0201及部分SMT问题解决方案实例

1、SMT工藝技術改進:通孔元件再流焊工藝及部分問題解決方案實例工藝改進不僅給企業帶來生產效率和品質，同時帶來工藝技術水準的不斷提高和進步。是工藝優化和技術改進的實例 部分問題解決方案實例 通孔元件再流焊工藝內容 1. 通孔元件再流焊工藝 2. 部分問題解決方案實例一. 通孔元件再流焊工藝把引腳插入填滿焊膏的插裝孔中，並用回流法焊接。可以替代波峰焊、選擇性波峰焊、自動焊接機器人、手工焊。通孔元件再流焊工藝目前絕大多數PCB上通孔元件的比例只占元件總數的105%以下，採用波峰焊、選擇性波峰焊、自動焊接機器人、手工焊以及壓接等方法的組裝費用遠遠超過該比例，而且組裝品質也不如再流焊。因此通孔元件再流焊技

2、術日漸流行。1. 通孔元件採用再流焊工藝的優點（與波峰焊相比）a 可靠性高，焊接品質好，不良比率DPPM可低於20 。b 虛焊、橋接等焊接缺陷少，修板的工作量減少。C 無錫渣的問題，PCB板面乾淨，外觀明顯比波峰焊好。機器為全封閉式，乾淨，生產車間裡無異味。d 簡化工序，節省流程時間，節省材料，設備管理及保養簡單，使操作和管理都簡單化了。e 降低成本，增加效益（廠房、設備、人員）。與波峰焊相比的缺點 (1) 焊膏的價格成本相對波峰焊的錫條較高。 (2) 有些工藝需要專用範本、專用印刷設備和回流爐，價格較貴。而且不適合多個不同的PCBA產品同時生產。 (3) 傳統回流爐可能會損壞不耐高溫的元件。

3、在選擇元件時，特別注意塑膠元件，如電位器、鋁電解電容等可能由於高溫而損壞。（如果採用專用回流爐，元件表面最高溫度可以控制在120150。因此一般的電解電容，連接器等都無問題）2. 通孔元件採用再流焊工藝的適用範圍a 大部分SMC/SMD，少量(105%以下)THC的產品。b 要求THC能經受再流焊爐的熱衝擊，例如線圈、連接器、遮罩等。有鉛焊接時要求元件體耐溫240，無鉛要求260以上。c 電位器、鋁電解電容、國產的連接器、國產塑封器件等不適合再流焊工藝。（除非採用專用回流爐）c 個別不能經受再流焊爐熱衝擊的元器件，可以採用後附手工焊接的方法解決。通孔元件再流焊工藝的應用實例彩電調諧器 CD，D

4、VD鐳射機芯伺服板以及DVD-ROM伺服板 筆記型電腦主機板 .等等3 . 對設備的特殊要求3.1 印刷設備 雙面混裝時，需要用特殊的立體式管狀印刷機或焊膏滴塗機。有時也可以採用普通印刷機。3.2 再流焊設備a 由於SMC/SMD焊接面在頂面，而THC的焊接面在底面，要求各溫區上、下獨立控制溫度, 底部溫度需要調高。設備的頂部可採用一些白色、光亮（反光）材料；或採用白色、光亮（如錫箔、鋁箔）材料加工專門的焊接工裝。b 由於通孔元件焊錫量多，熱容量大，要求爐溫高一些。c 專用再流焊設備.d 有時也可以採用原來的再流焊設備。4. 工藝方面的特殊要求4.1 施加焊膏有四種方法管狀印刷機印刷點膠機滴塗

5、範本印刷印刷或滴塗後 + 焊料預製片各種施加焊膏方法的應用a 單面混裝時可採用範本印刷、管狀印刷機印刷或點焊膏機滴塗。b 雙面混裝時,因為在THC元件面已經有焊接好的SMC/SMD，因此不能用平面範本印刷焊膏，需要用特殊的立體式管狀印刷機或點焊膏機施加焊膏。c 當焊膏量不能滿足要求時可採用印刷或滴塗後 + 焊料預製片。方法1 管狀印刷機印刷刮刀 印刷方向 支撐台間隙0.10.3mm 印刷範本已焊接SMD 焊膏 漏嘴焊膏PCB 方法2點膠機滴塗焊膏方法3 範本印刷方法4：印刷或滴塗後 + 焊料預製片採用焊料預製片的優點：THC的焊膏量比SMC/SMD的焊膏量多許多。當THC引出端子較少時可使用增

6、加範本厚度和開口尺寸的措施，點焊膏工藝時增加焊膏量的方法。當THC引出端子較多時，例如PGA矩陣連接器的端子（針）很多，如果增加範本厚度會影響印刷品質，如果增大開口尺寸受到引腳間距的限制會引起焊膏粘連，導致大量的錫珠。當焊膏量不能滿足要求時，採用焊料預製片能實現在增加焊膏量的同時避免焊膏粘連和錫珠的產生。預製片是100%合金衝壓出來的可用於再流焊的連接器插裝孔焊料填充要求75%墊圈形焊料預製片的放置方法:（1） ：用適當的吸嘴將墊圈形焊料預製片貼裝在焊膏上。墊圈形焊料預製片 根據墊圈形焊料預製片的外徑和內徑加工一個與連接器引腳（針）相匹配的模具將預製片撒在模具上振動，篩入模具的每個鑽孔中將連接

7、器壓入模具收回連接器時預製片就套在引腳上了。（2）：通過模局具將墊圈形焊料預製片預先套在引腳上（3）：用貼裝機將矩形焊料預製片放置在通孔附近焊料預製片被包裝在卷帶上、或通過散料餵料系統，類似無源元件那樣被依次貼放在通孔附近的焊膏上。矩形焊料預製片卷帶貼放在通孔附近的焊膏上4.2 通孔元件的焊膏施加量THC的焊膏量由通孔的體積、焊盤面積決定，可計算。除了有PCB上、下焊盤外，還有PCB厚度方向的通孔需要填滿焊料，而且在元件引腳（針）與PCB兩面焊盤的交接處還要形成半月形的焊點，因此需要的焊膏量約比SMC/SMD的焊膏量多34倍。 焊膏量與PCB插孔直徑及焊盤大小成正比關係。可使用增加範本厚度、開

8、口形狀和尺寸等措施，採用點焊膏工藝時，也要掌握好適當多的焊膏量。4.3 必須採用短插工藝元件的引腳不能過長，長引腳也會吸收焊膏量，針長要與PCB厚度和應用類型相匹配，插裝後在PCB焊接面的針長控制在11.5mm。控制元件插裝高度，元件體、特別是連接器的外殼不能和焊膏接觸。緊固件不要太大咬接力，因為貼裝設備通常只支援1020牛頓的壓接力。4.4 THC的焊盤設計的特殊要求a. 需要根據引出腳的直徑設計插孔直徑，孔徑不能太大，大孔徑會增加焊膏的需求量，建議手工插裝孔直徑比針直徑大20% （ 0.125mm ），機器自動插裝孔比針直徑大2050%，較少端子時插裝孔直徑可小一些。b. 插裝孔兩面的焊盤

9、也不能太大，大焊盤也會增加焊膏的需求量。4.5 通孔回流焊接技術要保證焊點處的最佳熱流。當達到焊料的熔點溫度時，通常在引腳底部（針尖）處的焊料熔化並浸潤引腳（針）時，由於毛細作用，使液體焊料填滿通孔。 再流焊溫度曲線 溫度曲線要根據PCB上元件的佈局、THC和回流爐的具體情況進行調整。爐子導軌上面的溫度要儘量調低，爐子導軌下面的溫度應適當提高。找出既能保證PCB下面焊點品質，又能保證PCB上面的分立元器件不被損壞的最佳溫度和速度。4.6 焊點檢測通孔回流焊點要求與IPC-A-610波峰焊點的標準相同。理想的填充率達到100%或至少75%以上。焊盤環的浸潤角接近360或270以上。IPC-A-6

10、10D標準：Acceptable - Class 2 Minimum 180 wetting present on lead and barrel, Figure 7-113.Acceptable - Class 3 Minimum 270 wetting present on lead and barrel, Figure 7-114.4.7 不耐高溫的元件採用手工焊接如鋁電解電容、國產塑封器件應採用後附手工焊接的方法來解決。二.部分問題解決方案實例案例1 “爆米花”現象解決措施案例2 元件裂紋缺損分析案例3 連接器斷裂問題案例4 金手指沾錫問題案例5 拋料的預防和控制案例6 0201的印刷

11、和貼裝案例7 QFN的印刷、貼裝和返修案例1 “爆米花”現象解決措施 高溫損傷元器件受潮器件再流焊時，在器件內部的氣體膨脹使邦定點的根部“破裂”平焊點“爆米花”現象 PBGA器件的塑膠基板起泡 “爆米花”現象機理:溫度 (C)水的蒸氣壓力(毫米)1909413.3620011659.1621014305.4822017395.6423020978.2824025100.5225029817.8426035188.0水蒸氣壓力隨溫度上升而增加典型共晶SnPb回流峰值溫度為2200C ，水蒸氣壓力約17396毫米。無鉛焊SnAgCu的熔點2170C，即便一塊相對小的記憶卡或手機板也需要230235

12、0C的峰值溫度，而大而複雜的產品可能需要2502600C。此點水蒸氣壓力為35188 毫米，是2200C時的兩倍 ，因此任何焊接前吸潮的器件在回流焊過程中都會造成損壞的威脅。根據經驗，如果SnPb器件定級為MSL3，無鉛制程時將至少減到MSL4。 SMD潮濕敏感等級敏感性 晶片拆封後置放環境條件 拆封後必須使用的期限 （標籤上最低耐受時間）1級 30，90%RH 無限期2級 30，60%RH 1年 2a級 30，60%RH 4周3級 30，60%RH 168小時4級 30，60%RH 72小時5級 30，60%RH 48小時5a級 30，60%RH 24小時（1）設計在明細表中應注明元件潮濕敏

13、感度（2）工藝要對潮濕敏感元件做時間控制標籤（3）對已受潮元件進行去潮處理“爆米花”現象解決措施（a）器件供應商正在努力爭取2600C的MSL3目標，但達到此目標需要時間，目前我們只能繼續使用2200C MSL3的器件。因此必須採取仔細儲存、降級使用，將由於吸潮器件失效的風險減到最少。（b）嚴格的物料管理制度建立潮濕敏感元件儲存，使用，烘烤規則的B0M表。領料時進行核對器件的潮濕敏感度等級。對於有防潮要求的器件，檢查是否受潮，對受潮器件進行去潮處理。開封後檢查包裝內附的濕度顯示卡，當指示濕度20（在235時讀取）,說明器件已經受潮，在貼裝前需對器件進行去潮處理。去潮的方法可採用電熱鼓風乾燥箱，

14、根據潮濕敏感度等級在1251下烘烤1248h。（c）另一解決措施。 選擇具有優良活性焊劑的SnAgCu焊膏，通過優化再流焊工藝，將峰值溫度降到最低（ 2302400C ），在接近Sn63/Pb37，在回流峰值僅高於Sn63/Pb37溫度100C的情況下，將由於吸潮器件失效的風險減到最少。(d) 再流焊時緩慢升溫（輕度受潮時有一定效果）。去潮處理注意事項：a 應把器件碼放在耐高溫(大於150) 防靜電塑膠託盤中進行烘烤；b 烘箱要確保接地良好，操作人員手腕帶接地良好的防靜電手鐲；c 操作過程中要輕拿輕放，注意保護器件的引腳，引腳不能有任何變形和損壞。 對於有防潮要求器件的存放和使用：開封後的器件

15、和經過烘烤處理的器件必須存放在相對濕度20的環境下（乾燥箱或乾燥塔），貼裝時隨取隨用；開封後，在環境溫度30，相對濕度60的環境下，在規定時間內完成貼裝；當天沒有貼完的器件，應存放在233、相對濕度20的環境下。案例2 元件裂紋缺損分析 元件裂紋缺損分析設計錫量PCB翹曲貼片產生的應力熱沖擊彎折產生的機械應力印制板分割引力運輸及裝配過程所形成電容器微裂會造成短路 全裂會造成斷路MLC結構是由多層陶瓷電容器並聯層疊起來組成的。陶瓷電容器微裂會造成短路 全裂會造成斷路錫量 焊料量過大時，或兩端焊接料量差異較大時，由焊料冷卻固化時收縮，產生橫向拉應力，會引起縱向裂紋的產生。貼片壓力過大產生裂痕或應力

16、焊後產生裂紋 吸嘴壓痕 吸嘴壓力過大熱衝擊所造成的裂痕裂痕元件、PCB、焊點之間熱膨脹係數不匹配；PCB翹曲，或焊接過程中變形；再流焊升溫、降溫速度過快； PCB熱應力會損壞元件陶瓷CTE ：35 ppm/ PCBCTE ：20 ppm/ 焊點CTE：18 ppm/ 拼板設計元件排列不恰當，分割時產生裂損B=D 最好其次CA最差案例3 連接器斷裂問題 再流焊後 助焊劑將插銷粘在連接器的導槽內,使插銷拉出時,稍微用力過猛就會將插銷拉斷。 解決方案： 可在再流焊前，預先將插銷拉出； 另一方法焊後用溶劑溶解清洗助焊劑。 連接器斷裂問題案例4 金手指沾錫問題金手指沾錫問題原因：PCB化學鍍金後清洗不良

17、印刷機支撐頂針上的殘留焊膏鋼板底部污染環境污染 再流焊升溫速度過快PCB受潮PCB金手指化學鍍金工藝（其它部分為噴錫) 金手指化金貼防焊膠布浸錫及噴錫清洗去防焊膠布清洗刷板面沾汙及錫珠粉垢疊板檢驗疊板包裝 因溝槽清洗不淨，殘留錫珠附著於阻焊膜與金手指交接處。解決方案回饋給PCB加工廠清洗鋼板底面、支撐、注意環境衛生。設置合理的溫度曲線對PCB鍍金部分貼防焊膠帶隔離缺點：增加焊膏印刷厚度；不規則的區域難以粘貼；焊後易形成殘膠；費工時 。案例5 拋料的預防和控制 拋料的預防和控制拋料是生產中常見的問題。造成的危害是：輕則不能正常生產，重則無法交貨給客戶。標準元件貼裝時，設備的拋料應能達到小於0.3

18、%，對於IC應為0，拋料通常發生在以下情況1. 取料時2. 影像處理通不過3. 運動過程中4. 貼裝時拋料產生的原因1.設備2.材料3.人為4.靜電1.設備產生拋料的原因 A.真空系統：負壓過大、過小、漏氣 B.吸嘴：規格不合適、端面贓物、或有裂紋 C.供料器 D.影像處理系統或軟體不好 E.貼裝壓力不能自動修正 2.材料產生拋料的原因A. 元件規格誤差不一致、元器件引腳變形。B. TAPE品質（太厚）、孔穴過大、過小。C. 塑膠粘帶不良(太松,過粘剝離不良)。D. 特殊材料。3.人為產生拋料的原因A.程式設計 元器件的類型、包裝、尺寸等資料登錄不準確， 造成拾片貼片高度不合適。B.元器件視覺

19、圖像做得好不好。C.供料器安裝不到位。拋料的預防與控制A. 工藝監控：建立拋料的監控機制 建立合理的保養制度 對供料器做定期的校準B. 供應鏈管理：選用合格的材料C. 工藝優化和改進：建立標準的元件描述程式，提高操作人員素質，全面掌握設備功能，不斷提高工藝技術水準。案例6 0201的印刷和貼裝0201範本開口設計ACDBbcedf用鋼板的開口尺寸和形狀來調整錫量和元件位置0201 （0.6mm0.3mm）焊盤設計範本開口設計0.260.300.240.150.310.200.150.600.080.230.350.26範本厚度：0.10.12mm寬(W)/厚(T)1.5(2.62.16)面積比

20、：0.66(0.7460.62)範本加工方法（1）採用鐳射+電拋光工藝（2）採用電鑄工藝焊膏合金粉末顆粒尺寸可選擇4#粉，2038 m或更小。0201的貼裝問題尺寸：L0.6xW0.3xT0.25 mm 重量：約0.15mg體積：比0402小77%焊盤面積：比0402小66%用途：目前大多用於手機, PDA, GPS等無線通訊等產品。0201的貼裝問題1)高速機設備的精准度。2)高密度, 元件間貼裝位置互相干涉。3)元件太輕,造成焊接不良。 0.150.2mm的窄間距貼裝 元件間距走勢圖窄間距貼裝元件間位置互相干涉吸嘴吸嘴外形的誤差量吸嘴中心與元件中心的偏移量Gap(相鄰元件間距)後貼元件先貼

21、元件焊盤元件尺寸誤差程式貼片位置0201貼裝問題的解決措施0201特點控制內容解決措施重量輕真空吸力貼片壓力移動速率真空吸力需降低貼片壓力需降低移動速率需降低面積小吸件偏移貼片偏移雙孔式真空吸嘴高倍率Camera貼片方式雙孔式真空吸嘴無接觸拾取方式無接觸拾取可減小震動傳統拾取貼裝精度與PCB焊盤平整度、厚度有關一般採用：Ni/Au板 OSP案例7 新型封裝PQFN的印刷、貼裝和返修新焊端結構:LLP（Leadless Leadframe package ）MLF（Micro Leadless Frame ）QFN(Quad Flat No-lead)Plastic Quad Flat Pack

22、 No Leads (PQFN)方形扁平無引腳塑膠封裝 QFN封裝具有良好的電和熱性能、體積小、重量輕，已成為許多新應用的理想選擇。PQFN導電焊盤有兩種類型 一種只裸露出封裝底部的一面，其它部分被封裝在元件內另一種焊盤有裸露在封裝側面的部分 PQFN兩種導電焊盤的焊點形狀兩種導電焊盤導電焊盤在底部的焊點導電焊盤暴露在側面的焊點焊盤設計大面積熱焊盤的設計=器件大面積裸露焊盤尺寸；導電焊盤與器件四周相對應的焊盤尺寸相似，但向四周外惻稍微長一些（0.30.5mm）。 0.30.5mm器件示意圖焊盤的設計示意圖四周導電焊盤的範本開口設計四周導電焊盤的範本開口設計與範本厚度的選取有直接的關係。根據PC

23、B具體情況可選擇100 150um較厚的範本可縮小開口尺寸較薄的網板開口尺寸1：1面積比要符合IPC-7525規定。推薦使用鐳射加工並經過電拋光處理的範本。寬(W)/厚(T)1.5面積比：0.66PQFN散熱焊盤的範本開口設計再流焊時，由於熱過孔和大面積散熱焊盤中的氣體向外溢出時容易產生濺射、錫球和氣孔等各種缺陷，減小焊膏覆蓋面積可以得到改善。對於大面積散熱焊盤，範本開口應縮小2050%。焊膏覆蓋面積5080%較合適。提高印刷和貼裝精度PQFN的印刷、貼裝與CSP相似，由於不能目視檢測，要求提高印刷和貼裝精度。選擇高品質的焊膏。建議選擇3號焊粉，採用免清洗工藝。 印刷後必須進行焊膏圖形及焊膏量檢測。貼裝時注意貼片壓力（Z軸高度）。焊膏量過多或貼片壓力過大會造成錫珠或橋接。PQFN焊後檢查焊後檢查與CSP相同。但X-Ray對PQFN焊點的少錫和開路無法檢測，只能依靠外部的焊點的情況加以判斷 。PQFN的返修PQFN的焊接點完全處在元件體底部，橋接、開路、錫球等任何的缺陷都需要將元件拆除，與BGA、CSP的返修相似。由於PQFN熱焊盤的熱容量大，又是被使用在高密度的組裝板上，返修