射频工艺部-SM基础知识

SMTIntroduction

—射频工艺部12/14/20221.0SMT简介SMT是SurfaceMountTechnology的简写，意为表面贴装技术。亦即是无需对PCB钻插装孔而直接将元器件贴焊到PCB表面规定位置上的一种装联技术。1.1SMT特点SMT是从传统的穿孔插装技术（THT）发展起来的，但又区别于传统的THT。那么，SMT与THT比较它有什么优点呢？下面就是其最为突出的优点：组装密度高、电子产品体积小、重量轻，贴片元件的体积和重量只有传统插装元件的1/10左右，一般采用SMT之后，电子产品体积缩小40%-60%，重量减轻60%-80%。可靠性高、抗振能力强。焊点缺陷率低。高频特性好。减少了电磁和射频干扰。易于实现自动化，提高生产效率。降低成本达30%-50%。节省材料、能源、设备、人力、时间等。我们知道了SMT的优点，就要利用这些优点来为我们服务，而且随着电子产品的微型化使得THT无法适应产品的工艺要求。因此，SMT是电子装联技术的发展趋势。其表现在：电子产品追求小型化，使得以前使用的穿孔插件元件已无法适应其要求。电子产品功能更完整，所采用的集成电路(IC)因功能强大使引脚众多，已无法做成传统的穿孔元件，特别是大规模、高集成IC，不得不采用表面贴片元件的封装。1.2SMT发展趋势产品批量化，生产自动化，厂方要以低成本高产量，出产优质产品以迎合顾客需求及加强市场竞争力。电子元件的发展，集成电路(IC)的开发，半导体材料的多元应用。电子产品的高性能及更高装联精度要求。电子科技革命势在必行，追逐国际潮流。1.2SMT发展趋势2.0SMT工艺介绍2.1名词术语SMT：是SurfaceMountTechnology的简写（即表面贴装技术），是直接将元器件贴焊到PCB表面规定位置上的一种装联技术焊膏（solderpaste）：由粉末状焊料合金、焊剂和一些起粘性作用及其他作用的添加剂混合成具有一定粘度和良好触变性的焊料膏钢网印刷（stencilprinting）：使用不锈钢网板将焊锡膏印到PCB焊盘上的印刷工艺过程贴装（pick&place）：将表面贴装元器件从供料器中拾取并贴放到PCB规定位置上的操作回流焊（reflowsoldering）：通过熔化预先分配到PCB焊盘上的焊膏，实现表面贴装元器件与PCB焊盘的电气及机械连接2.2表面组装方式PCB焊接工艺一般分为3种：回流焊接、波峰焊接和手工焊接，按组装方式可分为全表面组装、单面混装、双面混装：组装方式示意图焊接方式特点单面表面贴装单面回流焊工艺简单，适用于薄型简单电路双面表面组装双面回流焊适用于高密度、薄型电路单面贴装及插装A面回流焊B面波峰焊先贴后插件，工艺简单一面贴装一面插装B面波峰焊先胶水沾贴后插件，工艺不复杂双面贴装一面插装A面回流焊B面波峰焊高密度组装双面贴装双面插装一面回流焊一面波峰焊+手焊工艺复杂，一般不采用2.3SMT产线及设备一条SMT完整的产线通常按照如下流程设置：送板印锡贴片炉前检验回流焊卸板炉后检验（测试）2.3SMT产线及设备SMT通常用到的一些设备主要包括印刷机、贴片机、回流炉以及一些辅助设备如AOI、X-RAY、ICT、放大设备、返修设备等2.3SMT产线及设备印刷机---用来印刷焊膏或贴片胶。将焊膏（或贴片胶）通过网板漏印到PCB的焊盘（位置）上。主要包括夹持基板工作台、印刷头、钢网固定机构、识别系统、擦网系统以及计算机控制系统2.3SMT产产线及设备备网板---用来来将焊膏定定量分配到到PCB焊焊盘上，是是保证印刷刷质量的关关键工装。。SMT网网板制造方方法分为3种：化学腐蚀——锡磷青铜铜或不锈钢钢板激光切割——不锈钢、、高分子聚聚酯板电铸法—镍镍板2.3SMT产产线及设备备3种网板制制造方法的的比较如下下表：方法优点缺点适用对象化学腐蚀成本低易加工孔壁不光滑尺寸误差大Pitch0.65mm以上器件激光切割精度高孔壁光滑价格较高毛刺需抛光Pitch0.3mm以上器件电铸法精度高孔壁光滑价格昂贵制作周期长Pitch0.3mm器件2.3SMT产产线及设备备贴装机---用来来将元器件件从料盘中中取出，并并放置到线线路板上相相应位置。。包含的主要要部件：底底座、供料料器、线路路板传输装装置、贴装装头、对中中系统、贴贴装头的X/Y轴定定位传输装装置、贴装装工具（吸吸嘴）、计计算机控制制系统2.3SMT产产线及设备备贴装机可分分为高速机机及多功能能机。高速速机通常贴贴装较小尺尺寸的贴片片器件，贴贴装速度较较快（一般般在0.2s/chip以内内）；多功功能机可贴贴装各种贴贴片型器件件，尤其是是一些异型型元件，贴贴装速度相相对较慢一一些（一般般在0.3-0.6s/chip左右右）2.3SMT产产线及设备备回流炉---焊接接设备，对对预先分配配到线路板板焊盘上的的焊膏加热热，使其熔熔化—结晶晶—冷却固固化，实现现元件焊端端或引脚与与线路板焊焊盘之间的的机械及电电气连接。。2.3SMT产产线及设备备检验设备：：放大镜—协协助人工检检验显微镜—一一般用于细细微观察或或切片分析析ICT测试试仪—开短短路、错漏漏反检验FVT测测试试仪仪——电电气气功功能能测测试试X-RAY检检测测仪仪——内内部部构构造造观观察察AOI检检测测仪仪——自自动动光光学学检检验验2.4SMT工工艺艺锡膏膏印印刷刷在印刷刷锡膏膏的过过程中中，基基板（（线路路板））放在在工作作台上上，机机械地地或真真空夹夹紧定定位，，用定定位销销或视视觉来来对准准，用用模板板(stencil)进进行锡锡膏印印刷。。锡膏膏用于于表面面贴装装元件件的引引脚或或端子子与焊焊盘之之间的的连接接。锡锡膏印印刷有有许多多变量量，如如锡膏膏、丝丝印机机、模模板、、锡膏膏应用用方法法和印印刷工工艺过过程等等，其其中锡锡膏、、模板板、刮刮刀是是影响响锡膏膏印刷刷的3个关关键因因素。。2.4SMT工工艺锡膏印印刷刮刀：在印印刷时时，刮刮板在在模板板上以以一定定角度度（30——60度））运动动，使使锡膏膏在前前面滚滚动，，使其其流入入模板板孔内内，然然后后刮去去多余余锡膏膏，在在PCB焊盘盘上留留下与与模板板一样样厚的的锡膏膏，刮刮刀影影响印印刷质质量的的主要要参数数：刮刀压压力刮刀速速度2.4SMT工工艺锡膏印印刷锡膏：锡膏膏是锡锡粉和和助焊焊剂的的混合合物，，它有有两个个作用用：焊焊接前前保持持一定定的粘粘性，，使元元器件件在贴贴片过过程中中黏结结在PCB焊盘盘上；；焊接接后完完成PCB焊盘盘与元元器件件电极极之间间的物物理及及电气气连接接。2.4SMT工工艺锡膏印印刷锡膏选选用：锡膏膏根据据其成成分、、颗粒粒大小小、活活性强强度等等不同同，其其特性性表现现不同同，通通常需需要根根据产产品特特点进进行选选用：：高可靠靠性要要求的的产品品选择择高质质量的的锡膏膏，一一般采采用RMA型，，器件件或PCB严重重氧化化的可可选择择RA型，，但焊焊接后后需要要清洗洗有BGA、、CSP等等倒装装芯片片的产产品应应选择择高可可靠性性免清清洗锡锡膏热敏元元件可可考虑虑选用用含Bi的的低熔熔点锡锡膏2.4SMT工工艺锡膏印印刷锡膏选选用：有细间间距引引脚封封装的的产品品应选选择锡锡粉颗颗粒度度小的的锡膏膏（20——45um）目前电电子行行业中中使用用最普普遍的的无铅铅焊锡锡膏为为锡银银铜合合金成成分如如SAC305\SAC4052.4SMT工工艺锡膏印印刷锡膏粘粘度：粘度度是锡锡膏的的一个个重要要特性性，我我们要要求其其在印印刷行行程中中，其其粘性性越低低，则则流动动性越越好，，易于于流入入模板板孔内内，印印到PCB的焊焊盘上上。在在印刷刷过后后，锡锡膏停停留在在PCB焊焊盘上上，其其粘性性高，，则保保持其其填充充的形形状，，而不不会往往下塌塌陷。。锡锡膏标标准的的粘度度是在在大约约500kcps-1200kcps范围围内，，较为为典型型的800kcps用于于模板板丝印印是理理想的的。2.4SMT工工艺锡膏印印刷锡膏粘粘度：判断锡锡膏是是否具具有正正确的的粘度度有一一种实实际和和经济济的方方法：：用刮刮勺在在容器器罐内内搅拌拌锡膏膏约30秒秒钟，，然后后挑起起一些些锡膏膏，高高出容容器罐罐三、、四英英寸，，让锡锡膏自自行往往下滴滴，开开始时时应该该象稠稠的糖糖浆一一样滑滑落而而下，，然后后分段段断裂裂落下下到容容器罐罐内。。如果果锡膏膏不能能滑落落，则则太稠稠，如如果一一直落落下而而没有有断裂裂，则则太稀稀，粘粘度太太低。。2.4SMT工工艺锡膏印印刷锡膏的的使用用与保保管：焊膏必必须以以密封封状态态在2～10℃℃条条件下下存储储。如如果温温度升升高，，焊膏膏中的的合金金粉末末和焊焊剂化化学反反应后后，使使其粘粘度上上升而而影响响其印印刷性性；如如果温温度过过低（（0℃℃以以下））焊剂剂中的的松香香成分分会发发生结结晶想想象，，使焊焊膏状状态恶恶化。。2.4SMT工工艺锡膏印印刷锡膏的的使用用与保保管：焊膏从从冰箱箱里取取出来来后不不能直直接使使用，，必须须在室室温下下回温温，待待焊膏膏温度度达到到室温温后方方可打打开容容器盖盖，以以防止止空气气中的的水汽汽凝结结而混混入其其中。。回温温时间间一般般4～～8小时时（至至少要要2小小时）），切切不可可用加加温方方法使使其回回温，，这样样会使使焊膏膏性能能劣化化。2.4SMT工工艺锡膏印印刷锡膏的的使用用与保保管：使用前前必须须搅拌拌，使使锡膏膏及焊焊剂充充分混混合锡膏添添加完完后，，要及及时盖盖好容容器盖盖锡膏使使用完完毕后后，要要及时时放回回冰箱箱冷冻冻2.4SMT工工艺锡膏印印刷模板：又称称钢板板，目目前行行业使使用的的普遍遍为激激光刻刻钢板板，钢钢板的的质量量直接接影响响锡膏膏印刷刷的质质量，，其中中钢板板厚度度及开开口尺尺寸、、形状状是其其影响响的主主要因因素。。2.4SMT工工艺锡膏印印刷模板厚厚度：钢板板厚度度及尺尺寸基基本决决定了了锡膏膏的印印刷量量。制制作时时必须须根据据线路路板的的组装装密度度、元元器件件大小小、引引脚间间距（（Pitch)等选选择合合适的的钢板板厚度度。通通常小小CHIP件及及窄间间距IC要要求锡锡膏量量要少少一些些，则则选择择的钢钢板厚厚度要要薄一一些。。当线线路板板上分分布元元件较较复杂杂，要要求锡锡膏量量较悬悬殊时时，可可对钢钢板做做局部部处理理，如如阶梯梯钢板板CHIP元件尺寸ICpitch（mm）钢板厚度（mils）0805及以上0.8及以上6--80603、04020.65--0.46--50402及以下0.4--0.35--42.4SMT工工艺锡膏印印刷模板开开口：为了了使锡锡膏印印刷有有良好好的图图形和和脱模模效果果，钢钢板图图形开开口需需满足足两个个基本本条件件：面积比比：>0.66宽厚比比：>1.5较大的的元件件其钢钢板开开口可可按照照焊盘盘1：：1开开口，，较小小元件件或窄窄间距距器件件（如如0603以下下、0.5pitch以以下等等）则则必须须考虑虑防锡锡珠、、防连连锡处处理2.4SMT工工艺锡膏膏印印刷刷模板板网网框框：网网框框尺尺寸寸是是根根据据印印刷刷机机框框架架结结构构尺尺寸寸确确定定的的，，目目前前国国内内使使用用最最多多的的是是29*29inch，，或或23*23inch，，考考虑虑刮刮刀刀位位置置及及焊焊锡锡膏膏流流动动，，一一般般印印刷刷图图形形区区域域四四周周离离粘粘接接胶胶边边缘缘至至少少有有40mm距距离离。。网框框不锈锈钢钢丝丝网网粘接接胶胶不锈锈钢钢板板印刷刷图图形形＞40mm2.4SMT工工艺艺锡膏膏印印刷刷——模模板板当PCB尺尺寸寸较较小小时时，，可可将将双双面面板板或或几几个个简简单单产产品品的的印印刷刷图图形形加加工工在在同同一一个个模模板板上上，，不不同同图图形形间间隔隔约约25mm即即可可，，这这样样可可以以节节省省模模板板费费用用。。根据据印印刷刷机机类类型型，，模模板板上上除除了了印印刷刷图图形形，，可可能能还还需需制制作作MARK点点（（与与PCB上上设设计计的的MARK点点对对应应））如果果线线路路板板上上有有较较窄窄间间距距IC器器件件，，通通常常采采用用激激光光模模板板，，且且模模板板通通常常还还需需要要经经电电抛抛光光处处理理，，以以去去除除激激光光切切割割的的毛毛刺刺2.4SMT工工艺艺贴片片贴片片工工序序是是用用贴贴片片机机或或人人工工将将贴贴片片元元器器件件准准确确地地放放置置到到印印好好焊焊锡锡膏膏的的PCB表表面面的的相相应应位位置置上上。。贴贴片片机机已已广广泛泛用用于于各各电电子子装装配配厂厂，，其其原原理理是是利利用用编编制制好好的的贴贴片片程程序序，，控控制制贴贴装装头头真真空空吸吸取取贴贴片片元元件件，，再再准准确确放放置置到到线线路路板板上上对对应应位位置置。。2.4SMT工工艺艺贴片片贴片片机机贴贴片片通通常常包包含含的的一一些些要要求求：：贴片片程程序序：：包包括括拾拾取取程程序序和和贴贴放放程程序序两两部部分分。。拾拾取取程程序序就就是是告告诉诉机机器器拾拾取取位位置置、、取取什什么么样样的的元元件件，，贴贴放放程程序序就就是是告告诉诉机机器器把把元元件件放放到到哪哪里里，，以以什什么么角角度度、、高高度度贴贴装装等等。。贴贴片片程程序序里里通通常常包包括括MARK点点坐坐标标、、元元件件位位号号、、位位置置坐坐标标、、站站位位（（Z位位））、、封封装装类类型型、、使使用用吸吸嘴嘴类类型型、、贴贴片片角角度度、、高高度度、、速速度度等等元件件必必须须使使用用原原料料盘盘包包装装，，符符合合EIA-481包包装装要要求求，，否否则则可可能能需需借借助助人人工工贴贴装装2.4SMT工工艺艺贴片元件必须须能够满满足表面面贴装要要求，比比如引脚脚共面性性、封装装外形、、元件尺尺寸重量量，元件件引脚或或焊端必必须与焊焊盘对应应居中PCB外外形尺寸寸（长宽宽厚）必必须在贴贴片机的的允许范范围内，，无明显显变形、、翘曲、、残缺等等一些辅助助的工艺艺设计依依PCB布局可可能需要要增加，，比如MARK点、工工艺边、、补偿块块PCB焊焊盘设计计须尽可可能适合合贴片及及回流焊焊接，焊焊盘设计计参考公公司标准准或IPC-SM-7822.4SMT工艺艺回流焊接接基本原理理：在受热热的条件件下，熔熔化的焊焊锡材料料中的锡锡原子与与焊件表表面的原原子相互互扩散，，形成金金属间化化合物（（IMC)Cu6Sn5,但但随着时时间的推推移，会会继续生生产Cu3Sn，它将将减弱焊焊接力或或减低长长期可靠靠性。2.4SMT工艺艺回流焊接接焊接条件件：1.焊件件表面应应是清洁洁的,油油垢、锈锈斑或其其它脏污污都会影影响焊接接；2.能被被锡焊料料润湿的的金属才才具有可可焊性；；3.要有有适当的的加热温温度,使使焊锡料料具有一一定的流流动性,才可以以达到焊焊牢的目目的,但但温度也也不可过过高，过过高时可可能损坏坏焊件及及容易形形成氧化化膜而影影响焊接接质量.2.4SMT工艺艺回流焊接接焊接温度度：温度是是保证焊焊接质量量的关键键，焊接接温度通通常采用用温度测测试仪测测得，在在电脑上上模拟出出实时温温度曲线线，典型型的温度度曲线可可划分为为4个功功能部分分预热区活性区回流区冷却区2.4SMT工艺艺回流焊接接焊接温度度：40-80s2.4SMT工艺艺回流焊接接预热区：用来将将PCB的温度度从周围围环境温温度提升升到所须须的活性性温度。。其温度度以不超超过每秒秒2-5°C速速度连续续上升。。温度升升得太快快会引起起某些缺缺陷，如如陶瓷电电容的细细微裂纹纹、溅锡锡；而温温度上升升太慢，，锡膏会会感温过过度，没没有足够够的时间间使PCB达到到活性温温度。当当线路板板上有较较大热容容量的器器件时，，要求有有较缓慢慢的预热热。回流流炉的预预热区一一般占整整个加热热通道长长度的25-33%。。2.4SMT工艺艺回流焊接接活性区：也叫浸浸润区，，从活性性温度上上升到熔熔点温度度，该温温区主要要有两个个功用：：清洗焊焊接面的的氧化层层；同时时要求助助焊剂在在焊料熔熔融时要要保持一一定的活活性。活活性区要要求有较较高的升升温速率率，时间间较短（（长时间间处在高高温下会会使焊膏膏中的助助焊剂提提前结束束活化反反应，则则焊料熔熔融时未未有足够够的焊剂剂活性，，使焊料料合金在在高温下下重新氧氧化而造造成焊接接不良））。2.4SMT工艺艺回流焊接接回流区：或叫焊焊接区，，从焊料料熔融温温度到凝凝固温度度，通常常需要40-80s时时间，其其峰值温温度一般般为235-245°°C。回回流区是是扩散、、溶解、、冶金结结合形成成良好焊焊点的关关键区域域。由于于无铅焊焊接温度度高，既既要保证证充分焊焊接还要要考虑到到不要使使高温损损坏元器器件和线线路板，，因此正正确控制制回流温温度时间间、以及及峰值温温度和时时间是极极其重要要的。2.4SMT工艺艺回流焊接接冷却区：或称降降温区，，从凝固固温度下下降到接接近常温温。由于于回流区区的峰值值温度高高，为了了防止由由于焊点点冷却凝凝固时间间过长，，造成焊焊点结晶晶颗粒长长大，因因此焊接接设备会会增加冷冷却装置置，使焊焊点快速速降温，，且加速速冷区可可以防止止产生偏偏析，避避免枝状状结晶的的形成。。但降温温也不能能过快，，否则可可能损坏坏元器件件。降温温速率一一般控制制在-2～4°°C/s。2.4SMT工艺艺回流焊接接温度设置置的依据据：不同金属属含量的的焊膏有有不同的的温度曲曲线，应应按照焊焊膏加工工厂提供供的温度度曲线进进行设置置，因为为合金成成分决定定熔点、、助焊剂剂的活性性温度及及活性决决定了助助焊剂浸浸润区的的温度和和速率。。各温区区的升温温速率、、峰值温温度及回回流时间间是温度度设置时时考虑的的重点。。2.4SMT工艺艺回流焊接接温度设置置的依据据：根据线路路板的材材料、厚厚度、是是否多层层板、尺尺寸大小小。根据表面面贴装元元器件的的密度、、热分布布、元件件大小及及有无特特殊元器器件进行行设置。。根据回流流炉的特特点，如如加热区区长度、、热源、、排风量量大小等等。3.0检检验技技术简介介3.1常用用检验方方法目前在电电子组装装领域中中使用的的测试技技术种类类繁多，，常用的的有：人工目检检（Manualvisualinspection）在线测试（（In-circuittester)自动光学测测试(AutomaticOpticalInspection)自动X射线线测试(AutomaticX-rayInspection)、功能测试(FunctionalTester，简称称FT)这些检测方方式都有各各自的优点点和不足之之处，要根根据各公司司的检测设设备配置以以及表面组组装板的组组装密度、、器件类型型而定。3.0检检验技术简简介3.2人人工目检检(MVI)人工目检是是一种用肉肉眼检察的的方法。其其检测范围围有限，只只能检察器器件漏装、、方向极性性、型号正正误、桥连连以及部分分虚焊。由由于人工目目检易受人人的主客观观因素的影影响，具有有很高的不不稳定性。。在处理0603、、0402和细间距距芯片时人人工目检更更加困难，，特别是当当BGA器器件大量采采用时，对对其焊接质质量的检查查，人工目目检几乎无无能为力。。3.0检检验技术简简介3.3在在线测试试(ICT)ICT针床床测试是通过对在在线元器件件的电性能能及电气连连接进行测测试来检查查生产制造造缺陷及元元器件不良良的一种标标准测试手手段。它主主要检查在在线的单个个元器件以以及各电路路网络的开开、短路情情况。其优点是是测试速度度快，适合合于单一品品种大批量量的产品。。但是随着着产品品种种的丰富和和组装密度度的提高以以及新产品品开发周期期的缩短，，其局限性性也越发明明显：需要要专门设计计测试点和和测试模具具，制造周周期长，价价格贵，编编程时间长长；器件小小型化带来来的测试困困难和测试试不准确等等。3.0检检验技术简简介3.4自自动光学学检测(AOI)自动光学检检测是近几几年兴起一一种检测方方法。它是是通过CCD照相的的方式获得得器件、焊焊点或PCB的图像像，然后经经过计算机机的处理和和分析比较较来判断缺缺陷和故障障。其优点点是检测速速度快，编编程时间较较短，可以以放到生产产线中的不不同位置，，便于及时时发现故障障和缺陷，，使生产、、检测和二二为一。可可缩短发现现故障和缺缺陷时间，，及时找出出故障和缺缺陷的成因因。因此它它是目前采采用得比较较多的一种种检测手段段。但AOI系统也也存在不足足，如不能能检测电路路错误，同同时对不可可见焊点的的检测也无无能为力。。3.0检检验验技技术术简简介介3.5自自动动X光光检检测测(AXI)AXI（（AutomaticX-rayInspection））是是近近几几年年才才兴兴起起的的一一种种新新型型测测试试技技术术。。当当组组装装好好的的线线路路板板沿沿导导轨轨进进入入机机器器内内部部后后,位位于于线线路路板板上上方方的的X-Ray发发射射管管将将其其发发射射的的X射射线线穿穿过过线线路路板板后后并并被被置置于于下下方方的的探探测测器器（（一一般般为为摄摄象象机机））接接收收到到,由由于于焊焊点点中中含含有有可可以以大大量量吸吸收收X射射线