SMT生产流程讲解4108871

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.REFLOWProfile5.AOI光學檢查要求6.SMD作業不良實例探討Preparedby:AEE/DavyChen2002.10.03ComponentTypesPlasticBGAMicroBGA/CSPFlipChipCeramicBGASuperBGATabBGAPCBSMDDIP1-1.PCBA(電路板組裝,#1)—SingleReflow&DipProcessEX:M.B.ofDeskTop-PC1.電路板組裝流程PCBA(電路板組裝,#1)—SingleReflow&DipProcessEX:M.B.ofDeskTop-PC入庫錫膏印刷貼片機迴焊爐ICT手插件迴焊爐Touch-UpTest&PackPCBStencilSolderPasteSolderBarSMDComp.DIPComp.1-2.PCBA(電路板組裝,#2)—DoubleReflow&DipProcessEX:M.B.ofMobile-PCPCBSMDDIP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)—DoubleReflow&DipProcessEX:M.B.ofMobile-PC錫膏印刷(2)貼片機迴焊爐PCBStencilSolderBarSolderPasteSMDComp.DIPComp.2.SMT&DIP元件規格2-1.IC元件外形簡介(ICDevicesIntroduction):ThroughHolePackage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：2-2.SurfaceMountedPackageSOPQFLCCPLCCSOJP/C-BGAKBGA(BallGridArray)FlipChipL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裸晶片COB多點銲晶片FFPTABLCC模型裸晶片型(2)半導體零件2-3.SMD常用零件：3.SMT組裝及PCBA測試要求3-1.SMTREFLOWPROCESS/流焊製造程序：

錫膏印刷(StencilPrinting)點膠(Dispensing)Optional置放(Placement)迴焊(Reflow)

3-2.鋼板(Stencil)種類與比較：

鋼板種類製作時間製作成本板孔形狀孔壁Undercut上錫性雷射鋼板快較貴較粗糙較多較差化學鋼板慢較便宜

較光滑較少較佳3-3.SMT鋼板:厚度及開孔尺寸設計及使用要領

(1)開孔尺寸:一般I.C鋼板開口要比PCBpad小10μm，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：

(以厚度0.15mm,208pinpitch0.5mm之鋼板為例)★刮刀壓力:愈小愈好(0.05mpa)★

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(SolderPaste)★

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。squeezesolderpastestencilpadPCBSTENCILLING3-5.錫膏種類與特性檢查：

(1)錫膏成份:

(2)水洗製程/免洗製程錫膏特性比較:(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18℃~24℃,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1~3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4~8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。PadSolderParticlesPreheatingdrippingMeltedsolderFlowofsolderballsPrintingPreheatingMeltingTransformationofSolderPasteinReflow★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℃,2hrs)，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)包裝時亦可加放乾燥劑。(選擇性)

★PCB上BGA/QFPIC位置設計:應避免設計在PCB對角線上。(7)SolderAlloyCurve:*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PCBEpoxy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。

CASEStudy:PC板翹曲度Temp.(C)Time(sec)About183CAbout130CPreheatZoneFor50~60sec,Slope=1.5~2C/secSoakZoneHoldat130Cto183CFor90~120sec,Slope=0.5C/secReflowZoneAbove183Cabout90to100sec.PeakTemperature22010C,10~20sec.ReflowProfilehastocalibrateconsideredfromallthedifferentfactorsin

solderpaste,componentdensity,motherboardlayout,materialproperties

and

conveyorspeed,etc..4.REFLOWProfile(AlloySn63Pb37):ForBGAchipset183Cto220C(2~3C/sec)CoolingZone220Cto100C(1~1.5C/sec).SMT迴焊條件

(1)預烤區(Preheat)&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(Tombeffectiveness)與

燈蕊效應(Lampwickeffectiveness)。

★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(Coldsoldering)。★迴焊區的PeakTemp.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，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。★MainBoard:PCBTg=125

℃,BGASubstrateTg=175℃4-2.REFLOW量測方法：

Thermocouplecanbeattachedtotopsurface,edgesubstrateand

middleballofBGApackage.

PADSolderBallMotherBoardThermocoupleMotherBoardPAD(1)PBGAthethermocoupleinstallationDrillpilotholedownthroughcenterofpadpriortoReflow.(diameterofhole:2to3mm)Putthermocoupleinthecenterofpad(2)ThermocoupleMeasurePosition(red)MotherBoard210℃~220℃205℃~210℃SolderBallTemperaturePCBSurface190℃~205℃4-3.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/BGAREFLOW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.ConveyorSpeed/Angle設定條件值,每日管制。5.AOI光學檢查要求:5.1AOI是什麼?AutomatedOpticallnspection自動光學檢查機一般區分為:CCDCAMERASCANCOLORCCDCAMERAB/WCCDCAMERALINESCANLASERSCAN5.2AOI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5.3AOI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Case1:QFPlead&leadorBGA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(150μm)

★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ReflowProfile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Case2:有腳的SMD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

Case3: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

Case4: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170℃Case5:墓碑(Tombstone)效應:

原因對策

1.銲墊設計不當★銲墊設計最佳化

2.零件兩端吃錫性不同★較佳的零件吃錫性3.零件兩端受熱不均★減緩溫度曲線升溫速率4.溫度曲線加熱太快★在Reflow前先預熱到170℃<註>墓碑效應發生有三作用力:

1.零件的重力使零件向下2.零件下方的熔錫也會使零件向下3.錫墊上零件外側的熔錫會使零件向上Case6: