1-1-先进电子制造技术表面组装技术(SMT)介绍(下)ppt课件

1、4.6 外表组装元器件SMC/SMD的包装类型编带、散装、管装和托盘.5 外表组装的PCBSMT对PCB的要求 外观要求高 热膨胀系数小，导热系数高 耐热性要求 铜箔的附着强度高 抗弯曲强度 电性能要求：介电常数，绝缘性能 耐清洗.高性能玻璃布基覆铜板开展趋势耐高热性：FR-4 FR-5低本钱：FR-4 CEMn外表和芯部由不同资料构成的刚性复合基CCL，简称CEM积层多层板制造技术含纳米资料的覆铜箔板.印制电路板PCB的开展趋势高精度高密度：当前世界先进程度线宽0.06 mm间距0.08 mm，最小孔径0.1mm。超薄型多层印制电路板，介质层厚度仅0.06mm6层板的厚度只需0.450.6m

2、m积层式多层板BUM。它是一种具有埋孔和盲孔，孔径0.10mm、孔环宽0.25mm，导线宽度和间距为0.1mm或更小的积层式薄型高密度互连的多层板。当前世界先进程度达3050层。 挠性板的运用不断添加陶瓷基板在MCM和系统级封装SIP中被广泛运用。随着电子产品向短、小、轻、薄和多功能方向开展，PCB的尺寸不断减少、厚度越来越薄、层数不断添加、布线密度越来越高，使PCB制造难度也与日俱增。外表涂镀层要满足高密度、无铅要求。.6 外表组装焊接资料焊膏 焊膏是再流焊工艺必需资料。焊膏是由合金粉末、糊状助焊剂载体均匀混合成的膏状焊料。.1 焊膏的分类a 按合金粉末的成分分：有铅和无铅，含银和不含银；b

3、 按合金熔点分：高温、中温暖低温；c 按合金粉末的颗粒度可分为：普通间距和窄间距用；d 按焊剂的成分分：免清洗、有机溶剂清洗和水清洗e 按焊剂活性可分为：R非活性、RMA中等活性、RA全活性。f 按黏度可分为：印刷用和滴涂用。.2 焊膏的组成 焊膏是由合金焊料粉、糊状焊剂和一些添加剂混合而成的具有一定粘性和良好触变特性的膏状焊料。 合金粉末 合金粉末是构成焊点的主要成分。目前最常用焊膏的金属组分为:Sn63/Pb37 Sn62/Pb36/Ag2 Sn95.8Ag3.5Cu 0.7.常用焊膏的金属成分、熔点范围、性质和用途共晶低温焊料，适用于热敏元器件及需求两次再流焊的外表组装组件的第二次再流焊

4、 Sn42Bi58 是目前最常用的近共晶无铅焊料，性能比较稳定，各种焊接参数接近有铅焊料。220216Sn95.8Ag3.5Cu 0.7近共晶高温焊料，适用于耐高温元器件及需求两次再流焊的外表组装组件的第一次再流焊不适用于水金板 290268Sn10Pb88Ag2 共晶中温焊料，易于减少Ag、Ag/Pa电极的浸析，广泛用于SMT焊接不适用于水金板 189179Sn62Pb36Ag2 近共晶中温焊料，易制造，用途同上 188183 Sn60Pb40 共晶中温焊料，适用于普通外表组装组件，不适用于含Ag、Ag/Pa资料电极的元器件 183 183 Sn63Pb37 液相线固相线性质与用途熔化温度合

5、金成份. 焊剂 焊膏焊剂是净化焊接外表，提高润湿性，防止焊料氧化和确保焊膏质量以及优良工艺性的关键资料。 表3-5 焊剂的主要成分和功能防止分散和塌边，调理工艺性触变剂、界面活化剂、消光剂其它调理焊膏工艺特性甘油、乙醇类、酮类溶剂净化金属外表胺、苯胺、联氨卤化盐、硬脂酸等活化剂提供贴装元器件所需的粘性松香、松香脂、聚丁烯粘接剂净化金属外表，提高润湿性松香、合成树脂树脂功能运用的主要资料焊剂成分.3 对焊膏的技术要求 a. 要求焊膏吸湿性小，低毒、无臭、无腐蚀性； b.储存期和室温下运用寿命长； c. 焊膏粘度要满足工艺要求，既要保证印刷时具有优良的印刷性、脱模性，又要保证良好的触变性保形性，印

6、刷后焊膏不塌落。 d. 要求焊膏与PCB焊盘、元件端头或引脚可焊性浸润性要好, 焊接时起球少，构成的焊点有足够的强度，确保不会因加电、振动等要素出现焊接点失效；.4 焊膏的开展动态 无铅焊料的开展 铅及其化合物会给人类生活环境和平安带来较大的危害。电子工业中大量运用Sn/Pb合金焊料是呵斥污染的重要来源之一。 日本首先研制出并运用无铅焊料，2003年制止运用。 美国和欧洲提出2006年7月1日制止运用。 我国一些独资、合资企业的出口产品也有了运用。 无铅焊料已进入适用性阶段。 最新动态：由信息产业部、开展改革委、商务部、海关总署、工商总局、质检总局、环保总局结合制定的已于2006年2月28日正

7、式公布，2007年3月1日施行。. 目前最有能够替代Sn/Pb焊料的合金资料 最有能够替代Sn/Pb焊料的无毒合金是Sn基合金，以Sn为主，添加Ag、Zn、Cu、Bi、In等金属元素，经过焊料合金化来改善合金性能，提高可焊性。 目前运用最多的无铅焊料 三元共晶方式的Sn95.8Ag3.5Cu0.7和三元近共晶方式的Sn96.5Ag3.0Cu0.5是目前运用最多的无铅焊料。其熔点为216-220左右。.7 外表组装粘接资料贴片胶 贴片胶是外表贴装元器件波峰焊工艺必需的粘接资料。波峰焊前需求用贴片胶将贴装元器件固定在PCB相对应的位置上，以防波峰焊时掉落在锡锅中。 .1 对貼片胶的要求 a. 适宜

8、的粘度 b. 触变性好 c. 可鉴别的颜色 d. 快速固化 e. 储存稳定，常温下运用寿命长 f. 粘接强度适中 g. 耐高温 h. 良好的电性能 i. 化学性能稳定，不会释放气体 j. 平安性.2 常用貼片胶 环氧树脂贴片胶 环氧树脂贴片胶是由环氧树脂和固化剂组成。 环氧树脂属热固型、高粘度粘接剂。普通固化温度在14010/5min； 丙稀酸类貼片胶 丙稀酸貼片胶主要由丙烯酸类树脂、光固化剂和填料组成。 聚丙烯型贴片胶属于光固型。需先用UV紫外灯照一下，翻开化学键，然后再用14010/12min完成完全固化。.8 SMT工艺引见施加焊膏贴装元器件工艺再流焊工艺波峰焊工艺.SMT工艺技术开展趋

9、势1目前外表组装主要采用印刷焊膏再流焊工艺。2单面板混装以及有较多通孔元件时用到波峰焊工艺。3在通孔元件较少的混装板中，通孔元件再流焊工艺也越来越多地被运用。4POPPackage On Package3D组装技术的运用。5在Pitch40m的超高密度以及无铅等环保要求的情势下， ACAAnisotropic Conductive Adhesive各向异性导电胶技术也悄然兴起。.8.1. 施加焊膏 8.1.1 工艺目的把适量的SnPb焊膏均匀地施加在PCB的焊盘上,以保证贴片元器件与PCB相对应的焊盘到达良好的电气衔接。 SJ/T10670规范 免清洗要求 无铅要求. 图1-2 焊膏缺陷. 印

10、刷焊膏的原理焊膏和贴片胶都是触变流体，具有粘性。当刮刀以一定速度和角度向前挪动时，对焊膏产生一定的压力，推进焊膏在刮板前滚动，产生将焊膏注入网孔或漏孔所需的压力，焊膏的粘性摩擦力使焊膏在刮板与网板交接处产生切变，切变力使焊膏的粘性下降，使焊膏顺利地注入网孔或漏孔。.刮板 焊膏模板PCB a焊膏在刮板前滚动前进 b产生将焊膏注入漏孔的压力 c切变力使焊膏注入漏孔 X Y F 刮刀的推进力F可分解为 推进焊膏前进分力X和 将焊膏注入漏孔的压力Y d焊膏释放脱模图1-3 焊膏印刷原理表示图.(a) 传统开放式 (b) 单向旋转式 (c) 固定压入式 (d) 双向密闭型图2-8 各种不同方式的印刷技术

11、表示图.焊膏印刷是保证SMT质量的关键工序。目前普通都采用模板印刷。据资料统计，在PCB设计正确、元器件和印制板质量有保证的前提下，外表组装质量问题中有70%的质量问题出在印刷工艺。. 提高印刷质量的措施 (1)加工合格的模板 (2)选择适宜工艺要求的焊膏并正确运用焊膏 (3)印刷工艺控制.(1)加工合格的模板 模板厚度与开口尺寸根本要求: IPC7525规范 T W L 开口宽度(W)/模板厚度(T)1.5 (无铅1.6) 开口面积(WL)/孔壁面积2(L+W)T 0.66 (无铅0.71).(2)焊膏的选择方法不同的产品要选择不同的焊膏。a根据产品本身的价值和用途，高可靠产品选择高质量的焊

12、膏。b根据PCB和元器件存放时间和外表氧化程度选择焊膏的活性。c根据组装工艺、印制板、元器件的详细情况选择合金组分。d根据产品对清洁度的要求来选择能否采用免清洗。eBGA和CSP普通都需求采用高质量的免清洗焊膏；f焊接热敏元件时，应选用含铋的低熔点焊膏。g根据PCB的组装密度有无窄间距来选择合金粉末颗粒度，常用焊膏的合金粉末颗粒尺寸分为四种粒度等级，窄间距时普通选择2045m。h根据施加焊膏的工艺以及组装密度选择焊膏的黏度。.(3) 焊膏的正确运用与管理a) 必需储存在510的条件下；b) 要求运用前一天从冰箱取出焊膏至少提早4小时，待焊膏到达室温后才干翻开容器盖，防止水汽凝结；c) 运用前用

13、不锈钢搅拌棒将焊膏搅拌均匀，搅拌棒一定要清洁；d) 添加完焊膏后，应盖好容器盖；e) 免清洗焊膏不能运用回收的焊膏，假设印刷间隔超越1小时，须将焊膏从模板上拭去。将焊膏回收到当天运用的容器中；f) 印刷后尽量在4小时内完成再流焊。g) 免清洗焊膏修板后不能用酒精檫洗；h) 需求清洗的产品，再流焊后该当天完成清洗；i) 印刷操作时，要求拿PCB的边缘或带手套，以防污染PCB。j) 回收的焊膏与新焊膏要分别存放.(4)印刷工艺控制 图形对准 刮刀与网板的角度 刮刀压力 印刷速度 在刮刀角度一定的情况下，印刷速度和刮刀压力存在一定的关系，降低速度相当于添加压力，适当降低压力可起到提高印刷速度的效果。

14、 清洗方式和清洗频率.8.2. 贴装元器件工艺 本工序是用贴装机或人工将片式元器件准确地贴放到印好焊膏或贴片胶的PCB外表的相应位置上。 贴装元器件是保证SMT组装质量和组装效率的关键工序。.8.2.1 保证贴装质量的三要素a 元件正确b 位置准确c 压力贴片高度适宜。.(a) 元件正确要求各装配位号元器件的类型、型号、标称值和极性等特征标志要符合产品的装配图和明细表要求，不能贴错位置；.(b) 位置准确元器件的端头或引脚均和焊盘图形要尽量对齐、居中，还要确保元件焊端接触焊膏图形。 两个端头的Chip元件自定位效应的作用比较大，贴装时元件宽度方向有3/4以上搭接在焊盘上,长度方向两个端头只需搭

15、接到相应的焊盘上并接触焊膏图形，再流焊时就可以自定位，但假设其中一个端头没有搭接到焊盘上或没有接触焊膏图形，再流焊时就会产生移位或吊桥； 正确 不正确 .BGA贴装要求BGA的焊球与相对应的焊盘一一对齐；焊球的中心与焊盘中心的最大偏移量小于1/2焊球直径。DD1/2焊球直径.(c) 压力贴片高度贴片压力Z轴高度要恰当适宜 贴片压力过小，元器件焊端或引脚浮在焊膏外表，焊膏粘不住元器件，在传送和再流焊时容易产生位置挪动，另外由于Z轴高度过高，贴片时元件从高处扔下，会呵斥贴片位置偏移 ； 贴片压力过大，焊膏挤出量过多，容易呵斥焊膏粘连，再流焊时容易产生桥接，同时也会由于滑动呵斥贴片位置偏移，严重时还

16、会损坏元器件。.贴片压力吸嘴高度.2.2 自动贴装机贴装原理(1) PCB基准校准原理(2) 元器件贴片位置对中方式与对中原理.(1) PCB基准校准原理 自动贴装机贴装时，元器件的贴装坐标是以PCB的某一个顶角普通为左下角或右下角为源点计算的。而PCB加工时多少存在一定的加工误差，因此在高精度贴装时必需对PCB进展基准校准。 基准校准采用基准标志Mark和贴装机的光学对中系统进展。 基准标志Mark分为PCB基准标志和部分基准标志。 部分 MarK PCB MarK.a) PCB MarK的作用和PCB基准校准原理 PCB MarK是用来修正PCB加工误差的。贴片前要给PCB Mark照一个

17、规范图像存入图像库中，并将PCB MarK的坐标录入贴片程序中。贴片时每上一块PCB，首先照PCB Mark，与图像库中的规范图像比较：一是比较每块PCB Mark图像能否正确，假设图像不正确，贴装机那么以为PCB的型号错误，会报警不任务；二是比较每块PCB Mark的中心坐标与规范图像的坐标能否一致，假设有偏移，贴片时贴装时机自动根据偏移量见图5中X、Y修正每个贴装元器件的贴装位置。以保证准确地贴装元器件。 利用PCB Mar修正PCB加工误差表示图.b) 部分Mark的作用多引脚窄间距的器件，贴装精度要求非常高，靠PCB Mar不能满足定位要求，需求采用24个部分Mark单独定位，以保证单

18、个器件的贴装精度。.(2) 元器件贴片位置对中方式与对中原理元器件贴片位置对中方式有机械对中、激光对中、全视觉对中、激光与视觉混合对中。(a) 机械对中原理靠机械对中爪对中(b) 激光对中原理靠光学投影对中(3) 视觉对中原理靠CCD摄象，图像比较对中.元器件贴片位置对中方式. 元器件贴片位置视觉对中原理： 贴片前要给每个元器件照一个规范图像存入图像库中，贴片时每拾取一个元器件都要进展照相并与该元器件在图像库中的规范图像比较：一是比较图像能否正确，假设图像不正确，贴装机那么以为该元器件的型号错误，会根据程序设置丢弃元器件假设干次后报警停机；二是将引脚变形和共面性不合格的器件识别出来并送至程序指

19、定的抛料位置；三是比较该元器件拾取后的中心坐标X、Y、转角T与规范图像能否一致，假设有偏移，贴片时贴装时机自动根据偏移量修正该元器件的贴装位置。 元器件贴片位置光学对中原理表示图.8.3.1 再流焊定义再流焊Reflow soldring，经过重新熔化预先分配到印制板焊盘上的膏状软钎焊料，实现外表组装元器件焊端或引脚与印制板焊盘之间机械与电气衔接的软钎焊。印刷注射滴涂电镀预制焊片高速机多功能高精机异形公用机手工贴片热板红外热风热风加红外气相再流焊8.3. 再流焊工艺. 63Sn-37Pb铅锡焊膏再流焊温度曲线 2. 再流焊原理 . 从温度曲线见图1分析再流焊的原理：当PCB进入升温区枯燥区时，

20、焊膏中的溶剂、气体蒸发掉，同时，焊膏中的助焊剂润湿焊盘、元器件端头和引脚，焊膏软化、塌落、覆盖了焊盘，将焊盘、元器件引脚与氧气隔离；PCB进入保温区时，使PCB和元器件得到充分的预热，以防PCB忽然进入焊接高温区而损坏PCB和元器件；当PCB进入焊接区时，温度迅速上升使焊膏到达熔化形状，液态焊锡对PCB的焊盘、元器件端头和引脚润湿、分散、漫流或回流混合构成焊锡接点；PCB进入冷却区，使焊点凝固。此时完成了再流焊。.8.3.3 再流焊工艺特点 a 有“再流动与自定位效应假设焊盘设计正确焊盘位置尺寸对称，焊盘间距恰当，元器件端头与印制板焊盘的可焊性良好，元器件的全部焊端或引脚与相应焊盘同时被熔融焊

21、料润湿时，就会产生自定位或称为自校正效应self alignment当元器件贴放位置有少量偏离时，在外表张力的作用下，能自动被拉回到近似目的位置。但是假设PCB焊盘设计不正确，即使贴装位置非常准确，再流焊时由于外表张力不平衡，焊接后也会出现元件位置偏移、吊桥、桥接、润湿不良、等焊接缺陷。这就是SMT再流焊工艺最大的特性。.自定位效应self alignment再流焊前再流焊后再流焊中.b 每个焊点的焊料成分与焊料量是固定的再流焊工艺中，焊料是预先分配到印制板焊盘上的，每个焊点的焊料成分与焊料量是固定的，因此再流焊质量与工艺的关系极大。特别是印刷焊膏和再流焊工序，严厉控制这些关键工序就能防止或减

22、少焊接缺陷的产生。.(a) 产生电子信号或功率的流动(b) 产活力械衔接强度焊接后在焊料与被焊金属界面生成金属间合金层焊缝焊缝 焊点要求.拉伸力千lbl/in2*4m时，由于金属间合金层太厚，使衔接处失去弹性，由于金属间结合层的构造疏松、发脆，也会使强度小。*厚度为0.5m时抗拉强度最正确；*0.54m时的抗拉强度可接受；*0.5m时，由于金属间 合金层太薄，几乎没有强度； 金属间结合层厚度m金属间结合层厚度与抗拉强度的关系金属间结合层的厚度与抗拉强度的关系Intermetallic Compounds 缩写IMC.为了减小焊接过程中PCB外表t，应仔细思索散热设计，例如均匀的元器件分布、铜箔

23、分布，优化PCB板的规划。尽量使印制板上t到达最小 值。.外表贴装元件优良焊点的条件外观条件：a 焊点的润湿性好b 焊料量适中，防止过多或少c 焊点外表外表应完好、延续平滑d 无针孔和空洞e 元器件焊端或引脚在焊盘上的位置偏向应符合规定要求f 焊接后贴装元件无损坏、端头电极无零落内部条件优良的焊点必需构成适当的IMC金属间化合物结合层没有开裂和裂纹.高质量 高直通率 高可靠寿命保证 不提倡检查-返修或淘汰的-贯做法，更不容忍错误发生。任何返修任务都能够给废质量量添加不稳定的要素。再流焊质量要求.返修的潜在问题返修任务都是具有破坏性的 特别是当前组装密度越来 越高，组装难度越来越大尽量防止返修，

24、或控制其不良后果 ！返修会缩短产品寿命 过去我们通常以为，补焊和返修，使焊点更加结实，看起来更加完美，可以提高电子组件的整体质量。但这一传统观念并不正确。.影响焊接质量的主要要素(1) PCB设计(2) 焊料的质量：合金成份及其氧化程度 无论有铅、无铅都应选择共晶或近共晶焊料合金(3) 助焊剂质量(4) 被焊接金属外表的氧化程度元件焊端、PCB焊盘 (5) 工艺：印、贴、焊正确的 温度曲线(6) 设备(7) 管理.PCB焊盘设计对再流焊质量的影响 SMT的组装质量与PCB焊盘设计有直接的、非常重要的关系。假设PCB焊盘设计正确，贴装时少量的歪斜可以在再流焊时，由于熔融焊锡外表张力的作用而得到纠

25、正称为自定位或自校正效应；相反，假设PCB焊盘设计不正确，即使贴装位置非常准确，再流焊后反而会出现元件位置偏移、吊桥等焊接缺陷。PCB设计应思索：再流焊工艺特点 “再流动与自定位效应.正确的焊盘图形构造是实现优良焊点的根本条件主焊点. 印刷贴片胶 贴装元器件 胶固化 插装元器件 波峰焊8.4. 波峰焊工艺波峰焊主要用于传统通孔插装印制电路板电装工艺，以及外表组装与通孔插装元器件的混装工艺，适宜波峰焊的外表贴装元器件有矩形和圆柱形片式元件、SOT以及较小的SOP等器件。.8.4.1 波峰焊原理用于外表贴装元器件的波峰焊设备普通都是双波峰或电磁泵波峰焊机，下面以双波峰机为例来阐明波峰焊原理。当完成

26、点或印刷胶、贴装、胶固化、插装通孔元器件的印制板从波峰焊机的人口端随传送带向前运转，经过助焊剂发泡或喷雾槽时，使印制板的下外表和一切的元器件端头和引脚外表均匀地涂敷一层薄薄的助焊剂；随传送带运转印制板进入预热区预热温度在90130，预热的作用：助焊剂中的溶剂被挥发掉，这样可以减少焊接时产生气体；助焊剂中松香和活性剂开场分解和活性化，可以去除印制板焊盘、元器件端头和引脚外表的氧化膜以及其它污染物，同时起到维护金属外表防止发生再氧化的作用使印制板和元器件充分预热，防止焊接时急剧升温产生热应力损坏印制板和元器件。.印制板继续向前运转，印制板的底面首先经过第一个熔融的焊料波，第一个焊料波是乱波振动波或紊流波、也称波，使焊料打到印制板的底面一切的焊盘、元器件焊端和引脚上，熔融的焊料在经过助焊剂净化的金属外表上进展浸润和分散。然后印制板的底面经过第二个熔融的焊料波，第二个焊料波是平滑波也称波，平滑波将引脚及焊端之间的连桥分开，并将去除拉尖等焊接缺陷。当印制板继续向前运转分开第二个焊料波后，自然降温冷却构成焊点，即完成焊接。.8.4.2 波峰焊工艺对元器件和印制板的根本要求 a 应选择三层端头构造的外表贴装元器件，元器件体和焊端能经受两次以上260波峰焊的温度冲击，焊接后元器件体不损坏或变形，片式元件端头无脱帽景象； b 如采用短插一次焊工艺，焊接面元件