SMT技术讲座.doc

培訓報告培訓主題: 實用表面安裝制造技術 貼裝工藝與元器件之可靠性培訓單位: 廣州賽寶技術培訓中心(香港生產力促進局)培訓導師: 吳子強 先生 (高級顧問)培訓時間: 2000年6月26日 9:3016:30培訓人員: 梁水金 羅躍 陳志華 謝任民 楊成培訓內容:一. 表面安裝技術的發展:1. 表面貼裝元件是繼電子管晶體管集成電路發明后的 “第四次電子革命”,和表面貼裝元件配套的表面貼裝方法是現時組裝印刷電路板的主流技術.2. 定義:a. 在電路板的一面或兩面使用100%的表面貼裝元件b. 頂面混合使用表面貼裝元件和穿孔裝置元件,底面使用表面貼裝元件穿孔裝置元件或不使用元件c. 頂面使用穿孔裝置元件,底面使用表面貼裝元件(波焊)二. 表面安裝技術的分類:1. 只使用表面貼裝元件.流程: 展開工序上焊劑放置表面貼裝元件反射流焊接清洗測試付運優點: 體積小輕巧 電力性能較佳 一次焊固(反射流焊接) 高度自動化的組裝工序 成本可能較低 產量可能較高缺點: 無件難找 須購置新的組裝設備 須熟習新工序 大的陶瓷芯片載體須使用膨脹溫度系數(TCE)相配合的基懲片2. 在頂面使用插裝元件.流程: 展開工序在頂面上焊劑在頂面放置表面貼裝元件反射流焊接倒轉電路板在底面塗黏合劑在底面放置表面貼裝元件凝固再次倒轉電路板插入穿孔裝置元件箝緊,波焊清洗測試付運優點: 元件易找 裝置密度較高 可使用高腳數的元件缺點: 焊接工序分兩個步驟 需要額外的組裝設備 須熟習新工序3. 頂面使用插裝元件,底面使用表面貼裝元件流程: 展開工序塗黏合劑放置表面貼裝元件凝固倒轉電路板插入穿孔裝置元件,箝緊焊固整個組件清洗測試付運優點: 能較好地利用既有的空間 一次射流焊接 元件易找缺點: 需要用黏合的裝置方法 只能貼裝細小的表面貼裝元件 不會自動定位 難以返工三. 表面貼裝技術需要考慮的焊劑問題:1. 焊劑的特性好處: 輪廓不受印刷電路板影響 能補償不良的共面性 具有膠黏性,無需使用黏合劑 進行迥流焊接時自動定位壞處: 對加熱方式敏感 焊劑對金屬比率高 焊劑夾在平行面之間 容易形成焊球2. 焊劑的成份a. 金屬粉末b. 焊劑載體- 樹脂 (固體焊劑)- 活化劑- 溶劑- 穩定劑- 潤濕劑c. 有機黏滯度調節劑3. 選擇焊接合金時須考慮的因素a. 焊接合金b. 焊劑的載體的相容性和黏合特性c. 可潤濕性因素d. 溫度限制e. 關於系列工序的考慮因素4. 助焊劑的作用- 減少粉未污垢,使金屬能結合(除去粉未焊料表面的氧化物和污染物)- 清潔底層金屬表面,使接縫濕潤- 其他正常作用a. 減低粘聚力b. 在熱循環中發揮保護作用5. 焊劑的控制a. 延長貯存壽命的方法:- 存放在冷藏庫內- 封口- 丟棄廢料b. 試驗和使用對應:- 慢慢在室溫解凍- 不要將空氣混入焊劑內- 等候焊劑回复黏滯性- 只試驗剛開瓶的焊劑- 切莫將用過的焊劑和新開的焊劑混合四. 焊劑的流變特性: 黏滯度塌落度膠黏度工作壽命(可用流變調節劑控制上述的特性)1. 黏滯度a. 黏滯性是指某種材料對牛頓流的阻力b. 焊劑被視為假塑性物質,在綱板印刷過程中會展示出非牛頓流的特性,例如在恆定和可變量的剪刀下視時間而定的影響,焊劑通常會逐漸變稀,體現為黏滯度下降 焊劑黏滯度試驗:(按IPC-SP-819規定)a. 最低試驗量: 5cm (直徑)b. 焊劑溫度: 250.25攝氏度(試驗前和試驗間都應維持這個溫度)c. 試驗設備: 使用雙向螺旋軌支架的Brookfield RVT黏度計d. 測量軸: 工作速度為5rpm的TF軸e. 試驗時間: 10分鐘 (5個螺旋軌循環) 結果取自峰值和谷值的平均數(最后兩個循環和最初兩個循環測得的數值應10% ,否則試驗結果無效) 2. 焊劑的塌落度a. 塌落是種复雜的現象,其特徵是焊劑在室溫或室溫以上溫度時向外擴散b. 焊劑塌落會產生跨接和掩埋情況,引致短路焊劑連接不足或過多塌落度試驗:a. 印制用于試驗的電路圖形b. 用放大倍數達25倍至40倍的顯微鏡檢查圖形的質量c. 烘焙溫度- 第一步: 攝氏80度,維持30分鐘- 第二步: 攝氏170度,維持30秒d. 完成每個烘焙步聚后再檢查圖形,查看有無跨接情況3. 膠黏度膠黏度是指焊劑在放置表面貼裝元件后和進行反射流焊接前固定元件的能力膠黏度試驗:a. 將表面貼裝元件放置在印刷電路板上b. 將印刷電路板垂直擺放,維持1小時10小時24小時c. 檢查元件有否掉落4. 工作壽命焊劑的工作壽命大致是指焊劑印刷前在綱板/模版上或印刷后在基片上可維持不變質的時間5. 焊球a. 焊球是細小的球形焊劑粒子,直徑通常在2至5密耳之間,附于電路板的非金屬表面b. 焊球可能會在基片壽命內任何時間導致金屬體短路,嚴重影響可靠性,流動焊球的危害尤大c. 焊球形成的原因有兩個:- 由焊劑中極幼細的粉末粒子形成- 由焊劑粉末粒子表面的厚氧化物層形成 焊球試驗:a. 在一塊非金屬(例如陶瓷)基片上印出6至10密耳厚的焊劑圖形b. 進行反射流焊接(電爐溫度比焊劑的熔點高50攝氏度)c. 檢驗焊著的焊劑,通常使用下列標準:d. 合格標準:主球的10%和直徑5密耳五. 綱印技術:1. 綱印術語階躍距 印綱與基板表面間的距離塗刮器下降距 塗刮器邊緣與基皮表面之間的距離塗刮器壓力 推下塗刮器時的力度塗刮器硬度計 此為塗刮器的硬度塗刮器速度 此為塗刮器在印刮周期時的往復連度基座 基座之作用是在印刮期間把持住基板,使基板平穩,方法包括以機械或用真空吸力2. Fine Pitch絲綱印刮l 用滑移性低,顆粒細,高粘度800-1300 kcp的錫漿l 在焊點與焊點之間放置屏蔽l 采用自動印花技術減少人為因素錯誤和消除印花變數l 在印花週程之間清除鋼片底部殘餘錫漿l 減少鋼片厚度或使用分層鋼片l 使用硬度高的塗刮器l 校低刮壓速度l 進行圖像校準時使用基準符號l 減少焊點闊度或使用拉鏈壯狀圖樣3. 綱板印刷注意事項a. 每輸工作后都要徹底清洗刮板和模版,以防焊劑硬化b. 應將焊劑均勻地塗在模版面上c. 應按照印刷面積使用尺寸正確的綱板,以便焊劑均勻附著d. 刮板應和模版面對齊e. 刮板擦過圖形印刷面積后應再超出1至2吋才停止4. 觀察結果- 印在電路板上的焊劑厚度不均勻- 刮板邊緣圓鈍皺曲- 模版和未印電路板之間的間隙不一貫- 焊劑的容器沒有蓋好- 預印太多電路板,導致有太多電路板等著進行檢取放置工序5. 建議- 輕輕敲打模版,檢查模版和未印電路板之間的間隙- 調整綱板印刷器,直至模版和未印電路板之間的間隙一貫- 只能使用邊緣鋒銳和平直的刮板- 使用焊劑后立即蓋好容器- 印刷數量要和檢取放置工序的進度配合6. 絲綱印刮問題解決指引 A. 問題:a. 錫漿過粘b. 印花質量低c. 錫漿過厚d. 錫漿太薄e. 印花不均勻 B. 機器設備校:a.1. 調高塗刮器硬度a.2. 增加階躍距離b.1. 調高塗刮器硬度b.2. 增/減塗刮器壓力b.3. 增/減刮頭速度c.1. 減低刮頭速度c.2. 調高塗刮器硬度c.3. 增加塗刮器壓力或減少階躍距離d.1. 減低塗刮器硬度d.2. 減低塗刮器壓力d.3. 增加刮刀速度e.1. 檢查刮柄的調校是否正確e.2. 減低塗刮器壓力e.3. 檢查塗刮器邊緣(如采用某種機器設備調校標準,就不能采用其他的調校標準)六. 放置元件:1. 放置方法a. 人手組裝b. 自動化組裝2. 人手組裝注意事項a. 避免將不同的配件混在一起b. 切勿讓元件受到過度的拉力和壓力c. 轉動配件時應夾著主體,不應夾著導線或終端d. 放置元件時使用清潔的鑷子e. 丟掉或標識棄用/回收的配件f. 用清潔的配件g. 小心處理可編程裝置,避免導線損壞3. 高準確度機器a. 可進行微距放置b. 放置準確度和再現性比射芯片機優勝c. 試驗設備 “閱讀” 不太精確的準標的能力4. 射芯片機a. 可放置大部分的元件b. 先進高速設備的發展已到達停滯時期c. 設備可靠產量高d. 要注意的事項: 進料器的可靠性定心技術維修的難易e. 底座是轉台f. 應有視覺定心功能g. 昂貴,但可找到基礎水平的機器5. 檢取放置觀察結果a. 隨機抽查結果顯示大部分集成電路元件偏移向同一方向b. 沒有對所有型號的部件進行放置準確度檢查c. 用拖曳的方法將印好的電路板由一個工位運送到另一個工位d. 人手組裝方法不可能準確放置微距集成電路6. 建議a. 用雙面載帶和假元件對所有新樣式的電路進行檢放準確度檢查,以確定程式的正確程度b. 應使用抗靜電盤在工位間運送印刷電路板c. 應在工作台上裝置抗靜電墊七. 焊接技術:1. 什麼是紅外線加熱?a. 紅外線是放射性能量b. 熱源不必和物體接觸而可產生放射加熱作用,物體會吸收熱源放出的電磁輻射能c. 波長在0.75至1000微米之間,波長較長(接近光波)的紅外線屬于明亮的可看光2. 對反身流焊接曲線圖的要求a. 定出對加熱方式和加熱速度的要求b. 用嵌在組件內的熱電偶裝置記錄加熱狀況c. 溫度緩慢上升- 使溶劑慢慢蒸發