表面贴装技术基础知识

2020 4 8 黄小华2009年12月 表面贴装技术基础知识 SMTSURFACEMOUNTTECHNOLOGY 版本 V1 0 2020 4 8 黄小华2009年12月 SMT PCB上无需通孔 直接将表面贴装元器件贴 焊到印制电路板表面规定位置上的电路装联技术 为IT InformationTechnology 产业的飞速发展作出了巨大贡献 表面贴装技术 2020 4 8 黄小华2009年12月 SMT的组成 装联设备装联工艺表面贴装元器件 2020 4 8 黄小华2009年12月 流程简介 简易流程图示 印刷锡膏 装贴元件 炉前QC 回流焊 外观QC 转下道工序 OK OK OK OK OK NG NG PCB板 NG 维修 2020 4 8 黄小华2009年12月 第一篇元器件 SMC SURFACEMOUNTCOMPONENT主要有矩形片式元件 圆柱形片式元件 复合片式元件 异形片式元件 SMD SURFACEMOUNTDEVICE主要有片式晶体管 目前主要有以下几种 电阻 R 排阻 RA或RN 电感 L 陶瓷电容 C 排容 CP 钽质电容 C 二极管 D 晶体管 Q 和集成电路 集成电路又包括SOP SOJ PLCC LCCC QFP BGA CSP FC MCM等 2020 4 8 黄小华2009年12月 连接件 Interconnect 提供机械与电气连接 断开 由连接插头和插座组成 将电缆 支架 机箱或其它PCB与PCB连接起来 可是与板的实际连接必须是通过表面贴装型接触 有源电子元件 Active 在模拟或数字电路中 可以自己控制电压和电流 以产生增益或开关作用 即对施加信号有反应 可以改变自己的基本特性 无源电子元件 Inactive 当施以电信号时不改变本身特性 即提供简单的 可重复的反应 异型电子元件 Odd form 其几何形状因素是奇特的 但不必是独特的 因此必须用手工贴装 其外壳 与其基本功能成对比 形状是不标准的 例如 许多变压器 混合电路结构 风扇 机械开关块 等 2020 4 8 黄小华2009年12月 2020 4 8 黄小华2009年12月 一 元器件的识别 电容 CAPACITOR 电阻 RESISTOR 电感 INDUCTOR 其它器件 2020 4 8 黄小华2009年12月 1 电容 CAPACITOR 1 种类 瓷介电容 铝电解电容 钽电容 2 规格1in 25 4mm 2020 4 8 黄小华2009年12月 3 容量单位 1UF 103NF 106PF标识 ABC AB 10C103 10 103PF4 误差 J 5 K 10 M 20 5 网络电容CN CapacitorNetworks 例1 TDKC2012PH1H300J 尺寸温度特性耐压标称容量容量偏差注 耐压1C 16V1E 25V1H 50V容量偏差C 0 25PFD 0 5PFF 1 0PFJ 5 K 10 M 20 2020 4 8 黄小华2009年12月 6 特性 温度 2020 4 8 黄小华2009年12月 2 电阻 RESISTOR 1 种类 瓷片电阻 碳膜电阻 陶瓷电阻 电位器 2 规格 见电容规格3 阻值单位 1M 103K 106 4 误差 F 1 G 2 J 5 K 10 O跨接电阻5 跳线电阻JUMP6 网络电阻RN ResistorNetworks 2020 4 8 黄小华2009年12月 7 标识 数字普通电阻ABC AB 10C 精密电阻ABCD ABC 10D 色环 例2 RR1206561J 种类尺寸 功耗标称阻值允许偏差 2020 4 8 黄小华2009年12月 3 电感 INDUCTOR 绕线形片式电感器1H 103mH 106uH多层形片式电感器片式磁珠 ChipBead CBG1608U050T B 产品代码规格尺寸材料代码阻抗 100MHZ 包装方式 2020 4 8 黄小华2009年12月 4 其它器件 二 IC类零件IC为IntegratedCircuit 集成电路块 之英文缩写 业界一般以IC的封装形式来划分其类型 SOP 零件两面有脚 脚向外张开 鸥翼型引脚 SOJ 零件两面有脚 脚向零件底部弯曲 J型引脚 QFP 零件四边有脚 零件脚向外张开 PLCC 零件四边有脚 零件脚向零件底部弯曲 BGA 零件表面无脚 其脚成球状矩阵排列于零件底部 CSP 零件尺寸包装 2020 4 8 黄小华2009年12月 4 其它器件 2020 4 8 黄小华2009年12月 第二篇印刷技术 锡膏Solderpaste丝印模板Stencils丝印刮刀Squeegees 2020 4 8 黄小华2009年12月 网版印刷术语 1开孔面积百分率openmeshareapercentage丝网所有网孔的面积与相应的丝网总面积之比 用百分数表示 2模版开孔面积openstencilarea丝网印刷模版上所有图像区域面积的总和 3网框外尺寸outerframedimension在网框水平位置上 测得包括网框上所有部件在内的长与宽的乘积 4印刷头printinghead印刷机上通过靠着印版动作 为焊膏或胶水转移提供必要压力的部件 5焊膏或胶水印刷过程中敷附于PCB板上的物质 6印刷面printingside lowerside 丝网印版的底面 即焊膏或胶水与PCB板相接触的一面 2020 4 8 黄小华2009年12月 网版印刷术语 7丝网screenmesh一种带有排列规则 大小相同的开孔的丝网印刷模版的载体 8丝网印刷screenprinting使用印刷区域呈筛网状开孔印版的漏印方式 9印刷网框screenprintingframe固定并支撑丝网印刷模版载体的框架装置 10离网snap off印刷过程中 丝网印版与附着于PCB板上的焊膏或胶水的脱离 11刮刀squeegee在丝网印刷中 迫使丝网印版紧靠PCB板 并使焊膏或胶水透过丝网印版的开孔转移到PCB板上 同时刮除印版上多余焊膏或胶水的装置 2020 4 8 黄小华2009年12月 网版印刷术语 12刮刀角度squeegeeangle刮刀的切线方向与PCB板水平面或与压印辊接触点的切线之间的夹角 在刮刀定位后非受力或非运动的状态下测得 13刮刀squeegeeblade刮刀的刀状部分 直接作用于印版上的印刷焊膏或胶水 使焊膏或胶水附着在PCB板上 14刮区squeegeeingarea刮刀在印版上刮墨运行的区域 15刮刀相对压力squeegeepressure relative刮刀在某一段行程内作用于印版上的线性压力除以这段行程的长度 16丝网厚度thicknessofmesh丝网模版载体上下两面之间的距离 2020 4 8 黄小华2009年12月 一 锡膏Solderpaste 1 作用 焊接前有一定的粘性 使元器件在贴片过程中黏结在PCB焊盘上 焊接后完成PCB焊盘与元器件电极之间的物理 电器连接 2 成分 2020 4 8 黄小华2009年12月 3 分级 1m 1x10 3mm 1thou 1x10 3inches 25mm 1thou 4 粘度 500kcps 1200kcps 2020 4 8 黄小华2009年12月 5 焊膏的使用与保管1 锡膏储藏环境的控制a 锡膏应在冰箱内储藏 不同的锡膏有不同的要求 LOCTITERP15焊锡膏 设定在5 10 INDIUMSMQ230和SMQ92J焊锡膏 设定在5 以下 HENKELLF320焊锡膏 设定在0 10 未作规定的焊锡膏 设定在1 10 b 储藏环境应有温度计监控 c 对锡膏的储藏仓库人员应每天检查是否在控制范围内并做好记录 超出范围应及时通知相关责任人解决 2020 4 8 黄小华2009年12月 2 锡膏的使用 a 取出应在罐上注明取出时间并在室温下回温后方可使用 不同的锡膏回温时间不同 RP15焊锡膏需在室温中回温6小时后方能上线使用 SMQ92J焊锡膏需在室温中回温4小时后方能上线使用 LF320焊锡膏需在室温中回温6小时后方能上线使用 对于未作规定的焊锡膏 以回温6小时处理 b 回温只能在室温下回温不能加热 c 未开封的锡膏回温48小时内还未上线使用 应放回冰箱 至少6小时才能从冰箱中取出 d 开封使用应注明开封时间 开封后的锡膏在24小时内必须用完 开罐时间超过24小时 该焊锡膏作废 e 使用前应完全搅拌锡膏3分钟 f 停止印刷30分钟 应将锡膏收回锡膏瓶 下次使用应充分搅拌 2020 4 8 黄小华2009年12月 3 锡膏的发放 a 锡膏发放应按照先进先出的原则 先生产的先使用 以生产日期按序排列 以编号从大到小的顺序发放 发放时应确认在有效期内 并填写 锡膏发放记录单 b 对生产线返回合格的锡膏应及时放回储藏箱 在下次生产时优先发放使用 c 领用焊膏时 必须严格按照生产计划通知书上产品对应的焊膏类型到料库领用 注意点 MOTO产品焊膏12小时有效 f 焊膏被印刷到PCB板上后 放置与室温下时间过久会由于溶剂挥发 吸收水分因素造成性能劣化 因而要缩短进入回流焊的等待时间 尽量在4小时内完成 g 焊膏印刷环境最好在25 3 相对湿度在65 以下 2020 4 8 黄小华2009年12月 6 几种常见的锡膏 松香型锡膏水溶性锡膏免清洗低残留物锡膏无铅锡膏 2020 4 8 黄小华2009年12月 二 印刷模板Stencils SMT印刷模板制造方法1 化学蚀刻2 激光切割3 电铸法现常用激光切割制造印刷模板 2020 4 8 黄小华2009年12月 三 丝印机 手工印刷机半自动印刷机全自动印刷机 2020 4 8 黄小华2009年12月 1 刮刀Squeegees 1 刮刀的两种形式 菱形和拖裙形 拖裙形分成聚乙烯 或类似 材料和金属 2020 4 8 黄小华2009年12月 2 刮刀压力的经验公式在金属模板上使用蓝色刮板 为了得到正确的压力 开始时在每50mm的刮板长度上施加1kg压力 例如300mm的刮板施加6kg的压力 逐步减少压力直到锡膏开始留在模板上刮不干净 然后再增加1kg压力 在锡膏刮不干净开始到刮板沉入丝孔内挖出锡膏之间 应该有1 2kg的可接受范围都可以到达好的丝印效果 2020 4 8 黄小华2009年12月 2 丝印速度 丝印速度的经验公式对PCB上最密元件引脚的每thou长度 可以允许每秒1mm的最大速度 2020 4 8 黄小华2009年12月 四 SMT焊膏印刷的品质控制 1 焊膏印刷的常见缺陷A 少印B 连印C 错印D 凹形E 边缘不齐F 拉尖G 塌落H 玷污 2020 4 8 黄小华2009年12月 2 影响印刷效果的因素主要有 A 印刷设备的精度B PCB板焊盘的设计C 印刷模板的设计与制作D 焊膏的成份及使用E 印刷时PCB板的平整度和光洁度F 工艺参数的调整 2020 4 8 黄小华2009年12月 五 焊膏印刷过程中的工艺控制 涂敷焊膏的基本要求 A 涂敷焊膏应适量均匀 一致性好 焊膏图形清晰 相邻的图形之间尽量不要沾连 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该为0 8mg 平方mm左右 对窄间距的元件应为0 5mg 平方mm C 涂敷在PCB焊盘上的焊膏量与期望值比较 可允许有一定的偏差 但焊膏覆盖每个焊盘的面积应在75 以上 2020 4 8 黄小华2009年12月 五 焊膏印刷过程中的工艺控制 D 焊膏涂敷后 应无严重塌落 边缘整齐 错位不大于0 2mm 对窄间距元件焊盘 错位不大于0 1mm PCB不允许被焊膏污染 焊膏厚度控制范围公式为 对于4Mil网板 控制规格为 4 9 0 9Mil 对于5Mil网板 控制规格为 5 9 0 9Mil 对于其他厚度网板 控制规格为 H 0 9 0 9Mil H 模板厚度 2020 4 8 黄小华2009年12月 第三篇贴装技术 贴片机 2020 4 8 黄小华2009年12月 1 贴片机类型 a 动臂式贴片机具有较好的灵活性和精度 适用于大部分元件 高精度机器一般都是这种类型 但其速度无法与复合式 转盘式和大型平行系统相比 可分为单臂式和多臂式 2020 4 8 黄小华2009年12月 1 贴片机类型 b 复合式贴片机复合式机器是从动臂式机器发展而来 它集合了转盘式和动臂式的特点 在动臂上安装有转盘 如Simens最新推出的HS50机器就安装有4个这样的旋转头 贴装速度可达每小时5万片 2020 4 8 黄小华2009年12月 1 贴片机类型 c 转盘式贴片机转盘式机器由于拾取元件和贴片动作同时进行 使得贴片速度大幅度提高 如松下公司的MSH3机器贴装速度可达到0 075秒 片FUJICP643 2020 4 8 黄小华2009年12月 1 贴片机类型 d 大型平行系统大型平行系统由一系列的小型独立组装机组成 各自有丝杠定位系统机械手 机械手带有摄象机和安装头 如PHILIPS公司的FCM机器有16个安装头 实现了0 0375秒 片的贴装速度 但就每个安装头而言 贴装速度在0 6秒 片左右 2020 4 8 黄小华2009年12月 2 视觉系统 1 俯视摄像机 CCD 2 仰视摄像机 CCD 3 头部摄像机 Line sensor 4 激光对齐 2020 4 8 黄小华2009年12月 3 送料系统 1 带式 TAPE 2 盘式 TRAY 3 散装式 BLUK 4 管式 STICK 2020 4 8 黄小华2009年12月 第四篇焊接技术 手工焊接波峰焊接再流焊接 传导对流辐射 2020 4 8 黄小华2009年12月 常见术语解释 1 焊接 依靠液态焊料添满母材的间隙并与之形成金属结合的一种过程2 润湿 熔融焊料在被焊金属表面上形成均匀 平滑 连续并且附着牢固的合金过程 2020 4 8 黄小华2009年12月 手工焊接 过程 快速地把加热和上锡的烙铁头接触带芯锡线 coredwire 然后接触焊接点区域 用熔化的焊锡帮助从烙铁到工件的最初的热传导 然后把锡线移开将要接触焊接表面的烙铁头 焊接温度 焊锡的液化温度之上大约100 F 焊接时间 大约3秒钟 2020 4 8 黄小华2009年12月 波峰焊接 波峰焊 将熔融的液态焊料 借助与泵的作用 在焊料槽液面形成特定形状的焊料波 插 贴装了元器件的PCB置于传送链上 经特定角度及一定的浸入深度穿过焊料波峰而实现焊点焊接的过程 2020 4 8 黄小华2009年12月 一 波峰焊接主要材料 1 助焊剂2 锡棒锡棒由锡和铅组成 一般锡比铅的比例是63 37锡棒是焊接的主要材料 融化后的锡呈银白色 可连接分离的导体 2020 4 8 黄小华2009年12月 二 助焊剂的作用 助焊剂的作用是在焊接中起助焊作用 具体表现在以下几个方面 A 清除金属接触面的氧化物 氧化膜 B 在焊接物表面形成一液态保护膜 隔离高温时四周的空气 防止金属氧化 C 降低焊锡表面张力 增加其扩散能力 D 焊接的瞬间 可以让融化的焊锡取代 顺利完成焊接 2020 4 8 黄小华2009年12月 三 助焊剂的分类 1 无机系列 主要有无机酸和无机盐组成有很强的活性和腐蚀性 对元件有破坏作用 焊接后必须清洗2 有机系列 主要由有机的胺盐组成 焊接作用和腐蚀作用中等大部分为水溶性 无法用一般溶剂清洗 3 树脂系列 组要由松香 松香加活性剂 消光剂组成 松香的绝缘性较好 但活性差 为提高其活性 往往加入有机酸 有机胺等活性物质 2020 4 8 黄小华2009年12月 助焊剂的比重一般在0 79 0 825之间 预热温度在80 130 传送速度在1 0 1 8m min 2020 4 8 黄小华2009年12月 四 影响焊接品质的因素 1 波峰高度 波峰高度要平稳 波峰的高度以达到线路板厚度的1 2 2 3为宜 波峰高度过高 会造成锡点拉尖 堆锡过多 会使锡溢到元件表面 波峰过低往往会造成漏焊 2020 4 8 黄小华2009年12月 四 影响焊接品质的因素 2 焊接温度 焊接温度是指被焊接处与融化物的焊料相接触时的温度 温度过低会使焊点毛刺 不光滑 造成虚焊 假焊及拉尖 温度过高易使电路板变形 还会对焊盘及元件带来不好的影响 一般应控制在245 5 2020 4 8 黄小华2009年12月 四 影响焊接品质的因素 3 预热温度 合适的预热温度可以减少PCB板焊接时的热冲击 减少PCB板的变形 翘曲 提高其活性 一般锡炉预热温度设定在80 150 具体需根据PCB板的材料 水份含量而设定要求 PCB板经过预热后 单面板温度为80 90 双面板为90 100 2020 4 8 黄小华2009年12月 四 影响焊接品质的因素 4 运输速度与角度 运输速度决定着焊接时间 速度过慢 则焊接时间长 对PCB板不利 速度过快则时间短 易造成虚焊 漏焊 假焊等不良 大部分锡炉运输速度在1 0 1 8m min可调 一般以焊接接触焊料时间为3秒 运输角度一般在3 10度之间 具体要看PCB板上装插的零件大小 PCB板的尺寸而定 寻找最佳角度 2020 4 8 黄小华2009年12月 四 影响焊接品质的因素 5 焊料成份 进行焊接作业时 PCB板或零件上的金属杂质进入到熔锡中 可能影响焊点的不良或外观不良 2020 4 8 黄小华2009年12月 四 影响焊接品质的因素 6 助焊剂的比重 比重太高 易出现PCB板上残留物过多 连锡 包焊等不良 甚至造成绝缘电阻下降 助焊剂比重过低 则易出现拉尖 锡桥 虚焊等不良 7 PCB板的设计 PCB板设计不好造成元件可焊性差 影响焊接质量 2020 4 8 黄小华2009年12月 再流焊 Reflow 再流焊 通过重新熔化预先放置的焊料而形成焊点 在焊接过程中不再添加任何额外焊料的一种焊接方法 2020 4 8 黄小华2009年12月 再流焊 Reflow 热风红外在流焊汽相再流焊 VPR 激光再流焊 2020 4 8 黄小华2009年12月 再流焊 Reflow 热风红外在流焊ReflowProfile 2020 4 8 黄小华2009年12月 回流焊接工艺控制 2 1新产品炉温曲线的建立 a 确定锡膏的类型b 按照锡膏的焊接要求建立响应的炉温曲线 c 炉温曲线的标定 1 在新产品PCB上选择对炉温曲线最敏感 最典型的两到三种或以上元件作为标定元件 在客户同意的情况下可以不是该新产品的PCB 2 在新产品PCB板上选取左 中 右三个或以上位置作为测量点 对产品进行炉温曲线标定 在客户同意的情况下可以不是该新产品的PCB d 确定炉温控制范围 1 用炉温曲线标定PCB板对炉温曲线测试10次以上 根据结果确定回流温度 回流时间的初始控制范围 2020 4 8 黄小华2009年12月 2 用炉温曲线标定PCB板对初始控制范围进行一周的结果跟踪 确定最终的回流温度 回流时间的控制范围 但回流温度的控制范围应在 T 10 T 10 回流时间的公差为20秒 T为平均温度 2020 4 8 黄小华2009年12月 2 2炉温曲线的改变当产品所用的焊膏要改变或因生产需要变更炉温曲线时 炉温曲线按以上步骤进行相应改变 2020 4 8 黄小华2009年12月 2 3炉温曲线控制a 输入参数控制 1 每班生产前 回流炉前检验工位的操作工需要对照炉温监控器的显示填写 回流炉参数记录单 2 当所填写的参数与前一个班不一致时 应通知当班工程师 待工程师检查并确定