SMT制程与设备能力介绍.ppt

1、SMT製程與设备能力介紹,1,課程內容,SMT簡介 各工序介紹 波峰焊 SMT周邊設備介紹 ESD防護,2,SMT簡介,1.SMT定義 表面貼裝技術(Surface Mounting Technology簡稱SMT)是新一代電子組裝技術,它將傳統的電子元器件壓縮成為體積只有幾十分之一的器件,從而實現了電子產品組裝的高密度、高可靠、小型化低成本以及生產的自動化.這種小型化的元器件稱為:SMD器件(或稱SMC、片式器件).將元件裝配到印刷線路板或其他基板上的工藝方法稱為SMT工藝.相關的組裝設備則稱為SMT設備.,3,SMT簡介,2.SMT特點 (1)組裝密度高、電子產品體積小、重量輕,貼片元件的

2、體積和重量只有傳統插裝元件的1/10左右,一般採用SMT之後,電子產品體積縮小40%60%,重量減輕60%80%. (2)可靠性高、抗震能力強、焊點缺焊率低. (3)高頻特性好,減少了電磁和射頻幹擾. (4)易於實現自動化,提高生產效率.降低成本達30%50%.節省材料、能源、設備、人力、時間等.,4,SMT簡介,3.為什麼要用SMT (1)電子產品追求小型化,以前使用的穿孔插件元件已無法縮小 (2)電子產品功能更完整,所採用的積體電路(IC)已無穿孔元件,特別是大規模、高集成IC,不得不採用表面貼片元件 (3)產品批量化,生產自動化,廠方要以低成本高產量,出產優質產品以迎合顧客需求及加強市場

3、競爭力 (4)電子元件的發展,積體電路(IC)的開發,半導體材料的多元應用電子科技革命勢在必行,追逐國際潮流,5,SMT簡介,4.SMT製程 SMT製程是以機器的吸嘴吸取SMT零件,經過畫像處理辨識零件後,再放置於已印好錫膏的基板上,基板再經過迴焊爐加熱後達到焊接的目的.,PCB,零件,錫膏,銅箔焊墊,6,SMT簡介,5.SMT工藝流程,錫膏印刷,SPI,送板,貼片,AOI,人工目檢,Reflow,AOI,7,SMT簡介,6.SMT製程分類 (1)單面貼片製程 適用於只有一面有SMD器件的產品.一般流程如下: 錫膏印刷-SPI-貼片-AOI-回流焊接-AOI,8,SMT簡介,(2)雙面貼片製程

4、 適用於正反面都有SMT組件的產品.一般流程如下: A面錫膏印刷-SPI-貼片-AOI-回流焊接-AOI- B面錫膏印刷-SPI-貼片-AOI-回流焊接-AOI,9,SMT簡介,(3)混合製程 適用於正反面都有SMT組件且有插件的產品.一般流程如下: A面錫膏印刷-SPI-貼片-AOI-回流焊接-AOI-B面錫膏印刷-SPI-貼片-AOI-回流焊接-AOI-插件-波峰焊,10,各工序介紹-送板,1.工站介绍 自動送板機廣泛應用於SMT生產線的源頭,用以將裝在周轉箱內的PCB逐一發送給後續設備而實現上板功能,它的送板動作受後續設備的需板信號的控制,若自動送板機已全部送完板則它又會反制約後續設備停

5、止工作,並發出聲光報警,它也可以為某一個單獨的SMT設備實現上板功能.,11,各工序介紹-送板,2.設備能力介绍,12,各工序介紹-錫膏印刷,1.工站介紹 將錫膏通過鋼板之孔脫膜接觸錫膏而印置於基板之焊盤上.,已印刷,未印刷,13,各工序介紹-錫膏印刷,2.設備能力介紹,MPM 印刷機,可滿足不同尺寸的PCB, 不同規格的Chip R/C, IC, Connector, BGA 等零件的錫膏/紅膠 印刷要求.,14,各工序介紹-錫膏印刷,刮刀,錫膏,鋼板,PCB,3.锡膏印刷内部图示,15,各工序介紹-錫膏印刷,4.錫膏印刷品質 確實填充入鋼板開孔內,錫膏才能有飽滿的成型 錫膏填充於鋼板 控制

6、錫膏左右對稱形狀 鋼板脫膜後,讓錫膏與鋼板開口成相同形狀 鋼板脫膜速度 控制錫膏成型,16,各工序介紹-錫膏印刷,5.常見印刷不良現象,刮削-刮刀壓力過高,削去部 分錫膏,過量-刮刀力量太小,多出錫膏,拖拽-鋼板脫離太快,17,各工序介紹-錫膏印刷,偏位-鋼板與PCB對位不准,連錫-刮刀壓力太大 對位不准 鋼板開口不合適,少錫-鋼板脫離速度得慢一點,刮刀壓減. 印刷機內溫度30時,溶劑會被揮 發一些,錫膏更粘,18,各工序介紹-錫膏印刷,6.重要耗材-錫膏 (1).何為錫膏,19,(2).錫膏主要組成成份 錫粉顆粒+助焊膏/劑,各工序介紹-錫膏印刷,20,(3).錫膏的存儲和使用 錫膏是一種化

7、學特性很活躍的物質,因此它對環境的要求是很嚴格的.一般在溫度為0-10,濕度為20%-21%的條件下有效期為6個月,在使用時要注意幾點: A.保存的溫度 B.使用前應先回溫(一般4小時) C.使用前應先攪拌3-4分鐘 D.最佳作業環境溫度25+/-3濕度為50+/-10%RH E.儘量縮短進入回流焊的等待時間 F.在開瓶24小時內必須使用完,否則做報廢處理,各工序介紹-錫膏印刷,21,(4).錫膏使用前為何必須攪拌 錫膏存儲時因錫粉與助焊劑比重不同的因素,會導致有錫粉在下而助焊劑在上的現象,最後產生分佈不均的問題.故使用前必須攪拌使錫粉與助焊劑均勻混合,而達到錫膏最佳的作用效果. 一般錫膏攪拌

8、的方式有兩種: A.手動攪拌的方式 B.機器(自動公轉)攪拌的方式,自 動 攪 拌 機,各工序介紹-錫膏印刷,22,(5).有鉛錫膏Sn-Pb Reflow理想溫度圖,各工序介紹-錫膏印刷,23,(6).無鉛錫膏Sn-Ag-Cu系Reflow理想溫度圖,各工序介紹-錫膏印刷,24,(7).Sn-Ag-Cu系合金的優缺點 優點: 具有優良熱疲勞性 具有優良機械特性 溶融溫度區域較為狹窄 適合各幾種形狀(錫棒/錫絲/錫膏/錫球等等) Pb的混入不良影響較少 缺點: 溶融溫度較共晶焊錫合金約高30 合金成份內含Ag成本較高 冷卻緩慢焊點表面易產生凹凸,各工序介紹-錫膏印刷,25,各工序介紹-錫膏印刷

9、,7.主要工具-鋼網 (1)什麼是鋼網 鋼網是一種SMT專用模具,其主要功能是是幫助錫膏的沉積;目的是將準確數量的錫膏轉移到空PCB上的準確位置.,26,各工序介紹-錫膏印刷,(2)鋼網的製作及比較 目前鋼網主要有三種製作方法:化學腐蝕、鐳射切割、電鑄成型,鋼網,板,焊盤,化學腐蝕: 通常用於0.65mm以上間距 比其他鋼網費用低,鋼網,板,焊盤,鐳射切割: 費用較高而且內壁粗糙 可以用電解拋光法得到光滑內壁 梯形開孔有利於脫模 可以用Gerber檔加工 誤差更小，精度更高,鎳網,板,焊盤,電鑄成型: 在厚度方面沒有限制 在硬度和強度方面更勝於不銹鋼 更好的耐磨性 孔壁光滑且可以收縮 最好的脫

10、模特性 95%. 成本造價昂貴、工藝複雜、技術含量高,27,各工序介紹-錫膏印刷,鋼網三種製作方法橫截面對比,28,各工序介紹-錫膏印刷,(3).鐳射鋼板製作主要設備,激光切割機,張網,29,各工序介紹-錫膏印刷,(4).鋼網張力要求 一般業界使用標準在30牛頓/每平方公分以上,30,各工序介紹-SPI,1.工站介紹 錫膏厚度檢測是利用光學的原理,通過三角測量的方法把印刷在PCB板上的錫膏高度計算出來的一種SMT檢測設備.它的作用是能檢測和分析錫膏印刷的品質,及早發現SMT工藝缺陷.,31,各工序介紹-SPI,2.設備能力介紹,SPITR7006,32,各工序介紹-SPI,3.焊盤印錫接受標準

11、 印刷在焊盘上的焊膏量允许有一定的偏差,但焊膏覆盖在每个焊盘上的面积应大于焊盘面积的75%.,33,各工序介紹-SPI,4.實際印刷不良圖例 錫橋,34,各工序介紹-SPI,少錫,35,各工序介紹-SPI,錫厚(拉尖),36,各工序介紹-SPI,偏移,37,各工序介紹-貼片,1.工站介紹 貼片機就是用來將表面組裝元器件準確安裝到PCB的固定位置上的設備,貼片機貼裝精度及穩定性將直接影響到所加工電路板的品質及性能.,38,各工序介紹-貼片,2.設備能力介紹,FUJI NXT 貼片機,39,各工序介紹-貼片,3.貼片机类型 貼片機按結構形式大致可分為四種類型:過頂動臂拱架型、轉塔式貼片機、複合式貼

12、片機、大型平行系統貼片機等.,40,各工序介紹-貼片,4.各類型貼片機介紹 (1)拱架式 拱架式貼片機有較好的靈活性和精度,適用於大部分元件,高精度機器一般都是這種類型,但其速度無法與複合式、轉塔式和大型平行系統相比.,41,各工序介紹-貼片,(2)轉塔式 轉塔式貼片機是使用一組移動送料器,轉塔從料站吸取元件,然後把元件貼放在位於移動工作臺上的電路板上面.由於拾取元件和貼片動作同時行進,貼片速度大幅度提高.,42,各工序介紹-貼片,(3)複合式 複合式貼片機從拱架式機器發展而來,集合了轉塔式和拱架式特點,動臂上安裝有轉盤,又稱“閃電頭”,可實現每小時60000片貼片速度.,43,各工序介紹-貼

13、片,(4)大型平行系統 大規模平行系統(又稱模組機),使用一系列單獨小貼裝單元.各單元有獨立絲杆位置系統、安裝有相機和貼裝頭.各貼裝頭可吸取部分的帶式送料,貼裝PCB一定區域,PCB以固定間隔時間在機器內步進.單獨地各個單元機器運行速度較慢,但其連續或平行運行會有很高的效率.,44,各工序介紹-貼片,5.SMT貼裝工具認識,料盤,FEEDER,吸嘴,45,各工序介紹-貼片,6.貼片機貼裝動態示意圖,46,金 立,金 立,A相机,B相机,8/22,47,8/22,金 立,金 立,金 立,48,1,2,8/22,金 立,金 立,金 立,49,1,2,8/22,金 立,金 立,50,8/22,金 立

14、,金 立,51,识别图像,识别图像,8/22,金 立,金 立,52,1,2,8/22,金 立,金 立,53,8/22,金 立,金 立,54,1,8/22,金 立,金 立,55,8/22,金 立,金 立,56,2,8/22,金 立,金 立,57,8/22,金 立,金 立,58,8/22,金 立,金 立,59,8/22,金 立,金 立,60,8/22,金 立,金 立,61,2,8/22,金 立,金 立,62,2,8/22,金 立,金 立,63,各工序介紹-貼片,7.主要貼片不良現象,偏位,少件,飛件,下壓過深,64,各工序介紹-Reflow,1.工站介紹 回流焊是通过重新熔化预先分配到印制板焊盘上

15、的膏装软钎焊料,实现表面组装元器件焊端或引脚与印制板焊盘之间机械与电气连接的软钎焊.它是靠热气流对焊点的作用,胶状的焊剂在一定的高温气流下进行物理反应达到SMD的焊接.,65,各工序介紹-Reflow,2.設備能力介紹,FOLUNGWIN 回焊爐,66,各工序介紹-Reflow,3.理想爐溫曲線 理論上理想的曲線由預熱、恒溫、回流和冷卻四個溫區組成.前面三個溫區加熱,最後一個溫區冷卻.,67,各工序介紹-Reflow,4.從溫度曲線示意圖,分析回流焊的原理 當PCB進入預熱區時,焊膏中的溶劑、氣體蒸發掉,同時,焊膏中的助焊劑濕潤焊盤、元器件端頭和引腳,焊膏軟化、塌落、覆蓋了焊盤,將焊盤、元器件

16、引腳與氧氣隔離; PCB進入恒溫區時,使PCB和元器件得到充分的預熱,以防PCB突然進入焊接高溫區而損壞PCB和元器件; 當PCB進入回流區時,溫度迅速上升使焊膏達到熔化狀態,液態焊錫對PCB的焊盤、元器件端頭和引腳潤濕、擴散、漫流或回流混合形成焊錫接點; PCB進入冷卻區,使焊點凝固.此時完成了回流焊.,68,各工序介紹-Reflow,5.各溫區說明及注意事項 預熱區 預熱區溫度:室溫150,升溫斜率13/秒. 將PCB的溫度從室溫提升到所需的活性溫度,適當揮發Flux中的溶劑. 注意事項 (1).太快,會引起熱敏組件的破裂 (2).太慢,錫膏會感溫過度,沒有足夠的時間使PCB達到活性溫度,

17、69,各工序介紹-Reflow,恒溫區 恒溫區段溫度150180,時間:60120秒 使PCB上的所有零件達到均溫,避免熱補償不足在回流區段時有熱衝擊現象產生. 促使Flux及其活性劑轉成液態開始作用,去除PCB PAD及零件腳金屬表面的氧化層及異物,保護組件腳及PAD在高溫下不被氧化. 注意事項 (1).一定要平穩的升溫. (2).該區時間太長或溫度太高,活性劑會提前揮發完成,容易導致虛焊、焊點發暗且伴有粒狀物或錫珠.,70,各工序介紹-Reflow,回流區 此區段溫度:217 最高溫度:235250 回流區段時間:3060秒.從焊料熔點至峰值再降低熔點,焊料熔溶的過程,PAD與焊料形成焊接

18、(有機化合物). 注意事項 (1).時間太短,熱補償不足、焊錫效果差、焊點不飽滿. (2).時間太長,會產生氧化物,導致焊點不持久及易造成組件損壞 (3).溫度太高,殘留物會被燒焦.,71,各工序介紹-Reflow,冷卻區 從焊料熔點降至50度左右,合金焊點的形成過程.此區斜率:-1-4/秒 注意事項 較快的冷卻速率可得到較細的顆粒結構和較高強度與較亮的焊接點,但超過每秒4會造成溫度衝擊.,72,各工序介紹-Reflow,6.有铅制程profile,有鉛回流焊爐溫工藝要求: 1.起始溫度(40)到120時的溫度升率為13/s 2.120175時的恒溫時間要控制在60120秒 3.高過183的時

19、間要控制在4590秒之間 4.高過200的時間控制在1020秒,最高峰值在220+/-5 5.降溫率控制在14/s之間為好 6.一般爐子的傳輸速度控制在7090cm/Min為佳,73,各工序介紹-Reflow,7.无铅制程profile,無鉛回流焊爐溫工藝要求: 1.起始溫度(40)到150時的溫度升率為13/s 2.150200時的恒溫時間要控制在60120秒 3.高過217的時間要控制在3070秒之間 4.高過230的時間控制在1030秒,最高峰值在240+/-5 5.降溫率控制在14/s之間為好 6.一般爐子的傳輸速度控制在7090cm/Min為佳,74,各工序介紹-Reflow,8.R

20、eflow有效加热区示意图,75,各工序介紹-Reflow,9.炉内运输方式,76,各工序介紹-Reflow,10.Reflow实物,未回流,已回流,77,各工序介紹-Reflow,(1).改善焊性(提供多的活化餘裕) 一般免洗錫膏N2=改善吃錫性 重要元件:如QFP、PLCC等,需單獨設置測溫點; 測試點盡可能分散:測溫點分佈盡可能散佈到PCB的各處; 元器件密度:元件密集區域需設置測溫點進行測量; 易發生品質不良處:易發生不良點位處需設置測溫點進行控制; 在雙面板制程較多的一面選取45個點,在下板有元件的一面選一個點.,84,各工序介紹-Reflow,(3).测温板溫度測定步驟 焊接之前在

21、焊點背面出鉆小孔埋入熱電偶 從焊點背面埋入熱電偶 保證熱電偶頂部與焊盤緊密接觸 利用樹脂固話熱電偶 進行正常回流焊試驗,85,各工序介紹-Reflow,(4).爐內測量實物,86,各工序介紹-Reflow,(5).實際測得的曲線,87,各工序介紹-AOI,1.工站介绍 自動光學檢測,是基於光學原理來對焊接生產中遇到的常見缺陷進行檢測的設備. 主要檢測漏件、偏移、旋轉、極性、墓碑、側立、反白、錯件及文字判識.,88,各工序介紹-AOI,2.為什麼使用AOI 由於電路板尺寸大小的改變提出更多的挑戰,因為它使手工檢查更加困難.為了對這些發展作出反應,越來越多的原設備製造商採用AOI. 通過使用AOI

22、作為減少缺陷的工具,在裝配工藝過程的早期查找和消除錯誤,以實現良好的程序控制.早期發現缺陷將避免將壞板送到隨後的裝配階段,AOI將減少修理成本將避免報廢不可修理的電路板.,89,各工序介紹-AOI,3.設備能力介绍,AOITR7500,90,各工序介紹-人工目检,工站介绍 根據AOI檢測結果確認零件是否有零件是否有直立、侧立、缺件、错件、位移等不良.,91,波峰焊,1.工站介紹 波峰焊是讓插件板的焊接面直接與高溫液態錫接觸達到焊接目的,其高溫液態錫保持一個斜面,並由特殊裝置使液態錫形成一道道類似波浪的現象.,92,波峰焊,2.設備能力介紹,LT-WS350PC,93,波峰焊,3.波峰焊原理 將

23、熔融的液態焊料,借助與泵的作用,在焊料槽液面形成特定形狀的焊料波,插裝了元器件的PCB置與傳送鏈上,經過某一特定的角度以及一定的浸入深度穿過焊料波峰而實現焊點焊接的過程.,94,波峰焊,4.波峰焊各區說明 噴塗助焊劑 已插件完成器件的電路板,將其嵌入治具,由機器入口處的接駁裝置以一定的傾角和傳送速度送入波峰焊機內,然後被連續運轉的鏈爪夾持,途徑傳感器感應,噴頭沿著治具的起始位置來回勻速噴霧,使電路板的裸露焊盤表面、焊盤過孔以及元器件引腳表面均勻地塗敷一層薄薄的助焊劑.,95,波峰焊,PCB板預加熱 進入預熱區域,PCB板焊接部位被加熱到濕潤溫度,同時,由於元器件溫度的升高,避免了侵入熔融焊料時

24、受到大的熱衝擊.預熱階段,PCB表面的溫度應在75100之間為宜. 預熱的作用: (1).助焊劑中的溶劑被揮發掉.這樣可以減少焊接時產生氣體; (2).助焊劑中松香和活性劑開始分解和活性化,可以去除印製板焊盤、元器件端頭和引腳表面的氧化膜以及其他污染物,同時起到保護金屬表面防止發生高溫再氧化的作用; (3)使PCB板和元器件充分預熱,避免焊接時急劇升溫產生熱應力損壞PCB板和元器件.,96,波峰焊,溫度補償 進入溫度補償階段,經補償後的PCB板在進入波峰焊接中減小熱衝擊. 第一波峰 第一波峰是由狹窄的噴口噴出的“湍流”波峰,流速快,對治具有影陰的焊接部位有較好的滲透性.同時,湍流波向上的噴射力

25、可以使焊接劑氣體順利排出,大大減少了漏焊及垂直填充不足的缺陷.,97,波峰焊,第二波峰 第二波峰是一個“平滑”波,焊錫流動速度慢,能有效去除端子上的過量焊錫,使所有的焊接面潤濕良好,並能對第一波峰所造成的拉尖和橋接進行充分的修正.,98,波峰焊,冷卻階段 製冷系統使PCB板的溫度急劇下降可明顯改善無鉛焊料共晶生產時產生的空泡及焊盤剝離問題. 氮氣保護 在焊接整個過程中,在預熱階段和焊接區加有氮氣保護可有效防止裸銅和共晶焊料氧化,大幅提高潤濕性和流動性,確保焊點的可靠性.,99,SMT周邊設備介紹-分板,1.分板介紹 分板机被广泛应用于电子产品制造业,为SMT周边设备,在后焊领域有着一定的发展,

26、由于传统的人工折板方式会有很强的应力产生,对产品品质造成严重影响,所以人工折板已基本上被机器分板所取代.,100,SMT周邊設備介紹-分板,2.設備能力介紹 (1).V-Cut,MAESTRO 4M,1.特徵:可以快速、經濟的分割不同大小的PCB,更好地操作,由控制鍵來編程設置.預刻的V槽上可間斷地分佈一些開口.它的圓刀和直線導向刀是用特殊的鋼製成的,使用壽命長. 2.分板方式:上圓刀和下直刀導向刀切割 3.操作溫度:1525 4.操作方式:馬達驅動 5.分板速度:300/500mm /sec 6.傳輸速度:5/6/7/8/9m /min 7.电源:230/115V 50-60Hz,101,S

27、MT周邊設備介紹-分板,(2).Routing,基本規格: X、Y切割速度:0100mm/s 機台重复精度:0.01mm X、Y、Z控制方式:採用功業IPC及PC X、Y、Z驅動方式:AC伺服馬達 人機操作及資料儲存:PC系統 切割精度:0.1mm 主軸轉速:MAX40000rpm 主機電壓:220V 1 50/60HZ 空壓供給:4.5kg/c 以上 集塵方式:上集塵 集塵機電壓:220V(380) 3,EM-5700N,102,SMT周邊設備介紹-ICT,1.ICT測試介紹 線上測試屬於接觸式檢測技朮,也是生產中測試最基本的方法之一,由於它具有很強的故障診斷能力而廣泛使用.通常將PCBA放

28、置在專門設計的針床夾具上,安裝在夾具上的彈簧測試探針與元件的引線或測試焊盤接觸,由於接觸了板子上所有網路,所有仿真和數位器件均可以單獨測試,並可以迅速診斷出故障器件.,103,SMT周邊設備介紹-ICT,2.設備能力介紹,TR-518FE,104,SMT周邊設備介紹-ICT,3.ICT測試機夾治具,105,SMT周邊設備介紹-X-Ray,1.X-Ray介紹 X射線,具備很強的穿透性,是最早用於各種檢測場合的一種儀器.X射線透視圖可以顯示焊點厚度,形狀及品質的密度分佈.這些指針能充分反映出焊點的焊接品質,包括開路,短路,孔,洞,內部氣泡以及錫量不足,並能做到定量分析. X-Ray測試機就是利用X

29、射線的穿透性進行測試的.,106,SMT周邊設備介紹-X-Ray,2.設備能力介紹,DAGE XD7500VR,主要检测:内部焊接,短路,气孔,气泡,裂纹,及异物检查. 产品参数： 1.最小分辨率:950纳米(0.95微米) 2.影像接收器左右偏转角度各70度(共140度),旋转360度3.图像采集:1.3M万数字CCD 4.最大检测区域面积:18”x 16”(458 x 407 mm) 5.最大样品尺寸:20”x 17.5”(508 x 444mm) 6.系统最大放大倍数:至5650X7.显示器:20.1(DVI interface)数字彩色平板LCD,(1600 x 1200PIXELS)8.安全性:在机器表面任何地方X光泄露率 1 u Sv/hr,107,SMT周邊設備介紹-X-Ray,3.X-Ray檢測常見的一些不良現象,108,ESD防護,1.什麼是靜電 靜電是一種電能,它存留於物體表面,是正負電荷在局部範圍