SMT组装流程1

1、SMT組裝流程介紹1.電路板組裝流程2. SMT&DIP元件規格3. SMT組裝及PCBA測試要求4. REFLOW Profile (Alloy Sn63 Pb37) : For BGA chipset5. AOI 光學檢查要求6. SMD作業不良實例探討Component TypesPlasticBGAMicroBGA/ CSPFlip ChipCeramicBGASuperBGATabBGAPCBSMDDIP1-1.PCBA(電路板組裝,#1)Single Reflow&Dip ProcessEX: M.B. of DeskTop-PC 1.電路板組裝流程PCBA(電路板

2、組裝,#1)Single Reflow&Dip ProcessEX: M.B. of DeskTop-PC 入庫錫膏印刷貼片機迴焊爐ICT手插件迴焊爐Touch-UpTest&Pack1-2.PCBA(電路板組裝,#2)Double Reflow&Dip ProcessEX: M.B. of Mobile-PC PCBSMDDIP入庫錫膏印刷(1)貼片機迴焊爐ICT手插件迴焊爐Touch-UpTest&PackPCBA(電路板組裝,#2)Double Reflow&Dip ProcessEX: M.B. of Mobile-PC 錫膏印刷(2)貼片機迴焊

3、爐2. SMT&DIP元件規格2-1. IC 元件外形簡介元件外形簡介 (IC Devices Introduction) :Through Hole PackagePage 3 of 902-2.Surface Mounted Package-SOP-QF-LCC-PLCC-SOJ-P/C-BGAKBGA ( Ball Grid Array)Flip ChipLPage 4 of 90同軸超小型迷你功率超小(一個匣)SOP(MFP)腳距 : 1.27mm腳距 : 0.65mmVSOPQFP/VQFP 腳距 1mm0.8mm0.65mm0.5mmPLCC/SOJ腳距 : 1.27mm裸

4、晶片 COB多點銲晶片FFPTABLCC模型裸晶片型(2)半導體零件方形晶片電阻晶片鉭質電容積層陶瓷電容(MLCC)薄膜電容其他晶片電阻陶瓷電容晶片形陶瓷振盪器電阻(排組)晶片電容(排組)積層晶片(薄膜形)鋁電解電容晶片線圈繼電器其他陶瓷微調電容半固定可變電阻開關石英振盪器測針連接器平板型圓型複合型異型(1)被動元件2-3. SMD 常用零件：3. SMT組裝及PCBA測試要求Page 17 of 903-2. 鋼板鋼板(Stencil) 種類與比較：種類與比較： 鋼板種類鋼板種類製作製作時間時間製作製作成本成本板孔形狀板孔形狀孔壁孔壁Undercut上錫性上錫性雷射鋼板雷射鋼板快較貴較粗糙較

5、多較差化學鋼板化學鋼板慢較便宜 較光滑較少較佳3-3. SMT 鋼板鋼板: 厚度及開孔尺寸設計及使厚度及開孔尺寸設計及使用要領用要領 (1)開孔尺寸: 一般I.C鋼板開口要比PCB pad小10m，如此可避免因錫膏 偏離錫墊(Pad) 0.2mm 就會形成錫球之不良現象。 (2)理想鋼板孔內品質： 沒有undercut : undercut 在印刷時會阻抗錫膏前進，使印下去錫膏 的形狀不清晰，同時亦減少錫膏量。 孔壁平滑。 前中 後寬度相同。 (3)印刷錫膏厚度: 每2小時檢查1次(防止厚度不均，控制誤差在10 %之內) 。 (4)鋼板清潔保養: 在每班/日使用前清潔保養，防止鋼板污染及 塞孔

6、及變形問題(如以IPA擦拭鋼板，須等乾再印)。 (5)鋼板工作壽命: 約印刷基板8萬 10萬片。3-4. 鋼板印刷的製程參數有：鋼板印刷的製程參數有： (以厚度0.15mm,208pin pitch 0.5mm之鋼板為例) 刮刀壓力: 愈小愈好 (0.05 mpa) 印刷速度: 15 30mm/sec , 愈細線路要愈慢 印刷間隙/角度: 基板與印刷底板間距0.4 0.8mm 錫膏 (Solder Paste) 溫度 (Temperature):環境溫度18 24,溼度40 50%RH 常見印刷不良情形： (1) 印刷毛邊：刮刀壓力太大之結果。 (2) 印刷不完整：刮刀不利之結果。 放置印刷機

7、台之錫膏量，每次控制最好印10片，因為錫 膏多，溶劑容易揮發,吸水及氧化，對迴焊之品質不好。 印錫膏每片之間不要超過10分鐘，印刷之後，不要放置 超過1小時。印刷10次就要擦拭鋼板1次，可保持下次印 錫膏之形狀及量。squeezesolder pastestencilpadPCBSTENCILLING 3-5. 錫膏種類與特性檢查：錫膏種類與特性檢查： (2) 水洗製程水洗製程/免洗製程錫膏特性比較免洗製程錫膏特性比較: 優點優點缺點缺點1. Flux活性較強，其焊性較佳。1. 多 Pin 腳及平貼 PCB 之 SMT 零件，因底下 Flux不易清洗乾淨，殘留Flux易造成PCB腐蝕。2.多

8、Pin 腳平貼 PCB或高密度之SMT零件，造成製程不易烘乾，易造成PCB腐蝕與電路短路之功能不良。3. 水洗設備貴，操作亦需大量用水及廢水處理，對於業者是為一大負擔。1. Flux活性較弱，其焊錫性較差。所以對零件，鋼板及製程條件要求就特別注意。2. 若Flux 殘留，外觀較不美觀。2. 清洗後，若Flux不殘留時，則Pin 與Pin間漏電流小，PCB外觀較美觀。水洗製程水洗製程免洗製程免洗製程製程成本較便宜，亦符合環保要求。錫膏成份錫膏成份比例( % )比例( % )沸點( )沸點( )Solvent & Water(清潔溶劑 & 水)(清潔溶劑 & 水)2% 5%

9、78 100Flux (助焊劑) (助焊劑)2% 10%170 172Solder Ball(錫球)(錫球)85% 95%183(1) 錫膏成份錫膏成份: (3) 錫膏特性檢查項目：FLUX成分含量, 以及 顆粒大小與 黏度檢查。 (4) 錫膏管理：需保存4 8冷藏下，印刷錫膏過程在1824 , 40% 50%RH環境作業最好，不可有冷風或熱風直接對著吹，溫度超過26.6，會影響錫膏性能。存貨儲存時間不超過3 個月，錫膏使用前攪拌 13分鐘。 (5)良好錫膏之焊錫性對錫球要求： 愈圓愈好。(對錫球滾動較有幫助) 愈小愈均勻愈好。 氧化層愈薄愈好。(所需要之FLUX活性就不需太強) (6)錫膏使

10、用前的準備：回溫。在錫膏回溫到室溫前切勿拆開容器或攪拌錫膏。 一般回溫時間約為 48小時(以自然回溫方式) 。如未回溫完全即使 用，錫膏會冷凝空氣中的水氣，造成slump, spatter等問題。 (7)錫膏使用時間不超過8小時，回收,隔夜之錫膏最好不要用。PadSolder ParticlesPreheating drippingMelted solderFlow of solder ballsPrintingPreheatingMeltingTransformation of Solder Paste in ReflowPage 23 of 90SOLDER ALLOY CHART1502

11、002503003500%10%20%30%40%50%60%65%75%85%95%The Percentage of TINTemperature (C)Temperature ofwhich solderbecomes PLASTICTemperature ofwhich solderbecomes LIQUID (7) Solder Alloy Curve :Page 25 of 90* PC板翹曲度:規格要求及嚴格進料檢查(可避免QFP/BGA空焊) 。 PCB翹曲規格：不超過PCB對角線長度之0.7% (IPC-TM-650)。 PCB 廠商針對不平或變形的PCB，會集中收集統一熱

12、壓平後歸還。 PCB板翹通常與PCB製程較無關係，而與Layout 與 密度關係較大 ，例如 Pad (銅)與PCB Epoxy 熱膨脹係數不同，受熱後散熱速度亦 不同，若Layout 與密度不平均則易造成PCB翹曲。 若PCB 吸水率超過0.3%，且無烘乾，則會有脫層 (Delamination) 之不良。(正常PCB吸水率應在0.1%以下) PCB烘烤溫度：(SMT前, PC板的重烤溫度，120, 2 hrs) ，一般 PCB廠出貨前PCB烘烤規格: (a) 步驟：25昇溫至130(約40分鐘) 130並以重物熱壓烘烤 2 小時 降溫25(約40分鐘後取出) 真空熱縮袋包裝出貨 (b)包裝

13、時亦可加放乾燥劑。(選擇性) PCB上BGA/QFP IC位置設計:應避免設計在PCB對角線上。CASE Study: PC板翹曲度Temp. ( C)Time (sec)About 183 CAbout 130 C Preheat ZoneFor 50 60 sec,Slope =1.52C/sec Soak ZoneHold at 130C to 183CFor 90 120 sec,Slope =0.5C/sec Reflow ZoneAbove 183C about 90 to 100 sec.Peak Temperature220 10C, 10 20 sec.Reflow Prof

14、ile has to calibrate considered from all the different factors in solder paste, component density,mother board layout, material properties and conveyor speed, etc.4. REFLOW Profile (Alloy Sn63 Pb37) : For BGA chipset183 C to 220 C (2 3 C /sec)Cooling Zone220C to 100C (1 1.5 C /sec).SMT迴焊條件 (1) 預烤區(P

15、reheat) & 熔錫加熱區(Soak) : (a) 作用： 避免錫膏中的助焊劑成份急速軟化。 使助焊劑中揮發物(Solvent) 完全發散。 緩和正式加熱時的熱衝擊。 促進助焊劑的活化，可清潔pad上以氧化物及髒污。 (b) 影響：若預烤(溫度、時間)不足，與其正式加熱之間溫差大 ，容易產生因流移而引起旁邊錫球產生，以及因溫度 分佈不均所導致的墓碑效應(Tomb effectiveness) 與 燈蕊效應(Lampwick effectiveness)。 若預烤過度，則將引起助焊劑成份的老化以及錫粉的 氧化，進而導致微小錫球或未熔解的情形發生。 若熔錫加熱區溫度上昇太急速，溫度分佈

16、將難以均勻 ，容易發生墓碑效應與燈蕊效應。4-1. REFLOW 迴焊溫度控制技術說明： (2) 迴焊區(Reflow) : 影響：迴焊區若加熱溫度不足，則由於無法確保充足的熔融 焊錫與 Pad 的接觸時間，很難獲得良好的焊接狀態， 同時由於熔融焊錫內部的助焊劑成份和氣體無法被排 出，因而發生空洞 (Void) 與冷焊(Cold soldering)。 迴焊區的Peak Temp. 溫度太高或183以上時間拉的 太長，則該熔解的焊錫將被再氧化而導致接合程度減 低等缺陷產生。 (3) 冷卻區(Cooling) : 影響： 焊接部位的冷卻不可緩慢，否則因元件與基板熱容量有別， 將引起溫度分佈不均，

17、焊錫凝固時間的差異將導致元件位置 挪移，熱膨脹率的差異也將使基板彎曲，進而有局部應力集 中，使該部位的接合度的減低。 若冷卻速度太慢，也會引起焊錫組織之粗大化，因而導致接 合溫度的減低。 Main Board : PCB Tg=125 , BGA Substrate Tg=175 Page 31 of 90 4-2. REFLOW 量測方法： Thermocouple can be attached to top surface, edge substrate and middle ball of BGA package. PADSolder BallMother BoardThermocou

18、pleMother BoardPAD(1) PBGA the thermocouple installationDrill pilot hole down through center of pad prior to Reflow.(diameter of hole : 2 to 3mm)Put thermocouple in the center of pad(2) Thermocouple Measure Position (red)Mother Board210 220205 210Solder Ball TemperaturePCB Surface 190 205 Page 32 of

19、 904-3. REFLOW 迴焊溫度曲線規格及管制： 須依各機種產品PC板大小及零件密度考量。 SMT 焊接良率決定於元件可焊性(15%) , 迴焊爐(30%) , PCB & Layout (15%), 錫膏&印刷 (25%) , 鋼板設計 (15 %)。 注意 QFP / BGA REFLOW 溫度需求之差異。 定期性REFLOW 溫度實測及持續檢討焊點不良率。 FR-4PC板表面溫度應控制216避免PC板高溫產生彎翹，造成零件腳空焊。 4-4. Conveyor Speed / Angle 設定條件值,每日管制。Page 33 of 905. AOI 光學檢查要求:5.

20、1 AOI 是什麼 ? Automated Optical lnspection 自動光學檢查機 一般區分為 : CCD CAMERA SCAN COLOR CCD CAMERA B/W CCD CAMERA LINE SCAN LASER SCAN5.2 AOI 可以做什麼 ? 外觀檢查 PCB 製造業 電子加工業 半導體產業 汽車燈泡內殼 零組件生產 其他Page 34 of 905.3 AOI應用於SMT迴焊後缺陷檢查 缺件：不因基板式樣而受影響 偏移：不因基板式樣而受影響 極反：有兩極記號的元件 墓碑效應 電極破裂 反白：頂端和底部有差異的元件 錯件：有可辨認字元的元件 錫少：其範圍是

21、可程控的 引腳浮起：其範圍是可程式控制的 錫橋：可檢視細小的橋接 空焊: ? 錫量過多：其範圍是可程式控制的Page 38 of 90Case 1 : QFP lead & lead or BGA 錫球與錫球間短路 : 原因 對策 1. 錫膏量太多 ( 1mg/mm) 使用較薄的鋼板 (150m) 開孔縮小(85% pad) 2. 印刷不精確 將鋼板調準一些 3. 錫膏塌陷 修正 Reflow Profile 曲線 4. 刮刀壓力太高 降低刮刀壓力 5. 鋼板和電路板間隙太大 使用較薄的防焊膜 6. 焊墊設計不當 同樣的線路和間距6. SMD作業不良實例探討Case 2 : 有腳的SM

22、D 零件空焊: 原因 對策 1. 零件腳或錫球不平 檢查零件腳或錫球之平面度 2. 錫膏量太少 增加鋼板厚度和使用較小的開孔 3. 燈蕊效應 錫膏先經烘烤作業 4. 零件腳不吃錫 零件必需符合吃錫之需求 Case 3 : 無腳的SMD 零件空焊: 原因 對策 1. 銲墊設計不當 將錫墊以防焊膜分隔開，尺寸適切 2. 兩端受熱不均 同零件的錫墊尺寸都要相同 3. 錫膏量太少 增加錫膏量 4. 零件吃錫性不佳 零件必需符合吃錫之需求 Case 4 : SMD 零件浮動(漂移): 原因 對策 1. 零件兩端受熱不均 錫墊分隔 2. 零件一端吃錫性不佳 使用吃錫性較佳的零件 3. Reflow 方式 在Reflow 前先預熱到 170Case 5 : 墓碑 ( Tombst