ICT与波峰焊的学习资料SMT-TrainPPT课件

1 表面贴装工程 关于SMA的介绍 2 目录 什么是SMA SMT工艺流程 ScreenPrinter MOUNT REFLOW AOI ESD WAVESOLDER SMTTester SMAClean SMTInspectionspec SMAIntroduce 3 什么是SMA SMA SurfaceMountAssembly 的英文缩写 中文意思是表面贴装工程 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 SMAIntroduce 4 SMAIntroduce 什么是SMA Surfacemount Through hole 与传统工艺相比SMA的特点 5 SMAIntroduce SMT工艺流程 一 单面组装 来料检测 丝印焊膏 点贴片胶 贴片 烘干 固化 回流焊接 清洗 检测 返修二 双面组装 A 来料检测 PCB的A面丝印焊膏 点贴片胶 贴片 烘干 固化 A面回流焊接 清洗 翻板 PCB的B面丝印焊膏 点贴片胶 贴片 烘干 回流焊接 最好仅对B面 清洗 检测 返修 此工艺适用于在PCB两面均贴装有PLCC等较大的SMD时采用 最最基础的东西 6 SMAIntroduce B 来料检测 PCB的A面丝印焊膏 点贴片胶 贴片 烘干 固化 A面回流焊接 清洗 翻板 PCB的B面点贴片胶 贴片 固化 B面波峰焊 清洗 检测 返修 此工艺适用于在PCB的A面回流焊 B面波峰焊 在PCB的B面组装的SMD中 只有SOT或SOIC 28 引脚以下时 宜采用此工艺 三 单面混装工艺 来料检测 PCB的A面丝印焊膏 点贴片胶 贴片 烘干 固化 回流焊接 清洗 插件 波峰焊 清洗 检测 返修 SMT工艺流程 7 SMAIntroduce 四 双面混装工艺 A 来料检测 PCB的B面点贴片胶 贴片 固化 翻板 PCB的A面插件 波峰焊 清洗 检测 返修先贴后插 适用于SMD元件多于分离元件的情况B 来料检测 PCB的A面插件 引脚打弯 翻板 PCB的B面点贴片胶 贴片 固化 翻板 波峰焊 清洗 检测 返修先插后贴 适用于分离元件多于SMD元件的情况C 来料检测 PCB的A面丝印焊膏 贴片 烘干 回流焊接 插件 引脚打弯 翻板 PCB的B面点贴片胶 贴片 固化 翻板 波峰焊 清洗 检测 返修A面混装 B面贴装 SMT工艺流程 8 SMAIntroduce D 来料检测 PCB的B面点贴片胶 贴片 固化 翻板 PCB的A面丝印焊膏 贴片 A面回流焊接 插件 B面波峰焊 清洗 检测 返修A面混装 B面贴装 先贴两面SMD 回流焊接 后插装 波峰焊E 来料检测 PCB的B面丝印焊膏 点贴片胶 贴片 烘干 固化 回流焊接 翻板 PCB的A面丝印焊膏 贴片 烘干 回流焊接1 可采用局部焊接 插件 波峰焊2 如插装元件少 可使用手工焊接 清洗 检测 返修A面贴装 B面混装 SMT工艺流程 9 SMAIntroduce ScreenPrinter Mount Reflow AOI SMT工艺流程 10 SMAIntroduce ScreenPrinter STENCILPRINTING ScreenPrinter内部工作图 11 ScreenPrinter ScreenPrinter的基本要素 Solder 又叫锡膏 经验公式 三球定律至少有三个最大直径的锡珠能垂直排在模板的厚度方向上至少有三个最大直径的锡珠能水平排在模板的最小孔的宽度方向上单位 锡珠使用米制 Micron 度量 而模板厚度工业标准是美国的专用单位Thou 1m 1 10 3mm 1thou 1 10 3inches 25mm 1thou 判断锡膏具有正确粘度的一种经济和实际的方法 搅拌锡膏30秒 挑起一些高出容器三 四英寸 锡膏自行下滴 如果开始时象稠的糖浆一样滑落 然后分段断裂落下到容器内为良好 反之 粘度较差 SMAIntroduce 12 SMAIntroduce ScreenPrinter 13 SMAIntroduce Squeegee 又叫刮板或刮刀 菱形刮刀 拖裙形刮刀 聚乙烯材料或类似材料 金属 ScreenPrinter 14 SMAIntroduce 第一步 在每50mm的Squeegee长度上施加1kg的压力 第二步 减少压力直到锡膏开始留在模板上刮不干净 在增加1kg的压力第三步 在锡膏刮不干净开始到挂班沉入丝孔内挖出锡膏之间有1 2kg的可接受范围即可达到好的印制效果 ScreenPrinter Squeegee的硬度范围用颜色代号来区分 verysoft红色soft绿色hard蓝色veryhard白色 15 SMAIntroduce Stencil PCB Stencil的梯形开口 ScreenPrinter PCB Stencil Stencil的刀锋形开口 激光切割模板和电铸成行模板 化学蚀刻模板 16 SMAIntroduce ScreenPrinter 模板 Stencil 制造技术 17 SMAIntroduce ScreenPrinter 模板 Stencil 材料性能的比较 18 SMAIntroduce ScreenPrinter 锡膏丝印缺陷分析 问题及原因对策 搭锡BRIDGING锡粉量少 粘度低 粒度大 室温度 印膏太厚 放置压力太大等 通常当两焊垫之间有少许印膏搭连 于高温熔焊时常会被各垫上的主锡体所拉回去 一旦无法拉回 将造成短路或锡球 对细密间距都很危险 提高锡膏中金属成份比例 提高到88 以上 增加锡膏的粘度 70万CPS以上 减小锡粉的粒度 例如由200目降到300目 降低环境的温度 降至27OC以下 降低所印锡膏的厚度 降至架空高度SNAP OFF 减低刮刀压力及速度 加强印膏的精准度 调整印膏的各种施工参数 减轻零件放置所施加的压力 调整预热及熔焊的温度曲线 19 SMAIntroduce 问题及原因对策 2 发生皮层CURSTING由于锡膏助焊剂中的活化剂太强 环境温度太高及铅量太多时 会造成粒子外层上的氧化层被剥落所致 3 膏量太多EXCESSIVEPASTE原因与 搭桥 相似 避免将锡膏暴露于湿气中 降低锡膏中的助焊剂的活性 降低金属中的铅含量 减少所印之锡膏厚度提升印着的精准度 调整锡膏印刷的参数 锡膏丝印缺陷分析 ScreenPrinter 20 SMAIntroduce 锡膏丝印缺陷分析 ScreenPrinter 问题及原因对策 4 膏量不足INSUFFICIENTPASTE常在钢板印刷时发生 可能是网布的丝径太粗 板膜太薄等原因 5 粘着力不足POORTACKRETENTION环境温度高风速大 造成锡膏中溶剂逸失太多 以及锡粉粒度太大的问题 增加印膏厚度 如改变网布或板膜等 提升印着的精准度 调整锡膏印刷的参数 消除溶剂逸失的条件 如降低室温 减少吹风等 降低金属含量的百分比 降低锡膏粘度 降低锡膏粒度 调整锡膏粒度的分配 21 SMAIntroduce 锡膏丝印缺陷分析 ScreenPrinter 问题及原因对策 6 坍塌SLUMPING原因与 搭桥 相似 7 模糊SMEARING形成的原因与搭桥或坍塌很类似 但印刷施工不善的原因居多 如压力太大 架空高度不足等 增加锡膏中的金属含量百分比 增加锡膏粘度 降低锡膏粒度 降低环境温度 减少印膏的厚度 减轻零件放置所施加的压力 增加金属含量百分比 增加锡膏粘度 调整环境温度 调整锡膏印刷的参数 22 SMAIntroduce ScreenPrinter 在SMT中使用无铅焊料 在前几个世纪 人们逐渐从医学和化学上认识到了铅 PB 的毒性 而被限制使用 现在电子装配业面临同样的问题 人们关心的是 焊料合金中的铅是否真正的威胁到人们的健康以及环境的安全 答案不明确 但无铅焊料已经在使用 欧洲委员会初 步计划在2004年或2008年强制执行 目前尚待批准 但是电子装配业还是要为将来的变化作准备 23 SMAIntroduce 无铅锡膏熔化温度范围 ScreenPrinter 24 SMAIntroduce ScreenPrinter 无铅焊接的问题和影响 25 SMAIntroduce MOUNT 表面贴装对PCB的要求 第一 外观的要求 光滑平整 不可有翘曲或高低不平 否者基板会出现裂纹 伤痕 锈斑等不良 第二 热膨胀系数的关系 元件小于3 2 1 6mm时只遭受部分应力 元件大于3 2 1 6mm时 必须注意 第三 导热系数的关系 第四 耐热性的关系 耐焊接热要达到260度10秒的实验要求 其耐热性应符合 150度60分钟后 基板表面无气泡和损坏不良 第五 铜铂的粘合强度一般要达到1 5kg cm cm 第六 弯曲强度要达到25kg mm以上 第七 电性能要求 第八 对清洁剂的反应 在液体中浸渍5分钟 表面不产生任何不良 并有良好的冲载性 26 SMAIntroduce MOUNT 表面贴装元件介绍 表面贴装元件具备的条件 元件的形状适合于自动化表面贴装 尺寸 形状在标准化后具有互换性 有良好的尺寸精度 适应于流水或非流水作业 有一定的机械强度 可承受有机溶液的洗涤 可执行零散包装又适应编带包装 具有电性能以及机械性能的互换性 耐焊接热应符合相应的规定 27 SMAIntroduce MOUNT 表面贴装元件的种类 有源元件 陶瓷封装 无源元件 单片陶瓷电容 钽电容 厚膜电阻器 薄膜电阻器 轴式电阻器 CLCC ceramicleadedchipcarrier 陶瓷密封带引线芯片载体 DIP dual in linepackage 双列直插封装 SOP smalloutlinepackage 小尺寸封装 QFP quadflatpackage 四面引线扁平封装 BGA ballgridarray 球栅阵列 SMC泛指无源表面安装元件总称 SMD泛指有源表面安装元件 28 SMAIntroduce 阻容元件识别方法1 元件尺寸公英制换算 0 12英寸 120mil 0 08英寸 80mil Chip阻容元件 IC集成电路 英制名称 公制mm 英制名称 公制mm 1206 0805 0603 0402 0201 3 2 1 6 50 30 25 25 12 1 27 0 8 0 65 0 5 0 3 2 0 1 25 1 6 0 8 1 0 0 5 0 6 0 3 MOUNT 29 SMAIntroduce MOUNT 阻容元件识别方法2 片式电阻 电容识别标记 电阻 电容 标印值 电阻值 标印值 电阻值 2R2 5R6 102 682 333 104 564 2 2 5 6 1K 6800 33K 100K 560K 0R5 010 110 471 332 223 513 0 5PF 1PF 11PF 470PF 3300PF 22000PF 51000PF 30 SMAIntroduce MOUNT IC第一脚的的辨认方法 IC有缺口标志 以圆点作标识 以横杠作标识 以文字作标识 正看IC下排引脚的左边第一个脚为 1 31 SMAIntroduce MOUNT 常见IC的封装方式 32 SMAIntroduce MOUNT 常见IC的封装方式 33 SMAIntroduce MOUNT 常见IC的封装方式 34 SMAIntroduce MOUNT 来料检测的主要内容 35 SMAIntroduce MOUNT 贴片机的介绍 拱架型 Gantry 元件送料器 基板 PCB 是固定的 贴片头 安装多个真空吸料嘴 在送料器与基板之间来回移动 将元件从送料器取出 经过对元件位置与方向的调整 然后贴放于基板上 由于贴片头是安装于拱架型的X Y坐标移动横梁上 所以得名 这类机型的优势在于 系统结构简单 可实现高精度 适于各种大小 形状的元件 甚至异型元件 送料器有带状 管状 托盘形式 适于中小批量生产 也可多台机组合用于大批量生产 这类机型的缺点在于 贴片头来回移动的距离长 所以速度受到限制 36 SMAIntroduce MOUNT 对元件位置与方向的调整方法 1 机械对中调整位置 吸嘴旋转调整方向 这种方法能达到的精度有限 较晚的机型已再不采用 2 激光识别 X Y坐标系统调整位置 吸嘴旋转调整方向 这种方法可实现飞行过程中的识别 但不能用于球栅列陈元件BGA 3 相机识别 X Y坐标系统调整位置 吸嘴旋转调整方向 一般相机固定 贴片头飞行划过相机上空 进行成像识别 比激光识别耽误一点时间 但可识别任何元件 也有实现飞行过程中的识别的相机识别系统 机械结构方面有其它牺牲 37 SMAIntroduce MOUNT 转塔型 Turret 元件送料器放于一个单坐标移动的料车上 基板 PCB 放于一个X Y坐标系统移动的工作台上 贴片头安装在一个转塔上 工作时 料车将元件送料器移动到取料位置 贴片头上的真空吸料嘴在取料位置取元件 经转塔转动到贴片位置 与取料位置成180度 在转动过程中经过对元件位置与方向的调整 将元件贴放于基板上 一般 转塔上安装有十几到二十几个贴片头 每个贴片头上安装2 4个真空吸嘴 较早机型 至5 6个真空吸嘴 现在机型 由于转塔的特点 将动作细微化 选换吸嘴 送料器移动到位 取元件 元件识别 角度调整 工作台移动 包含位置调整 贴放元件等动作都可以在同一时间周期内完成 所以实现真正意义上的高速度 目前最快的时间周期达到0 08 0 10秒钟一片元件 这类机型的优势在于 这类机型的缺点在于 贴装元件类型的限制 并且价格昂贵 38 SMAIntroduce MOUNT 对元件位置与方向的调整方法 1 机械对中调整位置 吸嘴旋转调整方向 这种方法能达到的精度有限 较晚的机型已再不采用 2 相机识别 X Y坐标系统调整位置 吸嘴自旋转调整方向 相机固定 贴片头飞行划过相机上空 进行成像识别 39 SMAIntroduce MOUNT 贴片机过程能力的验证 第一步 最初的24小时的干循环 期间机器必须连续无误地工作 第二步 要求元件准确地贴装在两个板上 每个板上包括32个140引脚的玻璃心子元件 主板上有6个全局基准点 用作机器贴装前和视觉测量系统检验元件贴装精度的参照 贴装板的数量视乎被测试机器的特定头和摄像机的配置而定 第三步 用所有四个贴装芯轴 在所有四个方向 0 90 180 270 贴装元件 一种用来验证贴装精度的方法使用了一种玻璃心子 它和一个 完美的 高引脚数QFP的焊盘镶印在一起 该QFP是用来机器贴装的 看引脚图 通过贴装一个理想的元件 这里是140引脚 0 025 脚距的QFP 摄像机和贴装芯轴两者的精度都可被一致地测量到 除了特定的机器性能数据外 内在的可用性 生产能力和可靠性的测量应该在多台机器的累积数据的基础上提供 40 SMAIntroduce MOUNT 贴片机过程能力的验证 第四步 用测量系统扫描每个板 可得出任何偏移的完整列表 每个140引脚的玻璃心子包含两个圆形基准点 相对于元件对应角的引脚布置精度为 0 0001 用于计算X Y和q旋转的偏移 所有32个贴片都通过系统测量 并计算出每个贴片的偏移 这个预定的参数在X和Y方向为 0 003 q旋转方向为 0 2 机器对每个元件贴装都必须保持 第五步 为了通过最初的 慢跑 贴装在板面各个位置的32个元件都必须满足四个测试规范 在运行时 任何贴装位置都不能超出 0 003 或 0 2的规格 另外 X和Y偏移的平均值不能超过 0 0015 它们的标准偏移量必须在0 0006 范围内 q的标准偏移量必须小于或等于0 047 其平均偏移量小于 0 06 Cpk 过程能力指数processcapabilityindex 在所有三个量化区域都大于1 50 这转换成最小4 5s或最大允许大约每百万之3 4个缺陷 dpm defectspermillion 41 SMAIntroduce MOUNT 贴片机过程能力的验证 3 2 700DPM4 60DPM5 0 6DPM6 0 002DPM 在今天的电子制造中 希望cmk要大于1 33 甚至还大得多 1 33的cmk也显示已经达到4 工艺能力 6 的工艺能力 是今天经常看到的一个要求 意味着cmk必须至少为2 66 在电子生产中 DPM的使用是有实际理由的 因为每一个缺陷都产生成本 统计基数3 4 5 6 和相应的百万缺陷率 DPM 之间的关系如下 在实际测试中还有专门的分析软件是JMP专门用于数据分析 这样简化了整个的过程 得到的数据减少了人为的错误 42 SMAIntroduce REFLOW 再流的方式 43 SMAIntroduce REFLOW 热风回流焊过程中 焊膏需经过以下几个阶段 溶剂挥发 焊剂清除焊件表面的氧化物 焊膏的熔融 再流动以及焊膏的冷却 凝固 基本工艺 44 SMAIntroduce REFLOW 工艺分区 一 预热区目的 使PCB和元器件预热 达到平衡 同时除去焊膏中的水份 溶剂 以防焊膏发生塌落和焊料飞溅 要保证升温比较缓慢 溶剂挥发 较温和 对元器件的热冲击尽可能小 升温过快会造成对元器件的伤害 如会引起多层陶瓷电容器开裂 同时还会造成焊料飞溅 使在整个PCB的非焊接区域形成焊料球以及焊料不足的焊点 45 SMAIntroduce REFLOW 目的 保证在达到再流温度之前焊料能完全干燥 同时还起着焊剂活化的作用 清除元器件 焊盘 焊粉中的金属氧化物 时间约60 120秒 根据焊料的性质有所差异 工艺分区 二 保温区 46 SMAIntroduce REFLOW 目的 焊膏中的焊料使金粉开始熔化 再次呈流动状态 替代液态焊剂润湿焊盘和元器件 这种润湿作用导致焊料进一步扩展 对大多数焊料润湿时间为60 90秒 再流焊的温度要高于焊膏的熔点温度 一般要超过熔点温度20度才能保证再流焊的质量 有时也将该区域分为两个区 即熔融区和再流区 四 冷却区焊料随温度的降低而凝固 使元器件与焊膏形成良好的电接触 冷却速度要求同预热速度相同 二 再流焊区 工艺分区 47 SMAIntroduce REFLOW 影响焊接性能的各种因素 工艺因素 焊接前处理方式 处理的类型 方法 厚度 层数 处理后到焊接的时间内是否加热 剪切或经过其他的加工方式 焊接工艺的设计 焊区 指尺寸 间隙 焊点间隙导带 布线 形状 导热性 热容量被焊接物 指焊接方向 位置 压力 粘合状态等 48 SMAIntroduce REFLOW 焊接条件 指焊接温度与时间 预热条件 加热 冷却速度焊接加热的方式 热源的载体的形式 波长 导热速度等 焊接材料 焊剂 成分 浓度 活性度 熔点 沸点等焊料 成分 组织 不纯物含量 熔点等母材 母材的组成 组织 导热性能等焊膏的粘度 比重 触变性能基板的材料 种类 包层金属等 影响焊接性能的各种因素 49 SMAIntroduce REFLOW 几种焊接缺陷及其解决措施 回流焊中的锡球 回流焊中锡球形成的机理 回流焊接中出的锡球 常常藏于矩形片式元件两端之间的侧面或细距引脚之间 在元件贴装过程中 焊膏被置于片式元件的引脚与焊盘之间 随着印制板穿过回流焊炉 焊膏熔化变成液体 如果与焊盘和器件引脚等润湿不良 液态焊锡会因收缩而使焊缝填充不充分 所有焊料颗粒不能聚合成一个焊点 部分液态焊锡会从焊缝流出 形成锡球 因此 焊锡与焊盘和器件引脚润湿性差是导致锡球形成的根本原因 50 SMAIntroduce 原因分析与控制方法 以下主要分析与相关工艺有关的原因及解决措施 a 回流温度曲线设置不当 焊膏的回流是温度与时间的函数 如果未到达足够的温度或时间 焊膏就不会回流 预热区温度上升速度过快 达到平顶温度的时间过短 使焊膏内部的水分 溶剂未完全挥发出来 到达回流焊温区时 引起水分 溶剂沸腾 溅出焊锡球 实践证明 将预热区温度的上升速度控制在1 4 C s是较理想的 b 如果总在同一位置上出现焊球 就有必要检查金属板设计结构 模板开口尺寸腐蚀精度达不到要求 对于焊盘大小偏大 以及表面材质较软 如铜模板 造成漏印焊膏的外形轮廓不清晰 互相桥连 这种情况多出现在对细间距器件的焊盘漏印时 回流焊后必然造成引脚间大量锡珠的产生 因此 应针对焊盘图形的不同形状和中心距 选择适宜的模板材料及模板制作工艺来保证焊膏印刷质量 REFLOW 51 SMAIntroduce c 如果在贴片至回流焊的时间过长 则因焊膏中焊料粒子的氧化 焊剂变质 活性降低 会导致焊膏不回流 焊球则会产生 选用工作寿命长一些的焊膏 至少4小时 则会减轻这种影响 d 另外 焊膏印错的印制板清洗不充分 使焊膏残留于印制板表面及通孔中 回流焊之前 被贴放的元器件重新对准 贴放 使漏印焊膏变形 这些也是造成焊球的原因 因此应加强操作者和工艺人员在生产过程的责任心 严格遵照工艺要求和操作规程行生产 加强工艺过程的质量控制 REFLOW 52 SMAIntroduce REFLOW 立片问题 曼哈顿现象 回流焊中立片形成的机理 矩形片式元件的一端焊接在焊盘上 而另一端则翘立 这种现象就称为曼哈顿现象 引起该种现象主要原因是元件两端受热不均匀 焊膏熔化有先后所致 53 SMAIntroduce REFLOW 如何造成元件两端热不均匀 a 有缺陷的元件排列方向设计 我们设想在再流焊炉中有一条横跨炉子宽度的再流焊限线 一旦焊膏通过它就会立即熔化 片式矩形元件的一个端头先通过再流焊限线 焊膏先熔化 完全浸润元件的金属表面 具有液态表面张力 而另一端未达到183 C液相温度 焊膏未熔化 只有焊剂的粘接力 该力远小于再流焊焊膏的表面张力 因而 使未熔化端的元件端头向上直立 因此 保持元件两端同时进入再流焊限线 使两端焊盘上的焊膏同时熔化 形成均衡的液态表面张力 保持元件位置不变 54 SMAIntroduce 在进行汽相焊接时印制电路组件预热不充分 汽相焊是利用惰性液体蒸汽冷凝在元件引脚和PCB焊盘上时 释放出热量而熔化焊膏 汽相焊分平衡区和饱和蒸汽区 在饱和蒸汽区焊接温度高达217 C 在生产过程中我们发现 如果被焊组件预热不充分 经受一百多度的温差变化 汽相焊的汽化力容易将小于1206封装尺寸的片式元件浮起 从而产生立片现象 我们通过将被焊组件在高低箱内以145 C 150 C的温度预热1 2分钟 然后在汽相焊的平衡区内再预热1分钟左右 最后缓慢进入饱和蒸汽区焊接消除了立片现象 c 焊盘设计质量的影响 若片式元件的一对焊盘大小不同或不对称 也会引起漏印的焊膏量不一致 小焊盘对温度响应快 其上的焊膏易熔化 大焊盘则相反 所以 当小焊盘上的焊膏熔化后 在焊膏表面张力作用下 将元件拉直竖起 焊盘的宽度或间隙过大 也都可能出现立片现象 严格按标准规范进行焊盘设计是解决该缺陷的先决条件 REFLOW 55 SMAIntroduce REFLOW 细间距引脚桥接问题 导致细间距元器件引脚桥接缺陷的主要因素有 a 漏印的焊膏成型不佳 b 印制板上有缺陷的细间距引线制作 c 不恰当的回流焊温度曲线设置等 因而 应从模板的制作 丝印工艺 回流焊工艺等关键工序的质量控制入手 尽可能避免桥接隐患 56 SMAIntroduce 回流焊接缺陷分析 REFLOW 1 吹孔BLOWHOLES焊点中 SOLDERJOINT 所出现的孔洞 大者称为吹孔 小者叫做针孔 皆由膏体中的溶剂或水分快速氧化所致 调整预热温度 以赶走过多的溶剂 调整锡膏粘度 提高锡膏中金属含量百分比 问题及原因对策 2 空洞VOIDS是指焊点中的氧体在硬化前未及时逸出所致 将使得焊点的强度不足 将衍生而致破裂 调整预热使尽量赶走锡膏中的氧体 增加锡膏的粘度 增加锡膏中金属含量百分比 57 SMAIntroduce 回流焊接缺陷分析 REFLOW 问题及原因对策 3 零件移位及偏斜MOVEMENTANDMISALIGNNENT造成零件焊后移位的原因可能有 锡膏印不准 厚度不均 零件放置不当 热传不均 焊垫或接脚之焊锡性不良 助焊剂活性不足 焊垫比接脚大的太多等 情况较严重时甚至会形成碑立 TOMBSTONING或MAMBATHANEFFECT 或DRAWBRIGING 尤以质轻的小零件为甚 改进零件的精准度 改进零件放置的精准度 调整预热及熔焊的参数 改进零件或板子的焊锡性 增强锡膏中助焊剂的活性 改进零件及与焊垫之间的尺寸比例 不可使焊垫太大 58 SMAIntroduce 回流焊接缺陷分析 REFLOW 问题及原因对策 4 缩锡DEWETTING零件脚或焊垫的焊锡性不佳 5 焊点灰暗DULLJINT可能有金属杂质污染或给锡成份不在共熔点 或冷却太慢 使得表面不亮 6 不沾锡NON WETTING接脚或焊垫之焊锡性太差 或助焊剂活性不足 或热量不足所致 改进电路板及零件之焊锡性 增强锡膏中助焊剂之活性 防止焊后装配板在冷却中发生震动 焊后加速板子的冷却率 提高熔焊温度 改进零件及板子的焊锡性 增加助焊剂的活性 59 SMAIntroduce 回流焊接缺陷分析 REFLOW 问题及原因对策 7 焊后断开OPEN常发生于J型接脚与焊垫之间 其主要原因是各脚的共面性不好 以及接脚与焊垫之间的热容量相差太多所致 焊垫比接脚不容易加热及蓄热 改进零件脚之共面性增加印膏厚度 以克服共面性之少许误差 调整预热 以改善接脚与焊垫之间的热差 增加锡膏中助焊剂之活性 减少焊热面积 接近与接脚在受热上的差距 调整熔焊方法 改变合金成份 比如将63 37改成10 90 令其熔融延后 使焊垫也能及时达到所需的热量 60 SMAIntroduce AOI 自动光学检查 AOI AutomatedOpticalInspection 运用高速高精度视觉处理技术自动检测PCB板上各种不同帖装错误及焊接缺陷 PCB板的范围可从细间距高密度板到低密度大尺寸板 并可提供在线检测方案 以提高生产效率 及焊接质量 通过使用AOI作为减少缺陷的工具 在装配工艺过程的早期查找和消除错误 以实现良好的过程控制 早期发现缺陷将避免将坏板送到随后的装配阶段 AOI将减少修理成本将避免报废不可修理的电路板 61 SMAIntroduce 通过使用AOI作为减少缺陷的工具 在装配工艺过程的早期查找和消除错误 以实现良好的过程控制 早期发现缺陷将避免将坏板送到随后的装配阶段 AOI将减少修理成本将避免报废不可修理的电路板 由于电路板尺寸大小的改变提出更多的挑战 因为它使手工检查更加困难 为了对这些发展作出反应 越来越多的原设备制造商采用AOI 为什么使用AOI AOI 62 SMAIntroduce AOI检查与人工检查的比较 AOI 63 SMAIntroduce 1 高速检测系统与PCB板帖装密度无关 2 快速便捷的编程系统 图形界面下进行 运用帖装数据自动进行数据检测 运用元件数据库进行检测数据的快速编辑 主要特点 4 根据被检测元件位置的瞬间变化进行检测窗口的自动化校正 达到高精度检测 5 通过用墨水直接标记于PCB板上或在操作显示器上用图形错误表示来进行检测电的核对 3 运用丰富的专用多功能检测算法和二元或灰度水平光学成像处理技术进行检测 AOI 64 SMAIntroduce 可检测的元件 元件类型 矩形chip元件 0805或更大 圆柱形chip元件 钽电解电容 线圈 晶体管 排组 QFP SOIC 0 4mm间距或更大 连接器 异型元件 AOI 65 SMAIntroduce AOI 检测项目 无元件 与PCB板类型无关 未对中 脱离 极性相反 元件板性有标记 直立 编程设定 焊接破裂 编程设定 元件翻转 元件上下有不同的特征 错帖元件 元件间有不同特征 少锡 编程设定 翘脚 编程设定 连焊 可检测20微米 无焊锡 编程设定 多锡 编程设定 66 SMAIntroduce 影响AOI检查效果的因素 影响AOI检查效果的因素 内部因素 外部因素 部件 贴片质量 助焊剂含量 室内温度 焊接质量 AOI光度 机器内温度 相机温度 机械系统 图形分析运算法则 AOI 67 SMAIntroduce 序号缺陷原因解决方法 1元器件移位安放的位置不对校准定位坐标焊膏量不够或定位压力不够加大焊膏量 增加安放元器件焊膏中焊剂含量太高 的压力在再流焊过程中焊剂的减小锡膏中焊剂的含量流动导致元器件移动 2桥接焊膏塌落增加锡膏金属含量或黏度焊膏太多减小丝网孔径 增加刮刀压力加热速度过快调整再流焊温度曲线 3虚焊焊盘和元器件可焊性差加强PCB和元器件的筛选印刷参数不正确检查刮刀压力 速度再流焊温度和升温速度不当调整再流焊温度曲线 不良原因列表 68 SMAIntroduce 序号缺陷原因解决方法 4元器件竖立安放的位置移位调整印刷参数焊膏中焊剂使元器件浮起采用焊剂较少的焊膏印刷焊膏厚度不够增加焊膏厚度加热速度过快且不均匀调整再流焊温度曲线采用Sn63 Pb37焊膏改用含Ag的焊膏 6焊点锡过多丝网孔径过大减小丝网孔径焊膏黏度小增加锡膏黏度 5焊点锡不足焊膏不足扩大丝网孔径焊盘和元器件焊接性能差改用焊膏或重新浸渍元件再流焊时间短加长再流焊时间 不良原因列表 69 SMAIntroduce ESD Electro StaticDischarge 即静电释放 What sESD ESD 怎样能产生静电 摩擦电 静电感应 电容改变在日常生活中 可以从以下多方面感觉到静电 闪电 冬天在地垫上行走以及接触把手时的触电感 在冬天穿衣时所产生的噼啪声这些似乎对我们没有影响 但它对电子元件及电子线路板却有很大的冲击 70 SMAIntroduce 对静电敏感的电子元件 晶片种类 静电破坏电压 VMOSMOSFETGaaSFETEPROMJFETSAWOP AMPCMOS 30 1 800100 200100 300100 140 7 200150 500190 2 500250 3 000 ESD 71 SMAIntroduce 电子元件的损坏形式有两种完全失去功能 器件不能操作 约占受静电破坏元件的百分之十间歇性失去功能 器件可以操作但性能不稳定 维修次数因而增加 约占受静电破坏元件的百分之九十在电子生产上进行静电防护 可免 增加成本 减低质量 引致客户不满而影响公司信誉 ESD 72 SMAIntroduce 从一个元件产生以后 一直到它损坏以前 所有的过程都受到静电的威胁 这一过程包括 元件制造 包含制造 切割 接线 检验到交货 印刷电路板 收货 验收 储存 插入 焊接 品管 包装到出货 设备制造 电路板验收 储存 装配 品管 出货 设备使用 收货 安装 试验 使用及保养 其中最主要而又容易疏忽的一点却是在元件的传送与运输的过程 ESD 遭受静电破坏 73 SMAIntroduce 静电防护要领静电防护守则原则一 在静电安全区域使用或安装静电敏感元件原则二 用静电屏蔽容器运送及存放静电敏感元件或电路板原则三 定期检测所安装的静电防护系统是否操作正常原则四 确保供应商明白及遵从以上三大原则 ESD 74 SMAIntroduce ESD 1 避免静电敏感元件及电路板跟塑胶制成品或工具 如计算机 电脑及电脑终端机 放在一起 2 把所有工具及机器接上地线 3 用静电防护桌垫 4 时常遵从公司的电气安全规定及静电防护规定 5 禁止没有系上手环的员工及客人接近静电防护工作站 6 立刻报告有关引致静电破坏的可能 静电防护步骤 75 SMAIntroduce 质量控制 总次品机会 总检查数目 每件产品潜在次品机会 次品的数目 总次品的机会 1000000 PPM PartsPerMillion 或DPMO DefectionPerMillionOpportunities 影响各行各业的ISO9000出现 在品质管理上 它是一个很好的制度 可是 这些文件管理只产生官僚化现象 这制度只可以保证现有品质要求 但在产品不断改善 ContinuousImprovement 方面 并没有什麽贡献 其实在八十年代至九十年代 亦倡行全面优质管理方法 TotalQualityManagement 其方法是不断改善品质 以达到零缺点的梦想 PPM的计算方法 76 SMAIntroduce 波峰焊 WaveSolder 什么是波峰焊 波峰焊是将熔融的液态焊料 借助与泵的作用 在焊料槽液面形成特定形状的焊料波 插装了元器件的PCB置与传送链上 经过某一特定的角度以及一定的浸入深度穿过焊料波峰而实现焊点焊接的过程 叶泵 移动方向 焊料 77 SMAIntroduce 波峰焊 WaveSolder 波峰焊机 1 波峰焊机的工位组成及其功能 裝板 涂布焊剂 预热 焊接 热风刀 冷却 卸板 2 波峰面 波的表面均被一层氧化皮覆盖 它在沿焊料波的整个长度方向上几乎都保持静态 在波峰焊接过程中 PCB接触到锡波的前沿表面 氧化皮破裂 PCB前面的锡波无皲褶地被推向前进 这说明整个氧化皮与PCB以同样的速度移动 78 SMAIntroduce 波峰焊 WaveSolder 波峰焊机 3 焊点成型 沿深板 焊料 A B1 B2 v v PCB離開焊料波時 分離點位與B1和B2之間的某個地方 分離后形成焊點 当PCB进入波峰面前端 A 时 基板与引脚被加热 并在未离开波峰面 B 之前 整个PCB浸在焊料中 即被焊料所桥联 但在离开波峰尾端的瞬间 少量的焊料由于润湿力的作用 粘附在焊盘上 并由于表面张力的原因 会出现以引线为中心收缩至最小状态 此时焊料与焊盘之间的润湿力大于两焊盘之间的焊料的内聚力 因此会形成饱满 圆整的焊点 离开波峰尾部的多余焊料 由于重力的原因 回落到锡锅中 79 SMAIntroduce 波峰焊 WaveSolder 波峰焊机 4 防止桥联的发生 沿深板 焊料 A B1 B2 v v PCB離開焊料波時 分離點位與B1和B2之間的某個地方 分離后形成焊點 1 使用可焊性好的元器件 PCB2 提高助焊剞的活性3 提高PCB的预热温度 增加焊盘的湿润性能4 提高焊料的温度5 去除有害杂质 减低焊料的内聚力 以利于两焊点之间的焊料分开 80 SMAIntroduce 波峰焊 WaveSolder 波峰焊机中常见的预热方法 波峰焊机中常见的预热方式有如下几种 1 空气对流加热2 红外加热器加热3 热空气和辐射相结合的方法加热 81 SMAIntroduce 波峰焊 WaveSolder 波峰焊工艺曲线解析 預熱開始 與焊料接觸 達到潤濕 與焊料脫離 焊料開始凝固 凝固結束 預熱時間 潤濕時間 停留 焊接時間 冷卻時間 工藝時間 82 SMAIntroduce 波峰焊 WaveSolder 波峰焊工艺曲线解析 1 润湿时间指焊点与焊料相接触后润湿开始的时间2 停留时间PCB上某一个焊点从接触波峰面到离开波峰面的时间停留 焊接时间的计算方式是 停留 焊接时间 波峰宽 速度3 预热温度预热温度是指PCB与波峰面接触前达到的温度 見右表 4 焊接温度焊接温度是非常重要的焊接参数 通常高于焊料熔点 183 C 50 C 60 C大多数情况是指焊锡炉的温度实际运行时 所焊接的PCB焊点温度要低于炉温 这是因为PCB吸热的结果 83 SMAIntroduce 波峰焊 WaveSolder 波峰焊工艺参数调节 1 波峰高度波峰高度是指波峰焊接中的PCB吃錫高度 其數值通常控制在PCB板厚度的1 2 2 3 過大會導致熔融的焊料流到PCB的表面 形成 橋連 2 傳送傾角波峰焊機在安裝時除了使機器水平外 還應調節傳送裝置的傾角 通過傾角的調節 可以調控PCB與波峰面的焊接時間 適當的傾角 會有助于焊料液與PCB更快的剝離 使之返回錫鍋內3 熱風刀所謂熱風刀 是SMA剛離開焊接波峰后 在SMA的下方放置一個窄長的帶開口的 腔體 窄長的腔體能吹出熱氣流 尤如刀狀 故稱 熱風刀 4 焊料純度的影響波峰焊接過程中 焊料的雜質主要是來源于PCB上焊盤的銅浸析 過量的銅會導致焊接缺陷增多5 助焊劑6 工藝參數的協調波峰焊機的工藝參數帶速 預熱時間 焊接時間和傾角之間需要互相協調 反復調整 84 SMAIntroduce 波峰焊接缺陷分析 波峰焊 WaveSolder 1 沾锡不良POORWETTING 这种情况是不可接受的缺点 在焊点上只有部分沾锡 分析其原因及改善方式如下 1 1 外界的污染物如油 脂 腊等 此类污染物通常可用溶剂清洗 此类油污有时是在印刷防焊剂时沾上的 1 2 SILICONOIL通常用于脱模及润滑之用 通常会在基板及零件脚上发现 而SILICONOIL不易清理 因之使用它要非常小心尤其是当它做抗氧化油常会发生问题 因它会蒸发沾在基板上而造成沾锡不良 1 3 常因贮存状况不良或基板制程上的问题发生氧化 而助焊剂无法去除时会造成沾锡不良 过二次锡或可解决此问题 1 4 沾助焊剂方式不正确 造成原因为发泡气压不稳定或不足 致使泡沫高度不稳或不均匀而使基板部分没有沾到助焊剂 1 5 吃锡时间不足或锡温不足会造成沾锡不良 因为熔锡需要足够的温度及时间WETTING 通常焊锡温度应高于熔点温度50 至80 之间 沾锡总时间约3秒 调整锡膏粘度 问题及原因对策 85 SMAIntroduce 波峰焊接缺陷分析 波峰焊 WaveSolder 2 局部沾锡不良DEWETTING 此一情形与沾锡不良相似 不同的是局部沾锡不良不会露出铜箔面 只有薄薄的一层锡无法形成饱满的焊点 问题及原因对策 3 冷焊或焊点不亮COLDSOLDERORDISTURREDSOLDERJOINTS 焊点看似碎裂 不平 大部分原因是零件在焊锡正要冷却形成焊点时振动而造成 注意锡炉输送是否有异常振动 4 焊点破裂CRACKSINSOLDERFILLET 此一情形通常是焊锡 基板 导通孔 及零件脚之间膨胀系数 未配合而造成 应在基板材质 零件材料及设计上去改善 86 SMAIntroduce 波峰焊接缺陷分析 波峰焊 WaveSolder 5 焊点锡量太大EXCESSOLDER 通常在评定一个焊点 希望能又大又圆又胖的焊点 但事实上过大的焊点对导电性及抗拉强度未必有所帮助 5 1 锡炉输送角度不正确会造成焊点过大 倾斜角度由1到7度依基板设计方式 123 整 一般角度约3 5度角 角度越大沾锡越薄角度越小沾锡越厚 5 2 提高锡槽温度 加长焊锡时间 使多余的锡再回流到锡槽 5 3 提高预热温度 可减少基板沾锡所需热量 曾加助焊效果 5 4 改变助焊剂比重 略为降低助焊剂比重 通常比重越高吃锡越厚也越易短路 比重越低吃锡越薄但越易造成锡桥 锡尖 问题及原因对策 87 SMAIntroduce 波峰焊接缺陷分析 波峰焊 WaveSolder 6 锡尖 冰柱 ICICLING 此一问题通常发生在DIP或WIVE的焊接制程上 在零件脚顶端或焊点上发现有冰尖般的锡 6 1 基板的可焊性差 此一问题通常伴随着沾锡不良 此问题应由基板可焊性去探讨 可试由提升助焊剂比重来改善 6 2 基板上金道 PAD 面积过大 可用绿 防焊 漆线将金道分隔来改善 原则上用绿 防焊 漆线在大金道面分隔成5mm乘10mm区块 6 3 锡槽温度不足沾锡时间太短 可用提高锡槽温度加长焊锡时间 使多余的锡再回流到锡槽来改善 6 4 出波峰后之冷却风流角度不对 不可朝锡槽方向吹 会造成锡点急速 多余焊锡无法受重力与内聚力拉回锡槽 6 5 手焊时产生锡尖 通常为烙铁温度太低 致焊锡温度不足无法立即因内聚力回缩形成焊点 改用较大瓦特数烙铁 加长烙铁在被焊对象的预热时间 问题及原因对策 88 SMAIntroduce 波峰焊接缺陷分析 波峰焊 WaveSolder 7 防焊绿漆上留有残锡SOLDERWEBBING 7 1 基板制作时残留有某些与助焊剂不能兼容的物质 在过热之 后餪化产生黏性黏着焊锡形成锡丝 可用丙酮 已被蒙特娄公约禁用之化学溶剂 氯化烯类等溶剂来清洗 若清洗后还是无法改善 则有基板层材CURING不正确的可能 本项事故应及时回馈基板供货商 7 2 不正确的基板CURING会造成此一现象 可在插件前先行烘烤120 二小时 本项事故应及时回馈基板供货商 7 3 锡渣被PUMP打入锡槽内再喷流出来而造成基板面沾上锡渣 此一问题较为单纯良好的锡炉维护 锡槽正确的锡面高度 一般正常状况当锡槽不喷流静止时锡面离锡槽边缘10mm高度 问题及原因对策 89 SMAIntroduce 波峰焊接缺陷分析 波峰焊 WaveSolder 8 白色残留物WHITERESIDUE 在焊接或溶剂清洗过后发现有白色残留物在基板上 通常是松香的残留物 这类物质不会影响表面电阻质 但客户不接受 8 1 助焊剂通常是此问题主要原因 有时改用另一种助焊剂即可改善 松香类助焊剂常在清洗时产生白班 此时最好的方式是寻求助焊剂供货商的协助 产品是他们供应他们较专业 8 2 基板制作过程中残留杂质 在长期储存下亦会产生白斑 可用助焊剂或溶剂清洗即可 8 3 不正确的CURING亦会造成白班 通常是某一批量单独产生 应及时回馈基板供货商并使用助焊剂或溶剂清洗即可 8 4 厂内使用之助焊剂与基板氧化保护层不兼容 均发生在新的基板供货商 或更改助焊剂厂牌时发生 应请供货商协助 8 5 因基板制程中所使用之溶剂使基板材质变化 尤其是在镀镍过程中的溶液常会造成此问题 建议储存时间越短越好 8 6 助焊剂使用过久老化 暴露在空气中吸收水气劣化 建议更新助焊剂 通常发泡式助焊剂应每周更新 浸泡式助焊剂每两周更新 喷雾式每月更新即可 8 7 使用松香型助焊剂 过完焊锡炉候停放时间太九才清洗 导致引起白班 尽量缩短焊锡与清洗的时间即可改善 8 8 清洗基板的溶剂水分含量过高 降低清洗能力并产生白班 应更新溶剂 问题及原因对策 90 SMAIntroduce 波峰焊接缺陷分析 波峰焊 WaveSolder 9 深色残余物及浸蚀痕迹DARKRESIDUESANDETCHMARKS 通常黑色残余物均发生在焊点的底部或顶端 此问题通常是不正确的使用助焊剂或清洗造成 9 1 松香型助焊剂焊接后未立即清洗 留下黑褐色残留物 尽量提前清洗即可 9 2 酸性助焊剂留在焊点上造成黑色腐蚀颜色 且无法清洗 此现象在手焊中常发现 改用较弱之助焊剂并尽快清洗 9 3 有机类助焊剂在较高温度下烧焦而产生黑班 确认锡槽温度 改用较可耐高温的助焊剂即可 问题及原因对策 91 SMAIntroduce 波峰焊接缺陷分析 波峰焊 WaveSolder 10 绿色残留物GREENESIDUE 绿色通常是腐蚀造成 特别是电子产品但是并非完全如此 因为很难分辨到底是绿锈或是其它化学产品 但通常来说发现绿色物质应为警讯 必须立刻查明原因 尤其是此种绿色物质会越来越大 应非常注意 通常可用清洗来改善 10 1 腐蚀的问题通常发生在裸铜面或含铜合金上 使用非松香性助焊剂 这种腐蚀物质内含铜离子因此呈绿色 当发现此绿色腐蚀物 即可证明是在使用非松香助