SMT表面组装技术 第四章

1、授课教师授课教师滕凯滕凯电子制造技术概述1表面组装元器件2印制电路板技术3焊膏与焊膏印刷技术4贴片胶涂敷技术5贴片技术6波峰焊技术7再流焊技术及设备80 09 9测试技术1010清洗及返修技术目录目录焊膏与焊膏印刷技术4 焊膏，又称焊锡膏、锡膏，它是伴随着SMT技术应用而生的一种新型焊料，也是SMT生产中极其重要的辅助材料。它的质量好坏直接关系到SMT品质的好坏，因此受到人们广泛的重视。锡膏是由焊料粉末和糊状助焊剂混合组成的，是高黏度的膏体，在外力作用下，其流动行为发生改变，并对锡膏的印刷质量有很大的影响。主要了解：锡铅焊料合金与无铅焊料合金焊膏与焊膏印刷技术4锡铅焊料合金 焊料是易熔金属，它

2、在母材表面能形成合金，并焊料是易熔金属，它在母材表面能形成合金，并与母材连为一体，不仅实现机械连，同时也用于电气与母材连为一体，不仅实现机械连，同时也用于电气连接。焊接学中，习惯上将焊接温度低于连接。焊接学中，习惯上将焊接温度低于450 450 的焊的焊接称为软钎焊，用的焊料又称为软焊料。电子线路的接称为软钎焊，用的焊料又称为软焊料。电子线路的焊接温度通常在焊接温度通常在 180 180 300 300 之间，所用焊料的之间，所用焊料的主要成分是锡和铅，故又称为锡铅焊料。主要成分是锡和铅，故又称为锡铅焊料。4.1 4.1 锡铅焊料合金锡铅焊料合金焊膏与焊膏印刷技术44.1 4.1 锡铅焊料合金

3、锡铅焊料合金4.1.1 电子产品焊接对焊料的要求电子产品焊接对焊料的要求(1)焊接温度要求在相对较低的温度下进行，以保证元件不受热冲击而损坏。焊接温度要求在相对较低的温度下进行，以保证元件不受热冲击而损坏。(2)熔融焊料必须在被焊金属表面有良好的流动性，有利于焊料均匀分布，熔融焊料必须在被焊金属表面有良好的流动性，有利于焊料均匀分布， 并为润湿奠定基础。并为润湿奠定基础。(3)凝固时间要短，有利于焊点成型，便于操作。凝固时间要短，有利于焊点成型，便于操作。(4)焊接后，焊点外观要好，便于检查。焊接后，焊点外观要好，便于检查。(5)导电性好，并有足够的机械强度。导电性好，并有足够的机械强度。(6

4、)抗蚀性好，电子产品应能在一定的高温或低温、盐雾等恶劣环境下进行抗蚀性好，电子产品应能在一定的高温或低温、盐雾等恶劣环境下进行工作，特别是军事、航天、通信以及大型计算机等。为此焊料必须有很好工作，特别是军事、航天、通信以及大型计算机等。为此焊料必须有很好的抗蚀性。的抗蚀性。(7)焊料原料的来源应该广泛，即组成焊料的金属矿产应丰富，价格应低廉，焊料原料的来源应该广泛，即组成焊料的金属矿产应丰富，价格应低廉，才能保证稳定供货。才能保证稳定供货。焊膏与焊膏印刷技术44.1 4.1 锡铅焊料合金锡铅焊料合金4.1.2 铅锡合金焊料铅锡合金焊料 锡是延展性很好的银白色金属，质地软，熔点是锡是延展性很好的

5、银白色金属，质地软，熔点是 231.9 ，密度为，密度为 7.28g/cm3 耐，常温下易氧化，性能稳定。耐，常温下易氧化，性能稳定。 铅也是质地柔软并呈灰色的金属，熔点铅也是质地柔软并呈灰色的金属，熔点327.4，密度为，密度为11.34g/cm3。铅的导电、导热性能差，铅与锡有良好的互溶性，塑性优异、铸造性好，铅的导电、导热性能差，铅与锡有良好的互溶性，塑性优异、铸造性好，并具有润滑性。纯铅耐腐蚀性极强，化学性能稳定，但有机酸和强酸对它并具有润滑性。纯铅耐腐蚀性极强，化学性能稳定，但有机酸和强酸对它有强腐蚀作用；铅对人体有害，以离子铅的形式进入人体，其毒性很大，有强腐蚀作用；铅对人体有害，

6、以离子铅的形式进入人体，其毒性很大，尤其对婴幼儿。尤其对婴幼儿。焊膏与焊膏印刷技术44.1 4.1 锡铅焊料合金锡铅焊料合金4.1.2 铅锡合金焊料铅锡合金焊料锡和铅混合时，总体积几乎等于分体积之和，锡和铅混合时，总体积几乎等于分体积之和，既不收缩不膨胀。既不收缩不膨胀。 锡铅焊料的黏度与表面张力是焊锡铅焊料的黏度与表面张力是焊料的重要特性，通常优良的焊料应具有低的黏度和表料的重要特性，通常优良的焊料应具有低的黏度和表面张力。面张力。 不同配比的锡铅合金导电率不不同配比的锡铅合金导电率不同。同。3锡的熔点是锡的熔点是231.9，铅的熔点是，铅的熔点是327.4，两者都比焊料融化温度，两者都比焊

7、料融化温度183高，如把锡铅两种金属高，如把锡铅两种金属混合，则其合金的熔点要比两种金属的熔点都低，所以焊接过混合，则其合金的熔点要比两种金属的熔点都低，所以焊接过程操作方便。程操作方便。 由于铅的加入，其锡铅合金的机械性，无论由于铅的加入，其锡铅合金的机械性，无论抗拉强度还是剪裁强度均比单一成分要提高一倍之多。抗拉强度还是剪裁强度均比单一成分要提高一倍之多。锡铅合金的表面张力比纯锡表面张力低，股锡铅合金的表面张力比纯锡表面张力低，股有利于焊料在被焊金属表面上的润湿。有利于焊料在被焊金属表面上的润湿。将铅掺入锡中，可以增加焊料的抗氧化性能，减少将铅掺入锡中，可以增加焊料的抗氧化性能，减少氧化量

8、氧化量4焊膏与焊膏印刷技术44.1 4.1 锡铅焊料合金锡铅焊料合金4.1.2 铅锡合金焊料铅锡合金焊料焊膏与焊膏印刷技术44.1 4.1 锡铅焊料合金锡铅焊料合金4.1.2 铅锡合金焊料铅锡合金焊料锡铅焊料在固态时不易氧化，然而在融化状态下极易氧化，特别是锡铅焊料在固态时不易氧化，然而在融化状态下极易氧化，特别是在机械搅拌下，如波峰焊的焊料槽中受到机械泵的搅拌更加剧了氧化物在机械搅拌下，如波峰焊的焊料槽中受到机械泵的搅拌更加剧了氧化物的生成。锡槽表面的氧化皮不断被轴的搅动所划破，又包裹着焊料，形的生成。锡槽表面的氧化皮不断被轴的搅动所划破，又包裹着焊料，形成包囊状并以锡渣的形式出现，大部分在

9、锡槽的表面，但有时少量的氧成包囊状并以锡渣的形式出现，大部分在锡槽的表面，但有时少量的氧化皮会夹带在焊料中，严重时还会堵住波峰出口。化皮会夹带在焊料中，严重时还会堵住波峰出口。 焊料中主要成分是锡与铅，有时也会有其他微量元素以杂质的形式焊料中主要成分是锡与铅，有时也会有其他微量元素以杂质的形式混入。有些杂质是无害的，微量金属的加入反而能起到改善焊料特性的混入。有些杂质是无害的，微量金属的加入反而能起到改善焊料特性的作用，这就不能单纯的作为杂质来处理了；有些杂质则不然，及时混入作用，这就不能单纯的作为杂质来处理了；有些杂质则不然，及时混入微量，也会对焊接操作盒焊接点的性能造成不良的影响。微量，也

10、会对焊接操作盒焊接点的性能造成不良的影响。焊膏与焊膏印刷技术44.1 4.1 锡铅焊料合金锡铅焊料合金4.1.3 铅锡合金相图与焊料特性铅锡合金相图与焊料特性 铅锡合金状态图表示了不铅锡合金状态图表示了不同比例的铅、锡的合金状态随同比例的铅、锡的合金状态随温度变化的曲线。温度变化的曲线。 在图中，在图中，C-T-D线叫做液线叫做液相线，温度高于这条线时，合相线，温度高于这条线时，合金为液相；金为液相；C-E-T-F-D叫做固叫做固相线，温度低于这条线时，合相线，温度低于这条线时，合金为固相；在两条线之间的三金为固相；在两条线之间的三角形区域里边，合金是半熔融角形区域里边，合金是半熔融半凝固状态

11、。半凝固状态。 图中图中A-B线表示最适合焊线表示最适合焊接的温度，它高于液相线接的温度，它高于液相线50焊膏与焊膏印刷技术44.1 4.1 锡铅焊料合金锡铅焊料合金4.1.3 铅锡合金相图与焊料特性铅锡合金相图与焊料特性2. 共晶焊料共晶焊料 当当Sn/Pb合金以合金以 63 / 37 比比例互熔时，升温至例互熔时，升温至 183 ，将出现固态与液态的交汇点，将出现固态与液态的交汇点，即图中的即图中的T点，这一点称为共点，这一点称为共晶点，该点的温度称之为共晶晶点，该点的温度称之为共晶温度，为温度，为183，是不同，是不同Sn/Pb配比焊料熔点中温度最配比焊料熔点中温度最低的。对应的合金成分

12、为低的。对应的合金成分为Sn-62.7、Pb-37.3（实际生（实际生产中的配比是产中的配比是63：37)的铅锡的铅锡合金称为共晶焊锡，是铅锡焊合金称为共晶焊锡，是铅锡焊料中性能最好的一种。料中性能最好的一种。焊膏与焊膏印刷技术44.1 4.1 锡铅焊料合金锡铅焊料合金4.1.4 铅锡合金产品铅锡合金产品对于铅锡合金除了按其百分比构成不同而派生出很多种合金外。对于铅锡合金除了按其百分比构成不同而派生出很多种合金外。成份为成份为Sn63Pb37的焊料，从形状和用途上又分为：的焊料，从形状和用途上又分为：锡膏、锡条、锡丝、锡箔锡膏、锡条、锡丝、锡箔焊膏与焊膏印刷技术44.2 4.2 无铅焊料合金无

13、铅焊料合金4.2.1 无铅焊料应具备的条件无铅焊料应具备的条件为什么要选择无铅的焊料合金为什么要选择无铅的焊料合金 Sn-Pb 合金（特别是合金（特别是Sn-37Pb），因其成本低廉，良好的导电性），因其成本低廉，良好的导电性和优良的力学和钎焊性能，一直以来广泛的用于电子整机装联、微电和优良的力学和钎焊性能，一直以来广泛的用于电子整机装联、微电子元器件的封装和印刷电路板级组装。但是，子元器件的封装和印刷电路板级组装。但是，Pb 及含及含Pb 物是危害人物是危害人类健康和污染环境的有毒有害物质。类健康和污染环境的有毒有害物质。Sn-Pb 钎料在生产及使用过程中钎料在生产及使用过程中会直接危害人体

14、，它与人体蛋白质强烈结合而抑制人体正常的生理功会直接危害人体，它与人体蛋白质强烈结合而抑制人体正常的生理功能，造成神经系统和代谢紊乱，使神经系统和生理反应迟钝，减少血能，造成神经系统和代谢紊乱，使神经系统和生理反应迟钝，减少血色素而造成贫血及高血压。此外电子元器件废弃物中含色素而造成贫血及高血压。此外电子元器件废弃物中含Pb 的钎料会被的钎料会被氧化成氧化铅，氧化铅和盐酸及酸雨中的酸反应形成铅的化合物，污氧化成氧化铅，氧化铅和盐酸及酸雨中的酸反应形成铅的化合物，污染环境，最终危害人类的健康。染环境，最终危害人类的健康。焊膏与焊膏印刷技术44.2 4.2 无铅焊料合金无铅焊料合金4.2.1 无铅

15、焊料应具备的条件无铅焊料应具备的条件 无铅焊料的标准，目前世界上尚无统一的标准。欧盟无铅焊料的标准，目前世界上尚无统一的标准。欧盟 EUELVD 协会的标准是：协会的标准是： Pb 质量含量质量含量 0.5mm的器件，一般采取的器件，一般采取1 1.02 1 1.1的开口；的开口；对于间距对于间距0.5mm的器件，一般采取的器件，一般采取1 1的开口，原则上至少不用缩小的开口，原则上至少不用缩小 防锡珠的模板窗口形状防锡珠的模板窗口形状3 模板的厚度模板的厚度 模板厚度直接关系到焊膏印刷后的数量，对焊接质量影响很大模板厚度直接关系到焊膏印刷后的数量，对焊接质量影响很大1）局部减薄（）局部减薄（

16、 Step -Down ）模板）模板2）局部增厚（）局部增厚（ Step-Up ）模板）模板 4 用于通孔再流焊模板设计用于通孔再流焊模板设计5 印刷贴片胶模板的设计印刷贴片胶模板的设计4.4 4.4 模板模板焊膏与焊膏印刷技术4印胶模板窗口的形态印胶模板窗口的形态4.5 4.5 焊膏印刷机理和过程焊膏印刷机理和过程焊膏与焊膏印刷技术4 焊膏印刷机由开有印刷图形窗口的焊膏印刷机由开有印刷图形窗口的网板，把焊膏填充到网板开口部位的刮网板，把焊膏填充到网板开口部位的刮刀，及固定、定位电路板（刀，及固定、定位电路板（PCB）的）的印刷工作台构成，材料使用的是焊膏和印刷工作台构成，材料使用的是焊膏和印

17、制电路板。焊膏印刷时应先将模板窗印制电路板。焊膏印刷时应先将模板窗口与口与 PCB 上焊盘图形对正，定位后，上焊盘图形对正，定位后，然后放上足够数量的焊膏，就可以印刷然后放上足够数量的焊膏，就可以印刷了，在对刮刀施加压力的同时从左向右了，在对刮刀施加压力的同时从左向右移动，使焊膏滚动，把焊膏填充到网板移动，使焊膏滚动，把焊膏填充到网板的开口部位。进而，利用焊膏的触变性的开口部位。进而，利用焊膏的触变性和粘着性，把焊膏转到印制电路板上。和粘着性，把焊膏转到印制电路板上。焊膏印刷过程可细分为下述两过程来讨焊膏印刷过程可细分为下述两过程来讨论。论。 4.5 4.5 焊膏印刷机理和过程焊膏印刷机理和过

18、程焊膏与焊膏印刷技术4 1. 非接触式印刷机理非接触式印刷机理 非接触式印刷，使用非接触式印刷，使用筛孔网板筛孔网板(丝网丝网)，在网板和，在网板和PCB之间设置一定的间隙之间设置一定的间隙（间隙印刷）。（间隙印刷）。 非接触式印刷的问题点非接触式印刷的问题点 ： 印刷位置偏离。印刷位置偏离。 填充量不足、欠缺的发填充量不足、欠缺的发生。生。渗透、桥连的发生。渗透、桥连的发生。 2. 接触式印刷机理接触式印刷机理 接触式印刷法中，采用金属模板代替非接触式印刷中的丝网进行焊膏印接触式印刷法中，采用金属模板代替非接触式印刷中的丝网进行焊膏印制。网板和基板直接接触，没有间隙。印刷时移动刮刀把焊膏填充

19、到网板的制。网板和基板直接接触，没有间隙。印刷时移动刮刀把焊膏填充到网板的开口部位。如果只是这样焊膏就不能填充到基板上，所以需要把印刷工作台开口部位。如果只是这样焊膏就不能填充到基板上，所以需要把印刷工作台下降，需要基板离开网板的动作，将焊膏转移到基板上，这个动作称为离网下降，需要基板离开网板的动作，将焊膏转移到基板上，这个动作称为离网动作。动作。4.5 4.5 焊膏印刷机理和过程焊膏印刷机理和过程焊膏与焊膏印刷技术44.5 4.5 焊膏印刷机理和过程焊膏印刷机理和过程焊膏与焊膏印刷技术43非接触式印刷与接触式印刷比较非接触式印刷与接触式印刷比较 接触式印刷与非接触式印刷原理基本相同，但在设备

20、的用法上有不同。接触式印刷与非接触式印刷原理基本相同，但在设备的用法上有不同。 模板印制和丝网印制的对比模板印制和丝网印制的对比 4.5 4.5 焊膏印刷机理和过程焊膏印刷机理和过程焊膏与焊膏印刷技术41焊膏印刷过程焊膏印刷过程 印刷焊膏的工艺流程如下：印刷焊膏的工艺流程如下：印刷前的准备印刷前的准备 调整印刷机工作参数调整印刷机工作参数 印刷焊膏印刷质量检验印刷焊膏印刷质量检验 清理清理与结束。与结束。2焊膏的保存与使用焊膏的保存与使用4.6 4.6 印刷机简介印刷机简介焊膏与焊膏印刷技术4 焊膏印刷机用来印刷焊膏或贴片胶，并将焊膏（或贴片胶）正确地漏焊膏印刷机用来印刷焊膏或贴片胶，并将焊膏

21、（或贴片胶）正确地漏印到印制电路板相应的位置上。印到印制电路板相应的位置上。 当前，用于印刷焊膏的印刷机品种繁多，若以自动化程度来分类，可当前，用于印刷焊膏的印刷机品种繁多，若以自动化程度来分类，可以分为：手工调节印刷机、半自动印刷机，视觉半自动印刷机、全自动印以分为：手工调节印刷机、半自动印刷机，视觉半自动印刷机、全自动印刷机。刷机。 4.6 4.6 印刷机简介印刷机简介焊膏与焊膏印刷技术4 多数半自动印刷机和全自动多数半自动印刷机和全自动印刷机基本都由以下几部分组印刷机基本都由以下几部分组成：基板夹持机构（工作台）、成：基板夹持机构（工作台）、刮刀系统、刮刀系统、PCB 定位系统、丝定位系

22、统、丝网或模板、模板的固定机构，网或模板、模板的固定机构，以及为保证印刷精度而配置的以及为保证印刷精度而配置的其它选件等。焊膏印刷的特点其它选件等。焊膏印刷的特点是位置准确、涂敷均匀、效率是位置准确、涂敷均匀、效率高。印刷机必须结构牢固，具高。印刷机必须结构牢固，具有足够的刚性，满足精度要求有足够的刚性，满足精度要求和重复性要求。和重复性要求。4.6 4.6 印刷机简介印刷机简介焊膏与焊膏印刷技术4 基板夹持机构用来夹持基板夹持机构用来夹持 PCB ，使之处于适当的印制位置。包括工作台面、，使之处于适当的印制位置。包括工作台面、夹持机构、工作台传输控制机构等。夹持机构、工作台传输控制机构等。

23、带双面真空吸盘的工作台，可用来印制双面板。带双面真空吸盘的工作台，可用来印制双面板。PCB的定位一般采用孔的定位一般采用孔定位方式，再用真空吸紧。工作台的定位方式，再用真空吸紧。工作台的X-Y-Z 轴均可微调，以适合不同种类轴均可微调，以适合不同种类 PCB 的要求和精确定位。的要求和精确定位。 PCB 的放进和取出方式有两种：一种是将整个刮刀机构连同网板抬起，将的放进和取出方式有两种：一种是将整个刮刀机构连同网板抬起，将 PCB 拉进或取出，采用这种方式时拉进或取出，采用这种方式时 PCB 的定位精度不高；另一种是刮刀机的定位精度不高；另一种是刮刀机构及模板不动，构及模板不动， PCB “平

24、进平出平进平出”，使模板与，使模板与 PCB 垂直分离，这种方式的垂直分离，这种方式的定位精度高，印制焊膏形状好。定位精度高，印制焊膏形状好。 刮刀系统是印刷机上最复杂的运动机构。包括刮刀、刮刀固定机构、刮刀刮刀系统是印刷机上最复杂的运动机构。包括刮刀、刮刀固定机构、刮刀的传输控制系统等的传输控制系统等 刮刀系统完成的功能包括：使焊膏在整个网板面积上扩展成为均匀的一层，刮刀系统完成的功能包括：使焊膏在整个网板面积上扩展成为均匀的一层，刮刀按压网板，使网板与刮刀按压网板，使网板与 PCB 接触；刮刀推动模板上的焊膏向前滚动，同时接触；刮刀推动模板上的焊膏向前滚动，同时使焊膏充满模板开口；当模板脱

25、开使焊膏充满模板开口；当模板脱开 PCB 时，在时，在 PCB 上相应于模板图形处留上相应于模板图形处留下适当厚度的焊下适当厚度的焊膏膏。刮刀有金属刮刀和橡胶刮刀等，分别。刮刀有金属刮刀和橡胶刮刀等，分别应用于应用于不同的场合。不同的场合。 4.6 4.6 印刷机简介印刷机简介焊膏与焊膏印刷技术4 下图是一个滑动式模板固定装置的结构示意图。松开锁紧杆，调整模板下图是一个滑动式模板固定装置的结构示意图。松开锁紧杆，调整模板(钢网钢网)安装框，可以安装或取出不同尺寸的模板安装框，可以安装或取出不同尺寸的模板 滚筒式卷纸模板清洁装置，能有效的清洁模板背面和开孔上的焊膏微粒滚筒式卷纸模板清洁装置，能有

26、效的清洁模板背面和开孔上的焊膏微粒和助焊剂。装在机器前方的卷纸可以更换、维护。为了保证干净的卷纸清洁和助焊剂。装在机器前方的卷纸可以更换、维护。为了保证干净的卷纸清洁模板并防止卷纸浪费，上部的滚轴由带刹刀的电机控制。内部设有溶剂喷洒模板并防止卷纸浪费，上部的滚轴由带刹刀的电机控制。内部设有溶剂喷洒装置，清洁溶剂的喷洒量可以通过控制旋钮进行调整。装置，清洁溶剂的喷洒量可以通过控制旋钮进行调整。4.6 4.6 印刷机简介印刷机简介焊膏与焊膏印刷技术44.6 4.6 印刷机简介印刷机简介焊膏与焊膏印刷技术41刮刀的夹角刮刀的夹角2 刮刀的速度刮刀的速度3刮刀的压力刮刀的压力4 刮刀宽度刮刀宽度5 印

27、刷间隙印刷间隙6 分离速度分离速度7 离网距离离网距离8刮刀形状与制作材料刮刀形状与制作材料（1）刮刀材料：）刮刀材料： 橡胶（聚胺酯）刮刀橡胶（聚胺酯）刮刀 金属刮刀金属刮刀 （2）刮刀形状和结构）刮刀形状和结构4.7 4.7 常见印刷缺陷分析常见印刷缺陷分析焊膏与焊膏印刷技术4印刷印刷品质品质印刷印刷精度精度正确正确的位置的位置填充率填充率 适当适当的量的量填充填充形状形状 漂亮漂亮的形状的形状长时长时间的间的稳定性稳定性 稳定的稳定的印刷印刷模版材料、厚度、开孔尺寸、制作方法；模版材料、厚度、开孔尺寸、制作方法； 焊膏粘度、成分配比、颗粒形状和均匀度；焊膏粘度、成分配比、颗粒形状和均匀度

28、；印刷机精度和性能、印刷方式；印刷机精度和性能、印刷方式；刮刀的硬度、刮印压力，刮印速度和角度；刮刀的硬度、刮印压力，刮印速度和角度；印制电路板基板的平整度、阻焊膜；印制电路板基板的平整度、阻焊膜；其它方面如焊膏量、环境条件影响、模版网框和管理等。其它方面如焊膏量、环境条件影响、模版网框和管理等。4.7 4.7 常见印刷缺陷分析常见印刷缺陷分析焊膏与焊膏印刷技术44.7 4.7 常见印刷缺陷分析常见印刷缺陷分析焊膏与焊膏印刷技术4 产生原因：网板开口部位和基板焊盘的位置偏离，网板和基板的位置对产生原因：网板开口部位和基板焊盘的位置偏离，网板和基板的位置对准不良是主要原因，也有网板制作不良的情况；印刷机印刷精度不够。准不良是主要原因，也有网板制作不良的情况；印刷机印刷精度不够。 危害：易引起桥连。危害：易引起桥连。对策：调整钢板位置：调整印刷机对策：调整钢板位置：调整印刷机 对基板焊盘的焊膏供给量不足的现象。未填充、缺焊、少焊、对基板焊盘的焊膏供给量不足的现象。未填充、缺焊、少焊、 凹陷等都凹陷等都属于填充量不足。因为与印刷压力、刮刀速度、离网条件、焊膏性能和状态、属于填充量不足。因为与印刷压力、刮刀速度、离网条件、焊膏性能和状态、网板的制