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SMT培訓資料文件編號:QCD-02文件版本:A擬定部門:品管部生效日期:2004/6/15批 准審 核制 定 QCD-001-A文件名稱SMT培訓資料編 號QCD-02版 本A日 期2004.06.15頁 號1/11章節1.1PCB基礎知識页版号A小頁號1/3一、PCB板材及UL規范1、印制電路板 又稱為印制線路板，即完成印制線路或印制電路工藝加工的板子的通稱，簡稱PCB，它包括剛性及撓性的單面、雙面和多層板。2、覆銅板即一面或兩面覆有金屬銅箔的層壓板，分剛性和撓性兩類，其基材是不導電的絕緣材料，覆銅板是由粘結樹脂與紙或纖維在加壓條件下形成的層壓制品。（1） 類別紙質料：不太硬及容易吸收水份，其電器性能較纖維料低，受高溫熱膨脹及冷卻后收縮變化較大。纖維料：特性是堅硬而吸水力非常傴，絕緣性能好。每種材料除了分別于紙質及纖維質外，樹脂亦是一種主組成的原材料，按樹脂又分為兩類：A. 酚醛樹脂（phonetic） B. 環氧樹脂纖（epoxy纖維膠）（2） 覆銅板料名稱現時全世界之使用者對于敷銅板料統一名稱為：紙板料按質素分為：XXPXXPCXXXPC（技朮級別從左至右越來越高）X：表示樹脂含量，其數目代表敷銅板含樹脂量多少，X越大含樹脂量越多，其絕緣性能越好，板料質材越好。P（PAPER）：表示紙質C（COLDPUNCHING）：代表低溫冷沖（冷加工）。紙板料（PAPERPHENOLIC酚醛樹脂紙質）因為其材料的結構用紙漿做成，較為柔軟，故可用沖壓成型。FR1FR2FR4CEM-1CEM-3F（FLAM焚燒）：代表防火的意思，即表示防火材料。R（RESISTANT）：阻抗FR：代表在原有紙質材料敷銅板 + 防火劑FR1 紙質（XPC）+ FFR2 紙質（XXPC）+ F纖維料：A. 復合基覆銅板（又俗稱假纖維板）CEM-1：紙質 + 玻璃纖維 + 環氧樹脂 + 銅箔CEM-3：玻璃纖維+ 玻璃嚆 + 環氧樹脂 + 銅箔 + 無機填料CEM-3 比CEM-1板料內所含的纖維層數量更多，所以CEM-3料的防火、絕緣性能、硬度均較CEM-1料更高更硬，而CEM-3料防火性能等均較接近FR4料，但覆銅板的原材料成本沒有FR4料高，加工成本亦六4，有時為了降低成本，CEM-3代替FR4料使用。文件名稱SMT培訓資料編 號QCD-02版 本A日 期2004.06.15頁 號2/11章節1.1PCB基礎知識页版号A小頁號2/3B. 環氧玻璃布基覆銅板FR4：玻璃纖維+環氧樹脂 + 銅箔當今防火級別最高之覆銅板便是FR4料C（COMPOSITE）：合成的E（EPOXY環氧樹脂）：特性是不易燃燒，因此加上了此種成份之材料具阻燃性就增大了。M（MATERIAL）：原料G：（GLASS）：代表玻璃纖維料，它的防火性能非常強。G10：此種纖維全部使用環氧樹脂，故不易燃燒。因假纖維、纖維料比紙質板堅硬及絕緣性能較好，CEM-3較CEM-1尤甚，1.6mm料只能在啤機上沖壓板件外形，孔位要用鑽床鑽孔，不能象紙料沖壓，但1.2mm、1.0mm、0.8mm料可沖壓，但孔之成型較不光滑，如客戶接受則可沖壓，但模具之鋼材與紙質板不同，1.6mm料若孔不多亦可考慮沖壓。3、覆銅板料在UL的級數區別94HB94V-294V-194V-0（防火性能從左至右越來越高），其中94V-2、4V-1現已不再使用。某物料防火性能之好壞，是把該物料點燃之后，以其火焰自動熄滅時間的長短而定，自動熄滅的時間越短，防火性能就越高。94HB料，要求燃燒時，10秒內自動熄滅（一般要求是不會燃燒）。FR1（PP7F）：代表FR-1，94V-0料FR2（PP3F）：代表FR-2，94V-0料CEM-1：代表CEM-1，94-0料CEM-3：代表CEM-3，94-0料 其中PP7、PP7F、PP3F是日本對材料的稱謂（PP指PAPER）。 根據使用者的要求，如產品是用于直接電源之交流電（干電芯）均可使用HB材料，如果產品是用于直接電源之交流電時，一定要采用94V0級材料，所以材料的使用要按規定的要求，不能用錯。二、PCB的特性要求及實驗方法1、鍍層附著特性要求以膠紙法測試鍍層附著力后，鍍層不可脫落。實驗方法：1) 將測試樣品用酒精洗淨并且涼干2) 用至少兩英寸長的膠帶貼在鍍層上，鍍層面積至少為12，再用手指擠壓膠帶使之與鍍層貼緊，并排除膠帶與鍍層間的空氣后放置約10秒鐘3) 用手指加一個與鍍層表面垂直的力，迅速拉起膠帶4) 觀察鍍層有無被膠紙拉脫。文件名稱SMT培訓資料編 號QCD-02版本A日 期2004.06.15頁 號3/11章節1.1PCB基礎知識页版号A小頁號3/3 實驗要求：1） 導線邊緣鍍層下面銅箔若有側蝕情況，導致導線兩側鍍層拉起，則只能說明有“懸浮”現象，而并不表示鍍層附著力不強2） 透明膠帶（通常采用3M600寬1/2“粘附力為2-3.5N/2）。2、標記記號的附著性能 要求標記記號經過膠紙測試，不可有脫落情況出現。 實驗方法：同“1”。 實驗要求： 無。3、防焊絕緣油附著性能 要求防焊絕緣油經過膠紙測試，脫落面積不可超出測試面積2%。 實驗方法：1） 將測試樣品用酒精洗淨并且涼干2） 用鋒利的刀片在綠油面上介100格（橫、豎各11條，每格約12）3） 再用3M膠紙測試法進行測試。4） 檢查綠油有無脫落。實驗要求：同“1”。4、防焊絕緣油墨及標記記號的焊錫耐熱性 要求防焊絕緣油墨及標記記號經過焊錫試驗后，不可有起泡、脫落等現象。 實驗方法：1） 把試驗樣品測試面放入250 10的錫槽的錫表面，3-5秒鐘后取出2） 待板冷卻后，再按照“1”的測試步聚作附著力測試。 實驗要求： 目視板表面防焊絕緣油及標記記號有無出現起泡、脫落現象。5、彎曲及扭曲測試1、充許誤差：用途分類允許誤差備注以SMT方式貼裝零件的PCBH2.0mmH是指彎曲或扭曲與平整的最高距離其它加工方式的PCBH/L1.0%L是指扭曲后的長度2、測試方法：1） 測彎曲：將PCB的凸面朝上置于平台上，用塞規測出PCB與平台最大間距H。2） 測扭曲：將PCB的凸面朝上置于平台上，將其中接近平台的三個角貼于平台上，測出第四個角與平台的距離H。文件名稱SMT培訓資料編 號QCD-02版 本A日 期2004.06.15頁 號4/11章節1.2SMT系統知識页版号A小頁號1/8SMT（Surface Meet Technic）：表面接著技朮，即是使電子元件和PCB焊接起來的技朮。因電子工業希望于最低溫度下完成元件的焊接工作，就可利熔點最低錫鉛合金作為焊接材料。1、錫鉛合金通常63/37或60/40之共晶點錫鉛合金是最佳焊錫材料，因其有以下特性：1） 其熔點在金屬材料中最低，為183（通常作業時焊錫的溫度約高于此溫度55-80）2） 因其不經過半熔融狀態而迅速的固化或液化，因此可以最快速度完成焊錫工作3） 能在較低溫度下開始焊接作用，乃錫鉛合金中焊接性能最佳之一種4） 熔液之潛鑽力量，可扎根般地滲透進金屬表面之極微細隙。2、錫膏（Solder Paste）一般采用特殊的不含氯助焊液與氧化物含量極少的球形錫粉煉制而成。5） 錫膏的成份：l 焊錫粉（Solder Powder）-錫63/鉛37占90.0wt%l 媒液（Vehicle）-指活化松香或高沸點醇類 占10.0 wt %其引火點（Flaxh Point）為140（開放式）。6） 錫膏的儲存條件：l 錫膏的儲存溫度為0-10，回溫（室溫下）4小時，攪拌8分鐘。l 錫膏在空氣中裸露的時間不能超過24小時（貼裝元件也應在錫膏印刷后24小時內進行），以免錫膏表面發干。7） 錫膏的印刷條件：l 印刷工具：金屬網版-Additive（添加劑）制（或孔內壁平滑者）刮刀-金屬刮刀或聚胺甲酸酯刮刀（硬度80）l 刮刀要求刮刀角度-50-70刮刀速度-20-40mm/ s刮刀壓力-1.0-2.0kg/cm2（10-20N）l 預熱要求溫速度1-2.5/ s，時間90-120 s（如果預熱不足，易引起較大錫球預熱過度，會引發微細錫球或較大錫球密集。預熱終了溫度一般為130-170，時間100-160 s）。l 加熱要求最高溫度220-230，在183以上的溶融時間為50-90 s，220以上為15-20 s。l 冷卻要求不能過緩，以免導致晶片、元件移位，以及接合強度減低。3、助焊劑8） 助焊劑的功能：文件名稱SMT培訓資料編 號QCD-02版 本A日 期2004.06.15頁 號5/11章節1.2SMT系統知識頁版號A小頁號2/8l 清除焊接物金屬表面的氧化膜。l 在焊接物表面形成一液態的保護膜，來隔絕高溫時四周的空氣，防止金屬表面的再氧化。l 降低焊錫的表面張力，增加其擴散能力。l 焊接的瞬間，可以讓熔融狀的焊錫取代，順利完成焊接。9） 助焊劑的特性：l 化學活性（Chemical Activity） -助焊劑與氧化層起化學作用就是它的化學活性（即 是去除氧化物的能力）。l 熱穩定性（Thermal Stability） -助焊劑承受高溫的能力就是它的熱穩定性（一般助焊劑會在280左右分解）。l 潤濕能力（Wetting Power） -助焊劑潤濕焊接面的能力（潤濕能力好，能降低焊錫表面張力，增加其擴散性）。l 擴散率（Spreading Activity） -助焊劑在焊接過程中幫助焊錫擴散的能力（擴散是幫助焊點的角度改變，也就是擴散率越好，助焊劑的性能越強）。注：當濕度過高時，亦可能降低助焊劑的活性，如在600F(即315)時，助焊劑几乎沒有活性。如果無法避免高溫時，可將預熱時間延長，使其充分發揮活性后再進入錫爐也可利用此特性，將助焊劑活性鈍化以防止腐蝕現象，但在應用上要特別注意受熱時間與溫度，以確保活性鈍化。 同量的焊錫在助焊劑上流過的區域面積大小當作助焊課劑活性的測量方式。4、焊錫作業原理所謂焊接，即是利用液態的“焊錫”潤濕在PCB基材上，而達到接合的效果，這種現象正如水倒在固體表面上一樣，不同的是“焊錫”會隨著溫度的降低而凝固成接點。當電鍍貫穿孔的印刷線路板經過波峰錫爐時，是毛細管作用的力量將錫貫滿此孔，在印刷板上形成“焊錫帶”，并不完全是錫波的壓力將焊錫推進此孔。它是潤濕作用的自動爬升。焊錫表面與銅板之間的角度，稱為潤濕角度（Wetting angle），它是焊點檢查的基礎。潤濕角度a大角度b小角度如上圖：90M時，為邊際潤濕90180時，為潤濕不良0180時，為部分潤濕 90時，為退潤濕文件名稱SMT培訓資料編 號QCD-02版 本A日 期2004.06.15頁 號6/11章節1.2SMT系統知識頁版號A小頁號3/8180時，為未潤濕0時，為完全潤濕通常M75，M時為良好潤濕，品質要求高時，M值可低于75。當M75時，也是不能接受的程度。5、SMT作業流程及設備 印錫膏(手工印刷、半自動錫膏印刷機、全自動錫膏印刷機) 貼片(手工貼片、自動貼片機) 過回焊爐(高溫回流焊錫爐、熱風回流焊錫爐) 插件(手工插件、自動插件機) 過錫爐(手浸錫爐、波峰焊錫爐)6、影響焊接質量的因素1) 設計不良：包括PCB的線路設計、元件和焊盤的分布、貫穿孔的構造等2) 焊接性問題：焊錫過程的毛細管作用、表面張力、潤濕的熱動力平衡，以及金屬間化合物的形成、熱量、焊點龜裂、焊接處的清潔度和腐蝕等(如果貫穿孔的電鍍有裂縫，就會導致熱流動的停止，零件面的焊盤就沒有潤濕，也就沒有“焊錫帶”的形成。而助焊為時過劑殘余物是腐蝕的最大原因。)。3) 焊接材料：包括PCB板材(含PCB表面的包覆材料，如氧化樹脂、暫時或永久性的防焊油墨及印油墨等)、元件材料、焊接輔助材料(如錫膏、錫材一般指60/40或63/37的錫鉛合金、助焊劑等。 因此，錫點的質量是由PCB質量、受熱的溫度、速度、時間、錫的純度、焊盤質量、焊盤間距(0.5mm以上易焊接)、助焊劑質量所引起。4) 處理過程設備的問題：機器設備的調校、設置、維護與保養，以及機械性能的穩定(設置合理的技朮參數、設備正常的運轉、工藝操作流程的排布)。5) 焊錫的作業過程：作業過程的人工操作、作業方法、作業條件及存儲條件等。6) 品質標准的問題：品質標准的統、并判定以及檢驗方法。 注：在任何情況下，盡量不要想調整機器設來克服一些短暫的焊錫問題，這樣的調整可能會導致更大的問題發生!7、焊錫問題之原因分析與解決對策 1) 潤焊不良： 外界的污染（可用適當的清潔方式如傳統溶劑蒸氣清洗、水性清洗機清洗、磨擦或式具去除）。 埋藏的粒子（最好的處理方法是用化學藥品進行整面的蝕刻，去除非金屬的雜質）。 矽利康油（目前還沒有清除矽油的辦法，只有盡量保持干淨和嚴格控制）。文件名稱SMT培訓資料編 號QCD-02版 本A日 期2004.06.15頁 號7/11章節1.2SMT系統知識頁版號A小頁號4/8 嚴重氧化膜（A.用活性較強的助焊劑去除B.用較強的助焊劑先進行噴錫或滾錫作業，去除嚴重的氧化膜后再以錫包覆，防止氧化C.用化學溶劑進行蝕刻D.防止助焊劑本身的污染E.延長過錫時間及加強預熱效果，有助于氧化膜的支除）。 錫鉛合金(錫鉛合金中含有不純物質，對焊錫質量也有很大影響，選擇較好的錫鉛合金來 加以防止)。2）潤焊不均勻： PCB潤焊不均勻，除了裸銅板焊錫面污染外，主要來自電鍍加工，因為在PCB裸板與鍍錫界面，在焊錫過程中，錫的內聚力負責把錫平整的拉回，若是焊接面受污染而造成不能均勻潤焊時，此進焊接面的表面張力也會不均勻，部分錫的“流動力”會大于錫的“內聚力”而使錫脫落，造成不均勻的表面。 當潤焊不均勻時，重新焊錫并無幫助，只有把焊錫從焊接面剝離，在重新焊接前更要清潔表面的氧化膜，但要注意以下几點： 用化學溶劑剝離時，不可傷害到裸銅或PCB的其它材質才可 用高溫氣刀熔錫(即PCB浸在熔融錫拿出后以強力氣刀把錫吹平，再用活性強的助焊劑來進行焊接。 當問題發生在零件腳時，多次浸錫或過錫則可改善。 3）錫球 大部份錫球的產生都是PCB過錫時，未干的助焊劑揮發或助焊劑含水量過高，當瞬間接觸高溫的熔融錫時，氣體體積大量膨脹，造成錫的爆發，爆發的同時，錫就會被噴出，而形成錫球。 錫球的產生原因有： PCB預熱不夠，導致表面的助焊劑未干 助焊劑的配方中含水量過高 不良的貫穿孔 工廠環境濕度過高 助焊劑噴霧太大 錫溫太高(需要降至243以下) 過爐速度太快4）冷焊 冷焊的定義是焊點表面不平滑，如“破碎的玻璃”的表面一般。冷焊是焊點凝固過程中，零件與PCB相互移動所形成。冷焊造成的原因： 輸送軌道的皮帶振動 抽風設備或風扇太強 補焊人員作業疏忽文件名稱SMT培訓資料編 號OP-QCD-22版 本A日 期2004.06.15頁 號8/11章節1.2SMT系統知識頁版號A小頁號5/8 機械軸承或馬達轉動不平衡 PCB已經流過輸送軌道出口，錫還未干解決辦法：PCB過錫后，保持輸送軌道的平穩，讓錫鉛合金固化的過程中，得到完美的結晶，即能解決冷焊的困擾。當冷焊發生后，可用補焊的方式整修，嚴重時，則可考慮重新過一次錫。5）焊點不完整焊點不完整包括焊孔錫不足（焊點四周360都沒有被錫包覆）和貫穿妃潤焊不良（錫沒有完全潤焊到孔壁頂端，只發生在雙重板和多重板）。焊點不完整的原因： 零件及PCB本身的錫性不良 貫穿孔里面不干淨 防焊油墨流入貫穿孔內或沾到銅箔表面（單層板） 零件孔及零件腳的比率不正確 錫波不穩定或傳送帶振動貫穿孔壁潤焊不良的原因： 零件及PCB本身的焊錫性不良 貫穿孔壁有斷裂或有雜物殘留 貫穿孔受到污染 防焊油墨流入貫穿孔內 助焊劑因過度受熱而沒有活性6）吃錫過剩（包錫）包錫是指焊點的四周被過多的錫包覆而不能斷定其是否為標准焊點。包錫并不能加強焊接物的堅牢度或導電度，只是浪費錫。造成包錫的原因： 過錫的深度不正確 預熱或錫溫不足 助焊劑活性與比重的選擇不當 PCB及零件焊錫性不良 不適合的油脂物夾混在焊錫流程 錫的成份不標准或已嚴重污染排除包錫最有效的方法就是再過一次錫，但必須讓PCB靜置4-6小時，讓PCB的樹脂結構能恢復強度，若太快過兩次錫，則會造成熱破壞。7）冰柱（錫尖）冰柱是在熔融錫接觸被焊物時，因溫度大量流失而急速冷卻，來不及達成潤焊的任務，而拉成尖銳如冰柱之形狀。產生原因有：文件名稱SMT培訓資料編 號OP-QCD-22版 本A日 期2004.06.15頁 號9/11章節1.2SMT系統知識頁版號A小頁號6/8 手焊（因為烙鐵的“熱量”不夠，是烙鐵手焊時，溫度傳導不均，造成錫的急劇冷卻所致。可用熱含量較高，溫度穩定的烙鐵，或改用接觸面較大的烙鐵頭。烙鐵尖端保持干淨，適當的焊條，正確的手焊技朮，也有助于解決“冰柱”的問題）。 錫波焊及浸錫焊接：產生的原因有：A.溫度傳導：a.機器設備或使用工具溫度輸出不均衡b.太重的金屬件吸熱c.PCB表面太大的焊接面設計，或密集的焊物，過錫時會局部吸熱造成熱傳不均B.焊錫性：a.PCB或零件本身的焊錫性不良b.助焊劑的活性不夠，不足以潤焊C.設計a.零件腳與零件孔的比率不正確 b.沒插零件的貫穿孔太大c.PCB表面焊接區域太大時，造成表面熔錫凝固慢，流動性大。 D.機器設備a.PCB過錫太深 b.錫波流動不穩定 c.手動或自動錫爐的錫面有錫渣或懸浮物8）架橋架橋發生時會發生PCB短路，其原因可能來自吃錫過剩。當短路因PCB表面焊點與焊點的相連，才定義為架橋。產生原因有： PCB的設計A.PCB焊接面沒有考慮錫流的排放，易造成錫堆積而形成架橋。B.PCB過錫后，焊點或其它焊接線路未干的熔錫流動，沾到鄰近的焊點或線路而形成。C.PCB線路設計太接近D.零件彎腳不規律或零件腳彼此太接近 焊錫材料 A.PCB或零件腳有錫或銅等金屬之雜物殘留B.助焊劑活性不夠 C.PCB或零件腳焊錫性不良 D.錫鉛合金受到污染 機器設備 A.預熱不夠B.錫波表面冒出浮渣C.PCB沾錫太深文件名稱SMT培訓資料編 號QCD-02版 本A日 期2004.06.15頁 號10/11章節1.2SMT系統知識頁版號A小頁號7/8解決辦法是用手分離。9）錫和零件的短路 短路發生在防焊油墨包覆下的線路：此原因主要是PCB底層線路作鍍錫或噴錫加工時