7-SMT工艺技术改进通孔元件再流焊工艺及部分问题解决课件

1、第七部分 SMT工艺技术改进通孔元件再流焊工艺及部分问题解决方案实例顾霭云第七部分 SMT工艺技术改进通孔元件再流焊工艺及工艺改进不仅给企业带来生产效率和质量，同时带来工艺技术水平的不断提高和进步。工艺改进不仅给企业带来生产效率和质量，同时带来工艺技术水平的是工艺优化和技术改进的实例 部分问题解决方案实例 通孔元件再流焊工艺是工艺优化和技术改进的实例 部分问题解决方案实例 通孔元内容 1. 通孔元件再流焊工艺 2. 部分问题解决方案实例内容 1. 通孔元件再流焊工艺通孔元件再流焊工艺 (paste-in-hole)把引脚插入填满焊膏的插装孔中，并用回流法焊接。可以替代波峰焊、选择性波峰焊、自动

2、焊接机器人、手工焊。通孔元件再流焊工艺 (paste-in-hole)把引脚插通孔元件再流焊工艺目前绝大多数PCB上通孔元件的比例只占元件总数的105%以下，采用波峰焊、选择性波峰焊、自动焊接机器人、手工焊以及压接等方法的组装费用远远超过该比例，而且组装质量也不如再流焊。因此通孔元件再流焊技术日渐流行。通孔元件再流焊工艺目前绝大多数PCB上通孔元件的比例只占元件1. 通孔元件采用再流焊工艺的优点（与波峰焊相比）a 可靠性高，焊接质量好，不良比率DPPM可低于20 。b 虚焊、桥接等焊接缺陷少，修板的工作量减少。C 无锡渣的问题，PCB板面干净，外观明显比波峰焊好。机器为全封闭式，干净，生产车间

3、里无异味。d 简化工序，节省流程时间，节省材料，设备管理及保养简单，使操作和管理都简单化了。e 降低成本，增加效益（厂房、设备、人员）。1. 通孔元件采用再流焊工艺的优点（与波峰焊相比）a 可与波峰焊相比的缺点 (1) 焊膏的价格成本相对波峰焊的锡条较高。 (2) 有些工艺需要专用模板、专用印刷设备和回流炉，价格较贵。而且不适合多个不同的PCBA产品同时生产。 (3) 传统回流炉可能会损坏不耐高温的元件。在选择元件时，特别注意塑胶元件，如电位器、铝电解电容等可能由于高温而损坏。（如果采用专用回流炉，元件表面最高温度可以控制在120150。因此一般的电解电容，连接器等都无问题）与波峰焊相比的缺点

4、 (1) 焊膏的价格成本相对波峰焊的锡条较2. 通孔元件采用再流焊工艺的适用范围a 大部分SMC/SMD，少量(105%以下)THC的产品。b 要求THC能经受再流焊炉的热冲击，例如线圈、连接器、屏蔽等。有铅焊接时要求元件体耐温240，无铅要求260以上。c 电位器、铝电解电容、国产的连接器、国产塑封器件等不适合再流焊工艺。（除非采用专用回流炉）c 个别不能经受再流焊炉热冲击的元器件，可以采用后附手工焊接的方法解决。2. 通孔元件采用再流焊工艺的适用范围a 大部分SMC/SM通孔元件再流焊工艺的应用实例彩电调谐器 CD，DVD激光机芯伺服板以及DVD-ROM伺服板 笔记本电脑主板 .等等通孔元

5、件再流焊工艺的应用实例彩电调谐器 3 . 对设备的特殊要求3.1 印刷设备 双面混装时，需要用特殊的立体式管状印刷机或焊膏滴涂机。有时也可以采用普通印刷机。3 . 对设备的特殊要求3.1 印刷设备3.2 再流焊设备a 由于SMC/SMD焊接面在顶面，而THC的焊接面在底面，要求各温区上、下独立控制温度, 底部温度需要调高。设备的顶部可采用一些白色、光亮（反光）材料；或采用白色、光亮（如锡箔、铝箔）材料加工专门的焊接工装。b 由于通孔元件焊锡量多，热容量大，要求炉温高一些。c 专用再流焊设备.d 有时也可以采用原来的再流焊设备。3.2 再流焊设备a 由于SMC/SMD焊接面在顶面，而TH4. 工

6、艺方面的特殊要求4.1 施加焊膏有四种方法管状印刷机印刷点胶机滴涂模板印刷印刷或滴涂后 + 焊料预制片4. 工艺方面的特殊要求4.1 施加焊膏有四种方法各种施加焊膏方法的应用a 单面混装时可采用模板印刷、管状印刷机印刷或点焊膏机滴涂。b 双面混装时,因为在THC元件面已经有焊接好的SMC/SMD，因此不能用平面模板印刷焊膏，需要用特殊的立体式管状印刷机或点焊膏机施加焊膏。c 当焊膏量不能满足要求时可采用印刷或滴涂后 + 焊料预制片。各种施加焊膏方法的应用a 单面混装时可采用模板印刷、管状印刷方法1 管状印刷机印刷刮刀 印刷方向 支撑台间隙0.10.3mm 印刷模板已焊接SMD 焊膏 漏嘴焊膏P

7、CB 方法1 管状印刷机印刷刮刀 印刷方向 支方法2点胶机滴涂焊膏方法2点胶机滴涂焊膏方法3 模板印刷这种方法需要两台印刷机和两张模板方法3 模板印刷这种方法需要两台印刷机和两张模板方法4：印刷或滴涂后 + 焊料预制片采用焊料预制片的优点：THC的焊膏量比SMC/SMD的焊膏量多许多。当THC引出端子较少时可使用增加模板厚度和开口尺寸的措施，点焊膏工艺时增加焊膏量的方法。当THC引出端子较多时，例如PGA矩阵连接器的端子（针）很多，如果增加模板厚度会影响印刷质量，如果增大开口尺寸受到引脚间距的限制会引起焊膏粘连，导致大量的锡珠。当焊膏量不能满足要求时，采用焊料预制片能实现在增加焊膏量的同时避免

8、焊膏粘连和锡珠的产生。预制片是100%合金冲压出来的方法4：印刷或滴涂后 + 焊料预制片采用焊料预制片的优点：预可用于再流焊的连接器插装孔焊料填充要求75%可用于再流焊的连接器插装孔焊料填充要求75%垫圈形焊料预制片的放置方法:（1） ：用适当的吸嘴将垫圈形焊料预制片贴装在焊膏上。垫圈形焊料预制片垫圈形焊料预制片的放置方法:（1） ：用适当的吸嘴将垫圈形焊 根据垫圈形焊料预制片的外径和内径加工一个与连接器引脚（针）相匹配的模具将预制片撒在模具上振动，筛入模具的每个钻孔中将连接器压入模具收回连接器时预制片就套在引脚上了。（2）：通过模具将垫圈形焊料预制片预先套在引脚上 根据垫圈形焊料预制片的外径

9、和内径加工一个与连（3）：用贴装机将矩形焊料预制片放置在通孔附近焊料预制片被包装在卷带上、或通过散料喂料系统，类似无源元件那样被依次贴放在通孔附近的焊膏上。矩形焊料预制片卷带贴放在通孔附近的焊膏上（3）：用贴装机将矩形焊料预制片放置在通孔附近焊料预制片被包4.2 通孔元件的焊膏施加量THC的焊膏量由通孔的体积、焊盘面积决定，可计算。除了有PCB上、下焊盘外，还有PCB厚度方向的通孔需要填满焊料，而且在元件引脚（针）与PCB两面焊盘的交接处还要形成半月形的焊点，因此需要的焊膏量约比SMC/SMD的焊膏量多34倍。 焊膏量与PCB插孔直径及焊盘大小成正比关系。可使用增加模板厚度、开口形状和尺寸等措

10、施，采用点焊膏工艺时，也要掌握好适当多的焊膏量。4.2 通孔元件的焊膏施加量THC的焊膏量由通孔的体积、焊盘通孔元件的焊膏施加量(简易计算方法)通孔中的焊膏量=（Vpth-Vpin）2式中：2为补偿焊膏在回流焊收缩因子；Vpth是通孔圆柱体的体积=Rh Vpin是管脚圆柱体的体积=rh PCB上、下表面焊盘的焊膏量也可根据焊盘尺寸计算通孔元件的焊膏施加量(简易计算方法)通孔中的焊膏量=（Vp4.3 必须采用短插工艺元件的引脚不能过长，长引脚也会吸收焊膏量，针长要与PCB厚度和应用类型相匹配，插装后在PCB焊接面的针长控制在11.5mm。控制元件插装高度，元件体、特别是连接器的外壳不能和焊膏接触

11、。紧固件不要太大咬接力，因为贴装设备通常只支持1020牛顿的压接力。4.3 必须采用短插工艺元件的引脚不能过长，长引脚也会吸收4.4 THC的焊盘设计的特殊要求a. 需要根据引出脚的直径设计插孔直径，孔径不能太大，大孔径会增加焊膏的需求量，建议手工插装孔直径比针直径大20% （ 0.125mm ），机器自动插装孔比针直径大2050%，较少端子时插装孔直径可小一些。b. 插装孔两面的焊盘也不能太大，大焊盘也会增加焊膏的需求量。4.4 THC的焊盘设计的特殊要求a. 需要根据引出脚的直4.5 通孔回流焊接技术要保证焊点处的最佳热流。当达到焊料的熔点温度时，通常在引脚底部（针尖）处的焊料熔化并浸润引

12、脚（针）时，由于毛细作用，使液体焊料填满通孔。4.5 通孔回流焊接技术要保证焊点处的最佳热流。 再流焊温度曲线 温度曲线要根据PCB上元件的布局、THC和回流炉的具体情况进行调整。炉子导轨上面的温度要尽量调低，炉子导轨下面的温度应适当提高。找出既能保证PCB下面焊点质量，又能保证PCB上面的分立元器件不被损坏的最佳温度和速度。 再流焊温度曲线 温度曲线要根据PCB上元件的布局、TH4.6 焊点检测通孔回流焊点要求与IPC-A-610波峰焊点的标准相同。理想的填充率达到100%或至少75%以上。焊盘环的浸润角接近360或270以上。IPC-A-610D标准：Acceptable - Class

13、2 Minimum 180 wetting present on lead and barrel, Figure 7-113.Acceptable - Class 3 Minimum 270 wetting present on lead and barrel, Figure 7-114.4.6 焊点检测通孔回流焊点要求与IPC-A-610波峰焊4.7 不耐高温的元件采用手工焊接如铝电解电容、国产塑封器件应采用后附手工焊接的方法来解决。4.7 不耐高温的元件采用手工焊接如铝电解电容、国产塑封器件二.部分问题解决方案实例案例1 “爆米花”现象解决措施案例2 元件裂纹缺损分析案例3 连接器断裂问题

14、案例4 金手指沾锡问题案例5 抛料的预防和控制案例6 0201的印刷和贴装案例7 QFN的印刷、贴装和返修二.部分问题解决方案实例案例1 “爆米花”现象解决措施案例1 “爆米花”现象解决措施 案例1 “爆米花”现象解决措施 高温损伤元器件高温损伤元器件受潮器件再流焊时，在器件内部的气体膨胀使邦定点的根部“破裂”平焊点受潮器件再流焊时，在器件内部的气体膨胀使邦定点的根部“破裂“爆米花”现象 PBGA器件的塑料基板起泡 “爆米花”现象 PBGA器件的塑料基板起泡 “爆米花”现象机理:温度 (C)水的蒸气压力(毫米)1909413.3620011659.1621014305.4822017395.6

15、423020978.2824025100.5225029817.8426035188.0水蒸气压力随温度上升而增加“爆米花”现象机理:温度 (C)水的蒸气压力(毫米)190典型共晶SnPb回流峰值温度为2200C ，水蒸气压力约17396毫米。无铅焊SnAgCu的熔点2170C，即便一块相对小的记忆卡或手机板也需要2302350C的峰值温度，而大而复杂的产品可能需要2502600C。此点水蒸气压力为35188 毫米，是2200C时的两倍 ，因此任何焊接前吸潮的器件在回流焊过程中都会造成损坏的威胁。根据经验，如果SnPb器件定级为MSL3，无铅制程时将至少减到MSL4。 典型共晶SnPb回流峰值

16、温度为2200C ，水蒸气压力约17SMD潮湿敏感等级敏感性 芯片拆封后置放环境条件 拆封后必须使用的期限 （标签上最低耐受时间）1级 30，90%RH 无限期2级 30，60%RH 1年 2a级 30，60%RH 4周3级 30，60%RH 168小时4级 30，60%RH 72小时5级 30，60%RH 48小时5a级 30，60%RH 24小时（1）设计在明细表中应注明元件潮湿敏感度（2）工艺要对潮湿敏感元件做时间控制标签（3）对已受潮元件进行去潮处理SMD潮湿敏感等级敏感性 芯片拆封后置放环境条件 拆封“爆米花”现象解决措施（a）器件供应商正在努力争取2600C的MSL3目标，但达到此

17、目标需要时间，目前我们只能继续使用2200C MSL3的器件。因此必须采取仔细储存、降级使用，将由于吸潮器件失效的风险减到最少。“爆米花”现象解决措施（a）器件供应商正在努力争取2600C（b）严格的物料管理制度建立潮湿敏感元件储存，使用，烘烤规则的B0M表。领料时进行核对器件的潮湿敏感度等级。对于有防潮要求的器件，检查是否受潮，对受潮器件进行去潮处理。开封后检查包装内附的湿度显示卡，当指示湿度20（在235时读取）,说明器件已经受潮，在贴装前需对器件进行去潮处理。去潮的方法可采用电热鼓风干燥箱，根据潮湿敏感度等级在1251下烘烤1248h。（b）严格的物料管理制度（c）另一解决措施。 选择具

18、有优良活性焊剂的SnAgCu焊膏，通过优化再流焊工艺，将峰值温度降到最低（ 2302400C ），在接近Sn63/Pb37，在回流峰值仅高于Sn63/Pb37温度100C的情况下，将由于吸潮器件失效的风险减到最少。(d) 再流焊时缓慢升温（轻度受潮时有一定效果）。（c）另一解决措施。 选择具有优良活性焊剂的SnAgCu焊膏去潮处理注意事项：a 应把器件码放在耐高温(大于150) 防静电塑料托盘中进行烘烤；b 烘箱要确保接地良好，操作人员手腕带接地良好的防静电手镯；c 操作过程中要轻拿轻放，注意保护器件的引脚，引脚不能有任何变形和损坏。 去潮处理注意事项：a 应把器件码放在耐高温(大于150)

19、对于有防潮要求器件的存放和使用：开封后的器件和经过烘烤处理的器件必须存放在相对湿度20的环境下（干燥箱或干燥塔），贴装时随取随用；开封后，在环境温度30，相对湿度60的环境下，在规定时间内完成贴装；当天没有贴完的器件，应存放在233、相对湿度20的环境下。对于有防潮要求器件的存放和使用：开封后的器件和经过烘烤处理的案例2 元件裂纹缺损分析 案例2 元件裂纹缺损分析 元件裂纹缺损分析设计锡量PCB翘曲贴片产生的应力热冲击弯折产生的机械应力印制板分割引力运输及装配过程所形成电容器微裂会造成短路 全裂会造成断路 元件裂纹缺损分析设计电容器微裂会造成短路MLC结构是由多层陶瓷电容器并联层叠起来组成的。

20、陶瓷电容器微裂会造成短路 全裂会造成断路MLC结构陶瓷电容器微裂会造成短路锡量 焊料量过大时，或两端焊接料量差异较大时，由焊料冷却固化时收缩，产生横向拉应力，会引起纵向裂纹的产生。锡量 焊料量过大时，或两端焊接料量差异较大时，贴片压力过大产生裂痕或应力焊后产生裂纹 吸嘴压痕 吸嘴压力过大贴片压力过大产生裂痕或应力焊后产生裂纹 吸嘴压痕 吸嘴压热冲击所造成的裂痕裂痕元件、PCB、焊点之间热膨胀系数不匹配；PCB翘曲，或焊接过程中变形；再流焊升温、降温速度过快； PCB热应力会损坏元件陶瓷CTE ：35 ppm/ PCBCTE ：20 ppm/ 焊点CTE：18 ppm/ 热冲击所造成的裂痕裂痕元

21、件、PCB、焊点之间热膨胀系数不匹配拼板设计元件排列不恰当，分割时产生裂损B=D 最好其次CA最差拼板设计元件排列不恰当，分割时产生裂损B=D 最好案例3 连接器断裂问题 案例3 连接器断裂问题 再流焊后 助焊剂将插销粘在连接器的导槽内,使插销拉出时,稍微用力过猛就会将插销拉断。 解决方案： 可在再流焊前，预先将插销拉出； 另一方法焊后用溶剂溶解清洗助焊剂。 连接器断裂问题 再流焊后 助焊剂将插销粘在连接器的导槽内,使插销拉出案例4 金手指沾锡问题案例4 金手指沾锡问题金手指沾锡问题原因：PCB化学镀金后清洗不良印刷机支撑顶针上的残留焊膏钢板底部污染环境污染 再流焊升温速度过快PCB受潮金手指

22、沾锡问题原因：PCB金手指化学镀金工艺（其它部分为噴錫) 金手指化金貼防焊胶布浸錫及噴錫清洗去防焊胶布清洗刷板面沾污及錫珠粉垢叠板檢驗叠板包裝 因沟槽清洗不净，残留锡珠附着于阻焊膜与金手指交接处。PCB金手指化学镀金工艺（其它部分为噴錫) 金手指化金貼解决方案反馈给PCB加工厂清洗钢板底面、支撑、注意环境卫生。设置合理的温度曲线对PCB镀金部分贴防焊胶带隔离缺点：增加焊膏印刷厚度；不规则的区域难以粘贴；焊后易形成残胶；费工时 。解决方案反馈给PCB加工厂案例5 抛料的预防和控制 案例5 抛料的预防和控制 抛料的预防和控制抛料是生产中常见的问题。造成的危害是：轻则不能正常生产，重则无法交货给客户

23、。标准元件贴装时，设备的抛料应能达到小于0.3%，对于IC应为0， 抛料的预防和控制抛料是生产中常见的问题。造成的危害是抛料通常发生在以下情况1. 取料时2. 图像处理通不过3. 运动过程中4. 贴装时抛料通常发生在以下情况1. 取料时抛料产生的原因1.设备2.材料3.人为4.静电抛料产生的原因1.设备1.设备产生抛料的原因 A.真空系统：负压过大、过小、漏气 B.吸嘴：规格不合适、端面赃物、或有裂纹 C.供料器 D.图像处理系统或软件不好 E.贴装压力不能自动修正 1.设备产生抛料的原因 A.真空系统：负压过大、过小、2.材料产生抛料的原因A. 元件规格误差不一致、元器件引脚变形。B. TA

24、PE质量（太厚）、孔穴过大、过小。C. 塑料粘带不良(太松,过粘剥离不良)。D. 特殊材料。2.材料产生抛料的原因A. 元件规格误差不一致、元器件引脚变3.人为产生抛料的原因A.编程 元器件的类型、包装、尺寸等数据输入不准确， 造成拾片贴片高度不合适。B.元器件视觉图像做得好不好。C.供料器安装不到位。3.人为产生抛料的原因A.编程抛料的预防与控制A. 工艺监控：建立抛料的监控机制 建立合理的保养制度 对供料器做定期的校准B. 供应链管理：选用合格的材料C. 工艺优化和改进：建立标准的元件描述程序，提高操作人员素质，全面掌握设备功能，不断提高工艺技术水平。抛料的预防与控制A. 工艺监控：建立抛

25、料的监控机制案例6 0201的印刷和贴装案例6 0201的印刷和贴装0201模板开口设计ACDBbcedf用钢板的开口尺寸和形状来调整錫量和元件位置0201模板开口设计ACDBbcedf用钢板的开口尺寸和形0201 （0.6mm0.3mm）焊盘设计模板开口设计0.260.300.240.150.310.200.150.600.080.230.350.26模板厚度：0.10.12mm宽(W)/厚(T)1.5(2.62.16)面积比：0.66(0.7460.62)优选矩形在面积比相同的情况下，矩形开口的焊膏释放量比园形、椭圆形大0201 （0.6mm0.3mm）焊盘设计模板开口设计0.模板加工方法

26、（1）采用激光+电抛光工艺（2）采用电铸工艺模板加工方法（1）采用激光+电抛光工艺（2）采用电铸工艺焊膏合金粉末颗粒尺寸可选择4#粉，2038 m或更小。焊膏合金粉末颗粒尺寸可选择4#粉，2038 m或更小。0201的贴装问题尺寸：L0.6xW0.3xT0.25 mm 重量：約0.15mg体积：比0402小77%焊盘面积：比0402小66%用途：目前大多用于手机, PDA, GPS等无线通讯等产品。0201的贴装问题尺寸：L0.6xW0.3xT0.25 mm0201的贴装问题1)高速机设备的精准度。2)高密度, 元件间贴装位置互相干涉。3)元件太轻,造成焊接不良。 0.150.2mm的窄间距贴

27、装 元件间距走势图0201的贴装问题1)高速机设备的精准度。 0.150.窄间距贴装元件间位置互相干涉吸嘴吸嘴外形的误差量吸嘴中心与元件中心的偏移量Gap(相邻元件间距)后贴元件先贴元件焊盘元件尺寸误差程序贴片位置窄间距贴装元件间位置互相干涉吸嘴吸嘴外形的误差量吸嘴中心与元0201贴装问题的解决措施0201特点控制内容解决措施重量轻真空吸力贴片压力移动速率真空吸力需降低贴片压力需降低移动速率需降低面积小吸件偏移贴片偏移双孔式真空吸嘴高倍率Camera贴片方式0201贴装问题的解决措施0201特点控制内容解决措施重量轻双孔式真空吸嘴双孔式真空吸嘴无接触拾取方式无接触拾取可减小震动传统拾取无接触拾

28、取方式无接触拾取传统拾取日本松下为了应对高密度贴装开发了APC系统高密度贴装时，把印刷焊膏偏移量的信息传输给贴装机，贴装元件时对位中心是焊膏图形，而不是焊盘。贴装0402（公制）工艺中采用APC系统后，明显的减少了元件浮起和立碑现象。APC系统（Advanced Process Contrl）通过测定上一个工序的品质结果，来控制后一个工序的技术。应用APC贴装传统贴装日本松下为了应对高密度贴装开发了APC系统高密度贴装时，把贴装精度与PCB焊盘平整度、厚度有关一般采用：Ni/Au板 OSP贴装精度与PCB焊盘平整度、厚度有关一般采用：Ni/Au板案例7 新型封装PQFN的印刷、贴装和返修新焊端

29、结构:LLP（Leadless Leadframe package ）MLF（Micro Leadless Frame ）QFN(Quad Flat No-lead)案例7 新型封装PQFN的印刷、贴装和返修新焊端结构:Plastic Quad Flat Pack No Leads (PQFN)方形扁平无引脚塑料封装 QFN封装具有良好的电和热性能、体积小、重量轻，已成为许多新应用的理想选择。Plastic Quad Flat Pack No LePQFN导电焊盘有两种类型 一种只裸露出封装底部的一面，其它部分被封装在元件内另一种焊盘有裸露在封装侧面的部分 PQFN导电焊盘有两种类型 一种只裸

30、露出封装底部的一面，其它PQFN两种导电焊盘的焊点形状两种导电焊盘导电焊盘在底部的焊点导电焊盘暴露在侧面的焊点PQFN两种导电焊盘的焊点形状两种导电焊盘导电焊盘在底部的焊焊盘设计大面积热焊盘的设计=器件大面积裸露焊盘尺寸；导电焊盘与器件四周相对应的焊盘尺寸相似，但向四周外恻稍微长一些（0.30.5mm）。 0.30.5mm器件示意图焊盘的设计示意图焊盘设计大面积热焊盘的设计=器件大面积裸露焊盘尺寸；0.3四周导电焊盘的模板开口设计四周导电焊盘的模板开口设计与模板厚度的选取有直接的关系。根据PCB具体情况可选择100 150um较厚的模板可缩小开口尺寸较薄的网板开口尺寸1：1面积比要符合IPC-7525规定。推荐使用激光加工并经过电抛光处理的模板。宽(W)/厚(T)1.5面积比：0.66四周导