SMT第5章.ppt

1、SMT基础与设备第2版,电子工业出版社同名教材 何丽梅 主编,第5章 贴片胶及其涂敷技术,表面组装技术有两类典型的工艺流程，一类是焊锡膏再流焊工艺，另一类是贴片胶波峰焊工艺，后者是将片式元器件采用贴片胶粘合在PCB表面，并在PCB另一个面上插装通孔元件（或贴放片式元件），然后通过波峰焊就能将两种元器件同时焊接在电路板上。 贴片胶的作用就在于能保证元件牢固地粘在PCB上，并在焊接时不会脱落，一旦焊接完成后，虽然它的功能失去了，但它仍永远地保留在PCB上，因此，这种贴片胶不仅要有粘合强度而且具有很好的电气性能。,5.1 贴片胶的分类,5.1.1 贴片胶的类型与组分 贴片胶按基体材料分，可分为环氧树

2、脂和聚丙烯两大类。 1.环氧型贴片胶 环氧型贴片胶是SMT中最常用的一种贴片胶，通常以热固化为主，由环氧树脂、固化剂、增韧剂、填料以及触变剂混合而成。这类贴片胶典型配方为：环氧树脂63%(重量比，下同)，无机填料30%，胺系固化剂4%，无机颜料3%。,(1)环氧树脂。环氧树脂本身是热塑性的线型结构大分子，树脂有强的粘附性和柔韧性，环氧树脂的结构说明了它不仅可以用做贴片胶，而且具有优异的稳定性和电气性能。 (2)固化剂。常用固化剂可分为胺类固化剂、酸酐类固化剂等，还有一种类型的固化剂则是潜伏性中温固化剂，即环氧树脂贴片胶使用的固化剂，它的特殊性就在于在低温下它“几乎”不与环氧树脂发生化学反应或仅

3、仅以极低的速度参与反应，但一旦遇到适合的温度就能迅速地同树脂反应，这样就能使贴片胶在低温下有较长的储存期，遇到中温就能迅速固化以适应生产需要。 图5-1表明在不同储存温度下贴片胶黏度变化的情况。,图5-1 不同储存温度下贴片胶黏度变化情况,图中表明在40环境下，黏度缓慢增高，当35天后呈加速上升趋势，导致胶的性能恶化。一般在5环境下，贴片胶可保存半年其黏度不变化。,(3)增韧剂。增韧剂可以提高固化后贴片胶的韧性。常用的增韧剂有液体丁晴橡胶、聚硫橡胶等。 (4)填料。加入各种填料，用以实现它涂布的工艺性，如加入白碳黑等一类触变剂，使贴片胶具有触变性以利于涂布；加入甲基纤维素,以利于减低软化点，并

4、起到调控黏度的作用。 (5)其他添加剂。加入颜料以利于生产中观察；添加润湿剂以增加胶的润湿能力，达到好的初粘性；添加阻燃剂以达到阻燃效果。 上述各种配合剂，如固化剂、增韧剂、填料、各种添加剂，不仅有量的要求，而且有粒度要求。通常可与胶混合后采用轧滚机加工，并通过过滤使其粒度小于50m，方能符合使用要求。,2.丙烯酸类贴片胶 丙烯酸类贴片胶是SMT中常用的另一大类贴片胶，由丙烯酸类树脂、光固化剂、填料组成，常用单组分。它通常是光固化型的贴片胶，其特点是固化时间短，但强度不及环氧型高。 (1)丙烯酸类树脂。丙烯酸类树脂是通过加入过氧化物，并在光或热的作用下实现固化。它不能在室温下固化，通常用短时间

5、紫外线照射或用红外线辐射固化，固化温度约为150，固化时间约为数十秒到数分钟，属紫外线加热双重固化型。 (2)固化剂。常为安息香甲醚类，它在紫外光的激发下能释放出自由基，促使丙烯酸类树脂胶中双键打开，其反应机理属自由基链式反应型，反应能在极短的时间内进行，反映过程如图5-2所示。,紫外光,图5-2 光固化胶的固化过程 a)没有光照射，胶不固化 b)光照入，光引发形成自由基 c)自由基引发单体 d)交联成聚合物,因此，紫外光固化贴片胶比热固化贴片胶的固化工艺条件更容易控制，储存时只要避光就可以了。在生产中采用23kW的紫外灯管。距SMA 10cm高，1015s即可完成固化。 采用光固化时应注意阴

6、影效应，即光固化时在未能照射到的地方是不能固化的，因此在设计点胶位置时，应将胶点暴露在元件的边缘，否则达不到所需要的强度。为了防止这种缺陷的发生，通常在加入光固化剂的同时，也应加入少量的热固化性的过氧化物。事实上在强大的紫外光灯照射下，既有光能也有热能，此外固化炉中还可以加热，以达到双重固化的目的。,5.1.3 包装,当前贴片胶的包装形式有两大类，一类是供压力注射法点胶工艺用，贴片胶包装成5ml、10ml、20ml和30ml注射针管制式，可直接上点胶机用，此外还有300ml注射管大包装，使用时分装到小注射针管中。通常包装量越大价钱越便宜，但将大包装分装到小注射针管中则应采用专用工具，缓慢地注射

7、到洁净的注射针管中，达到一定量后，还应进行脱气泡处理，以防混入空气，避免点胶时出现“空点”或胶点大小不一。 另一类包装是听装，可供丝网模板印刷方式涂布胶用，通常每听装有1kg。,注射针管式,听装,5.2 贴片胶涂敷工艺,5.2.1 贴片胶的涂敷方法 把贴片胶涂敷到电路板上的工艺俗称“点胶”。常用的方法有针式转移法、分配器点涂法和印刷法。,1. 针式转移法 针式转移法也称点滴法，它是将用于胶液转移的针头定位在贴片胶窗口容器上面，而后将钢针头部浸入盛贴片胶的槽中，其深度约为1.22mm，当把钢针从贴片胶中提起时，由于表面张力的作用，使贴片胶粘附在针头上；然后将粘有贴片胶的钢针在PCB上方对准焊盘图

8、形定位，再将针向下移动直至贴片胶接触焊盘，而针头与焊盘保持一定间隙，当提起钢针时，胶液就会因毛细作用和表面张力效应转移到PCB上，胶量的多少则由针头直径和贴片胶的黏度决定，其过程如图5-3ae所示。,图5-3 点滴法示意图,在实际应用中的针式转印机是采用在金属板上安装若干个针头的针管矩阵组件，同时进行多点涂敷。因此，对于每一特定的PCB，就要求有一个与之相适应的针管矩阵组件，以便在PCB的设定位置上实现一次转印所需的贴片胶的涂敷。,针管矩阵组件,2.分配器点涂技术 分配器点涂涂敷法是先将贴片胶灌入分配器中，点涂时，从上面加压缩空气或用旋转机械泵加压，迫使贴片胶从针头排出并脱离针头，滴到PCB要

9、求的位置上，从而实现贴片胶的涂敷。 注射法既可以手工操作，又能够使用设备自动完成。手工注射贴片胶，是把贴片胶装入注射器，靠手的推力把一定量的贴片胶从针管中挤出来。点涂时一般需要使贴片胶处于恒温状态。,大批量生产中一般使用由计算机控制的点胶机，它是将贴片胶装在针管组成的注射器阵列中，靠压缩空气把贴片胶从针管中挤出来，胶量由针头内径、加压时间和压力决定。 点胶机的功能还可以用SMT自动贴片机来实现：把贴片机的贴装头换成内装贴片胶的点胶针管，在计算机程序的控制下，把贴片胶高速逐一点涂到印制板的焊盘上。,3.丝网或模板印刷法 丝网模板印刷法涂布贴片胶的原理、过程、设备同焊锡膏印刷相类似。它是通过镂空图

10、形的丝网模板，将贴片胶分配到PCB上，涂布效果由胶的黏度及模板厚度来控制；这种方法简单快捷，精度比针式转移法高。采用特殊的塑料模板，可印刷不同高度的贴片胶，此外清洗模板也较简单。 需要注意的关键是，电路板在印刷机上必须准确定位，保证贴片胶涂敷到指定的位置上，要特别注意避免贴片胶污染焊接面，影响焊接效果。,图5-5 丝网模板印刷,5.2.2 分配器点涂工艺过程与参数设置,1.装配流程中的贴片胶涂布工序 涂布贴片胶与前后工序的关系如图5-6所示，其中，图a是先插装引线元器件，后贴装片式元器件的方案；图b是先贴装片式元器件，后插装引线元器件的方案。,2. 贴片胶的涂敷过程 贴片胶点胶涂敷过程如图4-

11、7所示。,(1)点胶准备及开机。贴片胶使用前必须提前几个小时从冰箱中取出放在空气中恢复室温。检查点涂设备是否完好，点胶孔是否畅通，确保针孔完好无损，不堵塞，清洁，有弹性；检查电气等动力源是否准备到位，安全警戒是否符合要求；其他辅助工具和材料是否准备好。 检查并熟悉装配技术文件，点涂标准和工艺卡要熟记于心。现代全自动点胶机一般均有记忆功能，开机后会默认调出上一次关机前使用的程序，按照这个程序进行配置参数，并把点胶机中的一些常规设置恢复到原始状态，如点胶头要回零。,（2）贴片胶涂敷工艺技术参数设置。与贴片胶涂敷质量有关的参数有两类：贴片胶的技术指标和涂敷工艺技术参数两类，前者与贴片胶自身有关，后者

12、决定于设备、环境、操作人员、工艺方法等因素。常见的涂敷工艺技术参数有点胶压力、针头内径、止动高度、针头与PCB板间的距离、胶点涂敷数量等，由这些参数最终决定胶点高度和胶点数量。 点胶压力。点胶机压力太大易造成胶量过多，压力太小则会出现点胶断续的现象。应根据胶水的品质、工作环境温度来选择压力。环境温度高则会使胶水黏度变小、流动性变好，这时调低压力即可保证胶水的供给，反之则应调高压力。, 胶点高度。胶点高度的确定如图5-9a所示，从图中可以看出A是PCB上焊盘层的厚度，一般为0.05mm，B是元件端焊头包封金属厚度，一般为0.1mm0.3mm。因此要达到元件底面与PCB良好的粘合，贴片胶高度应有H

13、A+B，以达到元器件贴装后胶点能充分接触到元器件底部的高度。考虑到胶点是倒三角形状态，顶端在上，为了达到元件间有100%的面积与PCB相结合，工程中应达到(1.52)倍于(A+B)。因此为了增加高度，有时应设计辅助焊盘以及选用元件底面与引脚平面之间尺寸较小的元件，以达到良好的胶合强度，如图5-9b所示。,图5-9 胶点高度的确定, 胶点直径、点胶针头内径。由于片式元器件的大小不一样，与PCB之间所需要的粘接强度也就不样，即元件与PCB之间涂布的胶量不样，故在点胶机中常配置不同内径的针头。 元件的焊盘间距确定胶点的最大许可直径，最小胶点许可直径要满足元件所需的最小粘接力要求，只要实际胶点直径(W

14、)处于上述尺寸范围之内即可。胶点不能太大，要特别注意贴装元器件后不要把胶挤压到元器件的焊端和印制板的焊盘上，造成妨碍焊接的污染。,通常胶点直径(W)与胶点高度(H)之比为2.74.6，而胶点直径（W）与针头内径（ID）之比为2：1。,图4-8 针头内径和胶点直径等关系示意图, 压力、时间与止动高度的关系。影响贴片胶涂敷质量的另一个重要因素是点涂时针头与PCB的距离，即止动高度（ND），当ND过小、压力与时间设定偏大时，由于针头与PCB之间空间太小，贴片胶会受压并向四周漫流，甚至会流到定位顶针附近，容易污染针头和顶针；反之，ND过大，压力和时间设定偏小时，胶点直径（W）变小，胶点的高度（H）增大

15、，当点胶头移动的一刹那，会出现拉丝、拖尾现象。通常ND大小为针头内径ID的1/2，ND确定后，仔细调节压力和时间，使二者达到最佳设置。, 胶点数量设定。早期点胶工艺中对于小尺寸的阻容元件如0805，只设一个点；现在的趋势是所有元件都推荐双胶点，并设在元件的外侧，这对于粘合的质量是有保证的，即使其中一个胶点出现质量问题，还有一个胶点起到粘结的作用。对于SOIC，一般设置34个点，不仅能增加强度，还可以起到抗震作用。因为胶在固化前，粘接强度总是有限的，对于质量较大的IC器件，因重量大，运动惯性增加，若放在仅有2个胶点的贴片胶上，稍一震动就会出现滑移，增加胶点数,也就是增加粘合面积，对大元件的滑移可起到良好的防止作用。, 贴片胶的点涂位置。对于通过光照固化和加热方法固化的两类贴片胶，其涂布要求有所不同。一般光固型贴片胶的胶点位置应设在元件外侧，因为贴片胶至少应该从元器件的下面露出一半，才能被光照射而实现固化，如图5-7a所示。胶点位置设在元件