SMT 工艺与制程.docx

1、SMT 工艺与制程SMT 工艺与制程一 SMT生产环境二 生产排序三 焊膏部分 四 胶水部分五 组件(SMD)的基本知识六 PCB板的基本要求七 SMT基本工艺、制程文件 唐海 2013/4/29 一 SMT生产环境1. 无尘: SMT设备气动部件很多,清洁的环境有利于气路的顺畅,与稳定运行; SMT贴片设备的组件认识系统主要为相机识别或激光识别,它们镜头是否清洁无尘直接影响到设备的装着率和贴片精度; SMT设备的功率电器部件较多,无尘与良好的通风环境能保证其寿命; 无尘能保证PCB板的清洁,保证印刷质量与点胶质量； 无尘的其体等级要求根据生产品的类型与精度要求来确定。2. 温度: ( 20-

2、28 ) 设备的机械、电器部件在高速、长时间运转下都会发热, 要较低的环境温度保证其正常运行; 在此温度范围内能保证锡膏的性能与点胶的质量; SMT 的作业人员为防静电而穿了防静电衣帽,需要合适的温度环境.3. 湿度: ( 40-70%RH ) 湿度对静电的影响非常大; 湿度对锡膏的印刷有很大影响; 湿度对设备机械、电器部件有影响.4. 防静电: A.静电 物质由于受外力的作用,会产生电子的得失,物质中电子的得失破坏了电平衡,产生了静电.静电能击穿很多电子器件,是IC等电子器件的头号杀手.B.影响静电的产生因素 物质的材料特性,有的容易产生静电,有的不容易产生静电; 物质摩擦的作用力的大小与方

3、向; 环境湿度会影响静电产生的大小,越干燥,越易产生静电; 环境空间的交变电场,磁场也是产生静电的重要来源. C.静电的防护 所有元器件的操作都必需在静电安全工作台上进行; SMD采用防静电包装,SMD物料仓要有更严的防静电保护; SMT的作业人员必须有静电防护,穿防静电工作服或戴防静电手腕带,接触芯片时避免接触它的引脚或端子,根据要求再作静电防护; SMT的各种设备必须有良好的防静电保护,做防静电油漆,加防静电皮,和设备良好的接地; 控制好SMT生产环境的湿度,工作场地做防静电油漆,加防静电地皮; PCBA的存放与搬运也要注意防静电,用防静电胶盆等来装PCB .5. 通风: SMT回流焊会排

4、出很多废气,需要良好的通风保持生产环境.6. 照明:方便目检员检测半成品,作业人员观察与作业.7. 振动:小的振动有利于保护贴片精度,设备的正常使用.8. 地板的承载能力:SMT设备一般都有较大振动,如果生产车间不在一楼应考虑楼板的承受能力和防止共振.9. 设备的布局:主要考虑设备的振动是否会相互影响,是否方便作业与正体的美观,产品的升级伴随的辅助设备的增加.二 生产排序1. 先生产锡膏面,再生产胶水面2. 先生产少料面,再生产多料面3. PCB 胶水 贴片 回焊炉 目检 ICT IPQC4. PCB 印刷 IPQC抽检 贴片 IPQC抽检 回焊炉 IPQC ICT 目检 三 焊膏部分有铅焊膏

5、有铅焊膏的组成与其对性能的影响 1. 锡铅合金锡球 ( Solder Ball ) 比重 85-90%：合金锡球比重高低将会影响焊点锡量的多少与爬升性，因为焊接时锡球合金不会挥发，相同体积的锡膏膜，锡铅合金球的比重越高焊点就会越饱满。 球径 25-55um：生产机板上的最小印刷间距决定了被选用锡膏锡球球径的范围。一般要求球径要小于最小印刷间距的1/3。如球径太大在印刷时网孔易堵塞,锡膏粘度会变小，不易均匀涂布; 球径太小易塌边,锡球易氧化,焊接时易起锡珠. 锡铅比 63/37： 锡球的锡铅比例将决定锡膏的熔点,Sn/Pb为63/37的锡膏熔点约为183，近年来由于环保的要求多用无铅锡球. 2.

6、 助焊剂 ( Flux ) 比重 912% 一般在10%左右 种类 RSA、RA、RMA、R 现一般采用RMA型RMA 弱活化性 卤素含有量小于0.5，腐蚀性很小 作用与要求:清除 PCB 表面 PAD 上的氧化层,并保护其不再被氧化. 降低焊接中焊料的表面张力,促进焊料的流动与分散. 加强了锡膏的润湿性. 要求助焊剂无腐蚀,低残留,免清洗. 3. 粘度、流变动调节剂,溶剂 ( Solvent ) * 比重 2-3%* 粘度调节剂 控制锡膏的粘度与沉积特性，是影响粘度的主要因素。影响粘度的其它因素： 锡球颗粒外形尺寸与形状,外形尺寸越小粘度就越大; 助焊剂所占锡膏的比重,含有助焊剂越多，粘度就

7、小； 锡球颗粒的形状越圆，粘度越大 粘度对印刷质量的影响： 粘度太大: 不易穿过网孔,不利脱网,印出的线残 缺不全,滚动性差. 粘度太小: 易流淌和塌边,影响印刷的分辨变率和线条的平整性,不利于组件的贴片. 一般的粘度要求：生产普通SMD时要求粘度500900Pa.S； 生产细间距SMD时要求粘度800-1200Pa.S* 流变动调节剂 在焊接时，调节锡水的流动，保证焊接质量* 溶剂 保证锡膏润湿性,改变锡膏的存贮期限. 要求其沸点较高,常温下不易挥发,在 Reflow 中快速挥发. 锡膏选用的性能检查项目1. 印刷前 贮存稳定性 粘度测试2. 印刷时 脱网性 滚动性 塌边性 润湿性 连续印刷

8、性3. 焊接后 光泽度 ( 低助焊剂残留 ) 爬升性 ( 焊点爬升高 ) 光滑性 ( 加工美观性 ) 最佳条件下的锡珠情况 最佳条件下的短路、虚焊情况4. 焊点电气项目 焊接强度 焊点的导通性 焊点与焊点的绝缘性 抗腐蚀性锡膏的选用依据 1 焊点质量主要 焊点的爬升性 焊点的光泽度 短路情况 空焊情 2 印刷质量主要 脱网性 塌边性 连续印刷性3 采购价格 考虑锡膏的性能价格比4 采购周期 从定货到到货所需的时间，最好是国内采购，不需报关5 售后服务情况锡膏的保存条件: 低温冷藏210,保存期不超过3个月,使用时先进先出锡膏的使用准备: 先回温48小时, 拌35分钟 回温：锡膏的保存为低温冷藏

9、 如不回到室温就生产，易使锡膏周围的水蒸汽液化，而吸收水分，破坏锡膏的组成，影响锡膏的性能；锡膏品牌不同回温时间稍有差异，最佳的回温时间可咨询供应商搅拌：锡膏长期存放，由于组成成份的比重不同而分层，搅拌有利于锡膏成份的均匀，控制好锡膏的粘度，便于印刷；锡膏品牌不同搅拌时间稍有差异，最佳的搅拌时间可咨询供应商；也有些锡膏不用机器搅拌 钢网 ( Stencil ) 1. 加工方式 化学蚀刻 ( Etching ) 便宜 精度差 激光加工 ( Laser ) 价格适中 精度较好 现普遍采用电铸加工 ( Additive ) 加工费高 周期长 易脱网 精度好2. 钢网的制作对锡膏印刷的影响 (主要考虑

10、锡球的流入与脱网)* 网孔的长或宽L/W , 深度(网的厚度) H与锡球直径 D 的关系 H L DW W/ L5D H3D * STENCIL的厚度：决定了锡膏的涂布量( 0.12mm /0.15mm ) 影响开口比例.* 网孔的开口比例：起到锡量的调控作用。为减少空焊，有些地方要加大开口；为减少短路或起锡珠, 部分组件相应于PAD 的尺寸缩小开孔.* 网孔的开口形状：为了便于锡膏膜的脱网，减少网孔残留锡膏，网孔应尽量保证面积的情况下减小其周长，方形网孔四角倒圆角R（0.2mm），IC焊盘两端做成半圆。* 为确保印刷精度,网上应有 Mark 点,通常采用半刻方式.3. 钢网制作要求与指针 要

11、求: A. 开孔的位置精度 B. 开孔尺寸的精度 C. 孔壁的粗糙度 D. 孔壁呈小梯形 ( 有利于锡膏的脱网 ) E. 钢网的张力要求 指标: A. 框架尺寸 B. 模板在框架中的位置和方向 C. 模板材料 D. 模板厚度E. 定位边或定位孔 F. Mark 点例：松下SPP印刷机钢网制作标准一 外框尺寸 宽600mm长550mm二 Stencil厚度选择 如有IC Pitch 0.5mm 的元件 Stencil厚度选用0.12mm 如有 CSP Pitch 1.0mm 的元件 Stencil厚度选用0.12mm 无上述元件的 Stencil厚度选用0.15mm三 制作方式 IC Pitch

12、 0.5mm 的元件位置采用Electropolsh CSP Pitch 1.0mm 的元件位置采用Electropolsh四 开口形状 Chip元件等四方直角焊盘 网孔四直角均做成R=0.2mm的倒角 如图1 SOP QFP等长方形焊盘 网孔两端开成P= Pitch/2的半圆 如图2 CSP元件 如CSP Pitch = 0.5mm）元件按焊盘宽度、长度100% 开孔 SOP，QFP（Pitch= 1.0mm） 元件按焊盘面积115% 开孔 BGA/CSP（Pitch1.0mm） 元件按焊盘面积120% 开孔六 Mark的制作 底面半刻 深度：网板厚度1/2 图形：圆形 尺寸：1.0mm七

13、钢网方向 以定位孔为正方向八 钢网标记A PCB NO. PCB板板号B Stencil厚度C 生产方式，生产日期注明D 在外框上刻箭头标明钢网投入方向E 标记位置 钢网正方向右下角4. 钢网的正常使用寿命 3万5万片板刮刀 直接接触模板的生产工具，要求耐磨，边缘平整 1 不锈钢刮刀 印刷品质良好，在细间距，超细间距模板的印刷时，大多采用钢刮刀，寿命较长，每天24小时使用，寿命一般有三四个月； 对钢网的磨损较快，要注意刮刀压力* 有PITCH小于0。65 IC或BGA/CSP组件的钢网印刷时必需采用钢刮刀 2 聚亚氨酯橡胶刮刀 刮刀形状有V形，棱形；由于橡胶有弹性，能压到模板的网孔中，刮走一部

14、分锡膏，使锡膏膜不平整，印刷质量较差，一般在手工印刷时采用；寿命较短，易磨损，每日24小时使用，寿命一般在一月内 印刷的主要参数 1. 刮刀的运行速度 Print Speed 15-50mm/s 2. 刮刀压力 Print Pressure 取决于所用机型与刮刀的材质与角度3. 脱网速度 Separate Speed 0.1-1mm/s 4. 脱网距离 Separation Distance 1-1.5mm 5. 印刷间隙 Print Gap 0mm 6. 印刷角度 Print Degree 45-75度 ( 推荐使用60度刮刀 ) 7. 清洁钢网模式 Cleaning Screen Mode

15、 干擦、溶剂擦、真空擦 8. 清洁钢网间隔 Cleaning Screen Interval 2-8PCS 影响印刷质量的几大因素 1. 锡膏 A. 流动性 ( 滚动性 ) B. 粘度 C. 焊剂的含量 ( 润湿性 ) D. 锡球的尺寸 2. 钢网 A. 钢网厚度 B. 钢网材质 C. 钢网的张力 D. 钢网成形方式 E. 网孔开孔比例3. 印刷参数 同上 4. 刮刀材质 锡膏板的温度曲线 ( Profile )1. 回焊炉的种类 A. 红外线炉 较古老,隧道加热,受热不均匀,由于红外线不能不穿透物体，在生产PLCC BGA/CSP等焊点在组件本体下面的组件时，会产生“阴影效应”；且光波易反射

16、，受反射面积，颜色，平整性的影响较大，已较少使用 B. 热风强制性炉 耐热风扇或者对流喷射管来迫使气流循环,能使PCB板均匀受热,温差较小，焊接性能较佳；但在高温下易助长焊点氧化，PCB板上的板香挥发严重。现普遍采用 C. 气相焊炉 较先进,一般采用氮气,可以防止氧化,减少锡珠等优点,但较贵，在军工产品和无铅焊锡的生产中，已大量采用2. 回焊炉的要求 A. 相邻加热区温度不相干扰B. 区内加热均匀准确C. 速度精确，传送链传送平稳D. 具有冷却风扇且温区不应太少E. 有良好的排气系统，松香回收系统3. 温度曲线的设定 温度曲线( Profile ) 指 PCB 通过回焊炉时, PCB 上某焊点

17、的温度随时间变化的曲线. 锡膏板一般分为预热区、恒温区、回流区、冷却区四个阶段. 温度曲线的设定要考虑的四大因素： 所选用锡膏的特性，锡铅合金、助焊剂的种类与比重。每种锡膏也都会推荐一种温度曲线，主要参考依据 所用回焊炉的种类、温区数、长度，每种回焊炉都会推荐一种温度曲线，可作参考 所生产的PCB板的板材、变形情况、外形尺寸，单面板还是双面板，板上组件的种类与分布情况，是否有特别温度要求的组件 印刷锡膏膜的厚度与锡量的多少A. 预热区( 室温-120 ): 时间上一般无要求;温升太快,由于热冲击, PCB和组件都可能受损; 温升太慢, 助焊剂挥发,不利于焊接; 温升应为 1-3/S B. 恒温

18、区( 120-160 ): 使PCB板上的组件均匀受热, 助焊剂充分活化, 让溶剂完全挥发，温升一般为0.5-2/S; 根据锡膏的不同,时间一般在60S-120S C.回流区( 183-183 ): 在此区内锡膏将完全熔化, 为防止对PCBA造成不良, 时间不易过长, PCBA无BGA、CSP、大QFP组件一般30-60S,有此类组件40-80S; 峰值一般为锡膏熔点加20-40,在210-230内;由于时间不易太长, 温升一般为2-3.5/SD。冷却区:应尽可能快的速度冷却,为防止冷焊温降不超过 4/S T 无铅锡膏的简单介绍 根据欧洲的EU有害物质规定(ROHS),预定从2006年1月1日

19、开始,禁止在电气机器中使用铅(Pb),以此为背景,无铅锡膏将在未来几年内得到飞速发展,逐步、全面取代有铅锡膏.由于现阶段无铅锡膏的生产工艺还不成熟,应密切的关注其发展动态,积极的参与准备. 无铅锡膏的基本特性: ( 相对与现普遍采用的 Sn/Pb 63/37锡膏 ) A. 锡焊溶点温度高 ( 高出10度以上 ) B. 锡焊熔析面差 ( 85) C. 焊点质量差 ( 短路 漏焊 洞锡 ) D. 结合强度较强 E. 使用范围小,比重轻 F. 材料费高 ( 是有铅的2.5倍 ) G. 过回焊炉时,PCBA的焊点光泽度较差现试验较多的无铅锡膏按类分为 A. 二元系 B. 三元系 C. 四元系 三元系正

20、逐渐成为行业的主流. 无铅锡膏的温度特性锡膏种类熔点(大约值)Reflow温度Sn-Ag-Cu (96.5-3-0.5)216235-245Sn-Ag-Bi-Cu (96-2.5-1-0.5)217235-245Sn-Cu227245-255Sn-Zn195215-235Sn-Ag221240-250Sn-Pb(63-37)有铅183210-230温度曲线的设定 （Sn-Ag-Cu 96.5-3-0.5） 无铅锡膏的温度曲线与有铅锡膏的温度曲线一样分为四区 A. 预热区( 室温-150 )：时间上一般无要求;温升一般为1-3/S B. 恒温区( 150-190 )：时间在60-120S C.回

21、流区( 216-216 )：最高温度在245左右，时间在50-90S，用增长时间来降低最高温度的要求，确保PCB板、物料能程受此温度 D。冷却区: 应尽可能快的速度冷却,为防止冷焊温降不超过 4/S 绿色 无铅环保型 T 四 胶水部分 SMT生产设备中用以固化胶水的设备以回流焊为主，属于热固化，所以一般选用热固化胶水环氧型胶水 环氧型胶水的组成 （ 比重为大概值 ）1. 环氧树脂 63% 有很强的粘附性和柔韧性，优异的稳定性，电气性 能良好 2. 无机填料 30% 添加固化剂后，胶水的粘度非常强，不利于生产工艺，填料的添加有利于降低胶水的固化点，调控粘度 3. 固化剂 4% 控制固化温度，一般

22、采用胺系固化剂 4. 其它添加济 3% 润湿剂，阻燃剂，颜料等胶水的特性要求1. 固化时间短,固化温度低.2. 固化前有一定的粘合力,固化后有足够的粘合强度.3. 点胶时无拉丝,无塌边.4. 有良好的绝缘特性,对PCBA的高频特性无影响.5. 有良好的耐热性,可靠的有效寿命.影响点胶质量的因素 点胶嘴的尺寸： * 点胶嘴直径的大小直接影响胶水的出胶量；* 止动高度ND决定了胶点的成形。ND太小胶点漫流，图形不完 ；ND太大胶点易拖尾 拉丝；* 两点胶柱之间的距离P。P太小胶点易相连，安装组件时易溢胶；P太大安装小尺寸组件易飞料 点胶头的气压：直接影响胶水的出胶量 出胶时间：出胶时间的长短将影响

23、出胶量，也会影响点胶效率 温度设置：温度能明显的影响胶水的粘度，温度降低，粘度升高，易产生漏点胶水，其它外部条件相同下出胶量也会减小；温高太高，粘度降低，胶点易拖尾 易漫流 推荐 Chip 组件 33 IC 30 Z轴（头上下的轴）的回程高度：回程高度太小，点胶嘴从一个胶点移到另一个胶点是易拖尾、拉丝；回程高度太大又会影响点胶效率 推荐 Chip 组件 3.5mm IC 5.5mm Z轴的运动速度：Z轴运动速度太快（头上下运动）会影响点胶图形的完美，容易拉丝、拖尾；太慢又影响点胶效 推荐 Chip 组件 快速 IC 慢速 点胶嘴（双点）的主要参数 以下单位：mm 160821253216TRI

24、C点胶嘴直径0.30.40.40.40.6松下专用点胶嘴0.310.410.410.410.6胶嘴与保护针的距离 止动高度ND0.10.10.150.150.3两点胶柱的距离 P0.811-1.21-1.32点胶面积 电阻 0.550.650.75点胶面积 电容0.60.70.85胶水板的温度曲线 ( Profile ) 胶水固化的温度曲线的要求较为简单：一般胶水固化要求超过120的时间超过120S; 最高温度超过140，不易超过160；温度太高的坏处： AI组件不一定能承受 PCB表面保护松香挥发太多 PCB上的PAD易氧化 电力消耗太多. 160 120 T 组件的推力要求 A: 1608

25、R 1608C 1.2Kgf B: 2125R 2125C 2.0Kgf C: 3216R 3216C 2.0Kgf D: TR D 2.0KgfE: IC 2.5Kgf胶水的保存条件:低温冷藏 010,保存期不超过3个月,使用时先进先出胶水的使用条件:使用前回温2小时,机上使用时温度30-35五 组件(SMD)的基本知识SMT组件的包装1. 带装 TAPE ( Paper /Emboss ) W P包装带的宽度 W 组件与组件的距离 P 有以下尺寸种类的包装 WP W=8 12 16 24 32 44 56 P=2 4 8 12 16 24 4N N为整数 单位: mm2. 管装 STICK

26、3. 盘装 TARY托盘的热温度可达125,不超过1404. 散装 BULKSMT 组件的认识1. 标准的 Chip 电阻、电容、电感按照外形尺寸为: 1005型 ( LW: 1.00.5 英制 0402 ) 1608型 ( LW: 1.60.8 英制 0603 )2125型 ( LW:.2.01.25 英制 0805 )3216型 ( LW: 3.21.6 英制 1206 )3025型 ( LW :3.02.5 )4532型 ( LW: 4.53.2 ) 2. 异形组件电容 A. Tantalum Capacitor 钽电容 B. AI Electrolytic Capacitor 电解电容

27、 C. Trimmer Resistor 可调电容电阻 A. Trimmer Resistor 可调电阻 B. Chip Resistor Network 网络电阻连接器 Connector 二极管 A. MELF圆柱形二极管3.51.45 2.01.25 B. 贴片形二极管,发亮二极管三极管 A. 三个引脚的三极管 本体: 2.81.6 2.01.2 B. 四个引脚的三极管 C. 功率三极管SOP( Small Outline Package ) 小形的外形封装IC,引脚向本体两边L形延伸. 常见封装宽度 5.72 9.53 11.43SOJ( Small Outline J-Lead Pa

28、ckage ) 小形的外形封装IC,引脚向本体底侧J形弯曲. L形脚 J形脚QFP( Quad Flat Package ) 四方扁平封装IC, 引脚向本体四边L形延伸.PLCC( Quad Flat Package ) 四方扁平封装IC, 引脚向本体底侧J形弯曲.引脚间距:PITCH1.00.80.640.50.40.3引脚宽度:WIDTH0.40.350.290.210.160.1对应的PAD宽度:0.50.40.350.250.2 钢网网孔的宽度: 建议与引脚宽度一致BGA/CSP 一种高密度的IC,没有引脚,端子在本体下成球形列阵分布 BGA/CSP的一些主要参数 焊球间距1.51.271.00.80.65球的直径0.740.650.50.4常见厚度2.35/2.152.431.7/1.2/1.01.0 以上单位: mm 六