PCBA SMT知识-3

1、PCBA SMT知識知識By : Johnny TL HsiehPCBA12-Jan-2007SMT介紹介紹 - 18:3018:40PCB介紹介紹 - 18:4018:50元件介紹元件介紹 - 18:5019:00焊料介紹焊料介紹 - 19:0019:10印刷製程印刷製程 - 19:1019:25置件製程置件製程 - 19:2519:40休息休息 - 19:4019:50 迴焊製程迴焊製程(無鉛無鉛) - 19:5020:05波峰焊製程波峰焊製程(無鉛無鉛) - 20:0520:20Q & A - 20:2020:35測驗測驗 - 20:3521:00lSMT ( Surface M

2、ount Technology )即表面組裝技術是一種高密度微電即表面組裝技術是一種高密度微電子組裝技術，它與傳統插件技術相對應，具有體積小，重量輕，密度高，子組裝技術，它與傳統插件技術相對應，具有體積小，重量輕，密度高，速度快，可靠性高等優點，廣為應用。速度快，可靠性高等優點，廣為應用。lSMT組裝先將錫膏或膠材印刷於組裝先將錫膏或膠材印刷於PCB上，並將上，並將SMD黏著於印制錫膏之黏著於印制錫膏之PCB上，經由紅外線熱風再迴焊設備，使其融焊。上，經由紅外線熱風再迴焊設備，使其融焊。lPCB於爐膛內必須充份預熱，使於爐膛內必須充份預熱，使PCB溫度逐漸上昇到攝氏溫度逐漸上昇到攝氏15020

3、0度，度，並保持並保持60120秒以使錫膏內助焊劑充份發揮，而不會影響焊劑飛濺，此秒以使錫膏內助焊劑充份發揮，而不會影響焊劑飛濺，此時使印刷電路板溫度均勻，迅速提高加熱溫度使時使印刷電路板溫度均勻，迅速提高加熱溫度使PCB板面溫度達到焊料板面溫度達到焊料合金潤濕溫度，其錫膏量與合金潤濕溫度，其錫膏量與SMD及及PCB線路接觸面大小等因素，控制線路接觸面大小等因素，控制PCB最高峰值溫度於攝氏最高峰值溫度於攝氏235至至255度，該融錫溫度度，該融錫溫度221以上保持以上保持3090秒，秒，以便以便SMD於峰值溫度下受熱均勻，焊料再固化時，儘可能使冷卻段保持於峰值溫度下受熱均勻，焊料再固化時，儘

4、可能使冷卻段保持快速降溫，以增加焊點強度。快速降溫，以增加焊點強度。lPCB品質、零件選擇與品質、焊料選擇對於整個品質、零件選擇與品質、焊料選擇對於整個SMT產品與良率都佔有產品與良率都佔有重要影響的因素。重要影響的因素。lWETTING 完成沾錫完成沾錫lDEWETTING 部份沾錫部份沾錫lNONWETTING 完全不沾錫完全不沾錫90 180 Non wetting = = 0 Perfect wetting0 要求合理的拼板方式以減少產線的換線次數提高產線的產量同時以減要求合理的拼板方式以減少產線的換線次數提高產線的產量同時以減少工治具的開制少工治具的開制,節省費用（如圖一的陰陽板制程

5、節省費用（如圖一的陰陽板制程) b布置合理的光學定位點以滿足機器的生產要求以提高置件的精確度及布置合理的光學定位點以滿足機器的生產要求以提高置件的精確度及穩定性以保証產品品質的穩定穩定性以保証產品品質的穩定 C有極性零件明確標識直觀的極性點以方便產線及現場人員確認置件方向有極性零件明確標識直觀的極性點以方便產線及現場人員確認置件方向以防止因零件反向造成品質不良以防止因零件反向造成品質不良 PCB拼成陰陽板以減少換線一次少開鋼網及套板各一張圖一2.元件吃錫元件吃錫PAD的標准化的標准化 元件吃錫元件吃錫pad標准化以在減少零件在過標准化以在減少零件在過Reflow時空焊立碑短路等不良時空焊立碑短

6、路等不良機率的發生增強產品的焊接強度以提高整個產品品質的可靠度。機率的發生增強產品的焊接強度以提高整個產品品質的可靠度。 如圖一如圖一 Pad size不標准pad過長易導致零件空焊.立碑NGOKPad size標准,符合PCB Design.Reflow后焊接OK如圖二如圖二Pad間沒有用綠有間隔開導致短路NGPad間有用綠有間隔開,Reflow后焊接OKOK如圖三如圖三 Pad同導通孔相連造成Reflow后錫膏流到孔內造成錫少Pad同測試點相連Reflow后錫膏流到測試點上造成錫少NGNG二元件介紹二元件介紹l同料號大小、高度不同造成置件困擾同料號大小、高度不同造成置件困擾l共面性不佳造成

7、空悍共面性不佳造成空悍l不耐溫、起泡、變形不耐溫、起泡、變形l鍍層，需較高溫度才能共鎔鍍層，需較高溫度才能共鎔l包裝，不同包裝造成置件困擾，包裝，不同包裝造成置件困擾，l燒錄，需燒錄再包裝造成多一道製程燒錄，需燒錄再包裝造成多一道製程lSMT制程對元件的要求制程對元件的要求 1.對于有引腳的元件平整度對于有引腳的元件平整度=0.1mm。（錫膏厚度在。（錫膏厚度在0.120.15mm) 2.所有濕度敏感元件來料必須是真空包裝。所有濕度敏感元件來料必須是真空包裝。 3.對于同一種料原則上來料包裝只能有一種。對于同一種料原則上來料包裝只能有一種。Taping,Tray,Tube,料帶料帶寬度及進料寬

8、度及進料Pitch必須一致。從生產效率來講必須一致。從生產效率來講SMT希望來料是希望來料是Taping或或Tray的包裝但對于燒錄的包裝但對于燒錄IC,我們希望來料為我們希望來料為Tube這種包裝方式。這種包裝方式。 4.所有有極性的元件我們希望來料極性都同一向左。所有有極性的元件我們希望來料極性都同一向左。lMSD元件對包裝的要求元件對包裝的要求 1.真空包裝真空包裝 2.干燥劑干燥劑 3.濕度卡濕度卡材料類型條件處理方法濕度敏感材料(Level)2 a-5停線后預計超過24小時內不生產防潮柜防潮停線后預計超過48小時內不生產真空包裝拆封后在空氣中暴露時間超過48小時在投線前烘烤拆封的IC

9、在空氣中暴露時間要求不能超過48小時的按來料要求執行5a拆封后預計超過24小時內不生產真空包裝6生產使用前強制性烘烤烘烤化金或噴錫PCB若來料未密封包裝在投線前烘烤拆封后或從烤箱取出超過24小時未生產在投線前烘烤OSP PCB拆封后預計超過24小時不生產防潮柜防潮拆封后預計超過48小時不生產密封包裝化銀板拆封后預計超過24小時不生產密封包裝使用時已超過D/C三周以上(含三周)烘烤FPC拆封后或從烤箱取出預計超過24小時不生產防潮柜防潮CSP (COMS SENSOR)使用時已超過D/C一年烘烤待生產成品面的PCBA生產完半成品面后,生產成品面的時間不能超過12小時Control Run材料類型

10、設定溫度()時間(含升溫時間)化金或噴錫PCB125+/-52小時濕度敏感材料(Level)2a-5125+/-524小時5a125+/-528小時6參考廠商建議值參考廠商建議值待拔取BGA,TSOP,TQFP等溫濕度敏感元件之不良PCBA110+/-52小時FPC(超過D/C 3周)125+/-52小時FPC(超過D/C 3個月)125+/-55小時FPC(超過D/C 6個月)125+/-58小時CSP ( COMS SENSOR)125+/-58小時RMAFPCA125+/-51小時CSP ( SOMS SENSOR)125+/-58小時三焊料介紹三焊料介紹l錫膏組成錫膏組成 : a.重量

11、與体積的關係重量與体積的關係 flux metal 重量比重量比(S) 10 90 體積比體積比 (V) 50 50 V=W/S S:比重比重 l無鉛錫膏金屬成份無鉛錫膏金屬成份 :Sn(96.5%)+Ag(3%)+Cu(0.5%) Irregular shape solder particleSpherical solder particleof Sample by Weight-Nominal SizesLess than 1% Larger than80% minimum Between10% Maximum Lesss thanType 1150 Microns150-75 Micro

12、ns20 MicronsType 275 Microns75-45 Microns20 MicronsType 345 Microns45-20 Microns20 MicronsType 438 Microns38-20 Microns20 MicronsType 525 Microns25-15 Microns15 MicronsType 615 Microns15-5 Microns5 Micronsl錫粉組成錫粉組成 4 大要素大要素 : 1.錫粉的形狀錫粉的形狀 2.錫粉的成分錫粉的成分 3.錫粉粒度的分怖錫粉粒度的分怖 4.金屬的重量百分比金屬的重量百分比 使用錫膏的注意事項使用錫

13、膏的注意事項1. 010以下可保存以下可保存90天天 2. 室溫室溫25 2可保存可保存25天天N.A. 錫膏儲存注意事項錫膏儲存注意事項l1.回溫時間回溫時間 : 4小時以上小時以上l2.冷藏溫度冷藏溫度 : 0 10(攝氏攝氏)度度l3.溫度對黏度的變化溫度對黏度的變化?溫度每升溫度每升降降 1 度度 黏度即有黏度即有 4%的變化的變化l4.生產時室內環境溫度請保持在生產時室內環境溫度請保持在 22 28度溼度度溼度40 70 %l5.回溫後未使用放回允許一次回溫後未使用放回允許一次 攪拌攪拌38 min. ref. 400 rpm不良的錫膏成形良好的錫膏成形l產生適中黏度才可印刷產生適中

14、黏度才可印刷l清除零件清除零件,pad,solder之氧化層之氧化層l減少減少Solder表面張力以增加焊錫性表面張力以增加焊錫性l防止加熱過程中再氧化防止加熱過程中再氧化FLUXFLUX之功能之功能錫膏黏度OK錫膏黏度NG常用無鉛焊料成分為常用無鉛焊料成分為 有鉛焊料為有鉛焊料為:錫錫96%, 錫錫 63%,銀銀3.5%, 鉛鉛37%,銅銅0.5%,熔點為熔點為219 C 熔點為熔點為183 C 焊料焊料熔化狀態下的熔化狀態下的焊錫焊錫 四印刷制程介紹四印刷制程介紹印刷制程介紹印刷制程介紹1.印刷制程印刷制程:即是把锡膏印到光即是把锡膏印到光PCB板上板上(如下图如下图) 2.印刷制程的重要

15、性印刷制程的重要性:在在SMT制程中制程中70%的不良均由錫膏印刷位引起的不良均由錫膏印刷位引起由此可以看出錫膏印刷位為由此可以看出錫膏印刷位為SMT制程中的重中之制程中的重中之重重尤為關鍵的工位。尤為關鍵的工位。它將嚴重的阻礙了它將嚴重的阻礙了SMT制程的良率提升。制程的良率提升。 印刷制程介紹印刷制程介紹3.印刷制程的流程 (如图)1.光PCB板2.钢网3.装板印刷4.卸板印刷制程介紹印刷制程介紹4.印刷制程中主要硬件架构印刷制程中主要硬件架构 a.钢网钢网 b.刮刀刮刀 c.Support Pin5.印刷制程的硬件控制印刷制程的硬件控制A:鋼網鋼網1.鋼網開口不當鋼網開口不當2.鋼網厚度

16、不當鋼網厚度不當3.鋼網開孔孔壁處理不當鋼網開孔孔壁處理不當4.鋼網底部粘有異物將鋼網厚度增加鋼網底部粘有異物將鋼網厚度增加5.鋼網擦拭不干淨鋼網底部殘留的錫膏太多鋼網擦拭不干淨鋼網底部殘留的錫膏太多B:刮刀刮刀1.刮刀磨損柔韌性變差刮刀同鋼網的角度變異刮刀磨損柔韌性變差刮刀同鋼網的角度變異2.刮刀長度比刮刀長度比PCB長太多以需要增加壓力才能將錫膏刮干淨同時使錫膏受壓力太大變長太多以需要增加壓力才能將錫膏刮干淨同時使錫膏受壓力太大變形塌陷連錫形塌陷連錫3.刮刀壓力設置不當太大或太小刮刀壓力設置不當太大或太小印刷制程介紹印刷制程介紹C: Support Pin1.Support pin分布不均

17、分布不均PCB受支撐力不均受支撐力不均2.Support pin高度不一高度不一PCB受支撐力不平衡錫膏印刷連錫受支撐力不平衡錫膏印刷連錫2-1. Support pin制作時本身有高度差制作時本身有高度差2-2. Support pin底部粘有異物底部粘有異物2-3.印刷機印刷機Table上有異物上有異物 3.Support pin底部磁性不足生產過程中位置變異導致底部磁性不足生產過程中位置變異導致PCB不受力不受力3-1.Support pin位置偏出頂位置偏出頂pin圖位置圖位置3-2.Support pin倒掉倒掉 4.機器固定參數不標准導致機器固定參數不標准導致Support pin

18、接觸不到接觸不到PCB印刷制程介紹印刷制程介紹6.印刷制程的软件控制印刷制程的软件控制 因每個機種的生產效率會存在差異機器的印刷速度范圍在試產過程中綜合產線的最高因每個機種的生產效率會存在差異機器的印刷速度范圍在試產過程中綜合產線的最高效率以及最低效率給出印刷速度范圍效率以及最低效率給出印刷速度范圍 A.印刷速度印刷速度 a無無Fine pitch 零件零件PCB（OPCCD類）類）,印刷速度對品質無影響小可根據產線的效率控制印刷速度對品質無影響小可根據產線的效率控制 bFine pitch零件印刷速度綜合產線的效率印刷狀態設定零件印刷速度綜合產線的效率印刷狀態設定 B.脫膜分離速度脫膜分離速

19、度/分離距離分離距離 a: Pitch 0.65mm（含）（含） 以上以上PCB脫膜分離速度對印刷品質無明顯變化（見下脫膜分離速度對印刷品質無明顯變化（見下 圖）生圖）生產時可以考慮產線的效率設定產時可以考慮產線的效率設定 分離速度0.3mm/s分離距離 1.0mm 分離速度1.0mm/s分離距離 2.0mm 分離速度0mm/s分離距離0印刷制程介紹印刷制程介紹bPitch 0.50mm以下以下PCB因在脫膜速度越快的情況下印刷效果越差（如圖為因在脫膜速度越快的情況下印刷效果越差（如圖為0.4mm IC）所以建議）所以建議Pitch0.50mm以下的以下的PCB脫膜速度脫膜速度 控制在控制在0

20、.3mm/S-1.0mm/S, 分離速度0.3mm/s分離距離 1.0mm 分離速度1.0mm/s分離距離 1.0mm 分離速度0mm/s分離距離0 cPitch 0.80mm(含）以上含）以上BGA在脫膜分離時印刷效果無明顯變化在脫膜分離時印刷效果無明顯變化,生產時可依生產時可依 據產線的效率設定。據產線的效率設定。 分離速度0.3mm/s分離距離 1.0mm 分離速度1.0mm/s分離距離 1.0mm 分離速度0mm/s分離距離 0mm印刷制程介紹印刷制程介紹C.自動擦網頻率控制自動擦網頻率控制 a:Pitch0.65mm以上以上PCB印刷擦網次數對印刷品質影響較小可依據印刷擦網次數對印刷

21、品質影響較小可依據產線生產效率設定產線生產效率設定 b:Pitch 0.50mm以下的以下的PCB印刷因易造成印刷不良需控制在印刷因易造成印刷不良需控制在3- 4pcs/次（如圖次（如圖0.40mm IC)3pcs/次 OKOK4pcs/次 OKOK5pcs/次 開始拉尖開始拉尖c: c: 擦網方式為擦網方式為 W/D/VW/D/V效果較好效果較好 五五SMT置件介紹置件介紹置件製程置件製程l簡介簡介:SMT置件就是用自動化貼片機把各種電子元件（電阻電容置件就是用自動化貼片機把各種電子元件（電阻電容IC等）貼裝到等）貼裝到PCB上。上。 機器正在機器正在貼裝零件到貼裝零件到Pad上上Nozzl

22、e:吸嘴吸嘴.置件製程置件製程l設備介紹（廠內設備）設備介紹（廠內設備） Windows NT operating system Touch-screen operator interface,keyboard and mouse Large board capability(5050mm457356mm) Placing speed of 0.068sec./shot Lower cycle times with double PCB loading(0.7sec./PCB with double PCB loading) 0.066mm(3)accuracy Batch feeder ex

23、change Adjustable pick-up height Space efficient compact design 0603(in.0201) to 1919mm parts height up to 6mm Up to 140 types (8mm tape)CP742置件製程置件製程l設備介紹（廠內設備）設備介紹（廠內設備） Windows NT operating system Touch-screen operator interface,keyboard and mouse Large board capability(8050mm457356mm) Placing sp

24、eed of 0.5sec./component(under ideal operating conditions) 0.066mm(3)accuracy Minimum space and maximum output 1005(in.0402) to 7474mm parts Up to 48 types (8mm tape)QP341置件製程置件製程l設備介紹（廠內設備）設備介紹（廠內設備） Windows NT operating system Touch-screen operator interface,keyboard and mouse Large board capabili

25、ty(8050mm457356mm) Placing speed of 0.5sec./component(under ideal operating conditions) 0.066mm(3)accuracy Minimum space and maximum output 1005(in.0402) to 7474mm parts Up to 48 types (8mm tape)CM402休息休息15Min六六Reflow介紹介紹迴焊製程迴焊製程(無鉛無鉛)l簡介簡介 就是用迴焊爐通就是用迴焊爐通过各个阶段过各个阶段,包括包括:预热、升溫、回流焊接和冷却预热、升溫、回流焊接和冷却,把表

26、面贴装元件錫膏和把表面贴装元件錫膏和PCB焊接在一起。焊接在一起。 l設備介紹設備介紹 Be operated from the local control panel or through an external PC The first Reflow machine for Pb-free process in China One or two-side reflow soldering of SMDs on printed circuit boards Curing adhesives for fixing components Nitrogen preparation & Ni

27、trogen technology Rest Oxygen monitoring and control Mesh belt conveyor Dual track conveyor PCB center support PCB pass control Automatic chain lubricatorERSA Reflow迴焊製程迴焊製程(無鉛無鉛)lProfile 簡介（摘自簡介（摘自J-STD-020C） 實際產品的Profile要根據錫膏電子元件的Profile得出七七Rework介紹介紹lRework 就是對正常焊接制程中未焊接好或者功能有缺陷的產品重新進行就是對正常焊接制程中未

28、焊接好或者功能有缺陷的產品重新進行焊接的工藝。實際生產中對于焊接腳外露的元件重工一般只需用傳統焊接的工藝。實際生產中對于焊接腳外露的元件重工一般只需用傳統的烙鐵和熱風槍就可完成但新型的的烙鐵和熱風槍就可完成但新型的BGA類元件則要用專用的維修工作類元件則要用專用的維修工作站才能很好的完成站才能很好的完成Rework而且操作也比傳統元件的維修復雜很多下而且操作也比傳統元件的維修復雜很多下面就針對面就針對BGA類元件的維修作一介紹。類元件的維修作一介紹。l設備介紹設備介紹我廠使用的 PL 550 BGA Rework Stationl制程介紹制程介紹BGABGA维维修流程修流程确认BGAStart

29、PCBA放置时间 超出48小时拆拔前必须烘烤(110C5C/2小时)清洗PCBA BGA PAD除去PCBA BGA PAD上的殘錫使用BGA Rework Station将不良BGA取下来使用X-Ray檢查BGA元件不良现象，如短路，空焊等使用10倍放大镜目檢PCBA上的PAD清洁度NGOK其它不良现象维修NG被送修PCBA根據BGA之耐熱溫度和材料特性選用適合此BGA的Profile的生產線Re-flowOK使用X-Ray检查BGA焊接品质和进行F/TNGOK助焊剂涂布或印刷锡膏END填写使用BGA Rework Station将OK的BGA焊接到PCBA上八八Wave Solder介紹介

30、紹波峰爐波峰爐1 1l完成焊接的設備。主要由助焊劑涂布裝置完成焊接的設備。主要由助焊劑涂布裝置,預熱裝置預熱裝置,焊錫熔化裝置焊錫熔化裝置,冷卻裝置組成冷卻裝置組成.助焊劑涂布裝置助焊劑涂布裝置預熱裝置預熱裝置焊錫熔化裝置焊錫熔化裝置l波峰焊主要功能與作用通過波峰爐使元件完成與基板的焊接波峰焊主要功能與作用通過波峰爐使元件完成與基板的焊接.l波峰焊制程各個組成部分波峰焊制程各個組成部分助焊劑助焊劑焊料焊料波峰爐波峰爐 各個部分功能各個部分功能 1.助焊劑助焊劑去除去除PCB焊盤上的氧化物焊盤上的氧化物,協助錫在焊盤處擴散協助錫在焊盤處擴散,使錫與基板上的銅箔順利結合完成使錫與基板上的銅箔順利結

31、合完成 焊接。因為無鉛焊料在熔化時表面張力較有鉛焊料要大焊接。因為無鉛焊料在熔化時表面張力較有鉛焊料要大,故而助焊劑要有較大的活性故而助焊劑要有較大的活性,其中的其中的固固態態 物質含量物質含量10%. 2.焊料焊料完成焊接的重點物質完成焊接的重點物質,常用無鉛焊料成分為常用無鉛焊料成分為錫錫96%,銀銀3.5%,銅銅0.5%,有鉛焊料為有鉛焊料為:錫錫 63%,鉛鉛37%. 3.波峰爐波峰爐: 完成焊接的設備。主要由完成焊接的設備。主要由助焊劑涂布裝置助焊劑涂布裝置,預熱裝置預熱裝置,焊錫熔化裝置焊錫熔化裝置,冷卻裝置冷卻裝置組成組成. 助焊劑涂布裝置助焊劑涂布裝置:將助焊劑均勻的涂布于焊盤

32、之上將助焊劑均勻的涂布于焊盤之上 預熱裝置預熱裝置:使基板達到助焊劑工作溫度使基板達到助焊劑工作溫度,并減少因為焊接時溫差過大而對元件及基板所造并減少因為焊接時溫差過大而對元件及基板所造 成的熱沖擊成的熱沖擊 焊錫熔化裝置焊錫熔化裝置:使焊料熔化經由機械力將焊料涂布于焊盤上使焊料熔化經由機械力將焊料涂布于焊盤上,與元件形成焊接與元件形成焊接 冷卻裝置冷卻裝置:因為無鉛焊料的各個組分是非共晶合金故而如焊點不急速冷卻則焊料中各因為無鉛焊料的各個組分是非共晶合金故而如焊點不急速冷卻則焊料中各 個組分會析出來造成焊點成分不均而形成電性或是焊點強度不夠的問題個組分會析出來造成焊點成分不均而形成電性或是焊點強度不夠的問題 助焊劑涂布裝置助焊劑涂布裝置預熱裝置預熱裝置焊錫熔化裝置及冷卻裝置焊錫熔化裝置及冷卻裝置l動態動態(波焊波焊)焊接之過程焊接之過程 l助焊劑供應助焊劑供應 l錫爐焊接 PCB 底部首先經助焊劑供應(發泡/噴霧)，以改善焊接效果 lPCB 預熱預熱 lPCB 經助焊劑供應後，進行預熱烘烤，主要目的在提升PCB溫度減少PCB溫度(底部)，在焊接時與錫波之溫差及熱衝擊，同時將助焊劑烘乾，以減少焊接時錫球之產生 l焊接焊接 l焊接時錫波接觸經助焊劑清洗之焊點(零件及焊墊)表面，焊點吃錫同時錫流將作用後之助焊劑帶離完成焊接W/S Temper