SMT表面组装专业技术.docx

1、SMT表面组装专业技术百科名片SMT机器SMT是表面组装技术（表面贴装技术）（Surface Mounted Technology的缩写），是目前电子组装行业里最流行的一种技术和工艺。SMT有何特点组装密度高、电子产品体积小、重量轻，贴片元件的体积和重量只有传统插装元件的1/10左右，一般采用SMT之后，电子产品体积缩小40%60%，重量减轻60%80%。 SMT可靠性高、抗振能力强。焊点缺陷率低。 高频特性好。减少了电磁和射频干扰。 易于实现自动化，提高生产效率。降低成本达30%50%。 节省材料、能源、设备、人力、时间等。 为什么要用SMT电子产品追求小型化，以前使用的穿孔插件元件已无法缩

2、小。 电子产品功能更完整，所采用的集成电路(IC)已无穿孔元件，特别是大规模、高集成IC，不得不采用表面贴片元件。 产品批量化，生产自动化，厂方要以低成本高产量，出产优质产品以迎合顾客需求及加强市场竞争力 电子元件的发展，集成电路(IC)的开发，半导体材料的多元应用。 电子科技革命势在必行，追逐国际潮流。 SMT 基本工艺构成要素印刷（或点胶）- 贴装 - （固化） - 回流焊接 - 清洗 - 检测 - 返修 印刷其作用是将焊膏或贴片胶漏印到PCB的焊盘上，为元器件的焊接做准备。所用设备为印刷机 SMT加工车间（锡膏印刷机），位于SMT生产线的最前端。 点胶因现在所用的电路板大多是双面贴片，为

3、防止二次回炉时投入面的元件因锡膏再次熔化而脱落，故在投入面加装点胶机，它是将胶水滴到PCB的固定位置上，其主要作用是将元器件固定到PCB板上。所用设备为点胶机，位于SMT生产线的最前端或检测设备的后面。有时由于客户要求产出面也需要点胶， 而现在很多小工厂都不用点胶机，若投入面元件较大时用人工点胶。 贴装其作用是将表面组装元器件准确安装到PCB的固定位置上。所用设备为贴片机，位于SMT生产线中印刷机的后面。 固化其作用是将贴片胶融化，从而使表面组装元器件与PCB板牢固粘接在一起。所用设备为固化炉，位于SMT生产线中贴片机的后面。 回流焊接其作用是将焊膏融化，使表面组装元器件与PCB板牢固粘接在一

4、起。所用设备为回流焊炉，位于SMT生产线中贴片机的后面。 清洗其作用是将组装好的PCB板上面的对人体有害的焊接残留物如助焊剂等除去。所用设备为清洗机，位置可以不固定，可以在线，也可不在线。 检测其作用是对组装好的PCB板进行焊接质量和装配质量的检测。所用设备有放大镜、显微镜、在线测试仪（ICT）、飞针测试仪、自动光学检测（AOI）、X-RAY检测系统、功能测试仪等。位置根据检测的需要，可以配置在生产线合适的地方。 返修其作用是对检测出现故障的PCB板进行返工。所用工具为烙铁、返修工作站等。配置在生产线中任意位置。 SMT常用知识简介1.一般来说,SMT车间规定的温度为253。 2.锡膏印刷时,

5、所需准备的材料及工具锡膏、钢板、刮刀、擦拭纸、无尘纸、清洗剂、搅拌刀。 3. 一般常用的锡膏合金成份为Sn/Pb合金,且合金比例为63/37。 4. 锡膏中主要成份分为两大部分锡粉和助焊剂。 5. 助焊剂在焊接中的主要作用是去除氧化物、破坏融锡表面张力、防止再度氧化。 6. 锡膏中锡粉颗粒与Flux(助焊剂)的体积之比约为1:1, 重量之比约为9:1。 7. 锡膏的取用原则是先进先出。 8. 锡膏在开封使用时,须经过两个重要的过程回温、搅拌。 9. 钢板常见的制作方法为：蚀刻、激光、电铸。 10. SMT的全称是Surface mount(或mounting)technology,中文意思为表

6、面粘着（或贴装）技术。 11. ESD的全称是Electro-static discharge, 中文意思为静电放电。 12. 制作SMT设备程序时, 程序中包括五大部分, 此五部分为PCB data。 Mark data。Feeder data。 Nozzle data。 Part data。 13. 无铅焊锡Sn/Ag/Cu 96.5/3.0/0.5的熔点为 217C。 14. 零件干燥箱的管制相对温湿度为 90度时表示锡膏与波焊体无附着性。 51. IC拆包后湿度显示卡上湿度在大于30%的情况下表示IC受潮且吸湿。 52. 锡膏成份中锡粉与助焊剂的重量比和体积比正确的是90%:10% ,

7、50%:50%。 53. 早期之表面粘装技术源自于20世纪60年代中期之军用及航空电子领域。 54. 目前SMT最常使用的焊锡膏Sn和Pb的含量各为: 63Sn 37Pb。 55. 常见的带宽为8mm的纸带料盘送料间距为4mm。 56. 在20世纪70年代早期,业界中新出现一种SMD, 为“密封式无脚芯片载体”, 常以LCC简代之。 57. 符号为272之组件的阻值应为2.7K欧姆。 58. 100NF组件的容值与0.10uf相同。 59. 63Sn 37Pb之共晶点为183。 60. SMT使用量最大的电子零件材质是陶瓷。 61. 回焊炉温度曲线其曲线最高温度215C最适宜。 62. 锡炉检

8、验时，锡炉的温度245较合适。 63. 钢板的开孔型式方形、三角形、圆形,星形,本磊形。 64. SMT段排阻有无方向性无。 65. 目前市面上售之锡膏，实际只有4小时的粘性时间。 66. SMT设备一般使用之额定气压为5KG/cm2。 67. SMT零件维修的工具有：烙铁、热风拔取器、吸锡枪、镊子。 68. QC分为：IQC、IPQC、.FQC、OQC。 69. 高速贴片机可贴装电阻、电容、 IC、晶体管。 70. 静电的特点：小电流、受湿度影响较大。 71. 正面PTH, 反面SMT过锡炉时使用何种焊接方式扰流双波焊。 72. SMT常见之检验方法: 目视检验、X光检验、机器视觉检验 73

9、. 铬铁修理零件热传导方式为传导 对流。 74. 目前BGA材料其锡球的主要成份Sn90 Pb10, SAC305，SAC405。 75. 钢板的制作方法雷射切割、电铸法、化学蚀刻。 76. 迥焊炉的温度按: 利用测温器量出适用之温度。 77. 迥焊炉之SMT半成品于出口时其焊接状况是零件固定于PCB上。 78. 现代质量管理发展的历程TQC-TQA-TQM。 79. ICT测试是针床测试。 80. ICT之测试能测电子零件采用静态测试。 81. 焊锡特性是融点比其它金属低、物理性能满足焊接条件、低温时流动性比其它金属好。 82. 迥焊炉零件更换制程条件变更要重新测量测度曲线。 83. 西门子

10、80F/S属于较电子式控制传动。 84. 锡膏测厚仪是利用Laser光测: 锡膏度、锡膏厚度、锡膏印出之宽度。 85. SMT零件供料方式有振动式供料器、盘状供料器、卷带式供料器。 86. SMT设备运用哪些机构: 凸轮机构、边杆机构、螺杆机构、滑动机构。 87. 目检段若无法确认则需依照何项作业BOM、厂商确认、样品板。 88. 若零件包装方式为12w8P, 则计数器Pinth尺寸须调整每次进8mm。 89. 迥焊机的种类: 热风式迥焊炉、氮气迥焊炉、laser迥焊炉、红外线迥焊炉。 90. SMT零件样品试作可采用的方法：流线式生产、手印机器贴装、手印手贴装。 91. 常用的MARK形状有

11、：圆形,“十”字形、正方形,菱形,三角形,万字形。 92. SMT段因Reflow Profile设置不当, 可能造成零件微裂的是预热区、冷却区。 93. SMT段零件两端受热不均匀易造成：空焊、偏位、墓碑。 94. 高速机与泛用机的Cycle time应尽量均衡。 95. 品质的真意就是第一次就做好。 96. 贴片机应先贴小零件，后贴大零件。 97. BIOS是一种基本输入输出系统，全英文为：Base Input/Output System。 98. SMT零件依据零件脚有无可分为LEAD与LEADLESS两种。 99. 常见的自动放置机有三种基本型态, 接续式放置型, 连续式放置型和大量移

12、送式放置机。 100. SMT制程中没有LOADER也可以生产。 101. SMT流程是送板系统-锡膏印刷机-高速机-泛用机-迥流焊-收板机。 102. 温湿度敏感零件开封时, 湿度卡圆圈内显示颜色为蓝色,零件方可使用。 103. 尺寸规格20mm不是料带的宽度。 104. 制程中因印刷不良造成短路的原因：a. 锡膏金属含量不够，造成塌陷b.钢板开孔过大，造成锡量过多c. 钢板品质不佳，下锡不良，换激光切割模板d.Stencil背面残有锡膏，降低刮刀压力，采用适当的VACCUM和SOLVENT 105.一般回焊炉Profile各区的主要工程目的:a.预热区；工程目的：锡膏中容剂挥发。b.均温区

13、；工程目的：助焊剂活化，去除氧化物；蒸发多余水份。c.回焊区；工程目的：焊锡熔融。d.冷却区；工程目的：合金焊点形成，零件脚与焊盘接为一体。 106. SMT制程中，锡珠产生的主要原因：PCB PAD设计不良、钢板开孔设计不良、置件深度或置件压力过大、Profile曲线上升斜率过大，锡膏坍塌、锡膏粘度过低。 SMT 之 IMC简介IMC系Intermetallic compound 之缩写，笔者将之译为介面合金共化物。广义上说是指某些金属相互紧密接触之介面间，会产生一种原子迁移互动的行为，组成一层类似合金的化合物，并可写出分子式。在焊接领域的狭义上是指铜锡、金锡、镍锡及银锡之间的共化物。其中尤

14、以铜锡间之良性Cu6Sn5(Eta Phase)及恶性Cu3Sn(Epsilon Phase)最为常见，对焊锡性及焊点可靠度(即焊点强度)两者影响最大，特整理多篇论文之精华以诠释之 定义能够被锡铅合金焊料(或称焊锡Solder)所焊接的金属，如铜、镍、金、银等，其焊锡与被焊盘金属之间，在高温中会快速形成一薄层类似锡合金的化合物。此物起源于锡原子及被焊金属原子之相互结合、渗入、迁移、及扩散等动作，而在冷却固化之后立即出现一层薄薄的共化物，且事后还会逐渐成长增厚。此类物质其老化程度受到锡原子与底金属原子互相渗入的多少，而又可分出好几道层次来。这种由焊锡与其被焊金属介面之间所形成的各种共合物，统称I

15、ntermetallic Compound 简称IMC，本文中仅讨论含锡的IMC，将不深入涉及其他的IMC。 一般性质由于IMC曾是一种可以写出分子式的准化合物，故其性质与原来的金属已大不相同，对整体焊点强度也有不同程度的影响，首先将其特性简述于下： IMC在PCB高温焊接或锡铅重熔(即熔锡板或喷锡)时才会发生，有一定的组成及晶体结构，且其生长速度与温度成正比，常温中较慢。一直到出现全铅的阻绝层(Barrier)才会停止(见图六)。 IMC本身具有不良的脆性，将会损及焊点之机械强度及寿命，其中尤其对抗劳强度(Fatigue Strength)危害最烈，且其熔点也较金属要高。 由于焊锡在介面附近

16、得锡原子会逐渐移走，而与被焊金属组成IMC，使得该处的锡量减少，相对的使得铅量之比例增加，以致使焊点展性增大(Ductillity)及固着强度降低，久之甚至带来整个焊锡体的松弛。 一旦焊垫商原有的熔锡层或喷锡层，其与底铜之间已出现较厚间距过小的IMC后，对该焊垫以后再续作焊接时会有很大的妨碍；也就是在焊锡性(Solderability)或沾锡性(Wettability)上都将会出现劣化的情形。 焊点中由于锡铜结晶或锡银结晶的渗入，使得该焊锡本身的硬度也随之增加，久之会有脆化的麻烦。 IMC会随时老化而逐渐增厚，通常其已长成的厚度，与时间大约形成抛物线的关系，即： =k t， k=k exp(Q

17、/RT) 表示t时间后IMC已成长的厚度。 K表示在某一温度下IMC 的生长常数。 T表示绝对温度。 R表示气体常数， 即8.32 J/mole。 Q表示IMC生长的活化能。 K=IMC对时间的生长常数， 以nm / 秒或m / 日( 1m / 日=3.4nm / 秒。 现将四种常见含锡的IMC在不同温度下，其生长速度比较在下表的数字中： 表1 各种IMC在不同温度中之生长速度(nm / s) 金属介面 20 100 135 150 170 1. 锡 / 金 40 2. 锡 / 银 0.08 17-35 3. 锡 / 镍 0.08 1 5 4. 锡 / 铜 0.26 1.4 3.8 10 注

18、在170高温中铜面上，各种含锡合金IMC层的生长速率，也有所不同；如热浸锡铅为 5nm/s，雾状纯锡镀层为7.7(以下单位相同)，锡铅比30/70的皮膜为11.2，锡铅比70/30的皮膜为12.0，光泽镀纯锡为3.7，其中以最后之光泽镀锡情况较好。 焊锡性与表面能若纯就可被焊接之金属而言，影响其焊锡性(Solderability)好坏的机理作用甚多，其中要点之一就是表面自由能(Surface Free Energy，简称时可省掉Free)的大小。也就是说可焊与否将取决于： (1) 被焊底金属表面之表面能(Surface Energy)， (2) 焊锡焊料本身的表面能等二者而定。 凡底金属之表面

19、能大于焊锡本身之表面能时，则其沾锡性会非常好，反之则沾锡性会变差。也就是说当底金属之表面能减掉焊锡表面能而得到负值时，将出现缩锡(Dewetting)，负值愈大则焊锡愈差，甚至造成不沾锡(Non-Wetting)的恶劣地步。 新鲜的铜面在真空中测到的表面能约为1265达因/公分，63/37的焊锡加热到共熔点(Eutectic Point 183)并在助焊剂的协助下，其表面能只得380达因/公分，若将二者焊一起时，其沾锡性将非常良好。然而若将上述新鲜洁净的铜面刻意放在空气中经历2小时后，其表面能将会遽降到25达因/公分，与380相减不但是负值(-355)，而且相去甚远，焊锡自然不会好。因此必须要

20、靠强力的助焊剂除去铜面的氧化物，使之再活化及表面能之再次提高，并超过焊锡本身的表面能时，焊锡性才会有良好的成绩。 锡铜介面合金共化物的生成与老化当熔融态的焊锡落在洁铜面的瞬间，将会立即发生沾锡(Wetting俗称吃锡)的焊接动作。此时也立即会有锡原子扩散(Diffuse)到铜层中去，而铜原子也同时会扩散进入焊锡中，二者在交接口上形成良性且必须者Cu6Sn5的IMC，称为-phase(读做Eta相)，此种新生准化合物中含锡之重量比约占60%。若以少量的铜面与多量焊锡遭遇时，只需3-5秒钟其IMC即可成长到平衡状态的原度，如240的0.5m到340的0.9m。然而在此交会互熔的同时，底铜也会有一部

21、份熔进液锡的主体锡池中，形成负面的污染。 (a) 最初状态：当焊锡着落在清洁的铜面上将立即有-phase Cu6Sn5生成，即图中之(2)部分。 (b) 锡份渗耗期：焊锡层中的锡份会不断的流失而渗向IMC去组新的Cu6Sn5，而同时铜份也会逐渐渗向原有的-phase层次中而去组成新的Cu3Sn，即图中之(5)。此时焊锡中之锡量将减少，使得铅量在比例上有所增加，若于其外表欲再行焊接时将会发生缩锡。 (c) 多铅之阻绝层：当焊锡层中的锡份不断渗走再去组成更厚的IMC时，逐渐使得本身的含铅比例增加，最后终于在全铅层的挡路下阻绝了锡份的渗移。 (d) IMC的曝露：由于锡份的流失，造成焊锡层的松散不堪

22、而露出IMC底层，而终致到达不沾锡的下场(Non-wetting)。 高温作业后经长时老化的过程中，在Eta-phase良性IMC与铜底材之间，又会因铜量的不断渗入Cu6Sn5中，而逐渐使其局部组成改变为Cu3Sn的恶性-phase(又读做Epsilon相)。其中铜量将由早先-phase的40%增加到-phase的66%。此种老化劣化之现象，随着时间之延长及温度之上升而加剧，且温度的影响尤其强烈。由前述表面能的观点可看出，这种含铜量甚高的恶性-phase，其表面能的数字极低，只有良性-phase的一半。因而Cu3Sn是一种对焊锡性颇有妨碍的IMC。 然而早先出现的良性-phase Cu6Sn5

23、， 却是良好焊锡性必须的条件。没有这种良性Eta相的存在，就根本不可能完成良好的沾锡，也无法正确的焊牢。换言之，必需要在铜面上首先生成Eta-phase的IMC，其焊点才有强度。否则焊锡只是在附着的状态下暂时冷却固化在铜面上而已，这种焊点就如同大树没有根一样，毫无强度可言。锡铜合金的两种IMC在物理结构上也不相同。其中恶性的-phase(Cu3Sn)常呈现柱状结晶(Columnar Structure)，而良性的-phase(Cu6Sn5)却是一种球状组织(Globular)。下图8此为一铜箔上的焊锡经长时间老化后，再将其弯折磨平抛光以及微蚀后，这在SEM2500倍下所摄得的微切片实像，两IM

24、C的组织皆清晰可见，二者之硬度皆在500微硬度单位左右。 在IMC的增厚过程中，其结晶粒子(Grains)也会随时在变化。由于粒度的变化变形，使得在切片画面中量测厚度也变得比较困难。一般切片到达最后抛光完成后，可使用专门的微蚀液(NaOH 50/gl，加1，2-Nitrphenol 35ml/l，70下操作)，并在超声波协助下，使其能咬出清晰的IMC层次，而看到各层结晶解里面的多种情况。现将锡铜合金的两种IMC性质比较如下： 两种锡铜合金IMC的比较命名 分子式 含锡量W% 出现经过 位置所在 颜色 结晶 性能 表面能-phase(Eta) Cu6Sn5 60% 高温融锡沾焊到清洁铜面时立即生

25、成 介于焊锡或纯锡与铜之间的介面 白色 球状 组织 良性IMC 微焊接强度之必须甚高 -phase(Epsilon) Cu3Sn 30% 焊后经高温或长期老化而逐渐发生 介于Cu6Sn5与铜面之间 灰色 柱状 结晶 恶性IMC 将造成缩锡或不沾锡 较低只有Eta的一半,非常有趣的是，单纯Cu6Sn5的良性IMC，虽然分子是完全相同，但当生长环境不同时外观却极大的差异。如将清洁铜面热浸于熔融态的纯锡中，此种锡量与热量均极度充足下，所生成的Eta良性IMC之表面呈鹅卵石状。但若改成锡铅合金(63/37)之锡膏与热风再铜面上熔焊时，亦即锡量与热量不太充足之环境，居然长出另一种一短棒状的IMC外表(注意铜与铅是不会产生IMC的，且两者之对沾锡(wetting)与散锡(Spreading)的表现也截然不同。再者铜锡之IMC层一旦遭到氧化时，就会变成一种非常顽强的皮膜，即使薄到5层原子厚度的1.5nm，再猛的助焊剂也都奈何不了它。这就是为什么PTH孔口锡薄处不易吃锡的原因(C.Lea的名著A scientific Guide to SMT之P.337有极