微电子制造SMT基本常识

微电子制造SMT基本常识SMT就是表面组装技术（SurfaceMountedTechnology的缩写），是目前电子组装行业里最流行的一种技术和工艺。SMT有何特点：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。为什么要用SMT：电子产品追求小型化，以前使用的穿孔插件元件已无法缩小电子产品功能更完整，所采用的集成电路(IC)已无穿孔元件，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科技革命势在必行，追逐国际潮流SMT工艺流程------双面组装工艺A：来料检测èPCB的A面丝印焊膏（点贴片胶）è贴片è烘干（固化）èA面回流焊接è清洗è翻板èPCB的B面丝印焊膏（点贴片胶）è贴片è烘干è回流焊接（最好仅对B面è清洗è检测è返修）此工艺适用于在PCB两面均贴装有PLCC等较大的SMD时采用。B：来料检测èPCB的A面丝印焊膏（点贴片胶）è贴片è烘干（固化）èA面回流焊接è清洗è翻板èPCB的B面点贴片胶è贴片è固化èB面波峰焊è清洗è检测è返修）此工艺适用于在PCB的A面回流焊，B面波峰焊。在PCB的B面组装的SMD中，只有SOT或SOIC（28）引脚以下时，宜采用此工艺。助焊剂产品的基本知识一.表面贴装用助焊剂的要求具一定的化学活性具有良好的热稳定性具有良好的润湿性对焊料的扩展具有促进作用留存于基板的焊剂残渣,对基板无腐蚀性具有良好的清洗性氯的含有量在0.2%(W/W)以下.二.助焊剂的作用焊接工序:预热/焊料开始熔化/焊料合金形成/焊点形成/焊料固化作用:辅助热传异/去除氧化物/降低表面张力/防止再氧化说明:溶剂蒸发/受热,焊剂覆盖在基材和焊料表面,使传热均匀/放出活化剂与基材表面的离子状态的氧化物反应,去除氧化膜/使熔融焊料表面张力小,润湿良好/覆盖在高温焊料表面,控制氧化改善焊点质量.三.助焊剂的物理特性助焊剂的物理特性主要是指与焊接性能相关的溶点,沸点,软化点,玻化温度,蒸气压,表面张力,粘度,混合性等.四.助焊剂残渣产生的不良与对策助焊剂残渣会造成的问题对基板有一定的腐蚀性降低电导性,产生迁移或短路非导电性的固形物如侵入元件接触部会引起接合不良树脂残留过多,粘连灰尘及杂物影响产品的使用可靠性使用理由及对策选用合适的助焊剂,其活化剂活性适中使用焊后可形成保护膜的助焊剂使用焊后无树脂残留的助焊剂使用低固含量免清洗助焊剂焊接后清洗五.QQ-S-571E规定的焊剂分类代号代号焊剂类型S固体适度(无焊剂)R松香焊剂RMA弱活性松香焊剂RA活性松香或树脂焊剂AC不含松香或树脂的焊剂美国的合成树脂焊剂分类:SR非活性合成树脂,松香类SMAR中度活性合成树脂,松香类SAR活性合成树脂,松香类SSAR极活性合成树脂,松香类六.助焊剂喷涂方式和工艺因素喷涂方式有以下三种:1.超声喷涂:将频率大于20KHz的振荡电能通过压电陶瓷换能器转换成机械能,把焊剂雾化,经压力喷嘴到PCB上.2.丝网封方式:由微细,高密度小孔丝网的鼓旋转空气刀将焊剂喷出,由产生的喷雾,喷到PCB上.3.压力喷嘴喷涂:直接用压力和空气带焊剂从喷嘴喷出喷涂工艺因素:设定喷嘴的孔径,烽量,形状,喷嘴间距,避免重叠影响喷涂的均匀性.设定超声雾化器电压,以获取正常的雾化量.喷嘴运动速度的选择PCB传送带速度的设定焊剂的固含量要稳定设定相应的喷涂宽度七.免清洗助焊剂的主要特性可焊性好,焊点饱满,无焊珠,桥连等不良产生无毒,不污染环境,操作安全焊后板面干燥,无腐蚀性,不粘板焊后具有在线测试能力与SMD和PCB板有相应材料匹配性焊后有符合规定的表面绝缘电阻值(SIR)适应焊接工艺(浸焊,发泡,喷雾,涂敷等助焊剂常见状况与分析一、焊后PCB板面残留多板子脏:1.焊接前未预热或预热温度过低(浸焊时，时间太短)。2.走板速度太快(FLUX未能充分挥发)。3.锡炉温度不够。4.锡液中加了防氧化剂或防氧化油造成的。5.助焊剂涂布太多。6.元件脚和板孔不成比例（孔太大）使助焊剂上升。9．FLUX使用过程中，较长时间未添加稀释剂。二、着火：1.波峰炉本身没有风刀,造成助焊剂涂布量过多,预热时滴到加热管上。2.风刀的角度不对(使助焊剂在PCB上涂布不均匀)。3.PCB上胶条太多,把胶条引燃了。4.走板速度太快(FLUX未完全挥发,FLUX滴下)或太慢(造成板面热温度太高)。5.工艺问题(PCB板材不好同时发热管与PCB距离太近)。三、腐蚀（元器件发绿，焊点发黑）1\预热不充分（预热温度低，走板速度快）造成FLUX残留多，有害物残留太多）。2\使用需要清洗的助焊剂，焊完后未清洗或未及时清洗。四、连电，漏电（绝缘性不好）PCB设计不合理，布线太近等。PCB阻焊膜质量不好，容易导电。五、漏焊，虚焊，连焊FLUX涂布的量太少或不均匀。部分焊盘或焊脚氧化严重。PCB布线不合理（元零件分布不合理）。发泡管堵塞，发泡不均匀，造成FLUX在PCB上涂布不均匀。手浸锡时操作方法不当。链条倾角不合理。波峰不平。六、焊点太亮或焊点不亮1．可通过选择光亮型或消光型的FLUX来解决此问题）；2．所用锡不好（如：锡含量太低等）。七、短路1）锡液造成短路：A、发生了连焊但未检出。B、锡液未达到正常工作温度，焊点间有“锡丝”搭桥。C、焊点间有细微锡珠搭桥。D、发生了连焊即架桥。2）PCB的问题：如：PCB本身阻焊膜脱落造成短路八、烟大，味大：1.FLUX本身的问题A、树脂：如果用普通树脂烟气较大B、溶剂：这里指FLUX所用溶剂的气味或刺激性气味可能较大C、活化剂：烟雾大、且有刺激性气味2.排风系统不完善九、飞溅、锡珠：1）工艺A、预热温度低（FLUX溶剂未完全挥发）B、走板速度快未达到预热效果C、链条倾角不好，锡液与PCB间有气泡，气泡爆裂后产生锡珠D、手浸锡时操作方法不当E、工作环境潮湿2）PCB板的问题A、板面潮湿，未经完全预热，或有水分产生B、PCB跑气的孔设计不合理，造成PCB与锡液间窝气C、PCB设计不合理，零件脚太密集造成窝气十、上锡不好,焊点不饱满使用的是双波峰工艺，一次过锡时FLUX中的有效分已完全挥发走板速度过慢，使预热温度过高FLUX涂布的不均匀。焊盘,元器件脚氧化严重，造成吃锡不良FLUX涂布太少；未能使PCB焊盘及元件脚完全浸润PCB设计不合理；造成元器件在PCB上的排布不合理，影响了部分元器件的上锡十一、FLUX发泡不好FLUX的选型不对发泡管孔过大或发泡槽的发泡区域过大气泵气压太低发泡管有管孔漏气或堵塞气孔的状况,造成发泡不均匀稀释剂添加过多十二、发泡太好气压太高发泡区域太小助焊槽中FLUX添加过多未及时添加稀释剂,造成FLUX浓度过高十三、FLUX的颜色有些无透明的FLUX中添加了少许感光型添加剂，此类添加剂遇光后变色，但不影响FLUX的焊接效果及性能；十四、PCB阻焊膜脱落、剥离或起泡1、80%以上的原因是PCB制造过程中出的问题A、清洗不干净B、劣质阻焊膜C、PCB板材与阻焊膜不匹配D、钻孔中有脏东西进入阻焊膜E、热风整平时过锡次数太多2、锡液温度或预热温度过高3、焊接时次数过多4、手浸锡操作时，PCB在锡液表面停留时间过锡膏印刷@A#vlY本文介绍：“即使是最好的锡膏、设备和应用方法，也不一定充分保证得到可接受的结果。使用者必须控制工艺过程和设备变量，以达到良好的印刷品质。”在表面贴装装配的回流焊接中，锡膏用于表面贴装元件的引脚或端子与焊盘之间的连接。有许多变量，如锡膏、丝印机、锡膏应用方法和印刷工艺过程。在印刷锡膏的过程中，基板放在工作台上，机械地或真空夹紧定位，用定位销或视觉来对准。或者丝网(screen)或者模板(stencil)用于锡膏印刷。本文将着重讨论几个关键的锡膏印刷问题，如模板设计和印刷工艺过程。印刷工艺过程与设备在锡膏印刷过程中，印刷机是达到所希望的印刷品质的关键。今天可购买到的丝印机分为两种主要类型：实验室与生产。每个类型有进一步的分类，因为每个公司希望从实验室与生产类型的印刷机得到不同的性能水平。例如，一个公司的研究与开发部门(R&D)使用实验室类型制作产品原型，而生产则会用另一种类型。还有，生产要求可能变化很大，取决于产量。因为激光切割设备是不可能分类的，最好是选择与所希望的应用相适应的丝印机。在手工或半自动印刷机中，锡膏是手工地放在模板/丝网上，这时印刷刮板(squeegee)处于模板的另一端。在自动印刷机中，锡膏是自动分配的。在印刷过程中，印刷刮板向下压在模板上，使模板底面接触到电路板顶面。当刮板走过所腐蚀的整个图形区域长度时，锡膏通过模板/丝网上的开孔印刷到焊盘上。在锡膏已经沉积之后，丝网在刮板之后马上脱开(snapoff)，回到原地。这个间隔或脱开距离是设备设计所定的，大约0.020~0.040。脱开距离与刮板压力是两个达到良好印刷品质的与设备有关的重要变量。如果没有脱开，这个过程叫接触(on-contact)印刷。当使用全金属模板和刮刀时，使用接触印刷。非接触(off-contact)印刷用于柔性的金属丝网。刮板(squeegee)类型刮板的磨损、压力和硬度决定印刷质量，应该仔细监测。对可接受的印刷品质，刮板边缘应该锋利和直线。刮板压力低造成遗漏和粗糙的边缘，而刮板压力高或很软的刮板将引起斑点状的(smeared)印刷，甚至可能损坏刮板和模板或丝网。过高的压力也倾向于从宽的开孔中挖出锡膏，引起焊锡圆角不够。常见有两种刮板类型：橡胶或聚氨酯(polyurethane)刮板和金属刮板。当使用橡胶刮板时，使用70-90橡胶硬度计(durometer)硬度的刮板。当使用过高的压力时，渗入到模板底部的锡膏可能造成锡桥，要求频繁的底部抹擦。为了防止底部渗透，焊盘开口在印刷时必须提供密封(gasketing)作用。这取决于模板开孔壁的粗糙度。金属刮刀也是常用的。随着更密间距元件的使用，金属刮刀的用量在增加。它们由不锈钢或黄铜制成，具有平的刀片形状，使用的印刷角度为30~45°。一些刮刀涂有润滑材料。因为使用较低的压力，它们不会从开孔中挖出锡膏，还因为是金属的，它们不象橡胶刮板那样容易磨损，因此不需要锋利。它们比橡胶刮板成本贵得多，并可能引起模板磨损。使用不同的刮板类型在使用标准元件和密脚元件的印刷电路装配(PCA)中是有区分的。锡膏量的要求对每一种元件有很大的不同。密间距元件要求比标准表面贴装元件少得多的焊锡量。焊盘面积和厚度控制锡膏量。一些工程师使用双厚度的模板来对密脚元件和标准表面贴装焊盘施用适当的锡膏数量。其它工程师采用一种不同的方法-他们使用不需要经常锋利的更经济的金属刮刀。用金属刮刀更容易防止锡膏沉积量的变化，但这种方法要求改良的模板开孔设计来防止在密间距焊盘上过多的锡膏沉积。这个方法在工业上变得更受欢迎，但是，使用双厚度印刷的橡胶刮板也还没有消失。模板(stencil)类型重要的印刷品质变量包括模板孔壁的精度和光洁度。保存模板宽度与厚度的适当的纵横比(aspectratio)是重要的。推荐的纵横比为1.5。这对防止模板阻塞是重要。一般，如果纵横比小于1.5，锡膏会保留在开孔内。除了纵横比之外，如IPC-7525《模板设计指南》所推荐的，还要有大于0.66的面积比(焊盘面积除以孔壁面积)。IPC-7525可作为模板设计的一个良好开端。制作开孔的工艺过程控制开孔壁的光洁度和精度。有三种常见的制作模板的工艺：化学腐蚀、激光切割和加成(additive)工艺。化学腐蚀(chemicallyetched)模板金属模板和柔性金属模板是使用两个阳性图形通过从两面的化学研磨来蚀刻的。在这个过程中，蚀刻不仅在所希望的垂直方向进行，而