实用表面组装技术-印制电路板与印刷工艺(2)

1、表面安装印制电路板表面安装印制电路板 印制电路板（印制电路板（Printed Circuit Board） 简称印制板或简称印制板或PCB 基板材料：基板材料： PCB基材大体分为二大类：有机类基板基材大体分为二大类：有机类基板 和无基类材板。和无基类材板。 。 一、有机类基板材料是指用纸基或增强材料玻璃纤维布浸以树 脂黏合剂，通过烘干成坯料，覆上铜箔，经高温高压而制成基 板。 这类基板覆铜箔层压板（Copper Clad Laminatos）简称CCL， 俗称覆铜板，是制造PCB的主要材料， CCL可分为：纸基、玻璃纤维布基、复合基（CEM）、和金属 基四大类 有机树脂黏合剂分为：酚醛树脂（

2、PE）、环氧树脂（EP）、聚 酰亚胺树脂（PI）、聚四氟乙烯树脂（TF）、聚苯醚树脂 （PPO）等。 1 纸质CCL: 按NEMA（美国电器制造商协会） 不同基材性能标准，常见等 级有XPC、XXXPC、FR-1、FR-2、FR-3等， FR-3为环氧树脂， 其余的为酚醛树脂，FR表示其具有阻燃性能 由于纸质的疏松性，加工生产中只能冲孔，不能钻孔，介电性 能及机械性能不如环氧板，吸水性也较高。 纸基PCB在焊接过程中应认真调节温度注意干燥处理，温度过 高PCB易出现起泡。 2 环氧玻璃布基CCL： 布基常用的标准标号有：G10、G11、FR-4、FR-5 四种。 其中FR-4,FR-5为阻燃型

3、板，常用的为FR-4，使用量在90%以 上。G11和FR-5耐热高于G10和FR-4. 环氧布基具有良好的电气和低吸水性能，可制作多层板，在一 定范围内可弯曲，能高速钻孔进行加工。 最高设计层数可达38层以上 主要技术特点及应用：电绝缘性能稳定，平整度好，表面光滑， 无凹坑，厚度公差标准，适合应用于高性能电子绝缘要求的产 品， 环氧玻纤布基板的机械性能、尺寸稳定性、抗冲击性、耐湿性 能比纸基板高。它的电气性能优良，工作温度较高，本身性能 受环境影响小。在加工工艺上，要比其他树脂的玻纤布基板具 有很大的优越性。 厚空荡荡 3 复合基CCL: 表面和芯部的增强材料是由不同的材料构成刚性的CCL,简

4、称 CEM，主要品种有两种：一种是CEM1，它在纸基浸渍环氧树 脂后，再双面复合一层玻璃纤维布，然后再与铜箔复合热压。 可用来制作对频率特性要求较高的PCB. 单面玻纤板必须要电脑 钻孔，不能模冲. 另一种是CEM3，在结构上采用玻璃毡浸渍环氧树脂后，再两面 合贴玻璃纤维布，与铜箔复合热压成型。 4 金属基CCL: 金属基以金属基板为底层或内蕊，在金属板上覆盖绝缘层，最 外层为铜箔。金属板起支撑与散热作用。厚度一般0.32.0mm， 如铝板、铜 板。 优点：机械性能好、散热性能好、能屏电磁波。 挠性CCL: 它具有折弯性能，超薄，可形成三维空间的立体线路板。厚度 可做到0.5mm左右. 二、无

5、机类基板主要是陶瓷类基板与玻璃基板，陶瓷基板材料 通常用纯度96%左右的氧化铝或氧化铍烧结而成. 无机类基板具有以下性能: 热膨胀系数（ CTE）低、耐高温性好、高的化学稳定性. 印刷PCB包含内容: 1 焊盘：元件引脚与电路连接的部分 2 丝印:也即白油文字印刷标明零件的名称位置方向 3 绝缘漆：是绝缘阻焊防止PCB板面被污染,PCB以黄油和绿油 偏多 金手指：传递主板信号要求镀金良好 定位孔：固定印刷锡膏用 导通孔：又称VIA孔PCB上最小的孔作导通用，用于内层连接。 盲孔：从印制板内延展到一个表层的导通孔 埋孔：未延伸到印制板表面的一种导通孔 过孔从印制板上一个表层延展到另一个表层的导通

6、孔。 元件孔：元件端子固定及导电图形电气联接的孔。 PCB编号、厂商标志LOGO图和生产批号等。 挠 铜箔的种类与厚度: 铜箔一般按制造方法分为压延铜箔和电解铜箔两大类. 压延法制造的铜箔要求铜纯度大于99,9%.铜箔弹性好，适合于 制造挠性板、高频信号等性能高的PCB.用字母W表示， 电解法用铜纯度大于99.8%以上的铜进行制作。用字母E表示。 PCB铜箔厚度： 0.5-4.0um，一般使用为0.35um 表面安装印制板（SMB）的特征： 具有：高密度、小孔径、CTE低、耐高温性能好。平整度高 SMB基材质量相关参数： 1 玻璃化转变温度（TG）：电路板必须耐燃，在一定温度下不 能燃烧，只能

7、软化。这时的温度点就叫做玻璃态转化温度(Tg点)， 这个值关系到PCB板的尺寸安定性。也既熔点。 2 热膨胀系数（ CTE）：要求在一定的温度范围内要膨胀系数小、 导热性能好。 3 耐热性，一般要求SMB能有250度/50S的耐热性. 4 电气性能:要求介电常数小于2.5.介质损小于0.02等.介电性能是 指在电场作用下,表现出对静电能的储蓄和损耗的性质， SMT工艺对SMB设计的要求: 1 网络化:多层板设计应设定统计一尺寸基准.以保证SMB制作过 程中的位置对中. 2工艺线路选择:中心距为0.65MM的QFPPLCC等复杂器件,通常 应选用再流焊工艺.双面板布线,应将大型器件放在SMB一侧

8、,这 样可以降低PCB热应力对器件的影响. 3定位孔:周围1MM处应无铜箔,且不得贴装元件. 去奥 工艺边:若印制板两侧5mm以上不贴装或不插件,可以不设工艺边. 达不到此要求一般工艺边的宽度为58MM. 标识点:为保证贴装精度每块单独拼板要求至少有两点但两点不 可以在同一水平线或垂直线上周围尽量不要有焊盘或导通孔等 避免机器误识别的标识点。常 用的有圆形、方形或十字形。 6印制板的翘曲度：此与PCB的长度有关，一般不超过PCB对角 线的0.7%。 7元器件之间的间隙： 贴片波峰焊工艺： 06031206标准值是2.53mm,最小 1.52.5mm。12102225标称值是2.53.555mm

9、,最小值是 2.02.5mm。 .焊膏-再流焊工艺： 06032225标准值是2.0mm,最小是 1.01.5mm. OJF I 焊锡膏与印刷技术 一、焊锡膏： 焊锡膏是将焊料粉末与具有助焊功能的糊状焊剂混合而成的一 种浆料。 合金焊料占90左右，化学成分占815。相对比重为7.3： 1. 体积比1：1. 成份及作用：成份及作用： 助焊剂的主要成份及其作用： A、活化剂(ACTIVATION)：该成份主要起到去除PCB铜膜焊盘 表层及零件焊接部位的氧化物质的作用，同时具有降低焊锡表 面张力的功效； B、触变剂(THIXOTROPIC) ：该成份主要是调节焊锡膏的粘度 以及印刷性能，起到在印刷中

10、防止出现拖尾、粘连等现象的作 用； C、树脂（松香）（RESINS）：在高温下能还原焊锡及PCB铜 箔表面的氧化膜使其相互润湿，促使熔融的焊锡沿铜箔表面漫 流，在焊接过程中可以覆盖焊接部位有效防止焊接部位再度氧 化，焊接后可使焊剂残留物形成一层致密的有机膜，对焊点有 良好的保护作用，具有一定的防腐性能和电气绝缘性能。还具 有调节比重及改进发泡工艺性的作用。 D、溶剂（SOLVENT）：该成份是焊剂组份的溶剂，在锡膏的 搅拌过程中起调节均匀的作用，对焊锡膏的寿命有一定的影响； 常见锡膏类型 ： 1 松香型焊锡膏：主要成份有活性剂、松香、溶剂、其它助焊剂 （消光剂、缓蚀剂、表面活性剂） 2 水溶泩

11、锡膏：表示该焊剂焊接后的残留物能够溶解在水中，主 要成份有活化剂、润湿剂、溶剂 3 免清洗低残留物锡膏。主要成份有活性剂、其它助焊剂、溶剂 焊剂质量评价可分为使用性及抗腐蚀性两部分 工艺性能 外观、发泡能力、扩展率、相对润湿力、焊后残渣干燥度 理化指标： 固体含量、卣素含量、水萃取液的电阻率、绝缘电阻 按回流温度分： 1 高温无铅锡膏（Sn-Ag-Cu 熔点为 217） 2 常温无铅锡膏 (SnAgBiCu 189 ) 3 低温无铅锡膏(Sn-Bi或Sn-In） 熔点 139或118 ) 常用焊锡膏物理特性： 1 合金成份：锡（Sn）96.5%, 银（Ag ） 3%,铜（Cu ） 0.5%，

12、2 锡粉尺寸： 3号粉，按照IPC JSID005标准， 锡膏粉粒尺寸是： 2545um.通常使用的为3号粉。 4 号粉：按照IPC JSID005标准，锡膏粉粒尺寸是： 20um 38um 5号粉：按照IPC JSID005标准，锡膏粉粒尺寸是： 1025um 3 残留物：大约为5 4 包装重量：500G罐 5 无铅焊锡Sn/Ag/Cu 96.5/3.0/0.5的熔点为 217。 锡膏一般使用条件： 保质期间，要求粘度变化小，锡粉与焊剂不会分离。 库存量一般控制在90天以内，并按不同批次分开放置。 使用环境温度25 3.湿度4575。 使用中须防止锡膏：污染、氧化、吸潮对锡膏质量的影响。 焊

13、膏领用遵循先进先出原则，先回温后搅拌。回温时间一般4 小时，使用时确定温度已达 以上，并填写锡膏回温管 制标签； 开盖后锡膏使用有效期为24小时。 锡膏首次添加约1/2瓶，以后每1小时添加一次，每次约1/3 瓶，此要按生产产品的元件多少及元件焊盘大小来进行管控， 一般添加的锡膏不超过机器印刷1小时的用量。 每30分钟需检查锡膏的印刷状况。 印刷不良板清洗后必须用气枪彻底清除PCB贯孔及缝隙中锡膏 残渣； 每小时或停止印刷10分钟以上时需人工擦拭钢板； 使用的锡膏最好每8小时搅拌一次。 PCB印刷锡膏后放置时间不能超过2小时，超过此时间须重新清 洗PCB后重新印刷。 没有使用完的锡膏须贴上“再生

14、产使用”标签。注明已使用时间及 下次使用有效期。 搅拌的方式 1 机器搅拌：时间56分钟。 2 手动搅拌：时间：35分钟，人工搅拌要求按同一方向进行， 以免锡膏内混有气泡。搅拌效果达到锡膏表面細膩，均匀流畅。 ALPHA OM338的储存处理： 1 冷藏保证稳定性08 ，冷藏条件下保质期为6个月。采用先 进先出的原则。 2 焊锡膏在25 室温下保质期2个星期。 3 焊锡膏回温到室温时间需要4小时。锡膏在使用前确定温度已 达到19 以上。 4 一般不能将使用的锡膏与未使用的锡膏混合，这会影响未使用 锡膏的流变性。 焊料粉的制造 1 焊料粉未可分为有规则球形粉或无规则焊粉，一般来说球形粉 状最佳，

15、它具有良好的印刷性而不会出现堵塞孔眼的现象。 2 焊料粉未的粒度：焊料的粉未粒度一般控制在25um45um， 当粉未大于70um时会导致焊膏粘结性能变差。粉粒越细也会导 致粉未氧含量增大。超过一定的范围 会引起焊接过程的“飞珠” 出现。 影响焊锡膏粘度的主要因素： 1 焊料粉未含量及粉粒大小对粘度影响：焊料粉未增加可以有效 地防止印刷后及预热阶段的塌落。粉粒尺寸越小粘度就越好。 2 温度对焊膏粘度的影响：温度升高粘度就下降。印刷锡膏时最 佳环境温度为233. 二、印刷技术 在锡膏丝印中有三个关键的要素，这里叫做三个S：Solder paste(锡膏)，Stencils(丝印模板)，和Squee

16、gees(丝印刮刀)。 三个要素的正确结合是持续的丝印品质的关键所在 模板/钢网：其外框是铸铝合金，中心是金属钢板。固化胶固定 钢网的宽度约50mm，开孔区域离固化胶的周边宽度为30 40mm，以保证使用中有一定的弹性。 锡膏钢网厚度： 0.100.13mm 红胶钢网厚度： 0.180.25mm 印刷厚度一般由模板的厚度所决定。 金属钢板的制造方法： 1 化学腐蚀法（蚀刻）:首先制作两张菲林膜，上面的图形按 一定比例缩小，然后在金属板上两面贴好感光膜，通菲林膜对 其正反曝光，再经过双向腐蚀制成。材料为青铜或不锈钢。 缺点：开孔窗口光洁度不够，表面粗糙，影响印刷精度。 2 激光切割法：用微机控制

17、CO2或YAG激光发生器，像光绘一 样直接在金属模板上切割出窗口。材料为不锈钢 优点：精度高、开孔尺寸好、工序简单、周期短。 3 电铸法：在一个平整的基板上，通过感光的方法制得窗口图形 的负像，然后将基板放入电解质溶液中，基板接电源负极， 用镍做阳极，经数小时后，镍在基板非焊盘区沉积，达到一定 厚度后与基板剥离，形成模板。材料为镍。孔壁粗糙度在. MM以下。 钢网张力35F50（N/cm），张力误差：F小于等于5（N/cm 张力测试方法： 钢网张力五点测试法： 中心点、四角四角测试点要离铝框 10cm以上结果取五点平均值。 钢网张力小会造成印刷厚度不均匀，拖尾拉尖、偏移、少锡现象 等 钢网张力

18、过大由于缺少弹性而造成印刷时少锡。 印刷刮刀角度： 可分45度、60度，通常使用的为60度 刮刀形状： 可分为菱形、拖尾巴两种 常用的印刷机有： MPM、DEK、YAMAHA、JUKI、PANASERT、FUJI、SANYO 等所有全自动印刷机型。其中以MPM印刷精度较高。 印刷机工作原理： DEK焊膏印刷机通过先进的上/下视觉系统，独立控制与调节的 高速移动的镜头，精确地对PCB印刷电路板与钢网的标识点进 行对位，以高精度伺服马达驱动及PC控制，确保印刷的稳定性 和精密度，图像模式识别重复定位满足精度要求。其悬臂式印 刷头，刮刀压力、速度、行程均由电脑伺服控制，维持印刷质 量的均匀稳定。，从

19、而将焊膏或红胶按照网板的开孔精确的涂 敷在印刷电路板上。确保印刷精度为25微米 6西格玛. DEK HOZ O2I技术参数： PCB尺寸：50mm508mm 印刷周期：12秒 印刷速度：2mm/S150mm/S 重复精度：25um，CPK大于1.6 机器印刷温度可控制在24 1 . 焊锡膏印刷过程： 1 印刷工艺流程：焊膏准备安装并校准钢网调节参数印刷 焊膏结束清洗钢网。 2 焊锡膏粘度为：7001400pa.s，最佳900pa.s 一、印刷机工艺参数调节与影响 1 印刷速度：印刷速度越慢，锡膏的粘稠度越大，刮刀速度越 快，锡膏的粘稠度越小。一般刮刀速度选择2540mm/sec。速 度太快刮刀

20、通过模板的时间太短，导致锡膏不能充分渗入开孔 口。在进行高精度印刷时（引脚间距0.5mm）印刷速度一般在 20mm-30mm/sec控制。 2 刮刀压力：压力小PCB焊盘上锡膏就厚，压力大就会导致锡膏 印得太薄。 3 印刷间隙：机器一般设定为零，其数值增大锡膏量就增多 4 PCB厚度：一般控制与PCB实际厚度一致。数值大于PCB厚 印刷锡膏就厚。低于PCB实际厚度，锡膏就薄。 4 分离速度：分离太快易导致少锡和拉尖等问题。 二、焊锡膏印刷的缺陷、产生原因及对策。 1 印刷图形错位： 产生原因：MARK点误照，钢网对位不当与焊盘偏移，印刷机精 度差。 危害：引起连锡短路。 对策：重新校正或调整M

21、ARK点位置，调整印刷机参数及钢网位 置 2 焊膏图形拉尖，凹陷： 产生原因：分离速度快、刮刀压力过大、刮 刀硬度不够、钢网 开孔过大。 危害：焊锡少，产生虚焊、焊点强度不够。 对策：调整分离速度、调节刮刀速度及刮刀压力。更换刮刀及 钢网。 3 锡膏太多 ： 产生原因：PCB与钢网之间间隙大，PCB厚度设定大，PCB或 钢网、印刷机轨道上有异物。 危害：产生连锡短路，产品报废。 对策：检查机器参数设定及钢网、PCB、轨道上有无异物。 4 图形不均匀，有断点。 原因：钢网孔壁不光滑，钢网堵塞、锡膏流动性差 危害：少锡、虚焊。 对策：增加钢网的清洁次数及调整机器的擦拭时间，将锡膏重 新搅拌。 5

22、印刷连锡 原因：印刷次数多、钢网擦拭不干净、锡膏质量差。 危害：产品炉后连锡。 对策：增加钢网擦拭次数，更换锡膏、调节刮刀速度及刮刀压 力。 锡膏厚： 原因：钢网尺寸大、钢网厚度超过制程要求、机器参数设定 危害：产品连锡，短路。 对策：重做钢网、减少机器PCB厚度设定、调节刮刀速度及刮 刀压力。 锡膏少： 原因：机器参数设定、锡膏添加不及时、钢网开孔小。 危害：少锡、虚焊 对策：按元件特性制作钢网、增加机器PCB厚度设定、调节刮 刀速度及刮刀压力。 三、贴片胶与涂布技术 表面贴装技术有两大典型的工艺流程： 焊锡膏再流焊工艺： 印刷贴片回流焊（固化）AOI返修组装 贴片胶波峰炉工艺： 印刷贴片回流焊（固化）AOI-返修波峰焊后焊 储存温度：一般010 ，保质期6个月。 使用环境温度25 3 ，湿度4575RH. 印刷胶要求： 不拉丝、无拖尾、胶点形状大小一致、光滑、饱满、不塌落。 红胶的工艺方式： 1) 印刷方式：钢网开孔要根据零件的类型，基材的性能来决定， 注意其钢网厚度和孔的大小及形状。 优点是速度快、效率高。 2) 点胶方式：点胶是利用压缩空气，将红胶透过专用点胶头点 到基板上，胶点的大小、多少、