《表面工程介S》PPT课件

表面贴装工程,-关于ScreenPrinter的介绍,目录,SMAIntroduce,印刷制程,ScreenPrinter内部工作图,ScreenPrinter的基本要素,模板(Stencil)制造技术,锡膏丝印缺陷分析,在SMT中使用无铅焊料,SMAIntroduce,ScreenPrinter,Mount,Reflow,AOI,SMT工艺流程,SMAIntroduce,ScreenPrinter,STENCILPRINTING,ScreenPrinter内部工作图,ScreenPrinter,ScreenPrinter的基本要素：,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,SMAIntroduce,ScreenPrinter,锡膏的主要成分：,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,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,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,SMAIntroduce,ScreenPrinter,模板(Stencil)制造技术:,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。,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,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。,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。,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。,SMAIntroduce,无铅锡膏熔化温度范围：,ScreenPrinter,表面贴装工程,-关于Mount的介绍,目录,SMAIntroduce,贴装制程,表面贴装对PCB的要求,表面贴装元件介绍,表面贴装元件的种类,阻容元件识别方法,IC第一脚的的辨认方法,来料检测的主要内容,贴片机的介绍,贴片机的类型,贴片机过程能力的验证,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,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,SMAIntroduce,电容,MOUNT,SMAIntroduce,MOUNT,SMAIntroduce,MOUNT,SMAIntroduce,MOUNT,SMAIntroduce,MOUNT,SMAIntroduce,MOUNT,SMAIntroduce,MOUNT,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,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,1206,0805,0603,0402,0201,3.21.6,50,30,25,25,12,1.27,0.8,0.65,0.5,0.3,2.01.25,1.60.8,1.00.5,0.60.3,MOUNT,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,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”）,SMAIntroduce,MOUNT,来料检测的主要内容,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。,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。,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24个真空吸嘴(较早机型)至56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0.080.10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。,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。,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。,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)。,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。,SMAIntroduce,MOUNT,SMAIntroduce,MOUNT,表面贴装工程,-关于Reflow的介绍,目录,SMAIntroduce,焊接制程,再流的方式,ConveyorSpeed的简单检测,测温器以及测温线的简单检测,基本工艺,几种焊接缺陷及其解决措施,回流焊接缺陷分析,SMAIntroduce,REFLOW,再流的方式：,SMAIntroduce,REFLOW,ConveyorSpeed的简单检测：,需要的工具：秒表，米尺，胶带，笔，纸,检测工程：首先，在电脑中设定conveyorspeed并且运行系统，使之达到设定速度其次，打开炉盖，可以看到conveyor。然后，在conveyor上设定一点，做明显的标记。第四，使用秒表测定标记点通过一定距离的时间最后，距离/时间=速度,用于检测设定的速度与实际的速度间的差异,SMAIntroduce,REFLOW,测温器以及测温线的简单检测：,温度计,热开水,需要的工具：温度计，热开水，测试线，测试器,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：,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。,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60120秒，根据焊料的性质有所差异。,工艺分区：,（二）保温区,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6090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。,（三）再流焊区,工艺分区：,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。,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14C/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,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,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。,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183C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。,SMAIntroduce,b)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,SMAIntroduce,REFLOW,石碑与回流焊炉以及它的温度曲线之间的关系,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。,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