表面安装技术及焊接工艺

1、 表面安装技术及焊接工艺 表面安装工艺 制造SMT的关键工艺为： 涂膏、点胶、固化、贴片、焊接、清洗、检测。 一、 涂膏作用：提供焊接所需的助焊剂和焊料，在再流焊前将SMC初步粘合在规定位置。 1.SMT焊膏组分 它是由作为焊料的金属合金粉末与糊状助焊剂均匀混合而形成的膏状焊料, 2.常用涂膏方法 (1)印刷法：就是将焊膏以印刷的方法通过丝网板或模板的开口孔涂敷在焊盘上。 丝网印刷法 丝网板的结构:它是将丝网(单根聚脂丝或不锈钢丝)紧绷在铝制框架上， 获得一个平坦而有柔性的丝网表面，丝网上粘有光敏乳胶，用光刻法制作出开口图形。开口部分与印制板上的焊盘相对应。 模板印刷法： 模板的结构:它是在金

2、属模板上通过激光切割、电镀或蚀刻的方法制作出开口图形。 模板类型：全金属模板:不锈钢板或黄铜板(变形量小的材料)柔性金属模板:将金属模板粘接在丝网上，实际上是丝网板与金属模板的结合 激光刻模板模板与丝网印的比较： 结构方面： 模板的图形开口处没有丝网网格，对于被印刷的焊膏提供了完全的开口面积； 丝网的图形开口处只提供大约1/2的开口面积。 印刷工艺方面： 丝网印刷时丝网与SMB必须保持阶跃距离，称为非接触印刷， 模板印刷时模板与SMB之间可以没有距离，可以采用接触（金属板）和非接触（柔性板）两种印刷方式优缺点分析： 从使用角度看： 模板印精度优于丝网印，它印刷时可直接看清焊盘，因此定位方便；

3、模板印刷可使用的粘度范围大，开口不会堵塞，容易清洗。 从制造角度看： 丝网制作成本低、制造周期短，适于快速周转 从印刷设备看： 模板印刷可采用各种类型（手动、全自动）； 丝网印刷因定位困难(透过丝网很难看清SMB的焊盘)，只能采用全自动印刷机， 在全自动印刷机上设有视觉处理系统，用以保证漏印的准确性。 它们的共同特点是： 高效快速，可一次性完成对SMB的涂膏； 但通用性差，丝网/模板均是专用的, 换产品必须重新制作， 印刷时焊膏是暴露在空气中,容易被污染。 手 动 丝 网 印 机Screen printer全自动丝网机(2)注射法 将焊膏置于注射器内部并借助于气动、液压或电驱动方式加压，使焊膏

4、经针孔排出点在SMB焊盘表面。 形状由注射针尺寸、点胶时间和压力大小来控制。 注射法与印刷法的比较： 速度： 注射法的速度不及丝网/模板印刷快，注射法是逐点进行；印刷法是一次完成。 适应性： 注射法非常灵活，可应用在丝网/模板不能采用的场合(基板表面已装入其它元器件时)， 而且通用性强，转产时不需调换注射器，适用于小批量、多品种的生产模式。 印刷法适用于大批量、单一品种的生产。 4.涂膏质量标准 总的来说，涂膏质量标准是“适量”、“准确”四个字，具体要求如下： (1)形貌：良好涂膏的形貌如图所示，均匀覆盖在焊盘上，无凸峰、边缘不清、拉丝、搭接等不良现象； (2)印刷面积： 焊膏图形与焊盘对准，

5、两者尺寸和形状相符，焊膏图形在焊盘的覆盖面积必须大于焊盘面积的75%，小于焊盘面积的两倍； (3)印刷厚度： 印刷厚度决定了焊点处的焊料体积，一般漏印焊膏的厚度要求在100-300m，间距越细要求印刷厚度越薄。 5.不良涂膏现象 常见的不良涂膏现象及产生的主要原因。(1)漏印或空洞(2)失准 (3)塌陷 (4)轮廓模糊(5)尖峰(6)过量二、 点胶 是指在SMC/SMD主体的下方（非焊接部位）点上胶粘剂的方法及过程，作用: 是在焊接前固定它们的位置。 SMT在实际生产时，有两种情况需要点胶： 采用波峰焊焊接前，需先将片状元件用胶粘剂粘贴在SMB的规定位置，然后才能进入波峰焊焊接; 采用再流焊焊

6、接双面板前,为防止先焊好的A面上的大型器件B面再流焊时脱落,需要在先焊的A面大型器件下点胶,将其粘接在SMB上。2.常用胶粘剂种类 SMT使用的胶粘剂,又称贴片胶,它是一种红色的膏状体,其主要成分为：胶粘剂、固化剂、颜料、溶剂。 常用的表面安装胶粘剂主要有两类，即:环氧树脂和聚炳烯类。 3.常用点胶方法印刷法 与焊膏的印刷方法相仿。针孔转印法：在硬件系统控制下，针板网格在胶粘剂托盘中吸收胶粘剂后转移到SMB上。它的优点是简便高效，适用于单一品种的大批量生产注射法（P132）与焊膏的印刷方法相仿 Dispenser 4.点胶质量标准 (1)胶点轮廓:不应出现塌落、拉丝、沾污焊盘等不良现象。(2)

7、点胶量：C 2(A+B) 。 5.不良点胶现象 (1)拉丝(又称拖尾)(2)过量(3)塌落(4)失准(5)空点 三、 固化 固化方法是根据所使用的胶粘剂的类型而确定。 1.常用固化方法 (1)热固化 适用于环氧胶粘剂的固化，热固化可以在红外炉内通过红外辐射加热完成。 (2)紫外光加热固化 适用于聚丙烯的胶粘剂固化，先用紫外光照射几秒钟，然后再加热固化，它较单一的热固化更快。 2.固化的质量标准 (1)胶粘剂应达到一定的固化程度,既能承受波峰焊时的应力,不致造成元器件脱落,又满足元器件在焊接时的自我调整要求; (2)固化后的胶粘剂内部应无孔洞。 3.不良固化现象 (1)由于固化时间和温度不足，使

8、胶粘剂固化程度不够，导致波峰焊时元器件脱落； (2)固化时温度上升速率太快,使固化后的胶粘剂内部出现孔洞,这是危害性很大的缺陷,因为若胶粘剂内存在孔洞,会使焊剂残留在孔中而无法清洗干净,造成对电路及元器件的腐蚀。 四、贴片 是指在涂膏或点胶完成后，将SMC/SMD贴放到SMB的规定位置的方法及过程。 贴片可以采用手工、半自动、全自动的方式，贴片设备通常叫做贴片机。由于片状元器件的微小化、安装的高密度的特点，贴片作业基本上均需采用贴片机，手工贴放只是在数量很少的情况下才使用。 1手工贴放 虽然，手工贴放片状元器件既不可靠、也不经济，但在试生产时往往还需采用这种方式。 元件的贴放主要是拾取和贴放下

9、去 两个动作。手工贴放时，最简单的工具是小镊子，但最好是采用手工贴放机的真空吸管拾取元件进行贴放。 手工贴放元件时主要应掌握下列原则： 必须避免元件相混。 应避免元件上有不适当的张力和压力。 应夹住元件的外壳，而不应夹住它们的引脚和端接头。 工具头部不应沾带胶粘剂和焊膏。 没有贴放准确的元件应予抛弃，或清洗后使用2.自动贴片 在规模生产中，由于贴片的准确度要求，几乎迫使人们必须采用自动化的设备，它是SMT的关键设备。在中等产量的表面安装生产线中，贴片设备的费用约占总投资的50%左右。自动贴片机主要由下列五个部分组成：Full visionMounterpick and place machin

10、e贴片机的组成: (1)贴装头： 贴装头也叫做吸/放头，它的工作由移动/定位、拾取/释放两种模式组成: 第一，贴装头通过程序控制完成三维的往复运动，实现从供料系统取料后移动到SMB的指定位置上。 第二，贴装头的端部有一个用真空泵控制的吸盘，当换向阀打开时，吸盘上的负压把元器件从供料系统中吸上来；当换向阀门关闭时吸盘把元器件释放到SMB上(2)供料系统： 供料系统由元器件包装容器及机械供料器组成。 供料系统的工作方式根据元器件的包装形式和贴片机的类型而确定。 元器件的包装形式有散装、编带、棒式、托盘四种。 元器件为散装时，随着贴装进程，装载着各种不同元器件的散装料的料仓水平旋转，把即将贴装的那种

11、元器件转到料仓门下方，便于贴装头拾取； 元器件为编带包装时，盘装编带随编带架垂直旋转供料; 而棒式包装时，管状定位料斗在水平面上二维移动，为贴装头提供待取元件。 (3) SMB定位系统： 是一个固定的二维平面移动的工作台，在计算机控制系统的操纵下，随工作台移动到工作区域内，并被精确定位，使贴装头能把元器件准确地释放到需要的位置上。(4)计算机控制系统： 贴片机能够准确有序地工作，其核心机构是微型计算机。它是通过计算机程序，控制贴片机的自动工作步骤。 (5) 视觉检测系统： 它也是以计算机为主体的图像观察、识别和分析系统。 视觉检测系统的主要功能通常有： SMB的精确定位、 元器件定心和对准、

12、元器件有/无、 机械性能及电器性能的检测等。 五、清洗工艺 1.为什么要清洗？ 由于贴装密度高、电路引线细，当助焊剂残留物或其他杂质存留在印制板表面或空隙中，会导致产品在使用过程中，在各种应力的加速作用下，使电路及元器件引脚因腐蚀而断路，所以必须及时清洗，才能保证产品的可靠性。2.SMA上残留的污染物 特殊污染物是指尘埃、纤维屑、焊锡珠等特殊杂质，这些残留物可采用机械方法,诸如:喷雾器、喷嘴压力和超声等方法清除掉大部分。 极性污染物主要来自于焊剂中的活性剂，有卤化物、酸和盐等，会引起电路腐蚀。 非极性污染物有松香残留物、设备中使用的油、操作工的手指印等，它们虽然呈绝缘状态，但会妨碍检测时探针的

13、接触、影响外观及保护层的涂覆，当它们吸附灰尘时也会造成电路绝缘性能的下降。 3.清洗类型 通常清洗类型是按所采用的清洗剂的不同而区分，主要有溶剂清洗、半水清洗、水清洗三种类型。二、焊接技术普通烙铁焊接波峰焊接再流焊1）烙铁的种类A.普通电烙铁B.手枪式电烙铁C.自动温控或自动断电式:2) 烙铁头的特性 A. 温度 待焊状态时为330370, 在连续焊接时，前一焊点完成后, 焊接下一焊点前烙铁头温度应能恢复到上述温度。烙铁头与焊件接触时，在焊接过程中，焊接点温度能保持在240250。 B.烙铁头的形状 头部的形状应与焊接点的大小及焊点的密度相适应， 一般应选择头部截面是园形的，特别在SMA的维修

14、中使用的烙铁，更要注意烙铁头的形状随着整机内元器件密度的提高， 一般 不宜选择头 部截 面是扁形的 烙铁头。 C. 烙铁头的耐腐蚀性 应尽量采用长寿命烙铁头，它是在铜基体表面镀上一层铁、镍、铬或铁镍合金这种镀层不仅耐高温，而且具有良好沾锡性能。 3) 焊料的选择 内带助焊剂的管状焊锡丝,锡铅合金的含量一般为50-60%,为保证焊点的质量,应选择锡含量在55%以上,内藏松香应为MAR。 焊锡丝的直径有 0.5-2.4mm的8种规 格,应根据焊点的 大小选择焊丝的直 径。 4) 烙铁焊方法 A.焊前准备 烙铁头部的预处理（搪锡） 应在烙铁架的小盒内准备松香及清洁块（用水浸透），(如果不是长寿命烙铁

15、头，需要用锉刀将头部的氧化层清除)， 接通电源后片刻，待烙铁头部温度达到松香的熔解温度(约150)时，将烙铁头插入松香，使其表面涂敷上一层松香, 脱离松香与锡丝接触，使烙铁头表面涂敷一层光亮的焊锡，长度约5-10mm 。 B.焊接步骤 烙铁头接触工件送上焊锡丝焊锡丝脱离焊点烙铁头脱离焊点C. 焊接要领(1)烙铁头与被焊工件的接触方式 接触位置：烙铁头应同时接触需要互相连接的两个工件，烙铁一般倾斜45; 接触压力：烙铁头与工件接触时应略施压力，以对工件表面不造成损伤为原则。(2)焊锡的供给方法 供给时间：工件升温达到焊料的熔解温度时立即送上焊锡； 供给位置：送锡时焊锡丝应接触在烙铁头的对侧或旁侧

16、，而不应与烙铁头 直接接触。； 供给数量：锡量要适中。 主要衡量标准为 润湿角为1545； 不能呈“馒头”状， 否则会掩盖假焊点 (3)烙铁头的脱离方法 脱离时间：观察焊锡已充分润湿焊接部位，而焊剂尚未完全挥发，形成光亮的焊点时立即脱离，若焊点表面变得无光泽而粗糙，则说明脱离时间太晚了。 脱离动作：脱离时动作要迅速，一般沿焊点的切线方向拉出或沿引线的轴向拉出，即将脱离时又快速的向回带一下，然后快速的脱离，以免焊点表面拉出毛剌。 2. 波峰焊 （Wave Soldering) 在印制电路板的装联焊接中，常用的机械自动焊接方式有三种形式：浸焊、波峰焊及再流焊。 波峰焊是一种传统的机械自动焊接方式，

17、它是为适应通孔插装印制电路板的焊接而产生的，但在表面安装技术普遍应用的今天，它仍不失为一种主要的焊接手段。 波峰焊因具有焊点可靠，一致性好，效率高、成本低等特点，明显优于烙铁焊，在规模生产中，已普遍采用这种焊接方式。 1) 波峰焊工艺A.主要步骤:(1)涂敷助焊剂 当印制电路板组件进入波峰焊机后，在传送机构的带动下，首先在盛放液态助焊剂槽的上方通过，设备将通过一定的方法在其 表面及元器件的引出端均匀 涂上一层薄薄的助焊剂，(2)预热 印制电路板表面涂敷助焊剂后，紧接着按一定的速度通过预热区加热, 使表面温度逐步上升至90- 110度。 (3)焊接 印制电路板组件在传送机构的带动下按一定的速度缓

18、慢的通过锡峰，使每个焊点与锡面的接触时间均为35秒，在此期间， 熔融焊锡对焊盘及元器件 引出端充分润湿、扩散而 形成冶金结合层，获得良 好的焊点。 锡峰高度 (印制板厚度的2/3) 是指印制电路板通过锡峰时，锡峰顶部被压低的高度。 锡峰过高，焊料容易冲上印制电路板的元器件装配面而造成焊件报废; 锡峰过低，印制板焊接面受锡流的压力不够，对毛细作用不利，使焊接质量下降。 (5)传送角度（5-7） 传送角度是指印制板通过锡峰时与水平面的夹角。 改变传送角度或速度的目的： 是找寻PCB传送速度与波峰锡流流速相等的一点, 为锡的回流创造最佳条件。 可通过观察拉尖方向来判别两者的关系： 拉尖方向与传送方向

19、一致,说明V2V3，可将角调大； 拉尖方向与传送方向相反,说明V2V3， 可将角调小； 拉尖方向垂直向下,说明V2=V3 此时的传送角度是正确的。 3.波峰焊后的补焊 什么是补焊：在机械焊接后，对焊接面进行修整，通常称为“补焊”。 机械焊接的焊点不可能达到零缺陷。 元器件虽经预成型，但插入后伸出板面的长度不可能全部符合要求。 所以补焊是必不可少的。 补焊的工艺规范通常包括如下内容： (1)补焊内容 纠正歪斜元器件 补焊不良焊点 检查漏件 修剪引出脚 波峰焊设备 类型:1.环行联动型（适用于“长插/二次焊接方式） 这种形式的设备常用于焊接通孔插装方式的消费类产品的单面印制电路板组件；2.直线型（

20、适用于“短插/一次焊接方式） 适用于“短插/一次焊接”的直线单体型，它适用于通孔插装及表面安装的各种类型的印制电路板组件的生产，这种运行方式可与插件线连成一体。 关键部件: 主要有:助焊剂发泡装置、预热器、波峰发生器等。1助焊剂发泡装置 (1)发泡法 (2)波峰法 (3)喷射法 2. 预热器 (1) 强迫对流 (2) 石英灯加热 它是一种通过红外辐射加热的方法，石英灯是一种短波长的红外线加热源，它能够做到快速地达到任何所设置的预热温度。 (3) 热棒（板）加热 3.波峰发生器 波峰发生器是实施焊接的关键装置，它是波峰焊机的心脏，衡量波峰焊机的先进性及兼容性(是否对SMT及THT均适应)的主要判

21、定标准。 波峰发生器有多种类型，它的主要区别在于动力形式及波峰形状。 (2)波峰形状 双泵双波峰 第一波峰为湍流波或喷射空心波， 第二波峰为层流波(常采用双向宽平波)， 从而组合成湍流-层流波或喷射空心波-层流波的双波峰。 湍流波: 波峰口是2-3排交错排列的小孔或狭长缝，锡流从孔/缝中喷出，形成快速流动的、形如涌泉的波峰； 喷射空心波: 是从倾斜45的单向峰口喷出，锡流与SMA行走同向或逆向喷出。 由于它们具有窜动现象，在焊接过程中有更多的动能，有利于在紧密间距的片状元器件之间注入焊料， 但湍流波与空心波峰形成的焊点是不均匀的，还可能有桥接和毛刺存在。 层流波： 波峰稳定平稳，可对焊点进行修整，以消除各种不良现象，所以该波又称为平滑修整补充波。 波 它属于一种振动波峰，