压力c切变力使焊膏注入漏孔XYF刮刀的推动力F可分解为推动焊膏前进分力X和将焊膏注入漏孔的压力Yd焊膏释放 脱模 图1 3焊膏印刷原理示意图 焊膏在刮板前滚动 才能产生将焊膏注入开口的压力刮板焊膏 印刷时焊膏填充模板开口的情况 脱模 焊膏滚动 2 影响焊膏脱模质量的因素 a 模板开口尺寸 开口面积B与开口壁面积A比 0 66时焊膏释放 脱模 顺利 面积比 0 66 焊膏释放体积百分比 80 面积比 0 5 焊膏释放体积百分比 60 b 焊膏黏度 焊膏与PCB焊盘之间的粘合力Fs 焊膏与开口壁之间的摩擦力Ft时焊膏释放顺利 c 开口壁的形状和光滑度 开口壁光滑 喇叭口向下或垂直时焊膏释放顺利 图1 4放大后的焊膏印刷脱模示意图Ft 焊膏与PCB焊盘之间的粘合力与开口面积 焊膏黏度有关Fs 焊膏与开口壁之间的摩檫阻力与开口壁面积 光滑度有关A 焊膏与模板开口壁之间的接触面积 B 焊膏与PCB焊盘之间的接触面积 开口面积 PCB 开口壁面积A 开口面积B a 垂直开口 b 喇叭口向下 c 喇叭口向上易脱模易脱模脱模差图1 5模板开口形状示意图 d 印刷方式 单向印刷 刮刀只能作一个方向印刷 单向印刷时有一块刮刀是印刷用的 另一块刮刀是作为回料用的 双向印刷双向印刷时两块刮板进行交替往返印刷 传统的印刷方式 都是开放式印刷 焊膏暴露在空气中 在刮刀的推动下在模板表面来回滚动 有单向印刷和双向印刷两种印刷方式 新型的印刷方式 随着SMT向高密度 窄间距 无铅焊接的发展 对印刷精度 速度以及印刷质量有了进一步的要求 印刷设备和技术也在不断地改进和发展 出现了各种密封式的印刷技术 最初有英国DEK公司和美国MPM公司推出的刮刀旋转45 以及密封式ProFlow 捷流 导流包印刷技术 最近日本Minami公司和Hitachi公司相继推出了单向旋转和双向密闭型印刷技术 见图2 8 这些新技术适合免清洗 无铅焊接 高密度 高速度印刷的要求 a 传统开放式 b 单向旋转式 c 固定压入式 d 双向密闭型图2 8各种不同形式的印刷技术示意图 4 影响印刷质量的主要因素 a首先是模板质量 模板印刷是接触印刷 因此模板厚度与开口尺寸确定了焊膏的印刷量 焊膏量过多会产生桥接 焊膏量过少会产生焊锡不足或虚焊 模板开口形状以及开口是否光滑也会影响脱模质量 b其次是焊膏质量 焊膏的黏度 印刷性 滚动性 转移性 触变性 常温下的使用寿命等都会影响印刷质量 c印刷工艺参数 刮刀速度 刮刀压力 刮刀与网板的角度以及焊膏的黏度之间都存在一定的制约关系 因此只有正确控制这些参数 才能保证焊膏的印刷质量 d设备精度方面 在印刷高密度窄间距产品时 印刷机的印刷精度和重复印刷精度也会起一定的作用 e环境温度 湿度 以及环境卫生 环境温度过高会降低焊膏黏度 湿度过大时焊膏会吸收空气中的水分 湿度过小时会加速焊膏中溶剂的挥发 环境中灰尘混入焊膏中会使焊点产生针孔 一般要求环境温度23 3 相对湿度45 70 从以上分析中可以看出 影响印刷质量的因素非常多 而且印刷焊膏是一种动态工艺 焊膏的量随时间而变化 如果不能及时添加焊膏的量 会造成焊膏漏印量少 图形不饱满 焊膏的黏度和质量随时间 环境温度 湿度 环境卫生而变化 模板底面的清洁程度及开口内壁的状态不断变化 印刷缺陷举例 少印 粘连 塌边 错位 二 贴装元器件工艺 1 保证贴装质量的三要素2 贴片原理 1 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 a元件正确 要求各装配位号元器件的类型 型号 标称值和极性等特征标记要符合产品的装配图和明细表要求 不能贴错位置 b位置准确 元器件的端头或引脚均和焊盘图形要尽量对齐 居中 还要确保元件焊端接触焊膏图形 两个端头的Chip元件自定位效应的作用比较大 贴装时元件宽度方向有3 4以上搭接在焊盘上 长度方向两个端头只要搭接到相应的焊盘上并接触焊膏图形 再流焊时就能够自定位 但如果其中一个端头没有搭接到焊盘上或没有接触焊膏图形 再流焊时就会产生移位或吊桥 正确不正确 C 贴片压力 吸嘴高度 2 贴片原理 1 MARK点定位2 以原点为 0 0 坐标 其它元器件以CAD为坐标3 贴片机根据相关坐标进行贴片 目前我们使用的贴片机精度为 0 05mm 再流焊工艺控制 内容 1 再流焊定义2 再流焊原理3 再流焊工艺特点4 再流焊的工艺要求5 影响再流焊质量的因素 1 再流焊定义 再流焊Reflowsoldring 通过重新熔化预先分配到印制板焊盘上的膏状软钎焊料 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 印刷注射滴涂 高速机多功能高精机异形专用机手工贴片 红外热风热风加红外气相再流焊 2 再流焊原理 37Pb 63Sn铅锡焊膏再流焊温度曲线 从温度曲线分析再流焊的原理 当PCB进入升温区 干燥区 时 焊膏中的溶剂 气体蒸发掉 焊膏软化 塌落 覆盖了焊盘 将焊盘 元件焊端与氧气隔离 PCB进入保温区时 使PCB和元器件得到充分的预热 以防PCB突然进入焊接高温区而损坏PCB和元器件 在助焊剂活化区 焊膏中的助焊剂润湿焊盘 元件焊端 并清洗氧化层 当PCB进入焊接区时 温度迅速上升使焊膏达到熔化状态 液态焊锡润湿PCB的焊盘 元件焊端 同时发生扩散 溶解 冶金结合 漫流或回流混合形成焊锡接点 PCB进入冷却区 使焊点凝固 此时完成了再流焊 3 再流焊工艺特点 自定位效应 selfalignment 当元器件贴放位置有一定偏离时 由于熔融焊料表面张力作用 当其全部焊端或引脚与相应焊盘同时被润湿时 在表面张力作用下 自动被拉回到近似目标位置的现象 自定位效应 selfalignment 再流焊前 再流焊后 再流焊中 4 再流焊的工艺要求 1 设置合理的温度曲线并定期做温度曲线的实时测试 2 要按照PCB设计时的焊接方向进行焊接 3 焊接过程中严防传送带震动 4 必须对首块印制板的焊接效果进行检查 检查焊接是否充分 焊点表面是否光滑 焊点形状是否呈半月状 锡球和残留物的情况 连焊和虚焊的情况 还要检查PCB表面颜色变化等情况 并根据检查结果调整温度曲线 在整批生产过程中要定时检查焊接质量 高质量 高直通率 高可靠 寿命保证 不提倡检查 返修或淘汰的 贯做法 更不容忍错误发生 任何返修工作都可能给成品质量添加不稳定的因素 再流焊质量要求 返修的潜在问题 返修工作都是具有破坏性的 特别是当前组装密度越来越高 组装难度越来越大 尽量避免返修 或控制其不良后果 返修会缩短产品寿命 过去我们通常认为 补焊和返修 使焊点更加牢固 看起来更加完美 可以提高电子组件的整体质量 但这一传统观念并不正确 5 再流焊温度曲线 温度曲线是保证焊接质量的关键 实时温度曲线和焊膏温度曲线的升温斜率和峰值温度应基本一致 160 前的升温速率控制在1 2 s 如果升温斜率速度太快 一方面使元器件及PCB受热太快 易