SMT组装过程的质量检测与分析课件

1、项目二 SMT组装过程的质量检测与分析焊膏印刷质量检测 Screen PrinterSMT工艺流程 SMT组装工艺质量检测与分析、控制是SMT生产线上必不可少的环节，它包括印刷、贴片、焊接、清洗等组装全过程各工序的质量检测方法、策略，以及组装缺陷分析及其处理、组装设备检测与工艺参数控制等。SMT工艺流程Screen PrinterMountReflowAOISMT工艺流程SMT组装工艺相关缺陷据不完全统计，SMT组装工艺相关缺陷：元器件缺陷：6%印刷缺陷：64%贴片缺陷：15%再流焊缺陷：15%SMT工艺流程焊膏印刷质量因素1. 焊膏质量的影响焊膏的黏度、金属含量、熔点、焊接温度、粉末大小是决

2、定焊膏性能的主要参数。Screen Printer焊膏印刷质量检测焊膏印刷是SMT工艺中最复杂、最不稳定的工序，受多种因素综合影响，而且动态变化，即使焊膏、印刷机以及印刷参数等都不变的情况下，印刷质量都可能不同。特别是含有0201元件和0.5mm以下的CSP等细间距的元件PCB的焊膏印刷，必须进行焊膏印刷质量检测。Screen PrinterSPISolder Paste Inspection锡膏印刷检测工作内容：透过光学检测判定印刷制程稳定度，预防不良发生。工作原理：利用三角量测原理检查锡膏厚度，藉由锡膏厚度的量测可算出锡点的体积，面积，同时藉由量测出之高度分布情形的加以分析后，可了解锡点的

3、偏移以及是否桥接 。Screen PrinterSPI检测原理 Volume = Solder area * HeightScreen PrinterSPI检测不良Screen PrinterScreen PrinterScreen Printer 的基本要素：Solder paste (又叫锡膏） 经验公式：三球定律 至少有三个最大直径的锡珠能垂直排在模板的厚度方向上 至少有三个最大直径的锡珠能水平排在模板的最小孔的宽度方向上 单位： 锡珠使用米制（Micron)度量，而模板厚度工业标准是美国的专用 单位Thou.(1m=1*10-3mm,1thou=1*10-3inches,25mm1th

4、ou) 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。 Screen Printer锡膏的主要成分：成 分焊料合金粉末助焊剂主 要 材 料作 用 Sn/PbSn/Pb/Ag 活化剂增粘剂溶 剂摇溶性附加剂 SMD与电路的连接 松香，甘油硬脂酸脂盐酸，联氨，三乙醇酸 金属表面的净化 松香，松香脂，聚丁烯净化金属表面，与SMD保持粘性丙三醇，乙二醇对焊膏特性的适应性石腊（腊乳化液）软膏基剂防离散，塌边等焊接不良 焊锡膏产品描述 e.g. SN62 RP11 A

5、BS 89.5 500g 合 金 型 号 介 质 型 号 吸 粉 颗 粒 尺 寸 代 号 金 属 含 量 包 装 大 小Screen Printer球形锡粉颗粒WidthLengthLength/width(球形长/宽比) 1.5 规格：球形颗粒 = 95% minimumScreen Printer非球形锡粉颗粒Distorted Spheres扭曲球体“Dog bones” or irregular“狗骨头”或不规则Screen Printer使用小颗粒锡粉优点提高细间距焊盘的印刷性能提高耐坍塌性能提高湿强度增加润湿/活化面积缺点锡粉颗粒被氧化的几率增加锡珠缺陷的发生几率增加Screen

6、Printer锡粉颗粒与印刷能力Screen Printer助焊剂介质的功能成功焊接的保障. 锡粉颗粒的载体. 提供合适的流变性和湿强度. 清洁焊接表面.去除焊接表面及锡粉颗粒的氧化层.在焊接点表面形成保护层.形成安全的残留物层.Screen Printer助焊剂介质的组成天然树脂(Rosin) /合成松香(Resin)溶剂(Solvents)活性剂(Activators)增稠剂(Rheology modifiers)树脂/松香+活性剂+增稠剂=固体含量Screen Printer牛顿型液体粘度不受时间和剪切力影响tScreen Printer触变性液体在一定的剪切速率下，粘度随着时间而降低t

7、Screen Printer操作窗口0.80.70.60.50.40.30 1000 2000 3000 4000触变性指数耐坍塌性出色耐坍塌性不佳脱模不良滚动良好耐坍塌性不佳桥接滚动不良 压力PascalScreen PrinterSolder paste焊锡膏Squeegee刮刀Stencil模版Screen PrinterSTENCIL PRINTING 丝网印刷Screen Printer 内部工作图焊锡膏印刷流程1压力速度间隙 (接触)Screen Printer速度滚动焊锡膏印刷流程2Screen Printer脱板速度脱板焊锡膏印刷流程3Screen PrinterSqueege

8、e(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10mm45度角SqueegeeStencil菱形刮刀Screen Printer拖裙形刮刀SqueegeeStencil45-60度角Squeegee的压力设定：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。Squeegee的硬度范围用颜色代号来区分： very soft 红色 soft 绿色 hard 蓝色 very hard 白色Screen

9、PrinterStencil (又叫模板）：StencilPCBStencil的梯形开口PCBStencilStencil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Screen PrinterScreen Printer模板制造技术 化学蚀刻模板电铸成行模板激光切割模板简 介优 点缺 点在金属箔上涂抗蚀保护剂用销钉定位感光工具将图形曝光在金属箔两面，然后使用双面工艺同时从两面腐蚀金属箔通过在一个要形成开孔的基板上显影刻胶，然后逐个原子，逐层地在光刻胶周围电镀出模板直接从客户的原始Gerber数据产生，在作必要修改后传送到激光机，由激光光束进行切割成本最低周转最快形成刀锋或沙漏形状纵横比

10、1.5：1提供完美的工艺定位没有几何形状的限制改进锡膏的释放要涉及一个感光工具电镀工艺不均匀失去密封效果密封块可能会去掉纵横比1：1错误减少消除位置不正机会激光光束产生金属熔渣造成孔壁粗糙纵横比1：1模板(Stencil)制造技术:化学蚀刻开孔的潜在问题凸起上下面错位Screen Printer激光开孔和电铸型开孔激光开孔能形成锥形孔电铸法形成有唇缘的锥形孔Screen PrinterScreen Printer模板(Stencil)材料性能的比较:性 能抗拉强度耐化学性吸 水 率网目范围尺寸稳定性耐磨性能弹性及延伸率连续印次数破坏点延伸率油量控制纤维粗细价 格不 锈 钢 尼 龙聚 脂材 质极

11、高极好不吸水30-500极佳差(0.1%)2万40-60%差细高中等好24%16-400差中等极佳（2%）4万20-24%好较粗低高好0.4%60-390中等中等佳（2%）4万10-14%好粗中极佳良好印刷工艺的正确操作每次添加小量锡膏于网板(约15mm滚动直径)自动清洁底部保持刮刀锋利使用塑料器具进行搅拌收工后彻底清洁网孔Screen Printer印刷工艺设置平行度接触式印刷PCB支撑定位刮刀锋利优化设置印刷速度使用将网板刮干净的最小压力Screen PrinterScreen Printer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

12、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。问题及原因 对 策2.发生皮层 GAUFFERING 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

13、上的氧化层被剥落所致. 3.膏量太多 EXCESSIVE PASTE 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: Screen Printer锡膏丝印缺陷分析: Screen Printer 问题及原因 对 策4.膏量不足 INSUFFICIENT PASTE 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 POOR TACK RETENTION 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

14、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。锡膏丝印缺陷分析: Screen Printer 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。焊膏印刷缺陷总结焊膏印刷经常出现的不

15、良现象包括：印刷偏移、焊膏量不足、焊膏量过多、印刷形状不良、污斑/底部印刷、坍塌等。Screen Printer印刷偏移印刷偏移关键是PCB焊盘和模板开口对位不准，势必造成焊膏印刷位置不良。主要影响因素有：（1）PCB延展变形（2）视觉系统（3）基准标准Screen Printer焊膏量过多或过少影响因素：（1）模板开口大小（2）模板开口方向（3）模板内壁粗糙度（4）刮刀压力（5）刮刀速度（6）刮刀角度Screen Printer焊膏形状不良焊膏形状不良主要原因与焊膏的特性有关：（1）触变性（2）黏性（3）模板表面的光洁度（4）刮刀压力（5）刮刀速度（6）刮刀角度Screen Printer焊

16、膏坍塌影响因素：（1）焊膏低黏度（2）低金属含量（3）小的焊锡粉尺寸（4）助焊剂的表面张力过低（5）过高的湿度（6）过高的贴装压力Screen PrinterScreen Printer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。无铅锡膏熔化温度范围： Screen Printer无铅焊锡化学成份 48Sn/52In 42Sn/58Bi91Sn/9Zn 93.5Sn/3Sb/2Bi/1.5Cu 95.5Sn/3.5Ag/1Zn 93.3Sn/3.1Ag/3.1Bi/0.5Cu 99.3Sn/0.7Cu95Sn/5Sb 65Sn/25Ag/10Sb96.5Sn/3.5Ag熔点范围 118C 共熔138C 共熔 199C 共熔 218C 共熔218221C209 212C 227C232240C233C221C 共熔说 明 低熔点、昂贵、强度低 已制定、Bi的可利用关注 渣多、潜在腐蚀性 高强度、很好的温度疲劳特性 高强度