光模块SMT工艺简介.pdf

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1、-1-光模块光模块 SMT 工艺简介 工艺简介 陈军 海能达通信股份有限公司/SMT 工艺团队 jun.chen- 摘 要:本文介绍了用于光模块产品的 PCB A 在 SMT 过程中的工艺难点及其解决方案,希望给业界的同行提供一些借鉴。关键词:SMT（Surface Mount Technology）表面贴装技术 PCB（Printed Circuit Board）印制电路板 PCBA（Printed Circuit Board Assembly）成品线路板 THR（Through Hole Reflow）通孔回流焊 FPC（Flexible Printed Circuit）柔性印刷线路板 F

2、oB（FPC on Board）软、硬板结合（俗称“软板”贴片）前言前言 光模块（Optical Module）作为目前光纤通信行业中最重要部件，由光电子器件、功能电路和光接口等构成。其中、光电子器件包括发射和接收两部分。发射部分是：输入一定码率的电信号经内部的驱动芯片处理后驱动半导体激光器（LD）或发光二极管（LED）发射出相应速率的调制光信号，其内部带有光功率自动控制电路，使输出的光信号功率保持稳定。接收部分是：一定码率的光信号输入模块后由光探测二极管转换为电信号，经前置放大器后输出相应码率的电信号。图 1 表示的是光模块在光纤通信过程中是如何实现信号的发射、接收以及传递的。光模块用 PC

3、BA 又成为实现上述功能的载体，因此，在涉及光模块的组装工艺时，就不得不着重谈表面组装，即 SMT。本文详细介绍了目前光模块 SMT 本身特点、光模块多样化及工艺难点解析。图 1、光纤通信示意图 1、光模块光模块 PCBA 的的 SMT 工艺难点解析工艺难点解析 光模块本身体积非常小，其对应 PCBA 上的元件密度大,尺寸小。一般片式元件(Chip)大都采用 0402封装，且 0201 封装也开始逐步推广。另外，由于光模块需要通过金手指（Golder Finger）与系统基站进行连接，因此，金手指在 SMT 过程中的“污染”问题也成为工艺难点之一。另外，由于集成度非常高，有些光模块 PCBA

4、需要采用一些工艺创新方法：通孔接插件（THC：Through Hole Component）采用通孔回流焊新工艺（THR：Through Hole Reflow）；柔性线路板 FPC（Flexible Printed Circuit）与硬制线路板 PCB（Printed Circuit Board）之间采用软、硬板结合焊接新工艺（FoB：FPC on Board）；0402 片式（电）阻、（电）容之间的三维实装焊接新工艺（CoC：Chip on Chip）。具体见图 2 所示：-2-图 2、光模块 PCBA SMT 工艺难点解析 2光模块光模块 PCBA 的的 SMT 常见问题点常见问题点 2

5、1 THR 常见问题点常见问题点 2.1.1 THR 少锡 少锡?插针引脚太长、当插针引脚面过长超出板面1.5mm 时，针尖插入后带有锡膏在回流时无法拉回造成通孔内少锡，如图 3 所示。通常针脚露出 PCB 表面 0.8-0.15mm，如图 4。图 3、插针引脚过长 图 4、最佳引脚长度?印刷锡膏量不够与钢网开口、印刷参数有密切关联。常见的 THR 开口方式有圆形、椭圆形、方形，分别如图 5、6、7 所示。建议 THR 工艺采用阶梯(Step Up)钢网。刮刀速度范围 20mm/s-40mm/s，刮刀压力范围 5kg-8kg，还可采用重复印刷两次的方式来增加通孔内填充的锡膏量。图 5、圆形开口

6、 图 6、椭圆形开口 图 7、方形开口 22 金手指（金手指（Golden Finger）上锡）上锡 金手指上锡的可能原因是制程污染（如印刷、5S 等）、锡膏误印后的清洁不彻底、回流过程中“爆锡”等。目前比较成熟的解决方法为：在印刷前贴高温胶带进行保护，SMT 完成后撕开高温胶带。图 8、9 表示的是金手指贴高温胶带前后的对比效果。图 8、未贴高温胶带的金手指 图 9、已贴高温胶带的金手指 23 Microchip 0201 常见问题常见问题 2.3.1 Microchip 0201 元件空焊元件空焊?印刷偏移 印刷偏移是影响到元件空焊的关键因素之一，印刷参数设定及 PCB 本身布局直接影响到

7、印刷效果，所以一般印刷偏移现象需对印刷参数和条件进行调整如（Mark 相似度、刮刀速度、刮刀压力、脱膜速度/距离、顶针摆放等），对一些特殊的 PCB 可能需要制作夹具来保证印刷质量。从图 10 中可看出 0201 元件印刷锡膏偏移量控制在0.05mm 以内，可以获得较好的品质。-3-图 10、锡膏偏移量与焊接品质的关系?贴装偏移 贴装偏移可能为元件识别参数设置不当及元件坐标偏移等导致，需对元件参数重新进行设置及较正元件贴片坐标。图 11、12 分别表示元件识别和贴装效果。图 11、Microchip0201 识别效果 图 12、Microchip 0201 贴装效果?回流曲线设置不当 Micr

8、ochip 0201 器件回流曲线设置建议使用 RTS 曲线，避免因使用 RSS 曲线恒温区到回温区急促升温导致焊盘两端拉力不一致而产生不良。参考 Profile 曲线如图 13。图 13、参考 Profile 曲线 2.3.2 Microchip0201 漏件 漏件?吸嘴发白、脏污 吸嘴发白、脏污可能是贴片过程中沾有锡膏或异物造成，针对此现象需要对吸嘴进行清洗并测试真空值是否 OK 即可，同时需规范清洗的频度，一般生产两小时需对吸嘴进行清洗一次。?取料偏移 当物料取料偏移时，机器在高速运行状态物料吸附真空不够，造成偏移。针对此现象需对物料取料位置进行“Teach”保证取料无偏移情况，并对元件

9、识别参数进行调整。24 FoB 常问题解析常问题解析 2.4.1 FPC 通孔不透锡,如图通孔不透锡,如图 14 所示。所示。FPC 通孔不透锡通常是由锡膏量不足或 FPC 变形导致。锡膏量不足可采用阶梯(Step Up)钢网的方式增加 FoB 处的锡膏量,阶梯高度一般为 0.05-0.1mm。而 FPC 变形则可以采用类似相片过塑的方式将其整平，达到变形量小于 0.1mm 的工艺要求，FoB 通孔透锡 OK 如图 15。25 C即顶 2.5.1?由吸嘴?吸?顶?元式进2.5.2?T(如两?T2.5.3?检心不?B电极26表面除?P方案?对0.1-0?可剂成盘表 图 14、Fo5 CoC 常常

10、见见CoC 片式元件三顶层元件；B/C 表图 16、T/C 取不上取不上料料由于 CoC 工艺嘴是否与物料接吸嘴是否有堵孔顶针放置是否平元件参数设置不进行取料及贴装2 T/C 漏件 漏件 T/C 漏件可能为两小时对吸嘴真T/C 元件识别参3 T/C 空焊 空焊 检查 T/C 托盘取不一致，B/C 与B/C 贴片坐标是极端没有重合导6 PCBA 润润所谓润湿不良面，导致可焊性除推动供应商进PCB 镍镀层中镍案相对比较费时对钢网进行扩孔0.15mm，IC 类可以适当采用活成份配方不一样表面的润湿性。oB 通孔透锡 N见见问题问题 三维实装结构图表示 Bottom C、CoC 示意图 料料 艺的特殊

11、性质，接触到位及“Pic孔及脏污现象，平稳，PCB 贴片不当，元件吸取装。为吸嘴脏污造成真空进行测试检参数设置不当，取料位置是否在T/C 电极端没是否有偏移，T导致空焊。润润湿不良湿不良 良，也就是我们性的急剧下降。进行改善外，通镍扩散至金表面时）。孔增加锡膏来弥类元件一般外延活性较强的锡膏样，可以更好的 NG 图及焊点实际Component，即 在 T/C 无法取ck up”高度是如有需将其进片顶针摆放不在取与贴装参数都 成误识别等，C检查)元件识别误参在元件中心，当有重合，回流T/C 物料贴装位们俗称的“吃锡 通过优化工艺参面，对 PCB 表弥补此类缺陷，延 0.1mm（扩孔膏。如 Yik

12、st FL的去除焊粉和被 图 18、-4-图片分别如图即底层元件。取料时，可将设是否合理。进行清洗并测试在同一平面将导都相对要慢。例CoC 工艺需定参范围过大导致当 T/C 取料位置流时两端所拉力位置是 B/C 顶部锡”不良。原因参数也可“消化表面进行清洗，0402 元件开孔尺寸可根据实LY905-CQ-4 或被焊表面的氧化、改善前后对 图16、17 所示，设备运行速度进试真空。导致吸嘴无法接例如：使用 YA定时对吸嘴进行致 T/C 漏件(一置非元件中心时不一致导致空部，如 T/C 贴装因一般为 ENIG化”一部分不清洗除表面残开口一般外延 0实际情况进行对或 Tamura LFT化物，使焊接

13、时比 15、FoB 通孔其中 T/C 表示图 17、CoC 实进行调整到 5%接触到物料表面AMAHA 设备一行检查是否有脏一般设置在 25%时，T/C 贴装叠空焊。装坐标不是 B/焊盘的镀镍层良，改善效果残留的镍提高焊0.8-0.12mm，0对应调整）。-204-93K,活性时的表面张力减孔透锡 OK 示 Top Compon实物图%-10%，同时需面进行取料。一般需使用 QF脏污及其它真空%为最佳条件)叠加到 B/C，造/C 中心,T/C 与层中的镍扩散至如图 18 所示。焊盘表面可焊性0603 元件一般性较强的锡膏内减小，改善焊料nent，需观察FP 模空异常造成中与 B/C至金层 性（

14、此般外延内助焊料和焊-5-结论 结论 本文给出了光模块用 PCBA 在 SMT 组装工艺中的常见问题及其解决方案，供大家参考。当然，面对具体问题时，需作具体分析，切不可生搬硬套。致谢 致谢 感谢 SMT 工艺团队同事的协助，他们营造一种持续和谐融洽的工作氛围让我备感愉悦。特别感谢我的上司兼导师车固勇先生在写作过程中针对逻辑框架、论文格式、文字表达等方面的悉心指导和教诲！参考文献【1】车固勇.微小元器件（Micro-chip）表面贴装技术J J现代表面贴装资讯,2008 年第 5 期:17-19页.【2】车固勇.一种新型的软、硬板结合焊接技术（FoB：FPC on Board）J J现代表面贴装资讯,2010年第 6 期:10-12 页.【3】车固勇,丁波.一种新型的三维实装技术（CoC：Chip on Chip）,J J现代表面贴装资讯,2011年第 1 期:3-6 页.【4】罗道军,周斌.非典型的焊盘原因导致的焊接不良案例分析J J环球 SMT 与封装,2008 年第 5期:38-40 页.作者简介：作者简介：陈军，1988 年出生，毕业于西安电子科技大学，现任职海能达通信股份有限公司 SMT 工艺工程师，现主要负责 OEM 客户产品的 SMT 试产、量产方面的工艺工作。