表面工程介-SMT课件

表面贴装工程----关于ScreenPrinter的介绍目录SMAIntroduce印刷制程ScreenPrinter内部工作图ScreenPrinter的基本要素模板(Stencil)制造技术锡膏丝印缺陷分析在SMT中使用无铅焊料SMAIntroduceScreenPrinterMountReflowAOISMT工艺流程ScreenPrinterScreenPrinter的基本要素：

判断锡膏具有正确粘度的一种经济和实际的方法：搅拌锡膏30秒，挑起一些高出容器三，四英寸，锡膏自行下滴，如果开始时象稠的糖浆一样滑落，然后分段断裂落下到容器内为良好。反之，粘度较差。

SMAIntroduceSMAIntroduceScreenPrinter锡膏的主要成分：成分焊料合金粉末助焊剂主要材料作用Sn/PbSn/Pb/Ag活化剂增粘剂溶剂摇溶性附加剂SMD与电路的连接松香，甘油硬脂酸脂盐酸，联氨，三乙醇酸金属表面的净化松香，松香脂，聚丁烯净化金属表面，与SMD保持粘性丙三醇，乙二醇对焊膏特性的适应性Castor石腊（腊乳化液）软膏基剂防离散，塌边等焊接不良SMAIntroduceSqueegee(又叫刮板或刮刀）菱形刮刀拖裙形刮刀聚乙烯材料或类似材料金属10mm45度角SqueegeeStencil菱形刮刀ScreenPrinter拖裙形刮刀SqueegeeStencil45-60度角SMAIntroduceStencil(又叫模板）：StencilPCBStencil的梯形开口ScreenPrinterPCBStencilStencil的刀锋形开口激光切割模板和电铸成行模板化学蚀刻模板SMAIntroduceScreenPrinter模板制造技术化学蚀刻模板电铸成行模板激光切割模板简介优点缺点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，逐层地在光刻胶周围电镀出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成本最低周转最快形成刀锋或沙漏形状纵横比1.5：1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纵横比1：1错误减少消除位置不正机会激光光束产生金属熔渣造成孔壁粗糙纵横比1：1模板(Stencil)制造技术:SMAIntroduceScreenPrinter锡膏丝印缺陷分析:问题及原因对策搭锡BRIDGING锡粉量少、粘度低、粒度大、室温度、印膏太厚、放置压力太大等。（通常当两焊垫之间有少许印膏搭连，于高温熔焊时常会被各垫上的主锡体所拉回去，一旦无法拉回，将造成短路或锡球，对细密间距都很危险）。提高锡膏中金属成份比例（提高到88%以上）。增加锡膏的粘度（70万CPS以上）减小锡粉的粒度（例如由200目降到300目）降低环境的温度（降至27OC以下）降低所印锡膏的厚度（降至架空高度SNAP-OFF，减低刮刀压力及速度）加强印膏的精准度。调整印膏的各种施工参数。减轻零件放置所施加的压力。调整预热及熔焊的温度曲线。SMAIntroduce锡膏丝印缺陷分析:ScreenPrinter问题及原因对策4.膏量不足INSUFFICIENTPASTE常在钢板印刷时发生,可能是网布的丝径太粗,板膜太薄等原因.5.粘着力不足POORTACKRETENTION环境温度高风速大,造成锡膏中溶剂逸失太多,以及锡粉粒度太大的问题.增加印膏厚度,如改变网布或板膜等.提升印着的精准度.调整锡膏印刷的参数.消除溶剂逸失的条件(如降低室温、减少吹风等）。降低金属含量的百分比。降低锡膏粘度。降低锡膏粒度。调整锡膏粒度的分配。SMAIntroduce锡膏丝印缺陷分析:ScreenPrinter问题及原因对策6.坍塌SLUMPING原因与“搭桥”相似。7.模糊SMEARING形成的原因与搭桥或坍塌很类似，但印刷施工不善的原因居多，如压力太大、架空高度不足等。增加锡膏中的金属含量百分比。增加锡膏粘度。降低锡膏粒度。降低环境温度。减少印膏的厚度。减轻零件放置所施加的压力。增加金属含量百分比。增加锡膏粘度。调整环境温度。调整锡膏印刷的参数。SMAIntroduceScreenPrinter在SMT中使用无铅焊料：在前几个世纪，人们逐渐从医学和化学上认识到了铅（PB）的毒性。而被限制使用。现在电子装配业面临同样的问题，人们关心的是：焊料合金中的铅是否真正的威胁到人们的健康以及环境的安全。答案不明确，但无铅焊料已经在使用。欧洲委员会初步计划在2004年或2008年强制执行。目前尚待批准，但是电子装配业还是要为将来的变化作准备。表面贴装工程----关于Mount的介绍目录SMAIntroduce贴装制程表面贴装对PCB的要求表面贴装元件介绍表面贴装元件的种类阻容元件识别方法IC第一脚的的辨认方法来料检测的主要内容贴片机的介绍贴片机的类型贴片机过程能力的验证SMAIntroduceMOUNT表面贴装对PCB的要求：第一：外观的要求,光滑平整,不可有翘曲或高低不平.否者基板会出现裂纹，伤痕，锈斑等不良.第二：热膨胀系数的关系.元件小于3.2*1.6mm时只遭受部分应力，元件大于3.2*1.6mm时，必须注意。第三：导热系数的关系.第四：耐热性的关系.耐焊接热要达到260度10秒的实验要求，其耐热性应符合：150度60分钟后，基板表面无气泡和损坏不良。第五：铜铂的粘合强度一般要达到1.5kg/cm*cm第六：弯曲强度要达到25kg/mm以上第七：电性能要求第八：对清洁剂的反应，在液体中浸渍5分钟，表面不产生任何不良，并有良好的冲载性SMAIntroduce电容MOUNTSMAIntroduceMOUNTSMAIntroduceMOUNTSMAIntroduceMOUNTSMAIntroduceMOUNTSMAIntroduce阻容元件识别方法1．元件尺寸公英制换算（0.12英寸=120mil、0.08英寸=80mil）Chip阻容元件IC集成电路英制名称公制mm英制名称公制mm120608050603040202013.2×1.650302525121.270.80.650.50.32.0×1.251.6×0.81.0×0.50.6×0.3MOUNTSMAIntroduceMOUNT阻容元件识别方法2．片式电阻、电容识别标记电阻电容标印值电阻值标印值电阻值2R25R61026823331045642.2Ω

5.6Ω

1KΩ

6800Ω

33KΩ

100KΩ

560KΩ

0R5010

1104713322235130.5PF1PF11PF470PF3300PF22000PF51000PFSMAIntroduceMOUNTIC第一脚的的辨认方法OB36HC081132412厂标型号OB36HC081132412厂标型号OB36HC081132412厂标型号T93151—1HC02A1132412厂标型号①IC有缺口标志②以圆点作标识③以横杠作标识④以文字作标识（正看IC下排引脚的左边第一个脚为“1”）SMAIntroduceMOUNT来料检测的主要内容SMAIntroduceMOUNT贴片机的介绍拱架型(Gantry)元件送料器、基板(PCB)是固定的，贴片头(安装多个真空吸料嘴)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X/Y坐标移动横梁上，所以得名。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。

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。SMAIntroduceMOUNT对元件位置与方向的调整方法：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度有限，较晚的机型已再不采用。2)、激光识别、X/Y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BGA。3)、相机识别、X/Y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。

SMAIntroduceMOUNT转塔型(Turret)元件送料器放于一个单坐标移动的料车上，基板(PCB)放于一个X/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(与取料位置成180度)，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。

一般，转塔上安装有十几到二十几个贴片头，每个贴片头上安装2~4个真空吸嘴(较早机型)至5~6个真空吸嘴(现在机型)。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、元件识别、角度调整、工作台移动(包含位置调整)、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。目前最快的时间周期达到0.08~0.10秒钟一片元件。

这类机型的优势在于：这类机型的缺点在于：贴装元件类型的限制，并且价格昂贵。SMAIntroduceMOUNT对元件位置与方向的调整方法：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度有限，较晚的机型已再不采用。2)、相机识别、X/Y坐标系统调整位置、吸嘴自旋转调整方向，相机固定，贴片头飞行划过相机上空，进行成像识别。

SMAIntroduceMOUNT贴片机过程能力的验证：第一步：最初的24小时的干循环，期间机器必须连续无误地工作。第二步：要求元件准确地贴装在两个板上，每个板上包括32个140引脚的玻璃心子元件。主板上有6个全局基准点，用作机器贴装前和视觉测量系统检验元件贴装精度的参照。贴装板的数量视乎被测试机器的特定头和摄像机的配置而定。第三步：用所有四个贴装芯轴，在所有四个方向：0°,90°,180°,270°贴装元件。

一种用来验证贴装精度的方法使用了一种玻璃心子，它和一个“完美的”高引脚数QFP的焊盘镶印在一起，该QFP是用来机器贴装的(看引脚图)。通过贴装一个理想的元件，这里是140引脚、0.025”脚距的QFP，摄像机和贴装芯轴两者的精度都可被一致地测量到。除了特定的机器性能数据外，内在的可用性、生产能力和可靠性的测量应该在多台机器的累积数据的基础上提供。

SMAIntroduceMOUNT贴片机过程能力的验证：第四步：用测量系统扫描每个板，可得出任何偏移的完整列表。每个140引脚的玻璃心子包含两个圆形基准点，相对于元件对应角的引脚布置精度为±0.0001”，用于计算X、Y和q旋转的偏移。所有32个贴片都通过系统测量，并计算出每个贴片的偏移。这个预定的参数在X和Y方向为±0.003”，q旋转方向为±0.2，机器对每个元件贴装都必须保持。第五步：为了通过最初的“慢跑”，贴装在板面各个位置的32个元件都必须满足四个测试规范：在运行时，任何贴装位置都不能超出±0.003”或±0.2的规格。另外，X和Y偏移的平均值不能超过±0.0015”，它们的标准偏移量必须在0.0006”范围内，q的标准偏移量必须小于或等于0.047°，其平均偏移量小于±0.06°，Cpk(过程能力指数processcapabilityindex)在所有三个量化区域都大于1.50。这转换成最小4.5s或最大允许大约每百万之3.4个缺陷(dpm,defectspermillion)。

SMAIntroduceMOUNT贴片机过程能力的验证：3σ=2,700DPM

4σ=60DPM

5σ=0.6DPM

6σ=0.002DPM在今天的电子制造中，希望cmk要大于1.33，甚至还大得多。1.33的cmk也显示已经达到4σ工艺能力。6σ的工艺能力，是今天经常看到的一个要求，意味着cmk必须至少为2.66。在电子生产中，DPM的使用是有实际理由的，因为每一个缺陷都产生成本。统计基数3、4、5、6σ和相应的百万缺陷率(DPM)之间的关系如下：在实际测试中还有专门的分析软件是JMP专门用于数据分析，这样简化了整个的过程，得到的数据减少了人为的错误。SMAIntroduceMOUNTSMAIntroduceMOUNT表面贴装工程----关于Reflow的介绍目录SMAIntroduce焊接制程再流的方式ConveyorSpeed的简单检测测温器以及测温线的简单检测基本工艺几种焊接缺陷及其解决措施回流焊接缺陷分析SMAIntroduceREFLOW再流的方式：红外线焊接红外+热风（组合）气相焊（VPS）热风焊接热型芯板（很少采用）SMAIntroduceREFLOWConveyorSpeed的简单检测：需要的工具：秒表，米尺，胶带，笔，纸检测工程：首先，在电脑中设定conveyorspeed并且运行系统，使之达到设定速度其次，打开炉盖，可以看到conveyor。然后，在conveyor上设定一点，做明显的标记。第四，使用秒表测定标记点通过一定距离的时间最后，距离/时间=速度用于检测设定的速度与实际的速度间的差异SMAIntroduceREFLOW测温器以及测温线的简单检测：温度计热开水需要的工具：温度计，热开水，测试线，测试器SMAIntroduceREFLOWTemperatureTime(BGABottom)1-3℃/Sec200℃Peak225℃±5℃60-90Sec140-170℃

60-120Sec

PreheatDryoutReflowcooling热风回流焊过程中，焊膏需经过以下几个阶段，溶剂挥发；焊剂清除焊件表面的氧化物；焊膏的熔融、再流动以及焊膏的冷却、凝固。基本工艺：SMAIntroduceREFLOW工艺分区：（一）预热区目的：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。要保证升温比较缓慢，溶剂挥发。较温和，对元器件的热冲击尽可能小，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。SMAIntroduceREFLOW目的：保证在达到再流温度之前焊料能完全干燥，同时还起着焊剂活化的作用，清除元器件、焊盘、焊粉中的金属氧化物。时间约60~120秒，根据焊料的性质有所差异。工艺分区：（二）保温区SMAIntroduceREFLOW目的：焊膏中的焊料使金粉开始熔化，再次呈流动状态，替代液态焊剂润湿焊盘和元器件，这种润湿作用导致焊料进一步扩展，对大多数焊料润湿时间为60~90秒。再流焊的温度要高于焊膏的熔点温度，一般要超过熔点温度20度才能保证再流焊的质量。有时也将该区域分为两个区，即熔融区和再流区。（四）冷却区

焊料随温度的降低而凝固，使元器件与焊膏形成良好的电接触，冷却速度要求同预热速度相同。（三）再流焊区工艺分区：SMAIntroduceREFLOW几种焊接缺陷及其解决措施回流焊中的锡球回流焊中锡球形成的机理

回流焊接中出的锡球，常常藏于矩形片式元件两端之间的侧面或细距引脚之间。在元件贴装过程中，焊膏被置于片式元件的引脚与焊盘之间，随着印制板穿过回流焊炉，焊膏熔化变成液体，如果与焊盘和器件引脚等润湿不良，液态焊锡会因收缩而使焊缝填充不充分，所有焊料颗粒不能聚合成一个焊点。部分液态焊锡会从焊缝流出，形成锡球。因此，焊锡与焊盘和器件引脚润湿性差是导致锡球形成的根本原因。

SMAIntroduce原因分析与控制方法以下主要分析与相关工艺有关的原因及解决措施：

a)回流温度曲线设置不当。焊膏的回流是温度与时间的函数，如果未到达足够的温度或时间，焊膏就不会回流。预热区温度上升速度过快，达到平顶温度的时间过短，使焊膏内部的水分、溶剂未完全挥发出来，到达回流焊温区时，引起水分、溶剂沸腾，溅出焊锡球。实践证明，将预热区温度的上升速度控制在1～4°C/s是较理想的。

b)如果总在同一位置上出现焊球，就有必要检查金属板设计结构。模板开口尺寸腐蚀精度达不到要求，对于焊盘大小偏大，以及表面材质较软（如铜模板），造成漏印焊膏的外形轮廓不清晰，互相桥连，这种情况多出现在对细间距器件的焊盘漏印时，回流焊后必然造成引脚间大量锡珠的产生。因此，应针对焊盘图形的不同形状和中心距，选择适宜的模板材料及模板制作工艺来保证焊膏印刷质量。

REFLOWSMAIntroducec)如果在贴片至回流焊的时间过长，则因焊膏中焊料粒子的氧化，焊剂变质、活性降低，会导致焊膏不回流，焊球则会产生。选用工作寿命长一些的焊膏（至少4小时），则会减轻这种影响。

d)另外，焊膏印错的印制板清洗不充分，使焊膏残留于印制板表面及通孔中。回流焊之前，被贴放的元器件重新对准、贴放，使漏印焊膏变形。这些也是造成焊球的原因。因此应加强操作者和工艺人员在生产过程的责任心，严格遵照工艺要求和操作规程行生产，加强工艺过程的质量控制。

REFLOWSMAIntroduceREFLOW立片问题（曼哈顿现象）回流焊中立片形成的机理矩形片式元件的一端焊接在焊盘上，而另一端则翘立，这种现象就称为曼哈顿现象。引起该种现象主要原因是元件两端受热不均匀，焊膏熔化有先后所致。SMAIntroduceREFLOW如何造成元件两端热不均匀：a)有缺陷的元件排列方向设计。我们设想在再流焊炉中有一条横跨炉子宽度的再流焊限线，一旦焊膏通过它就会立即熔化。片式矩形元件的一个端头先通过再流焊限线，焊膏先熔化，完全浸润元件的金属表面，具有液态表面张力;而另一端未达到183°C液相温度，焊膏未熔化，只有焊剂的粘接力，该力远小于再流焊焊膏的表面张力，因而，使未熔化端的元件端头向上直立。因此，保持元件两端同时进入再流焊限线，使两端焊盘上的焊膏同时熔化，形成均衡的液态表面张力，保持元件位置不变。

SMAIntroduceb)焊盘设计质量的影响。

若片式元件的一对焊盘大小不同或不对称，也会引起漏印的焊膏量不一致，小焊盘对温度响应快，其上的焊膏易熔化，大焊盘则相反，所以，当小焊盘上的焊膏熔化后，在焊膏表面张力作用下，将元件拉直竖起。焊盘的宽度或间隙过大，也都可能出现立片现象。严格按标准规范进行焊盘设计是解决该缺陷的先决条件。

REFLOWSMAIntroduceREFLOW石碑与回流焊炉以及它的温度曲线之间的关系

SMAIntroduceREFLOW细间距引脚桥接问题导致细间距元器件引脚桥接缺陷的主要因素有：a)漏印的焊膏成型不佳；b)印制板上有缺陷的细间距引线制作；c)不恰当的回流焊温度曲线设置等。因而，应从模板的制作、丝印工艺、回流焊工艺等关键工序的质量控制入手，尽可能避免桥接隐患。

SMAIntroduce回流焊接缺陷分析:REFLOW1.吹孔BLOWHOLES焊点中（SOLDERJOINT）所出现的孔洞，大者称为吹孔，小者叫做针孔，皆由膏体中的溶剂或水分快速氧化所致。调整预热温度，以赶走过多的溶剂。调整锡膏粘度。提高锡膏中金属含量百分比。问题及原因对策2.空洞

VOIDS是指焊点中的氧体在硬化前未及时逸出所致，将使得焊点的强度不足，将衍生而致破裂。调整预热使尽量赶走锡膏中的氧体。增加锡膏的粘度。增加锡膏中金属含量百分比。SMAIntroduce回流焊接缺陷分析:REFLOW问题及原因对策3.零件移位及偏斜MOVEMENTANDMISALIGNNENT造成零件焊后