8 SMT工艺介绍.pdf
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1、 SMT 专家网编辑整理 第八章第八章 SMT 工艺介绍工艺介绍 一一锡膏印刷工艺 锡膏印刷工艺 1.1 影响印刷质量的要素 1.1 影响印刷质量的要素 锡膏印刷质量对表面贴装产品的质量影响很大有统计资料表明60%的返修理工板是因锡膏印刷不良引起故障的丝印的好坏基本上决定了 SMT 好坏程度所以在表面贴装中严格把好锡膏印刷这一关即使是最好的锡膏设备和应用方法也不一定充分保证得到可接受的结果使用者必须控制工艺过程和设备变量以达到良好的印刷品质在印刷锡膏的过程中基板放在工作台上机械地或真空夹紧定位用定位销或视觉来对准在手工或半自动印刷机中印刷刮板向下压在模板上使模板底面接触到电路板顶面当刮板走过所
2、腐蚀的整个图形区域长度时锡膏通过模板/丝网上的开孔印刷到焊盘上在锡膏已经沉积之后丝网在刮板之后马上脱开(snap off)回到原地脱开距离与刮板压力是两个达到良好印刷品质的与设备有关的重要变量还有丝印速度丝印期间刮板在丝印模板上的行进速度是很重要的因为锡膏需要时间来滚动和流入丝孔内如果允许时间不够那么在刮板的行进方向锡膏在焊盘上将不平决定印刷质量的因素还有印刷脱模延时印刷间隙等只要较好地把握上述因素一般印出来的锡膏图形应平整边缘较齐 锡膏(Solder Paste)选择锡膏(Solder Paste)选择 锡膏是由焊料合金和助焊剂等组成的混合物 锡膏中锡珠的大小选择应适当 必须与丝印模板相匹配
3、粘度是锡膏的一个重要特性从动态方面来说在丝印行程中其粘性越低则流动性越好易于流入丝印孔内印到 PCB 的焊盘上从静态方面考虑丝印刮过后锡膏停留在丝印孔内其粘性高则保持其填充的形状而不会往下塌陷 刮板(squeegee)类型:刮板(squeegee)类型:分橡胶刮刀和金属刮刀两种刮刀的磨损压力和硬度决定印刷质量应该仔细监测对可接受的印刷品质刮板边缘应该锋利和直线刮板压力低造成遗漏和粗糙的边缘而刮板压力高或很软的刮板将引起斑点状的(smeared)印刷甚至可能损坏刮板和模板或丝网过高的压力也倾向于从宽的开孔中挖出锡膏引起焊锡圆角不够 模板(stencil)类型:模板(stencil)类型:分金属与
4、尼龙丝两种 制作开孔的工艺过程控制开孔壁的光洁度和精度 而且开孔尺寸必须合适有三种常见的制作模板的工艺化学腐蚀激光切割和加成(additive)工艺为了达到良好的印刷结果必须有正确的锡膏材料(粘度金属含量最大粉末尺寸和尽可能最低的助焊剂活性)正确的工具(印刷机模板和刮刀)和正确的工艺过程(良好的定位清洁拭擦)的结合再者印刷后的检验也是必不可少的它可以大大地减少后道工序因印刷不良而造成SMT专家网专业提供SMT工艺咨询和技术服务 网站设SMT供求频道,SMT基础,SMT工艺,SMT产品展厅,SMT论文基地,SMT行业动态,SMT 论坛等技术含量很高的频道.是国内最大的 SMT 论文基地,介绍贴片
5、机,回流焊,波峰焊等产品 1 SMT 专家网编辑整理 的返修损失 1.2 锡膏丝印缺陷分析 1.2 锡膏丝印缺陷分析 缺陷类型 可能原因 改正行动 锡膏对焊盘位移 丝印模板未对准模板或电路板不良 调整丝印机 测量模板或电路板 锡膏桥 锡膏过多丝孔损坏 检查模板 锡膏模糊 模板底面有锡膏与电路板面间隙太多 清洁模板底面 锡膏面积缩小 丝孔有干锡膏刮板速度太快 清洗丝孔调节机器 锡膏面积太大 刮板压力太大丝孔损坏 调节机器检查模板 锡膏量多高度太高 模板变形与电路板之间污浊 检查模板清洁模板底面 锡膏下塌 刮板速度太快锡膏温度太高吸入潮汽 调节机器更换锡膏 锡膏高度变化大 模板变形刮板速度太快分开
6、控制速度太快 调节机器检查模板 锡膏量少 刮板速度太快塑料刮刀扣刮出锡膏 调节机器 二二表面贴装工艺 表面贴装工艺 贴装是 SMT 工艺性相对较简单的环节 只要调整好贴装叁数及位置 贴装的好坏就在于贴 片机的精度了 人为因素较小 不过由于贴装误差的客观存在 所以贴装后检查是不可避免的SMT专家网专业提供SMT工艺咨询和技术服务 网站设SMT供求频道,SMT基础,SMT工艺,SMT产品展厅,SMT论文基地,SMT行业动态,SMT 论坛等技术含量很高的频道.是国内最大的 SMT 论文基地,介绍贴片机,回流焊,波峰焊等产品 2 SMT 专家网编辑整理 因为在这个地方修正贴错的元器件比较简单易行且不会
7、损坏元器件如果在焊接后修正就费事多了 2.1 贴片机抛料原因分析及对策2.1 贴片机抛料原因分析及对策 贴片机抛料是指贴片机在生产过程中吸到料之后不贴而是将料抛到抛料盒里或其它地方 或者没有吸到料而执行抛料动作 抛料的主要原因及对策主要有以下几点 2.1.1 来料的问题2.1.1 来料的问题 小型 IC 有些是管装料尺寸较小取料困难料带较粘取料时胶带拉不开 BGA 为 44mm 的带装料但 44mm 的 Tape Feeder 不够用而用 56mm 的取料时抛料较多 对策来料为带装料或手工定位购买 44mm Tape Feeder 2.1.2 供料器的问题2.1.2 供料器的问题 供料器位置变
8、形进料不良供料器棘齿轮损坏料带孔没有卡在供料器的棘 齿上供料器下方有异物弹簧老化或电气不良造成取料不到或取料不良而抛料 对策调整供料器清扫供料器平台(操作员负责)更换已坏部件或供料器 2.1.3 吸嘴问题2.1.3 吸嘴问题 吸嘴变形堵塞破损造成气压不足漏气造成吸料不起取料不正识别通 不过而抛料 对策清洁更换吸嘴技术员负责 2.1.4 位置问题2.1.4 位置问题 取料不在料的中心位置而造成取料不正有偏移吸料时达不到设定的真空水 平而抛料 对策调整取料位置技术员负责 2.1.5 真空问题2.1.5 真空问题 气压不足真空气管信道不顺畅有杂物堵塞气管信道或真空发生器损坏产生 真空压力不足造成取料
9、不起或取起后在去贴的途中脱落 对策清洁真空气管信道保养真空发生器技术员负责 2.1.6 识别系统问题2.1.6 识别系统问题 视觉不良视觉或镭射镜头不清洁有杂物干扰识别 对策清洁擦拭识别系统表面保持干净无杂物污染等技术员负责 2.1.7 装料问题2.1.7 装料问题 装料没有装好供料孔没有对准棘齿或 8mm 以上 Feeder 供料间距没有调对取料位置不对造成取料不到 对策加强装料培训技术员负责培训操作员提高技能 SMT专家网专业提供SMT工艺咨询和技术服务 网站设SMT供求频道,SMT基础,SMT工艺,SMT产品展厅,SMT论文基地,SMT行业动态,SMT 论坛等技术含量很高的频道.是国内最
10、大的 SMT 论文基地,介绍贴片机,回流焊,波峰焊等产品 3 SMT 专家网编辑整理 当抛料现象出现时可以先询问现场人员再根据观察分析直接找到问题所在这样 更能有效地找出问题加以解决 三三回流焊接工艺 回流焊接工艺 回流焊接也是 SMT 中一项重要的工艺过程 回流焊炉的温度曲线设定是否合理是焊接效果好坏的重要原因温度曲线跟链条速度及各温区温度设定值有重大关系一般温度曲线分预热保温回流焊接冷却四大部分温度曲线的设定没有固定模式一般是根据锡膏的性质和所焊接的 PCB以及元器件的种类多少而定的 设定时以锡膏厂商提供的参考温度曲线为基础 结合 PCB 实际情况根据自己的经验进行较小调整一般在设定时多测
11、几次直到达到满意为止 3.1 回流焊接缺陷分析 3.1 回流焊接缺陷分析 锡珠锡珠(Solder Balls)原因1丝印孔与焊盘不对位印刷不精确使锡膏弄脏 PCB 2锡膏在氧化环境中暴露过多吸空气中水份太多3PCB 受潮4加热不精确太慢并不均匀5加热速率太快并预热区间太长6锡膏干得太快7助焊剂活性不够8太多颗粒小的锡粉9回流过程中助焊剂挥发性不适当锡球的工艺认可标准是当焊盘或印制导线的之间距离为 0.13mm 时锡珠直径不能超过 0.13mm或者在 600mm 平方范围内不能出现超过五个锡珠 锡桥锡桥(Bridging)一般来说造成锡桥的因素就是由于锡膏太稀包括 锡膏内金属或固体含量低摇溶性低
12、锡膏容易榨开锡膏颗粒太大助焊剂表面张力太小焊盘上太多锡膏回流温度峰值太高等 开路开路(Open)原因1锡膏量不够2组件引脚的共面性不够3锡湿不够(不够熔化流动性不好)锡膏太稀引起锡流失4引脚吸锡(象灯芯草一样)或附近有连线孔引脚的共面性对密间距和超密间距引脚组件特别重要一个解决方法是在焊盘上预先上锡引脚吸锡可以通过放慢加热速度和底面加热多上面加热少来防止也可以用一种浸湿速度较慢活性温度高的助焊剂或者用一种 Sn/Pb 不同比例的阻滞熔化的锡膏来减少引脚吸锡 3.2 焊锡膏回流焊接常见问题分析 3.2 焊锡膏回流焊接常见问题分析 焊锡膏的回流焊接是用在 SMT 装配工艺中的主要板级互连方法 这种
13、焊接方法把所需要的焊接特性极好地结合在一起这些特性包括易于加工对各种 SMT 设计有广泛的兼容性具有高的焊接可靠性以及成本低等然而在回流焊接被用作为最重要的 SMT 组件级和板级互连方法的时候它SMT专家网专业提供SMT工艺咨询和技术服务 网站设SMT供求频道,SMT基础,SMT工艺,SMT产品展厅,SMT论文基地,SMT行业动态,SMT 论坛等技术含量很高的频道.是国内最大的 SMT 论文基地,介绍贴片机,回流焊,波峰焊等产品 4 SMT 专家网编辑整理 也受到要求进一步改进焊接性能的挑战 事实上 回流焊接技术能否经受住这一挑战将决定焊膏能否继续作为首要的 SMT 焊接材料尤其是在超细微间距
14、技术不断取得进展的情况之下 3.2.1.未焊满3.2.1.未焊满 未焊满是在相邻的引线之间形成焊桥通常所有能引起焊膏坍落的因素都会导致未焊满这些因素包括1升温速度太快2焊膏的触变性能太差或是焊膏的粘度在剪切后恢复太慢3金属负荷或固体含量太低4粉料粒度分布太广5焊剂表面张力太小但是坍落并非必然引起未焊满在软熔时熔化了的未焊满焊料在表面张力的推动下有断开的可能焊料流失现象将使未焊满问题变得更加严重 在此情况下 由于焊料流失而聚集在某一区域的过量的焊料将会使熔融焊料变得过多而不易断开 除了引起焊膏坍落的因素而外下面的因素也引起未满焊的常见原因1相对于焊点之间的空间而言焊膏熔敷太多2加热温度过高3焊膏
15、受热速度比电路板更快4焊剂润湿速度太快5焊剂蒸气压太低6焊剂的溶剂成分太高7焊剂树脂软化点太低 3.2.2 断续润湿3.2.2 断续润湿 焊料膜的断续润湿是指有水出现在光滑的表面上这是由于焊料能粘附在大多数的固体金属表面上并且在熔化了的焊料覆盖层下隐藏着某些未被润湿的点因此在最初用熔化的焊料来覆盖表面时 会有断续润湿现象出现 亚稳态的熔融焊料覆盖层在最小表面能驱动力的作用下会发生收缩 不一会儿之后就聚集成分离的小球和脊状秃起物 断续润湿也能由部件与熔化的焊料相接触时放出的气体而引起 由于有机物的热分解或无机物的水合作用而释放的水分都会产生气体 水蒸气是这些有关气体的最常见的成份在焊接温度下水蒸
16、气具极强的氧化作用能够氧化熔融焊料膜的表面或某些表面下的界面典型的例子是在熔融焊料交界上的金属氧化物表面常见的情况是较高的焊接温度和较长的停留时间会导致更为严重的断续润湿现象 尤其是在基体金属之中 反应速度的增加会导致更加猛烈的气体释放与此同时较长的停留时间也会延长气体释放的时间以上两方面都会增加释放出的气体量消除断续润湿现象的方法是1降低焊接温度2缩短软熔的停留时间3采用流动的惰性气氛4降低污染程度 3.2.3 低残留物3.2.3 低残留物 对不用清理的软熔工艺而言为了获得装饰上或功能上的效果常常要求低残留物对功能要求方面的例子包括 通过在电路中测试的焊剂残留物来探查测试堆焊层以及在插入接头
17、与堆焊层之间或在插入接头与软熔焊接点附近的通孔之间实行电接触较多的焊剂残渣常会导致在要实行电接触的金属表层上有过多的残留物覆盖 这会妨碍电连接的建立 在电路密度日益增加的情况下这个问题越发受到人们的关注 SMT专家网专业提供SMT工艺咨询和技术服务 网站设SMT供求频道,SMT基础,SMT工艺,SMT产品展厅,SMT论文基地,SMT行业动态,SMT 论坛等技术含量很高的频道.是国内最大的 SMT 论文基地,介绍贴片机,回流焊,波峰焊等产品 5 SMT 专家网编辑整理 显然不用清理的低残留物焊膏是满足这个要求的一个理想的解决办法然而与此相关的软熔必要条件却使这个问题变得更加复杂化了 为了预测在不
18、同级别的惰性软熔气氛中低残留物焊膏的焊接性能 提出一个半经验的模型 这个模型预示 随着氧含量的降低 焊接性能会迅速地改进然后逐渐趋于平稳实验结果表明随着氧浓度的降低焊接强度和焊膏的润湿能力会有所增加此外焊接强度也随焊剂中固体含量的增加而增加实验数据所提出的模型是可比较的并强有力地证明了模型是有效的能够用以预测焊膏与材料的焊接性能因此可以断言为了在焊接工艺中成功地采用不用清理的低残留物焊料应当使用惰性的软熔气氛 3.2.4 间隙3.2.4 间隙 间隙是指在组件引线与电路板焊点之间没有形成焊接点一般来说这可归因于以下四方面的原因1焊料熔敷不足2引线共面性差3润湿不够4焊料损耗枣这是由预镀锡的印刷电
19、路板上焊膏坍落引线的芯吸作用2.3.4或焊点附近的通孔引起的引线共面性问题是新的重量较轻的 12 密耳m间距的四芯线扁平集成电路(QFP 枣 Quad flat packs)的一个特别令人关注的问题为了解决这个问题提出了在装配之前用焊料来预涂覆焊点的方法(9)此法是扩大局部焊点的尺寸并沿着鼓起的焊料预覆盖区形成一个可控制的局部焊接区 并由此来抵偿引线共面性的变化和防止间隙 引线的芯吸作用可以通过减慢加热速度以及让底面比顶面受热更多来加以解决此外使用润湿速度较慢的焊剂较高的活化温度或能延缓熔化的焊膏(如混有锡粉和铅粉的焊膏)也能最大限度地减少芯吸作用.在用锡铅覆盖层光整电路板之前 用焊料掩膜来覆
20、盖连接路径也能防止由附近的通孔引起的芯吸作用 3.2.5 焊料成球3.2.5 焊料成球 焊料成球是最常见的也是最棘手的问题这指软熔工序中焊料在离主焊料熔池不远的地方凝固成大小不等的球粒大多数的情况下这些球粒是由焊膏中的焊料粉组成的焊料成球使人们耽心会有电路短路 漏电和焊接点上焊料不足等问题发生 随着细微间距技术和不用清理的焊接方法的进展人们越来越迫切地要求使用无焊料成球现象的 SMT 工艺 引起焊料成球12410的原因包括1由于电路印制工艺不当而造成的油渍;2焊膏过多地暴露在具有氧化作用的环境中;3焊膏过多地暴露在潮湿环境中;4不适当的加热方法;5加热速度太快;6预热断面太长;7焊料掩膜和焊膏
21、间的相互作用;8焊剂活性不够;9焊粉氧化物或污染过多;10尘粒太多;11在特定的软熔处理中焊剂里混入了不适当的挥发物;12由于焊膏配方不当而引起的焊料坍落13焊膏使用前没有充分恢复至室温就打开包装使用14印刷厚度过厚导致塌落形成锡球15焊膏中金属含量偏低 SMT专家网专业提供SMT工艺咨询和技术服务 网站设SMT供求频道,SMT基础,SMT工艺,SMT产品展厅,SMT论文基地,SMT行业动态,SMT 论坛等技术含量很高的频道.是国内最大的 SMT 论文基地,介绍贴片机,回流焊,波峰焊等产品 6 SMT 专家网编辑整理 3.2.6 焊料结珠3.2.6 焊料结珠 焊料结珠是在使用焊膏和 SMT 工
22、艺时焊料成球的一个特殊现象.简单地说 焊珠是指那些非常大的焊球其上粘带有(或没有)细小的焊料球(11).它们形成在具有极低的托脚的组件如芯片电容器的周围焊料结珠是由焊剂排气而引起在预热阶段这种排气作用超过了焊膏的内聚力排气促进了焊膏在低间隙组件下形成孤立的团粒在软熔时熔化了的孤立焊膏再次从组件下冒出来并聚结起 焊接结珠的原因包括1印刷电路的厚度太高;2焊点和组件重迭太多;3在组件下涂了过多的锡膏;4安置组件的压力太大;5预热时温度上升速度太快;6预热温度太高;7在湿气从组件和阻焊料中释放出来;8焊剂的活性太高;9所用的粉料太细;10金属负荷太低;11焊膏坍落太多;12焊粉氧化物太多;13溶剂蒸
23、气压不足消除焊料结珠的最简易的方法也许是改变模版孔隙形状以使在低托脚组件和焊点之间夹有较少的焊膏 3.2.7 焊接角焊接抬起3.2.7 焊接角焊接抬起 焊接角缝抬起指在波峰焊接后引线和焊接角焊缝从具有细微电路间距的四芯线组扁平集成电路(QFP)的焊点上完全抬起来特别是在组件棱角附近的地方一个可能的原因是在波峰焊前抽样检测时加在引线上的机械应力 或者是在处理电路板时所受到的机械损坏(12)在波峰焊前抽样检测时用一个镊子划过 QFP 组件的引线以确定是否所有的引线在软溶烘烤时都焊上了其结果是产生了没有对准的焊趾这可在从上向下观察看到如果板的下面加热在焊接区/角焊缝的间界面上引起了部分二次软熔那幺从
24、电路板抬起引线和角焊缝能够减轻内在的应力防止这个问题的一个办法是在波峰焊之后(而不是在波峰焊之前)进行抽样检查 3.2.8 竖碑3.2.8 竖碑TombstoningTombstoning 竖碑Tombstoning是指无引线组件(如片式电容器或电阻)的一端离开了衬底甚至整个组件都支在它的一端上 Tombstoning 也称为 Manhattan 效应 Drawbridging 效应或 Stonehenge 效应 它是由软熔组件两端不均匀润湿而引起的因此熔融焊料的不够均衡的表面张力拉力就施加在组件的两端上随着SMT 小型化的进展电子组件对这个问题也变得越来越敏感 此种状况形成的原因1加热不均匀
25、2组件问题外形差异重量太轻可焊性差异3基板材料导热性差基板的厚度均匀性差4焊盘的热容量差异较大焊盘的可焊性差异较大5锡膏中助焊剂的均匀性差或活性差两个焊盘上的锡膏厚度差异较大锡膏太厚印刷精度差错位严重6预热温度太低7贴装精度差组件偏移严重 SMT专家网专业提供SMT工艺咨询和技术服务 网站设SMT供求频道,SMT基础,SMT工艺,SMT产品展厅,SMT论文基地,SMT行业动态,SMT 论坛等技术含量很高的频道.是国内最大的 SMT 论文基地,介绍贴片机,回流焊,波峰焊等产品 7 SMT 专家网编辑整理 3.2.9 Ball Grid Array(BGA)成球不良3.2.9 Ball Grid
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