SMT trainning

1、 ( Surface Mount Technology)n SMT概述概述 SMT定义、应用、流程介绍n SMT工艺工艺 焊接的基本原理 锡膏的成分与性能 印刷不良对SMT的影响 印刷钢网设计 贴片机及贴片器件介绍 回流焊接设备介绍 回流曲线对焊接的影响 n SMT不良分析不良分析 SMT缺陷分析SMT概述概述-历史历史年年 代代代表产品代表产品器器 件件元元 件件组装技术组装技术电子管电子管收音机收音机电子管电子管带引线的带引线的大型元件大型元件配线配线, ,手工焊接手工焊接60 60 年年 代代黑白电视机黑白电视机晶体管晶体管 轴向引线轴向引线小型化元件小型化元件半自动插半自动插装浸焊接装

2、浸焊接70 70 年年 代代彩色电视机彩色电视机集成电路集成电路整形引线的整形引线的小型化元件小型化元件自动插装自动插装波峰焊接波峰焊接8080年代及以后年代及以后 录象机录象机电子照相机电子照相机大规模集成电路大规模集成电路表面贴装元件表面贴装元件 SMCSMC表面组装自动贴表面组装自动贴 装和自动焊接装和自动焊接电子元器件和组装技术的发展电子元器件和组装技术的发展50 50 年年 代代n传统制程传统制程: 传统插件电子组装主要设备是波峰焊传统插件电子组装主要设备是波峰焊nSMT制程：制程： SMT电子组装主要设备是电子组装主要设备是 印刷机印刷机 贴片机贴片机 回流炉回流炉SMT概述概述-

3、优势优势Through-holeSurface mount 低元件密度低元件密度 质量低可靠性质量低可靠性 高人力成本高人力成本 自动化程度低自动化程度低 高密度组装高密度组装 高质量保证高质量保证 低人力成本低人力成本 自动化程度高自动化程度高n SMT 定义定义:利用一套专业自动组装设备将表面组装利用一套专业自动组装设备将表面组装元件元件(类型包括电阻、电容、电感等类型包括电阻、电容、电感等)直接贴、焊到直接贴、焊到电路板表面的一种电子接装技术。电路板表面的一种电子接装技术。n 我们使用的计算机、手机、打印机、复印机、数码我们使用的计算机、手机、打印机、复印机、数码影像、随身听、摄像机、数

4、码相机，还有许多集成影像、随身听、摄像机、数码相机，还有许多集成化程度高、体积小、功能强的高科技控制系统，都化程度高、体积小、功能强的高科技控制系统，都是采用是采用SMT技术生产出来的。技术生产出来的。 SMT概述概述-定义定义SMT概述概述-流程流程波峰焊插通孔元件清洗混合安装工艺混合安装工艺多用于消费类电子产品的组装印刷锡膏贴装元件再流焊翻转点贴片胶贴装元件加热固化翻转先作A面：再作B面：插通孔元件后再过波峰焊：SMT工艺工艺SMT基本工艺基本工艺n SMT基本工艺：焊膏印刷、贴片、回流焊基本工艺：焊膏印刷、贴片、回流焊n 关键工艺要素：关键工艺要素：n 印刷：机器、参数、焊膏、印刷：机器

5、、参数、焊膏、STENCIL、刮刀、刮刀n 贴片：机器、程序贴片：机器、程序n 回流焊：机器、温度曲线、焊膏回流焊：机器、温度曲线、焊膏SMT工艺工艺-焊接原理与目的焊接原理与目的SMT的的焊焊接原理：接原理：SMT的的焊焊接目的：接目的： n焊接能在低温下将两种高熔点的金属联接在一起n通常焊接的金属是Cu n在两个导体间形成电子和机械连接SMT工艺工艺-焊接原理焊接原理要完成这种联接要完成这种联接n焊料焊料n助焊剂助焊剂是必需的是必需的.SMT工艺工艺-焊接原理焊接原理有铅有铅焊接焊接SMT工艺工艺-焊接原理焊接原理焊接过程焊接过程焊接过程可粗略地分为三个阶段:1.扩散2.基底金属溶解3.金

6、属间化合物层的形成SMT工艺工艺-焊接原理焊接原理焊接过程焊接过程扩散液体焊料在基底金属上面扩散熔融焊料基底金属为了能进行焊接,焊料首先必须加热到熔融状态,熔融的焊料会润湿基底金属表面,这个过程类似于其他的润湿现象SMT工艺工艺-焊接原理焊接原理焊接过程焊接过程熔融焊料基底金属溶解基底金属溶入液态焊料在金属表面上熔融的焊料流动还不足以形成冶金的键合,焊点形成时这种键合是必须的.为了形成冶金键合,焊料合固体金属必须在界面处形成原子级别上的混合.SMT工艺工艺-焊接原理焊接原理焊接过程焊接过程熔融焊料基底金属IMC基底金属与焊料起反应形成金属间化合物层焊接不仅仅是基底金属在熔融焊料里的物理溶解,也

7、包括在基底金属合焊料成分之间的化学反应.反应结果是在焊料合基底金属之间形成IMC,IMC通常很硬脆,这是因为它们的低对称性的结晶结构,限制它的塑性变形.SMT工艺工艺-焊接原理焊接原理为何采用为何采用Sn/Pb焊料焊料 ?熔点仅 183oC在Cu表面润湿良好能和Cu形成良性的金属间化合物价格便宜拥有大量的历史应用数据SMT工艺工艺-焊接原理焊接原理金属间的相互溶解能形成不金属间的相互溶解能形成不同的相同的相, SnPb 能形成共晶能形成共晶相相共晶成分的熔点比形成共晶成分的熔点比形成他的金属成分低他的金属成分低.由于这个原因由于这个原因,共晶成分共晶成分常被用于焊接常被用于焊接a + b a

8、+ b a aa +a +Lb bL + b bLPb 20 40 60 80 SnWeight Percent TinLiquidusSolidusLiquidusSolidusSolvusSolvus100200300Temperature oC 183 63%Ref: SLL p 587为何采用为何采用Sn/Pb焊料焊料 ?SMT工艺工艺-焊接原理焊接原理Cu和焊料和焊料n 低温焊接的特点是Cu和Sn/Pb焊料在 183oC能形成联接n 联接层是Sn-Cu金属间化合物 SMT工艺工艺-焊接原理焊接原理Cu-Sn 金属间化合物金属间化合物 Sn/PbCuSMT工艺工艺-焊接原理焊接原理IM

9、C CuIMC SolderCu6Sn5Cu3SnSMT工艺工艺-焊接原理焊接原理IMC有益的和有害的有益的和有害的n 在焊接中IMC是必须要有的.n 但是IMC很容易脆裂.n 薄的IMC是好的, 但是厚的IMC容易脆裂.n 较长的焊接时间和较高的焊接温度易形成厚IMCn 过多的返修容易形成厚的IMCn Sn/Pb焊料与Cu焊接会形成 Cu3Sn和Cu6Sn5SMT工艺工艺-焊接原理焊接原理无铅无铅焊接焊接SMT工艺工艺-焊接原理焊接原理为什么要无铅为什么要无铅?n 来自电子产品的铅污染 n 地下水萃取试验Pb不溶于中性水,但溶于酸性水n 欧盟RoHs指令要求n OEM和EMS电子装配工厂的推

10、广SMT工艺工艺-焊接原理焊接原理SMT工艺工艺-焊接原理焊接原理无铅焊锡化学成份无铅焊锡化学成份 48Sn/52In 48Sn/52In 42Sn/58Bi42Sn/58Bi91Sn/9Zn 91Sn/9Zn 93.5Sn/3Sb/2Bi/1.5Cu 93.5Sn/3Sb/2Bi/1.5Cu 95.5Sn/3.5Ag/1Zn 95.5Sn/3.5Ag/1Zn 93.3Sn/3.1Ag/3.1Bi/0.5Cu 93.3Sn/3.1Ag/3.1Bi/0.5Cu 99.3Sn/0.7Cu99.3Sn/0.7Cu95Sn/5Sb 95Sn/5Sb 65Sn/25Ag/10Sb65Sn/25Ag/10

11、Sb96.5Sn/3.5Ag96.5Sn/3.5Ag熔点范围熔点范围 118118C C 共熔共熔138138C C 共熔共熔 199199C C 共熔共熔 218218C C 共熔共熔218221218221C C209209 212 212C C 227227C C232240232240C C233233C C221221C C 共熔共熔说说 明明 低熔点、昂贵、强度低低熔点、昂贵、强度低 已制定、已制定、BiBi的可利用关注的可利用关注 渣多、潜在腐蚀性渣多、潜在腐蚀性 高强度、很好的温度疲劳特性高强度、很好的温度疲劳特性 高强度、好的温度疲劳特性高强度、好的温度疲劳特性高强度、好的温

12、度疲劳特性高强度、好的温度疲劳特性高强度、高熔点高强度、高熔点好的剪切强度和温度疲劳特性好的剪切强度和温度疲劳特性摩托罗拉专利、高强度摩托罗拉专利、高强度高强度、高熔点高强度、高熔点97Sn/2Cu/0.8Sb/0.2Ag 97Sn/2Cu/0.8Sb/0.2Ag 226228226228C C高熔点高熔点无铅锡膏熔化温度范围无铅锡膏熔化温度范围 SMT工艺工艺-焊接原理焊接原理无铅焊接的问题无铅焊接的问题 无铅焊接的影响无铅焊接的影响生产成本生产成本 元件和基板方面的开发元件和基板方面的开发 回流炉的性能问题回流炉的性能问题 生产线上的品质标准生产线上的品质标准无铅焊料的应用问题无铅焊料的应

13、用问题无铅焊料开发种类问题无铅焊料开发种类问题无铅焊料对焊料的可靠性问题无铅焊料对焊料的可靠性问题最低成本超出最低成本超出45%45%左右左右高出传统焊料摄氏高出传统焊料摄氏4040度度焊接温度提升焊接温度提升品质标准受到影响品质标准受到影响稀有金属供应受限制稀有金属供应受限制无铅焊料开发标准不统一无铅焊料开发标准不统一焊点的寿命缺乏足够的实验证明焊点的寿命缺乏足够的实验证明无铅焊接的问题和影响无铅焊接的问题和影响 SMT工艺工艺-焊接原理焊接原理无铅合金无铅合金n 当前替代 Sn/Pb 的主要合金是Sn/Ag/Cu.合金类型 Sn96.5/Ag3.5 Sn96.5/Ag3/Cu0.5 Sn9

14、5.5/Ag3.8/Cu0.7 Sn89/Zn8/Bi3 Sn/Ag/Bi310 Sn/Cu0.7SMT工艺工艺-焊接原理焊接原理为什么选择为什么选择Sn/Ag/Cu.n 低熔点:焊料合金的熔点或者液相线会因他的金相成分而发生变化,SAC305或者其它低熔点无铅焊料的熔点大约是217度n 合金价格:由于银的价格很高,在合金中银的含量最好少一点.n 湿润特性:与锡铅或者传统的低熔点合金相比,无铅焊料合金的湿润能力较差n 可靠性:无铅焊点比较脆,一旦收到撞击很容易损坏.另外长期可靠性值得商榷SMT工艺工艺-焊接原理焊接原理SMT工艺工艺-焊接原理焊接原理SAC Alloy on the Au/Ni

15、/Cu padSMT工艺工艺-焊接原理焊接原理Quality Typical Results of Shear and Pull TestsPull TestShear Test Shear ForcePull ForceSMT工艺工艺-焊接原理焊接原理Quality Typical Results of Shear and Pull TestsPull TestShear Test SMT工艺工艺-焊接原理焊接原理为什么需要助焊剂为什么需要助焊剂?n Cu和焊料表面会形成氧化层和焊料表面会形成氧化层n 氧化层影响润湿性氧化层影响润湿性n 助焊剂能清除氧化层助焊剂能清除氧化层n 助焊剂能防止焊

16、接过程中焊料受氧化助焊剂能防止焊接过程中焊料受氧化n 除非在除非在N2下的纯下的纯Cu表面表面,否则没有助焊剂不能形否则没有助焊剂不能形 成焊接成焊接.SMT工艺工艺-焊接原理焊接原理润湿性对比润湿性对比CopperSolderGood for SolderingBad for Soldering Dewetting WettingSMT工艺工艺-焊接原理焊接原理助焊剂的作用助焊剂的作用n 去除焊盘与引脚上的氧化n 降低焊盘的表面张力n 保护焊盘的再次氧化SMT工艺工艺-焊接原理焊接原理助焊剂的分类助焊剂的分类nRMA 松香型低活性,残留需用溶剂清洗 (有些RMA可实现免清洗)nLR（免洗）焊

17、接后良性残留,免清洗nWS（水洗） 焊后残留可直接用清水或溶剂清洗干净SMT工艺工艺-焊接原理焊接原理助焊剂的主要成分助焊剂的主要成分 -树脂 -活化剂 -溶剂 -流变添加剂SMT工艺工艺-焊接原理焊接原理助焊剂主要成分的作用助焊剂主要成分的作用n树脂树脂:松香或其他聚合物常用来提高焊剂的活性、粘 性和阻挡氧化,也可用作流变剂.n活化剂活化剂:常用的活化剂有机酸和卤化盐.卤化盐比有机酸 提供更强的助焊活性,也更易在室温下发生反应 .另外,有机碱也常用作活性剂,焊锡膏中的活化 剂通常是酸和碱的组合,以最大程度上提高活性.SMT工艺工艺-焊接原理焊接原理 助焊剂主要成分的作用助焊剂主要成分的作用n

18、溶剂溶剂:松香、活化剂和锡粉都是固体,为把这些固体材料融合为适 合印刷的膏体,溶剂的使用就变得不可缺少.乙二醇(甘醇) 系统是工业使用最主要的化学溶剂,主要是他具有平衡的溶 解能力.也常用乙醇,松油醇.整个溶剂家族包含醇、胺、酯 、醚、烃、酮等.n流变添加剂流变添加剂:在锡膏印刷工艺中要求印刷时容易流动,印刷完后不 能流动,同时要求不能太粘,要能从模板孔释放出来,但 又要有足够的粘性来粘住放置在上面的元件.为满足这 些工艺要求,流变添加剂应运而生.SMT工艺工艺-焊接原理焊接原理 氮气环境氮气环境氮气回流焊接的最古老动机就是前面所提到的改善表面张力的优点，通过减少缺陷而改善焊接合格率即是归功于

19、它。其它的好处包括：较少的锡球形成、更好的熔湿、和更少的开路与锡桥。n早期的SMT手册提倡密间距的连接使用氮气，这是基于科学试验得出的结论。可是，这测试是实验室的试验，即，“烧杯试验”与实际生产的关系，没有把使用氮气的成本计算在内。n在过去十五年，炉的制造商已经花了许多钱在开发(R&D)之中，来完善不漏气的气体容器。虽然当使用诸如对流为主的(convection-dominant)这类紊流空气时，不容易将气体消耗减到最小，但是有些制造商使用高炉内气体流动和低氮气总消耗，已经达到非常低的氧气水平。这样做，他们已经大大地减低了使用氮气的成本。SMT工艺工艺-焊接原理焊接原理 无卤材料的焊接

20、无卤材料的焊接Soldering with Halogen- Free Material 无卤的重要性无卤的重要性n 很多电子产品最后都要燃烧处理很多电子产品最后都要燃烧处理n 在燃烧过程中很多含卤材料会产生有毒副产品在燃烧过程中很多含卤材料会产生有毒副产品( (二恶英二恶英) )n二恶英会增加致癌危险性二恶英会增加致癌危险性n几种含溴助燃剂在自然界很难降解几种含溴助燃剂在自然界很难降解 SMT工艺工艺-焊接原理焊接原理谁在推动无卤进程谁在推动无卤进程 n RoHs/JIG RoHs/JIG建议控制包括含溴阻燃剂在内的含卤材料建议控制包括含溴阻燃剂在内的含卤材料 这是关于减少卤素的仅有的政府性

21、条例这是关于减少卤素的仅有的政府性条例n 当前电子组装业的无卤推动主要有两组当前电子组装业的无卤推动主要有两组 Non Government Organization(NGOs) Non Government Organization(NGOs)非政府性组织非政府性组织 OEMsOEMs SMT工艺工艺-焊接原理焊接原理谁在推动无卤进程谁在推动无卤进程 n RoHs/JIG RoHs/JIG建议控制包括含溴阻燃剂在内的含卤材料建议控制包括含溴阻燃剂在内的含卤材料 这是关于减少卤素的仅有的政府性条例这是关于减少卤素的仅有的政府性条例n 当前电子组装业的无卤推动主要有两组当前电子组装业的无卤推动主

22、要有两组 Non Government Organization(NGOs) Non Government Organization(NGOs)非政府性组织非政府性组织 OEMsOEMs SMT工艺工艺-焊接原理焊接原理HALOGENSHALOGENSSMT工艺工艺-焊接原理焊接原理无卤的定义无卤的定义Standard Standard requirementsrequirementsJPCA-ES-01-1999JPCA-ES-01-1999Br0.09wt% (900ppm)Br0.09wt% (900ppm)Cl0.09wt% (900ppm)Cl0.09wt% (900ppm)IEC

23、61249-2-21IEC 61249-2-21900 ppm max Cl900 ppm max Cl900 ppm max Br900 ppm max Br1500 ppm max total halogens1500 ppm max total halogens IPC J-STD-709 IPC J-STD-709 Currently a Currently a draft standarddraft standard1000 ppm Br and Cl from flame 1.5n 面积比面积比(Area Ratio) ： (L W)/ 2(L+W) T 0.66SMT工艺工艺-印

24、刷印刷STENCIL设计设计-设计依据设计依据实际应用实际应用n 印刷机：印刷机要求印刷机：印刷机要求STENCIL外框，外框，MARK点在哪面，印刷格点在哪面，印刷格式等式等n PCB：待装配：待装配PCB要求哪些需开孔，哪些不需要要求哪些需开孔，哪些不需要n 工艺：印刷胶水还是锡膏？有何种工艺缺陷？是否通孔元件使工艺：印刷胶水还是锡膏？有何种工艺缺陷？是否通孔元件使用用SMT工艺？测试点是否开孔？工艺？测试点是否开孔？n 装配密度：装配密度越高对装配密度：装配密度越高对STENCIL要求越高要求越高n 产品类别：产品装配质量要求越高对产品类别：产品装配质量要求越高对STENCIL要求越高要

25、求越高SMT工艺工艺-印刷印刷STENCIL设计设计-数据形式数据形式软数据格式软数据格式n GERBER文件格式，文件格式，RS-274D或或RS-274Xn 常用常用CAD软件一般可由生产商进行格式转换。如软件一般可由生产商进行格式转换。如ALEGRO，EAGLE，ECAM，PADS，PROTEL，ACAD，PCCAM，PCGERBER etcn 标准标准GERBER格式应定义两个方面的内容：格式应定义两个方面的内容：nX/Y DATAnAPERTURE LISTSMT工艺工艺-印刷印刷STENCIL设计设计-工艺方法及材料选择工艺方法及材料选择按用途：按用途： 印锡模，印胶模，印锡模，印

26、胶模，BGA返修模，返修模，BGA植球模。植球模。按工艺：按工艺：腐蚀模，激光模，电铸模，混合技术模板腐蚀模，激光模，电铸模，混合技术模板按材料：按材料：不锈钢模，黄铜模，硬镍模，高聚物模板。不锈钢模，黄铜模，硬镍模，高聚物模板。SMT工艺工艺-印刷印刷STENCIL设计设计-工艺方法及材料选择工艺方法及材料选择制作开孔的工艺过程控制开孔壁的光洁度和精度。有三种常见的制作模板的工艺：化学腐蚀、激光切割和电铸成型工艺。n化学腐蚀(Chemically etched)模板：在金属箔上涂抗蚀保护剂，用销钉定位感光工具，将图形曝光在金属箔两面，然后使用双面工艺同时从两面腐蚀金属箔。优点：成本最低，周转

27、最快；缺点：开口形成刀锋或沙漏形状；n激光切割(Laser-cut)模板：直接从客户的原始Gerber数据产生，在作必要修改后传送到激光机，由激光光束进行切割。优点：错误减少，消除位置不正机会；缺点：激光光束产生金属熔渣，造成孔壁粗糙；n电铸成型(Electroformed)模板：通过在一个要形成开孔的基板上显影刻胶，然后逐个原子，逐层在光刻胶周围电镀出模板。优点：提供完美的工艺定位没有几何形状的限制，改进锡膏的释放；缺点：要涉及一个感光工具，电镀工艺不均匀失去密封效果，密封块可能会去掉。SMT工艺工艺-印刷印刷STENCIL设计设计-工艺方法及材料选择工艺方法及材料选择不同制作工艺比较STE

28、NCIL设计设计-工艺方法及材料选择工艺方法及材料选择方法方法工艺特点工艺特点最大优点最大优点关键问题关键问题交货期交货期价格价格应用范围应用范围市场份额市场份额腐蚀腐蚀复杂复杂便宜便宜开孔形状差开孔形状差较快较快便宜便宜低要求低要求大间距大间距逐渐逐渐降低降低激光激光简单简单快、位置精快、位置精度高度高孔壁质量较孔壁质量较电铸差电铸差最快最快较便宜较便宜中高中高要求要求保持保持最大最大电铸电铸最复杂最复杂孔壁质量好孔壁质量好交期慢交期慢价格贵价格贵慢慢高高超精细间距超精细间距逐渐逐渐增长增长SMT工艺工艺-印刷印刷设计设计原则原则1、满足理论依据；、满足理论依据；2、以最小开孔和最小间距元件

29、为考虑重点兼顾其他，、以最小开孔和最小间距元件为考虑重点兼顾其他， 必要时考虑必要时考虑STEP设计；设计；3、工艺方法不同，建议的厚度也有所不同、工艺方法不同，建议的厚度也有所不同常见元件用常见元件用STENCIL厚度建议表厚度建议表PartPitchPad WPad LApt WApt LThicknessAspt RArea RETCHLaserEFPLCC1.250.652.000.601.950.15-0.252.3-3.80.88-1.480.2-0.250.20.2QFP0.650.351.500.301.450.15-0.1751.7-2.00.71-0.830.1750.17

30、50.15QFP0.500.31.250.251.200.125-0.151.7-2.00.69-0.83-0.150.125QFP0.400.251.250.201.200.1-0.1251.6-2.00.68-0.86-0.1250.120QFP0.300.201.000.150.950.075-.1251.5-2.00.65-0.86-0.100.100402N/A0.500.650.450.600.125-0.15N/A0.84-1.00-0.1250.1200201N/A0.250.400.230.350.075-0.10N/A0.66-0.89-0.100.09BGA1.25D0.

31、80D0.80D0.75D0.750.15-0.20N/A0.93-1.25-0.1750.15BGA1.00D0.38D0.38Q0.35Q0.350.115-0.135N/A0.67-0.78-0.1250.120BGA0.50D0.30D0.30Q0.28Q0.280.075-0.125N/A0.69-0.92-0.100.09SMT工艺工艺-印刷印刷STENCIL设计设计-厚度选择厚度选择SMT工艺工艺-印刷印刷STENCIL设计设计-外框选择外框选择n 设计要求设计要求:外框选择必须符合所用印刷机要求。具体参见外框选择必须符合所用印刷机要求。具体参见常见印常见印刷机对刷机对STENC

32、IL要求一览表要求一览表n 分类分类:根据安装形式外框分为固定外框、活动外框及半活动外框；根据安装形式外框分为固定外框、活动外框及半活动外框；根据材料不同一般有铝型材、铸铝、铸钢及不锈钢型材；根据材料不同一般有铝型材、铸铝、铸钢及不锈钢型材；n 应用应用:以固定铝型材使用最广以固定铝型材使用最广n 技术要求技术要求:良好的平面度，底面平面度良好的平面度，底面平面度1mm 具有良好的硬度和强度具有良好的硬度和强度 固定框粘接面应清洁固定框粘接面应清洁SMT工艺工艺-印刷印刷STENCIL设计设计-印刷格式选择印刷格式选择n 印刷格式：印刷区域在整个印刷格式：印刷区域在整个STENCIL中的位置及

33、方向中的位置及方向n 位置要求决定于印刷机的要求位置要求决定于印刷机的要求n 方向要求决定于用户自动生产线之工艺要求方向要求决定于用户自动生产线之工艺要求n 四周丝网区域至少应有四周丝网区域至少应有20mm以保证足够的张力和弹性以保证足够的张力和弹性n 最边缘开孔到内粘接边应有最边缘开孔到内粘接边应有50mm以保证刮刀行程以保证刮刀行程n 请参见请参见常见印刷机对常见印刷机对STENCIL要求一览表要求一览表SMT工艺工艺-印刷印刷STENCIL设计设计-开孔设计开孔设计 概述概述n必须符合设计理论依据必须符合设计理论依据n设计最关键的环节是设计最关键的环节是尺寸、形状尺寸、形状两要素两要素n

34、必须保证：有利于锡膏释放和脱模；有利于改善工艺缺陷必须保证：有利于锡膏释放和脱模；有利于改善工艺缺陷n影响锡膏释放的三大要素是：宽厚比和面积比；孔壁几何影响锡膏释放的三大要素是：宽厚比和面积比；孔壁几何形状；孔壁粗糙度形状；孔壁粗糙度n开孔设计须遵循一般通用规则，但须以现场工艺环境作为开孔设计须遵循一般通用规则，但须以现场工艺环境作为基础基础SMT工艺工艺-印刷印刷STENCIL设计设计-开孔设计开孔设计开孔形状指导开孔形状指导n 合适的孔壁锥度合适的孔壁锥度(4-9)有利于焊膏释放和脱模有利于焊膏释放和脱模n 圆角比直角有更好的脱模效果圆角比直角有更好的脱模效果n 设计目的皆是力图避免或改善

35、诸如锡珠、桥连设计目的皆是力图避免或改善诸如锡珠、桥连等工艺缺陷等工艺缺陷n Aperture宽度减小应对称进行，以使锡膏居中宽度减小应对称进行，以使锡膏居中n Aperture长度减小应尽量在元件内侧以避免长度减小应尽量在元件内侧以避免“Underchip”锡珠锡珠SMT工艺工艺-印刷印刷STENCIL设计设计-开孔设计开孔设计开孔尺寸指导开孔尺寸指导n 开孔尺寸应符合宽厚比和面积比公式开孔尺寸应符合宽厚比和面积比公式n 一般，一般，Aperture应略小于应略小于PAD尺寸以利于减少锡膏移位和减尺寸以利于减少锡膏移位和减少锡珠少锡珠n 0.8mm以上间距元件或其他需较多锡量元件开孔可按以上

36、间距元件或其他需较多锡量元件开孔可按1:1n 小于小于0.12mm厚厚STENCIL时，开孔可考虑按时，开孔可考虑按1:1n BGA开孔尺寸应考虑大于开孔尺寸应考虑大于PADSMT工艺工艺-印刷印刷STENCIL设计设计-开孔设计开孔设计常见形状修改方式常见形状修改方式SMT工艺工艺-印刷印刷STENCIL设计设计-其它工艺要求其它工艺要求FIDUCIAL MARK设计设计n 是否需要：是否需要：STENCIL与与PCB对位应用，用于自动印刷机对位应用，用于自动印刷机n 位置：应与位置：应与PCB上上MARK位置相对应，依据印刷机的不同来选择在位置相对应，依据印刷机的不同来选择在STENCIL

37、之印刷面或之印刷面或PCB接触面，离接触面，离PCB边应有边应有5mm距离距离n 大小：一般选用大小：一般选用1.0-1.5mm直径大小的小圆点或小圆孔直径大小的小圆点或小圆孔n 工艺：常用激光半刻的方式一次成形，也可腐蚀通孔再涂黑胶工艺：常用激光半刻的方式一次成形，也可腐蚀通孔再涂黑胶SMT工艺工艺-印刷印刷STENCIL设计设计-其它工艺要求其它工艺要求特殊要求设计特殊要求设计n 特殊应用：根据特殊应用：根据SMT工艺需要可考虑设计工艺需要可考虑设计STEP STENCIL，CAP STENCIL，ETCH-RELIEF STENCIL，BGA REWORK STENCIL etc；加厚在

38、印刷面加厚在印刷面 底部局部腐蚀底部局部腐蚀掏空模板掏空模板模板上部模板上部装保护罩装保护罩SMT工艺工艺-贴片机贴片机贴片机及贴片器件介绍贴片机及贴片器件介绍SMT工艺工艺-贴片机贴片机贴片机介绍贴片机介绍n 贴片机的定义贴片机的定义: 将将SMT零件通过高速机或泛用机的抓取头将其元件抓取或吸取，并经过辨零件通过高速机或泛用机的抓取头将其元件抓取或吸取，并经过辨识零件外形、厚度，经确认识零件外形、厚度，经确认OK后，将元件按编程之位置贴装，零件按照物后，将元件按编程之位置贴装，零件按照物料（料（BOM）之指示，依序贴装完成。）之指示，依序贴装完成。n 贴片机的分类：贴片机的分类： 按速度分：

39、按速度分： 中速机中速机 300011000/h 高速机高速机 1100040000/h 超高中速机超高中速机 40000/h 按功能分：高速机按功能分：高速机 ，以贴片式元件为主体，以贴片式元件为主体 多功能机，多功能机， 能贴装大型器件和异形器件能贴装大型器件和异形器件 按结构分：拱架形按结构分：拱架形、转塔形转塔形SMT工艺工艺-贴片机贴片机拱架型拱架型(Gantry)(Gantry)贴片机贴片机n 元件送料器、基板元件送料器、基板(PCB)(PCB)是固定的，贴片头是固定的，贴片头( (安装多个真空吸料嘴安装多个真空吸料嘴) )在在送料器与基板之间来回移动，将元件从送料器取出，经过对元

40、件位置与送料器与基板之间来回移动，将元件从送料器取出，经过对元件位置与方向的调整，然后贴放于基板上。由于贴片头是安装于拱架型的方向的调整，然后贴放于基板上。由于贴片头是安装于拱架型的X/YX/Y坐坐标移动横梁上，所以得名。标移动横梁上，所以得名。n这类机型的优势在于：这类机型的优势在于：系统结构简单，可实现高精度，适于各种大小、形状的元件，甚系统结构简单，可实现高精度，适于各种大小、形状的元件，甚至异型元件，送料器有带状、管状、托盘形式。适于中小批量生产，至异型元件，送料器有带状、管状、托盘形式。适于中小批量生产，也可多台机组合用于大批量生产。也可多台机组合用于大批量生产。 n这类机型的缺点在

41、于：这类机型的缺点在于： 贴片头来回移动的距离长，所以速度受到限制。贴片头来回移动的距离长，所以速度受到限制。 SMT工艺工艺-贴片机贴片机n对元件位置与方向的调整方法：对元件位置与方向的调整方法： 1)1)、机械对中调整位置、吸嘴旋转调整方向，这种方法能达到的精、机械对中调整位置、吸嘴旋转调整方向，这种方法能达到的精 度有限，较晚的机型已再不采用。度有限，较晚的机型已再不采用。2)2)、激光识别、激光识别、X/YX/Y坐标系统调整位置、吸嘴旋转调整方向，这种坐标系统调整位置、吸嘴旋转调整方向，这种 方法可实现飞行过程中的识别，但不能用于球栅列陈元件方法可实现飞行过程中的识别，但不能用于球栅列

42、陈元件BGABGA。3)3)、相机识别、相机识别、X/YX/Y坐标系统调整位置、吸嘴旋转调整方向，一般相坐标系统调整位置、吸嘴旋转调整方向，一般相 机固定，贴片头飞行划过相机上空，进行成像识别，比激光识机固定，贴片头飞行划过相机上空，进行成像识别，比激光识 别耽误一点时间，但可识别任何元件，也有实现飞行过程中的别耽误一点时间，但可识别任何元件，也有实现飞行过程中的 识别的相机识别系统，机械结构方面有其它牺牲。识别的相机识别系统，机械结构方面有其它牺牲。 拱架型拱架型(Gantry)(Gantry)贴片机贴片机SMT工艺工艺-贴片机贴片机n元件送料器放于一个单坐标移动的料车上，基板元件送料器放于

43、一个单坐标移动的料车上，基板(PCB)(PCB)放于一放于一个个X/YX/Y坐标系统移动的工作台上，贴片头安装在一个转塔上，工作坐标系统移动的工作台上，贴片头安装在一个转塔上，工作时，料车将元件送料器移动到取料位置，贴片头上的真空吸料嘴在时，料车将元件送料器移动到取料位置，贴片头上的真空吸料嘴在取料位置取元件，经转塔转动到贴片位置取料位置取元件，经转塔转动到贴片位置( (与取料位置成与取料位置成180180度度) )，在，在转动过程中经过对元件位置与方向的调整，将元件贴放于基板上。转动过程中经过对元件位置与方向的调整，将元件贴放于基板上。 转塔上安装有十几到二十几个贴片头，每个贴片头上安装转塔

44、上安装有十几到二十几个贴片头，每个贴片头上安装2424个真空吸嘴个真空吸嘴( (较早机型较早机型) )至至5656个真空吸嘴个真空吸嘴( (现在机型现在机型) )。由于转塔的。由于转塔的特点，将动作细微化，选换吸嘴、送料器移动到位、取元件、元件识特点，将动作细微化，选换吸嘴、送料器移动到位、取元件、元件识别、角度调整、工作台移动别、角度调整、工作台移动( (包含位置调整包含位置调整) )、贴放元件等动作都可以、贴放元件等动作都可以在同一时间周期内完成，所以实现真正意义上的高速度。目前最快的在同一时间周期内完成，所以实现真正意义上的高速度。目前最快的时间周期达到时间周期达到0.080.100.0

45、80.10秒钟一片元件。秒钟一片元件。 n这类机型的优势在于：这类机型的优势在于：n这类机型的缺点在于：这类机型的缺点在于：贴装元件类型的限制，并且价格昂贵。贴装元件类型的限制，并且价格昂贵。 转塔型转塔型(Turret)(Turret)贴片机贴片机SMT工艺工艺-贴片机贴片机n对元件位置与方向的调整方法：对元件位置与方向的调整方法： 1)1)、机械对中调整位置、吸嘴旋转调整方向，这种方法能达到的精、机械对中调整位置、吸嘴旋转调整方向，这种方法能达到的精 度有限，较晚的机型已再不采用。度有限，较晚的机型已再不采用。2)2)、相机识别、相机识别、X/YX/Y坐标系统调整位置、吸嘴旋转调整方向，一

46、般相坐标系统调整位置、吸嘴旋转调整方向，一般相 机固定，贴片头飞行划过相机上空，进行成像识别机固定，贴片头飞行划过相机上空，进行成像识别转塔型转塔型(Turret)(Turret)贴片机贴片机SMT工艺工艺-贴片机贴片机表面贴装元件介绍：表面贴装元件介绍： 表面贴装元件具备的条件：表面贴装元件具备的条件： n元件的形状适合于自动化表面贴装元件的形状适合于自动化表面贴装尺寸，形状在标准化后具有互换性尺寸，形状在标准化后具有互换性n有良好的尺寸精度有良好的尺寸精度n适应于流水或非流水作业适应于流水或非流水作业n有一定的机械强度有一定的机械强度n可执行零散包装又适应编带包装可执行零散包装又适应编带包

47、装n具有电性能以及机械性能的互换性具有电性能以及机械性能的互换性n耐焊接热应符合相应的规定耐焊接热应符合相应的规定SMT工艺工艺-贴片机贴片机表面贴装元件介绍：表面贴装元件介绍： SMT工艺工艺-焊接设备焊接设备焊接设备焊接设备 1)热热板式板式焊接炉焊接炉 ( (Heating Plate)Heating Plate) 2) 红外线焊接炉红外线焊接炉 IR (Infrared Soldering) 3) 回流焊接炉回流焊接炉 Re-flowSMT工艺工艺-焊接设备焊接设备焊接设备焊接设备SMT工艺工艺-焊接设备焊接设备n以不同速率来加热一个装配上的不同零件,取决于零件和线路板层的颜色和质地。

48、n一个装配上的某些区域可以达到比其它区域高得多的温度，n可能引起许多焊接缺陷，包括焊锡球、不熔湿、损坏元件、空洞和烧焦的残留物。n可以对装配板逐渐地和一致地提供热量，不管零件的颜色和质地n虽然，由于不同的厚度和元件密度，热量的吸收可能不同，但强制对流式炉逐渐地供热，其D T没有太大的差别。n另外，这种炉可以严格地控制给定温度曲线的最高温度和温度速率，其提供了更好的区到区的稳定性，和一个更受控的回流过程。n IR炉特点炉特点n reflow炉特点炉特点SMT工艺工艺-焊接设备焊接设备回流炉结构简介回流炉结构简介SMT工艺工艺-焊接设备焊接设备回流炉操作界面介绍回流炉操作界面介绍SMT工艺工艺-焊

49、接曲线焊接曲线n 预热区n 浸润区n 回流区n 冷却区n 过程时间Reflow ProfileSMT工艺工艺-焊接曲线焊接曲线Reflow Profile(3) 回流区回流区(2) 浸润区浸润区(1) 预热区预热区环境温度环境温度(4) 冷却区冷却区SMT工艺工艺-焊接曲线焊接曲线松香溶解松香溶解活化劑溶解活化劑溶解溶劑蒸發溶劑蒸發Temperature錫鉛突破錫鉛突破表面張力表面張力松香活化松香活化錫鉛溶解錫鉛溶解SMT工艺工艺-焊接曲线焊接曲线n 使PCB和元器件预热 ，达到平衡，同时除去焊膏中的水份、溶剂，以防焊膏发生塌落和焊料飞溅。n 要保证升温比较缓慢，溶剂挥发。较温和，对元器件的热

50、冲击尽可能小，升温过快会造成对元器件的伤害，如会引起多层陶瓷电容器开裂。同时还会造成焊料飞溅，使在整个PCB的非焊接 区域形成焊料球以及焊料不足的焊点。n 推荐:温升在不超过每秒2c的情况下尽快达到 150c。预热区预热区SMT工艺工艺-焊接曲线焊接曲线n 在浸润区, 焊膏里的助焊剂被激活。n 助焊剂浸润将要被焊接的金属及焊料表面。n 浸润区也被用于平衡PCB板上冷热不均区域的温度。推荐推荐:n 温升最大 0.5 c /sec. n 在浸润区最大超过130 c的时间应低于2分钟浸润区浸润区SMT工艺工艺-焊接曲线焊接曲线回流区回流区n 在回流区, 焊料熔化，其在金属表面的浸润作用开始 。n 在

51、回流区的时间应尽可能的短以避免元器件受到热损伤。n 温升应尽量慢以避免可能仍存在于熔融焊料里的焊剂爆溅。 推荐推荐:n 温升最大不超过 2 c /sec.n 最高温度在 235 c 到 250 c 之间。除非板上有对温度敏感的元器件。n 保持焊料在液态(超过217c)下30-80秒。SMT工艺工艺-焊接曲线焊接曲线冷却区冷却区n 在冷却区, PCB 很快降到液态温度(179 c/183 c)以下.n 为了避免焊点和元器件之间的热应力，降温一定不能太快。 推荐推荐:n 降温速率应不超过 4 c /sec.SMT工艺工艺-焊接曲线焊接曲线焊接过程时间焊接过程时间n 过程时间在满足规定温度曲线的情况

52、下应尽量短。n 总时间由PCB的规模、区域，元器件对温度的敏感程度等因素决定。n 推荐推荐: 过程时间: 4-7 分钟SMT工艺工艺-焊接曲线焊接曲线回流焊接鱼骨图回流焊接鱼骨图Soldering Quality 焊接质量焊接质量METHOD 方法方法EQUIPMENT 设备设备Thermal Profile 温度曲线Paste Volume 焊膏用量Bd. Support Bd.的支持Bd. Orientation Bd.的定位Paste 焊膏 Component Condition 成分的条件Flux 助焊剂Substrate & Metalization金属基体Registrat

53、ion 记录Zones 区域 TCsProfiler 温度测试仪 Awareness 理解Gas Purity (O2 Level) 空气的纯净度Temperature 温度Humidity 湿度Training 培训Oven Type 炉子型号Transport 传送器Authority 职责Solder Alloy 焊接合金 Sn/Pb. Lead Free 锡铅. 无铅Paste Condition 焊接条件Gas Flow 气流Solder Particle Size & Distribution 焊接点的大小和分布SMT工艺工艺-焊接曲线焊接曲线回流曲线可能导致的缺陷回流曲线

54、可能导致的缺陷34621温度偏低温度偏低温度过高温度过高1. 没有足够的热量蒸发溶剂没有足够的热量蒸发溶剂 2. 元器件受到热冲击，焊料飞溅元器件受到热冲击，焊料飞溅3. 助焊剂激活过度，焊料氧化产生助焊剂激活过度，焊料氧化产生 4. 助焊剂激活不足助焊剂激活不足. 5. 易产生虚焊、冷焊及焊点表面不光滑易产生虚焊、冷焊及焊点表面不光滑6. 元器件元器件/PCB板损坏，焊盘脱落板损坏，焊盘脱落n 选择测试点时应考虑以下几点:n测试点的选择应尽量分散n大的地线焊盘n元器件密度n元器件材料n元器件尺寸n焊接夹具n热敏感元器件n颜色的选择( 适用于红外炉子)SMT工艺工艺-焊接曲线焊接曲线HOTCO

55、OL回流曲线测试点选择回流曲线测试点选择测温设备Type K Ni-Cr合金 vs. Ni-Al合金 -200 1250 1.5 Type T Cu vs. Cu-Ni合金 -200 400 0.5 Type J Fe vs. Cu-Ni合金 -210 800 1.5 Type N Ni-14.2%Cr-1.4%Si vs. Ni-14.4%Si-0.1%Mg -200 1280 1.5 SMT工艺工艺-焊接曲线焊接曲线SMT工艺工艺-焊接曲线焊接曲线1-C1B1(0603)2-SKT corner3-SKT inner4-SKT lever6-MCH in7-U4A18-U5G15-MCH

56、out9-U1F2 (SSOP24)布点范例SMT工艺工艺-焊接曲线焊接曲线测温点制作测温点制作SMT工艺工艺-焊接曲线焊接曲线测温点制作测温点制作SMT工艺工艺-焊接曲线焊接曲线测温点制作测温点制作SMT工艺工艺-焊接曲线焊接曲线测温曲线分析测温曲线分析1SMT工艺工艺-焊接曲线焊接曲线测温曲线分析测温曲线分析2SMT工艺工艺-焊接曲线焊接曲线测温曲线分析测温曲线分析3Two basic types of reflow profiles. 1. R-S-S , Ramp Soak Spike 2. R-T-S , Ramp To SpikeR-S-S style reflow profile

57、R-T-S style reflow profileSMT工艺工艺-焊接曲线焊接曲线测温曲线分析测温曲线分析4SMT工艺工艺-焊接曲线焊接曲线對於無法耐熱製程之解決對策理想狀況曲線测温曲线分析测温曲线分析5SMT工艺工艺-焊接曲线焊接曲线 回流焊接要求总结回流焊接要求总结重要的是有充分的缓慢加热来安全地蒸发溶剂，防止锡珠形成和限制由于温度膨胀引起的元件内部应力，造成断裂痕可靠性问题。n其次，助焊剂活跃阶段必须有适当的时间和温度，允许清洁阶段在焊锡颗粒刚刚开始熔化时完成。n时间温度曲线中焊锡熔化的阶段是最重要的，必须充分地让焊锡颗粒完全熔化，液化形成冶金焊接，剩余溶剂和助焊剂残余的蒸发，形成焊脚表面。此阶段如果太热或太长，可能对元件和PCB造成伤害。n锡膏回流温度曲线的设定，最好是根据锡膏供应商提供的数据进行，同时把握元件内部温度应力变化原则，即加热温升速度小于每秒3C，和冷却温降