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1、表面贴装工程,-关于SMA的介绍,目 录,什么是SMA？,SMT工艺流程,Screen Printer,MOUNT,REFLOW,AOI,ESD,WAVE SOLDER,SMT Tester,SMA Clean,SMT Inspection spec.,SMA Introduce,什么是SMA？,SMA(Surface Mount Assembly)的英文缩写，中文意思是 表面贴装工程 。是新一代电子组装技术，它将传统的 电子元器件压缩成为体积只有几十分之一的器件。 表面安装不是一个新的概念，它源于较早的工艺，如 平装和混合安装。 电子线路的装配，最初采用点对点的布线方法，而且 根本没有基片。

2、第一个半导体器件的封装采用放射形的引 脚，将其插入已用于电阻和电容器封装的单片电路板的通 孔中。50年代，平装的表面安装元件应用于高可靠的军方， 60年代，混合技术被广泛的应用，70年代，受日本消费类 电子产品的影响，无源元件被广泛使用，近十年有源元件 被广泛使用。,SMA Introduce,SMA Introduce,什么是SMA？,Surface mount,Through-hole,与传统工艺相比SMA的特点：,SMA Introduce,SMT工艺流程,一、单面组装： 来料检测 = 丝印焊膏（点贴片胶）= 贴片 = 烘干（固化）= 回流焊接= 清洗 = 检测 = 返修 二、双面组装；

3、 A：来料检测 = PCB的A面丝印焊膏（点贴片胶）= 贴片 = 烘干（固化） = A面回流焊接 = 清洗 = 翻板= PCB的B面丝印焊膏（点贴片胶）= 贴片 = 烘干 = 回流焊接 （最好仅对B面 = 清洗 =检测 = 返修） 此工艺适用于在PCB两面均贴装有PLCC等较大的SMD时采用。,最最基础的东西,SMA Introduce,B：来料检测 = PCB的A面丝印焊膏（点贴片胶）= 贴片 = 烘干（固化）= A面回流焊接 = 清洗 = 翻板= PCB的B面点贴片胶 = 贴片 = 固化 = B面波峰焊 = 清洗 = 检测 = 返修） 此工艺适用于在PCB的A面回流焊，B面波峰焊。在PCB

4、的B面组装的SMD中，只有SOT或SOIC（28）引脚以下时，宜采用此工艺。 三、单面混装工艺： 来料检测 = PCB的A面丝印焊膏（点贴片胶）= 贴片 = 烘干（固化）=回流焊接 = 清洗 = 插件 = 波峰焊 =清洗 = 检测 = 返修,SMT工艺流程,SMA Introduce,四、双面混装工艺： A：来料检测 = PCB的B面点贴片胶 = 贴片 = 固化 = 翻板 = PCB的A面插件 = 波峰焊 = 清洗 = 检测 = 返修 先贴后插，适用于SMD元件多于分离元件的情况 B：来料检测 = PCB的A面插件（引脚打弯）= 翻板 = PCB的B面点 贴片胶 = 贴片 = 固化 = 翻板

5、= 波峰焊 = 清洗 = 检测 = 返修 先插后贴，适用于分离元件多于SMD元件的情况 C：来料检测 = PCB的A面丝印焊膏 = 贴片 = 烘干 = 回流焊接 = 插件，引脚打弯 = 翻板 =PCB的B面点贴片胶 = 贴片 = 固化 = 翻板 = 波峰焊 = 清洗 = 检测 = 返修 A面混装，B面贴装。,SMT工艺流程,SMA Introduce,D：来料检测 = PCB的B面点贴片胶 = 贴片 = 固化 = 翻板 = PCB的A面 丝印焊膏 = 贴片 = A面回流焊接 = 插件 = B面波峰焊 = 清洗 = 检测 = 返修 A面混装，B面贴装。先贴两面SMD，回流焊接，后插装，波峰焊 E

6、：来料检测 = PCB的B面丝印焊膏（点贴片胶）= 贴片 = 烘干（固化）= 回流焊接 = 翻板 = PCB的A面丝印焊膏 = 贴片 = 烘干 = 回流焊接1（可采用局部焊接）= 插件 = 波峰焊2 （如插装元件少，可使用手工焊接）= 清洗 = 检测 = 返修 A面贴装、B面混装。,SMT工艺流程,SMA Introduce,Screen Printer,Mount,Reflow,AOI,SMT工艺流程,SMA Introduce,Screen Printer,STENCIL PRINTING,Screen Printer 内部工作图,Screen Printer,Screen Printer

7、 的基本要素：,Solder (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,25mm1thou) 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。,SMA Introduce,SMA Introduce,Scr

8、een Printer,SMA Introduce,Squeegee(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,Screen Printer,SMA Introduce,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。,Screen Printer,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,SM

9、A Introduce,Stencil,PCB,Stencil的梯形开口,Screen Printer,PCB,Stencil,Stencil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,SMA Introduce,Screen Printer,模板(Stencil)制造技术:,SMA Introduce,Screen Printer,模板(Stencil)材料性能的比较:,SMA Introduce,Screen 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、印膏太厚、放置压力太大等。（通常当两焊垫之间有少许印膏搭连

10、，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。,SMA Introduce,问题及原因 对 策,2.发生皮层 CURSTING 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,会造成粒子外层上的氧化

11、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,SMA Introduce,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

12、题.,增加印膏厚度,如改变网布或板膜等. 提升印着的精准度. 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。,SMA Introduce,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

13、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。,SMA Introduce,Screen Printer,在SMT中使用无铅焊料：,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。,SMA Introduce,无铅锡膏熔化温度范围：,Screen Printer,SMA Introduc

14、e,Screen Printer,无铅焊接的问题和影响：,SMA Introduce,MOUNT,表面贴装对PCB的要求：,第一：外观的要求,光滑平整,不可有翘曲或高低不平.否者基板会出现 裂纹，伤痕，锈斑等不良.,第二：热膨胀系数的关系.元件小于3.2*1.6mm时只遭受部分应力，元件 大于3.2*1.6mm时，必须注意。,第三：导热系数的关系.,第四：耐热性的关系.耐焊接热要达到260度10秒的实验要求，其耐热性 应符合：150度60分钟后，基板表面无气泡和损坏不良。,第五：铜铂的粘合强度一般要达到1.5kg/cm*cm,第六：弯曲强度要达到25kg/mm以上,第七：电性能要求,第八：对清

15、洁剂的反应，在液体中浸渍5分钟，表面不产生任何不良， 并有良好的冲载性,SMA Introduce,MOUNT,表面贴装元件介绍：,表面贴装元件具备的条件,元件的形状适合于自动化表面贴装,尺寸，形状在标准化后具有互换性,有良好的尺寸精度,适应于流水或非流水作业,有一定的机械强度,可承受有机溶液的洗涤,可执行零散包装又适应编带包装,具有电性能以及机械性能的互换性,耐焊接热应符合相应的规定,SMA Introduce,MOUNT,表面贴装元件的种类,有源元件 （陶瓷封装）,无源元件,单片陶瓷电容,钽电容,厚膜电阻器,薄膜电阻器,轴式电阻器,CLCC （ceramic leaded chip car

16、rier） 陶瓷密封带引线芯片载体,DIP（dual -in-line package）双列直插封装,SOP（small outline package）小尺寸封装,QFP(quad flat package) 四面引线扁平封装,BGA( ball grid array) 球栅阵列,SMC泛指无源表面 安装元件总称,SMD泛指有源表 面安装元件,SMA Introduce,阻容元件识别方法 1元件尺寸公英制换算（0.12英寸=120mil、0.08英寸=80mil）,Chip 阻容元件,IC 集成电路,英制名称,公制 mm,英制名称,公制 mm,1206,0805,0603,0402,0201

17、,3.21.6,50,30,25,25,12,1.27,0.8,0.65,0.5,0.3,2.01.25,1.60.8,1.00.5,0.60.3,MOUNT,SMA Introduce,MOUNT,阻容元件识别方法 2片式电阻、电容识别标记,电 阻,电 容,标印值,电阻值,标印值,电阻值,2R2,5R6,102,682,333,104,564,2.2,5.6,1K,6800,33K,100K,560K,0R5,010,110,471,332,223,513,0.5PF,1PF,11PF,470PF,3300PF,22000PF,51000PF,SMA Introduce,MOUNT,IC第一

18、脚的的辨认方法, IC有缺口标志, 以圆点作标识, 以横杠作标识, 以文字作标识（正看IC下排引脚的左边第一个脚为“1”）,SMA Introduce,MOUNT,常见IC的封装方式,SMA Introduce,MOUNT,常见IC的封装方式,SMA Introduce,MOUNT,常见IC的封装方式,SMA Introduce,MOUNT,来料检测的主要内容,SMA Introduce,MOUNT,贴片机的介绍,拱架型(Gantry),元件送料器、基板(PCB)是固定的，贴片头(安装多个真空吸料嘴)在 送料器与基板之间来回移动，将元件从送料器取出，经过对元件位置与 方向的调整，然后贴放于基板

19、上。由于贴片头是安装于拱架型的X/Y坐 标移动横梁上，所以得名。,这类机型的优势在于： 系统结构简单，可实现高精度，适于各种大小、形状的元件，甚 至异型元件，送料器有带状、管状、托盘形式。适于中小批量生产， 也可多台机组合用于大批量生产。,这类机型的缺点在于： 贴片头来回移动的距离长，所以速度受到限制。,SMA Introduce,MOUNT,对元件位置与方向的调整方法：,1)、机械对中调整位置、吸嘴旋转调整方向，这种方法能达到的精 度有限，较晚的机型已再不采用。,2)、激光识别、X/Y坐标系统调整位置、吸嘴旋转调整方向，这种 方法可实现飞行过程中的识别，但不能用于球栅列陈元件BGA。,3)、

20、相机识别、X/Y坐标系统调整位置、吸嘴旋转调整方向，一般相 机固定，贴片头飞行划过相机上空，进行成像识别，比激光识 别耽误一点时间，但可识别任何元件，也有实现飞行过程中的 识别的相机识别系统，机械结构方面有其它牺牲。,SMA Introduce,MOUNT,转塔型(Turret),元件送料器放于一个单坐标移动的料车上，基板(PCB)放于一 个X/Y坐标系统移动的工作台上，贴片头安装在一个转塔上，工作 时，料车将元件送料器移动到取料位置，贴片头上的真空吸料嘴在 取料位置取元件，经转塔转动到贴片位置(与取料位置成180度)，在 转动过程中经过对元件位置与方向的调整，将元件贴放于基板上。,一般，转塔

21、上安装有十几到二十几个贴片头，每个贴片头上安装 24个真空吸嘴(较早机型)至56个真空吸嘴(现在机型)。由于转塔的 特点，将动作细微化，选换吸嘴、送料器移动到位、取元件、元件识 别、角度调整、工作台移动(包含位置调整)、贴放元件等动作都可以 在同一时间周期内完成，所以实现真正意义上的高速度。目前最快的 时间周期达到0.080.10秒钟一片元件。,这类机型的优势在于：,这类机型的缺点在于： 贴装元件类型的限制，并且价格昂贵。,SMA Introduce,MOUNT,对元件位置与方向的调整方法：,1)、机械对中调整位置、吸嘴旋转调整方向，这种方法能达到的 精度有限，较晚的机型已再不采用。,2)、相

22、机识别、X/Y坐标系统调整位置、吸嘴自旋转调整方向，相 机固定，贴片头飞行划过相机上空，进行成像识别。,SMA Introduce,MOUNT,贴片机过程能力的验证：,第一步 ：最初的24小时的干循环，期间机器必须连续无误地工作。,第二步：要求元件准确地贴装在两个板上，每个板上包括32个140引脚的玻璃 心子元件。主板上有6个全局基准点，用作机器贴装前和视觉测量系 统检验元件贴装精度的参照。贴装板的数量视乎被测试机器的特定头 和摄像机的配置而定 。,第三步：用所有四个贴装芯轴，在所有四个方向：0 , 90 , 180 , 270 贴装元件。,一种用来验证贴装精度的方法使用了一种玻璃心子，它和一

23、个“完美的”高引 脚数QFP的焊盘镶印在一起，该QFP是用来机器贴装的(看引脚图)。通过贴装一个 理想的元件，这里是140引脚、0.025”脚距的QFP，摄像机和贴装芯轴两者的精度 都可被一致地测量到。除了特定的机器性能数据外，内在的可用性、生产能力和 可靠性的测量应该在多台机器的累积数据的基础上提供。,SMA Introduce,MOUNT,贴片机过程能力的验证：,第四步：用测量系统扫描每个板，可得出任何偏移的完整列表。每个140引 脚的玻璃心子包含两个圆形基准点，相对于元件对应角的引脚布 置精度为 0.0001”，用于计算X、Y和q 旋转的偏移。所有32个 贴片都通过系统测量，并计算出每个

24、贴片的偏移。这个预定的参 数在X和Y方向为 0.003”，q 旋转方向为 0.2，机器对每个 元件贴装都必须保持。,第五步：为了通过最初的“慢跑”，贴装在板面各个位置的32个元件都必须 满足四个测试规范：在运行时，任何贴装位置都不能超出 0.003” 或 0.2的规格。另外，X和Y偏移的平均值不能超过 0.0015”， 它们的标准偏移量必须在0.0006”范围内， q 的标准偏移量必须小 于或等于0.047 ，其平均偏移量小于 0.06 ，Cpk(过程能力 指数process capability index) 在所有三个量化区域都大于1.50。 这转换成最小4.5s 或最大允许大约每百万之3

25、.4个缺陷 (dpm, defects per million)。,SMA Introduce,MOUNT,贴片机过程能力的验证：,3 = 2,700 DPM4 = 60 DPM5 = 0.6 DPM6 = 0.002DPM,在今天的电子制造中，希望cmk要大于1.33，甚至还大得多。1.33的cmk也 显示已经达到4工艺能力。6的工艺能力，是今天经常看到的一个要求，意 味着cmk必须至少为2.66。在电子生产中，DPM的使用是有实际理由的，因为每 一个缺陷都产生成本。统计基数3、4、5、6和相应的百万缺陷率(DPM)之间的 关系如下：,在实际测试中还有专门的分析软件是JMP专门用于数据分析，

26、这样简化了 整个的过程，得到的数据减少了人为的错误。,SMA Introduce,REFLOW,再流的方式：,SMA Introduce,REFLOW,热风回流焊过程中，焊膏需经过以下几个阶段，溶剂挥发；焊剂清除焊件 表面的氧化物 ；焊膏的熔融 、再流动以及 焊膏的冷却、 凝固。,基本工艺：,SMA Introduce,REFLOW,工艺分区：,（一）预热区 目的： 使PCB和元器件预热 ，达到平衡，同时除去焊膏中的水份 、溶剂，以防焊膏发生塌落和焊料飞溅。要保证升温比较 缓慢，溶剂挥发。较温和，对元器件的热冲击尽可能小， 升温过快会造成对元器件的伤害，如会引起多层陶瓷电容 器开裂。同时还会造

27、成焊料飞溅，使在整个PCB的非焊接 区域形成焊料球以及焊料不足的焊点。,SMA Introduce,REFLOW,目的：保证在达到再流温度之前焊料能完全干燥，同时还起 着焊剂活化的作用，清除元器件、焊盘、焊粉中的金 属氧化物。时间约60120秒，根据焊料的性质有所差异。,工艺分区：,（二）保温区,SMA Introduce,REFLOW,影响焊接性能的各种因素：,工艺因素,焊接前处理方式，处理的类型，方法，厚度，层 数。处理后到焊接的时间内是否加热，剪切或经过 其他的加工方式。,焊接工艺的设计,焊区：指尺寸，间隙，焊点间隙 导带（布线）：形状，导热性，热容量 被焊接物：指焊接方向，位置，压力，粘合状态等,SMA Introduce,REFLOW,焊接条件,指焊接温度与时间，预热条件，加热，冷却速度 焊接加热的方式，热源的载体的形式（波长，导热 速度等）,焊接材料,焊剂：成分，浓度，活性度，熔点，沸点等 焊料：成分，组织，不纯物含量，熔点等 母材：母材的