PCBA 制程工艺控制要点

PCBA焊接工艺关键制程点管控第一部分---回流焊一、PCB光板管控PCB板是PCBA组装制程非常重要的载体。如果PCB板有脏污或氧化现象发生，会使后续的焊接制程出现很多不良，因此必须对PCB光板进行严格管控。主要管控要点有：a.PCB来料必须要求厂家做真空密封包装，包装袋在进厂时不得有破损。b.PCB在上线拆封时尽可能要做到生产一包拆封一包。最多在线头堆集的拆封过的板不得超过20片大板。c.进行PCB拆封的工作台面一定要保持干净清洁，不能有锡膏等污染物，否则有可能将这些污染物带到光板上而造成炉后的锡珠，连锡，虚焊等焊接不良。d.PCB板需根据不同的表面处理方式来决定完成焊接的时间。一般来讲，因OSP板的抗氧化能力最弱，所以必须在拆封后24小时内完成整个焊接过程（即过完回流焊和波峰焊），其余类型的板（HASL,ENIG,及化银板）可在72小时内完成焊接过程。二、锡膏管控锡膏是SMT表面贴装制程最重要的材料。由于锡膏特殊的化学特性，它必须在特定的环境条件下保存和使用才能发挥其作用，否则会严重影响焊接的品质。锡膏的主要管控要点有：a.锡膏的保存：锡膏要密封保存在2-10℃的环境中。建议冰箱的温度保持在5℃左右为最好。因锡膏有有效期限制，所以必须遵循“先进先出”的原则。b.锡膏的解冻和搅拌：锡膏在使用前必须要进行解冻，即所谓的回温。回温时间在4小时左右。在锡膏从冰箱取出时，必须马上记录起始时间和标明回温结束时间。回温时间到之后，才能对此罐锡膏进行使用。锡膏在使用前还必须要搅拌，搅拌时间在3-5分钟。c.锡膏在钢网上的使用时间：在钢网上停留的锡膏，如果停留时间会超过2小时，则必须先将锡膏回收到锡膏罐中，并拧紧盖子保存；如锡膏在钢网上持续印刷时间超过8小时，则剩余的锡膏必须作报废处理。三、钢网管控钢网是锡膏印刷制程中重要的辅助工具之一。钢网品质的好坏会直接影响到锡膏印刷的品质，进而影响到焊接品质。对钢网的管控要点有：a.在钢网上一定要求供应商刻上机种名称及版本号，网板厚度等信息，防止在各种工程变更及版本升级过程中用错钢网。钢网在上线使用之前，必须要核对机种名，版本号等各项信息无误后才可安装到印刷机上使用。b.钢网取放必须轻拿轻放，不得将钢网斜靠在桌椅等物体的棱角上，防止将钢网碰撞或挤压变形。c.钢网厚度要求：如最小零件脚间距在0.8mm以上，钢网厚度可选择0.15mm；如最小零件脚间距在0.5–0.8mm之间，钢网厚度可选择0.12mm；如最小零件脚间距在0.5mm以下，钢网厚度建议选择0.10mm，或局部区域采用step钢网型式，整体厚度仍用0.12mm。三、钢网管控d.钢网开口比例：在通常情况下，如没有特殊要求，钢网开口比例选用1：1，如有特殊要求或在实际生产中有较多不良，开口比例可选用1：0.9到1：1.2之间（焊盘开口：钢网开口）。e.钢网清洗：钢网在反复印刷的过程中很容易脏污，故必须对钢网做定时清洗。一般情况下，机器每印刷3–5片板时都应该进行一次自动擦拭，累计印刷15片板时应进行一次人工手工擦拭。四、炉温曲线管控锡膏是一种对温度和时间异常敏感的化学材料，必须要在合适的温度和时间范围内才能发挥它的最佳效果。所以炉温曲线是回流焊接制程中最为关键的工艺参数之一，必须要测好合适的炉温曲线后才能过板。炉温曲线管控要点有：a.每个机种都应有炉温测试板和对应的炉温曲线。b.炉温曲线的设定参数可依照不同线别的设备状况有所变化，但一般来讲，链速及回流区的最高温度设定值必须固定，其他温区的设定参数也应在±5℃范围内变动。c.每天每台炉至少应测一次炉温曲线，每次切换机种时也应测试一次炉温曲线。确保炉温曲线无异常后才能进行生产作业。四、炉温曲线管控d.炉温曲线温度-时间关系图：温度时间150℃217℃升温斜率：1-3℃/秒预热区：150-217℃时间：60–120秒回流区：217℃时间：45–90秒降温斜率：1-4℃/秒峰值温度：235-250℃五、炉温测试板管控炉温测试板是测试炉温曲线的基础，只有制作了合格的炉温测试板，才能确保所测试出来的炉温曲线能够正确反映板在炉中的温度和时间关系，才能帮助我们分析和判断所发生的问题，否则极容易对相关工程技术人员产生误导。炉温测试板管控要点有：a.测温点选取：回流炉测温板测温点选取遵循以下原则：i)有BGA元件时，优先选取BGA元件，且BGA上要有2个测温点，一个位于BGA中心，一个位于BGA边缘；ii)无BGA元件时，可按以下顺序来选取元件：QFP,PLCC,SOP,DIODE,CHIP；iii)元件选取时应注意在零件分布密度高的位置及低的位置要均匀；iv)如无特殊要求零件，应尽可能选择一个热容最大及一个热容最小的零件；v)每个测温板选点应不少于4个；b.热电偶埋点方法：i)普通元件热电偶的感应头应贴紧在元件焊点上；ii)BGA元件热电偶的感应头应贴紧在锡球上。热电偶的感应头可用高温锡线或红胶来进行固定。要确保热电偶的感应头与元件脚或焊盘有紧密接触且完全被锡或红胶包住，没有裸露在空气中。五、炉温测试板管控c.炉温测试板使用：i)每块炉温测试板都应做好详细标示，注明机种名称，版本，制作日期；ii)炉温测试板必须妥善保存，放于指定的柜格中并且由专人予以保管；iii)炉温测试板每次使用都应该作记录，以便于追踪其使用次数；iv)炉温测试板使用寿命大约为60次，即累计使用60次后应予以报废，重新做新的。第二部分---波峰焊一、助焊剂管控助焊剂是波峰焊接制程中最为重要的化学材料。它能在温度超过100℃（有的种类为90℃）时被激发出活性，在预热和焊接过程中起到清除被焊物体表面氧化物，促进焊接的作用。其具有易挥发的特点。因此必须要严格管控才能使其发挥最大作用。助焊剂管控要点有：a.比重：由于助焊剂极易挥发，故需对其比重进行严格管控以防止助焊剂品质发生变化。一般应每2小时测量一次助焊剂比重，如有超标需用相对应的稀释剂来进行调整使其处于正常范围内。一、助焊剂管控b.喷涂量：助焊剂喷涂量是影响波峰焊接品质的关键因素之一。喷涂量大了，则在预热阶段助焊剂无法完全挥发掉，在进入锡槽后产生飞溅现象，产生锡珠等焊接不良；喷涂量小了，则在预热阶段助焊剂已挥发干净，在进入锡槽后已没有剩余的助焊剂来促进焊接，也会产生短路，少锡等很多焊接不良。因此必须对助焊剂喷涂量进行管控。常用方法是用热敏纸铺在板子上来检查助焊剂喷涂状况：如每个孔位都有被浸湿且无明显向外渗透的痕迹则可认为助焊剂喷涂量是合适的。此时应记录喷雾系统的气压，助焊剂流量及超声波频率等参数，并将其固定下来做为某个机种的制程参数。二、锡波参数管控通孔插件元件在经过锡炉的锡波面过程中完成波峰焊接，这一工序是波峰焊制程的最后一道工序，它对焊点的品质会产生关键性影响。只有将锡波的各项参数优化到最佳组合状态，才可能取得良好的焊接品质。锡波的管控要点主要有：a.锡波高度：一般情况下，因各机种PCB的板厚，元件类型，元件的分布密度等都会有诸多差异，故锡波高度的调整无法统一，通常以板子进入锡波面时，锡波的水平线能达到板子厚度方向的1/2–2/3为佳。如PCB板需要使用载具来过炉，则锡波高度可调整至达到整个板厚。二、锡波参数管控b.锡液温度：温度对焊接的影响是至关重要的，无论回流焊还是波峰焊工艺，温度参数始终是最关键的参数之一。波峰焊锡液温度的设定值范围在260-270℃，对于某些非常简单的板，也可以设定到255℃，但不能再低，否则会产生焊接不良。一般来讲，温度高，焊接品质会好；但因为焊接是一个在高温下完成的过程，在焊接过程中所有参与焊接的元器件及板材都会经受热冲击，在其内部产生热应力，如控制不好，热应力就会导致相关材料损毁，最终结果可能是虽然焊接质量好，但板子在后端测试不良。所以锡液温度调整必须保持一个原则：就低不就高。如果经试验验证，在温度低的情况下也能取得好的焊接品质，则必须将低的温度值作为标准参数，不得再继续使用高的温度设定值。二、锡波参数管控c.引脚间隙：引脚间隙即板子经过锡波喷嘴时，板子下表面与锡波喷嘴表面之间的间隙。此间隙设定过小，会导致板子在过炉时卡在锡炉中；而设定过大，就必须将锡炉马达转速（或频率）加大来形成更高的锡波面，才能满足焊接时的要求。这样一来，势必会使锡波的流动速度加快，锡波平整度会变差，焊接品质波动性会变大，同时液态锡的氧化会增加，会产生更多的锡渣。因此引脚间隙一定要调整好，一般情况下，因IPC的标准中引脚伸出板面的长度为1-2mm，所以引脚间隙调整到3-5mm就可以了，最大建议不超过8mm。此参数优化到最佳值时应予以固定，不可再随意更改。二、锡波参数管控d.锡波平整度：锡波平整度主要由设备的水平来决定。一般情况下，波峰焊机台在架设时要对整个机器调水平，之后还需单独对锡槽部分调水平，保证板子在过锡波时处于水平状态。但炉子在使用过程中，由于需要经常对锡槽部分做保养和高度调整，时间久了其水平度会发生改变，所以要经常对锡槽部分作水平检测，如发现有锡波不平整，需要调整。此项工作应包含在设备的月保养项目中，每月点检一次。检测方法有2种：1)用一块标准的高温玻璃板过锡波，看锡波与玻璃的交线是否是一条直线?如是。则锡波平整度良好；否，则需进行调整。2)用钢尺分别量测定轨和动轨L型链爪上表面到锡槽喷嘴表面的距离。如相等，平整度良好；不相等，则需进行调整。e.锡液成份管控：锡液中杂质金属对焊接的影响也较大，必须定期对锡槽中锡液成份作检测。原则上每3个月应对锡液成份作一次检测，最好能够每月一测。检测标准可参考供应商提供的技术资料。三、轨道角度管控综合各种因素来看，轨道角度对波峰焊接的影响不是非常显著，故此参数一般情况下可不用调整，保持在5-7度之间即可。建议调整到6.5-6.8度之间较好。四、链条速度管控链速对波峰焊接也有较大影响，同时链速还会影响到产能。因此对链速的调整应该慎重，尽可能优化之后将其固定，不要轻易更改。链速主要会影响焊点的浸锡时间和最后的拖锡状态。链速快，焊接时间短，但相对的脱锡效果会好；链速慢，焊接时间长，脱锡效果差。链速的调整范围比较大，一般情况下可调整在1.2–1.5米/分钟。五、波峰焊炉温曲线管控波峰焊的炉温曲线管控要点与回流焊大体一致，不同点仅在于选择测试点的要求和热电偶的埋点方法。波峰焊选点应优先选择热容量大的元件。其热电偶的焊接应保证感应头与PCB孔环紧密接触。每块测温板上还应有一个点来检测焊锡面的板面温度，测试中还应有一条感温线来检测锡波温度。五、波峰焊炉温曲线管控时间温度预热温度：100-130℃扰流波浸锡时间：1-2秒平波浸锡时间：3-4.5秒总浸锡时间：3–6秒助焊剂喷涂区预热区：板面温度在100-130℃时间在60-120秒焊锡区峰值温度=270℃波峰焊温度时间曲线图：