技术通报SMT通用技术篇(PDF73)

1SMT通用技術篇技術通報2目錄-1z第一篇章--------概述{1.1什麼是SMT{1.2SMT的特點{1.3SMT有關的技術組成{1.4什麼是SMD{1.5什麼是PCBz第二篇章--------SMT工藝流程3目錄-2第三篇章--------設計技術{3.1錫膏{3.2鋼板{3.3PCB定位{3.4刮刀{3.5PCB板{3.6印刷錫膏{3.7貼片{3.8回焊爐{3.9DIP件焊接{3.10清洗{3.11檢測4第四篇章--------典型案例分析{4.1吃錫不良{4.2錫珠{4.3錫橋{4.4開路z第五篇章--------SMT檢驗及相關標準目錄-35z第一篇章--------概述6z1.1什麼是SMT?{SMT（SurfaceMountedTechnology）中文意思是表面粘著（或貼裝）技術z1.2SMT的特點{組裝密度高、電子产品體積小、重量轻。(貼片元件的體積&重量只有傳統插装元件的1/10左右,采用SMT后,電子产品體積缩小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。减少了電磁和射頻干扰。{易于實現自动化，提高生产效率。(降低成本30%~50%.節省材料、能源、设备、人力、時間等)7z1.3SMT有關的技術組成1、電子元件、積體電路的設計製造技術2、電子產品的電路設計技術3、電路板的製造技術4、自動貼裝設備的設計製造技術5、電路裝配製造工藝技術6、裝配製造中使用的輔助材料的開發生產技術8z1.4什麼是SMD?{SMD（SurfaceMountedDevices）中文称表面組裝器件封裝{主要有片式晶體管和集成電路等zChip-片電阻,電容等,尺寸規格有(0201,0402,0603,0805,1206,1210,2010等)zSOT晶體管,SOT23,SOT143,SOT89等zMelf圓柱形元件,二極管,電阻等zSOIC集成電路,尺寸規格(SOIC08,14,16,18,20,24,28,32)zQFP密腳距集成電路zPLCC集成電路,PLCC20,28,32,44,52,68,84zBGA球柵列陣包裝集成電路,列陣間距規格(1.27,1.00,0.80)zCSP集成電路,元件邊長不超過裡面芯片邊長的1.2倍,列陣間距0.50的µBGA9z1.5什麼是PCB?{PCB（PrintedCircuitBoard），中文称印制线路板，简称印制板{在绝缘基材上，按预定设计，制成印制线路、印制元件或由两者结合而成的导电图形，称为印制电路。{在绝缘基材上，提供元、器件之间电气连接的导电图形，称为印制线路。102.SMT工藝的流程z2.1SMT運作流程來料檢驗-上料-核對料號錫膏保存-錫膏攪拌-刮刀壓力-PCB的B面印焊膏貼片--回流焊接--目視檢驗--PCB的A面印焊膏--貼片--回流焊接--目視檢驗--插件--波峰焊（如插裝元件少，可使用手工焊接）--清洗--檢測--裝箱/返修先貼後插，適用於SMD元件多於分離元件的情況11BoardAperturesizeApertureshapeStencilsicknessStencildesignParticlediameterViscosityThixotropyFluxrateKindsofsolderLandsizeLandshapeLandgapAccuracyFillinmethodSolderseparationCleaningScreenprinterBasemetalPre-fluxPlating（Au,Solderleveleretc）XYpositionalaccuracyθaccuracyPick-upattitudePositionalaccuracyPlacementgapShapeSizeElectrodeChipTemp.profileAiratmospherePatterndesignLandN2atmospherez2.2SMT生產流程示意圖12z2.3環境&設備需求z一般來說，SMT車間規定的溫度為25±3℃,湿度：相对湿度：45～70%RHzSMT流程是送板系統-錫膏印刷機-高速機-泛用機-回流焊-收板機133.設計技術z3.1錫膏z3.1.1錫膏的組成{电子工业正在向Pbfree组装转变。{焊膏和回流爐的最具戲劇性的問題就是更高的熔點，這就使得鉛材料的平滑轉換的替代物很難被找到。到目前為止，最流行的無鉛焊膏配方包括了錫，銀，鉍和鋅。{有鉛錫膏合金成份為Sn/Pb合金錫膏的成份包含﹕金屬粉末､溶濟､助焊劑､抗垂流劑､活性劑﹔按重量分﹐金屬粉末占85-92%﹐按體積分金屬粉末占50%﹔其中金屬粉末主要成份為錫和鉛，比例為63/37﹐熔點為183℃.14{提出最可行的無鉛焊膏應該具有217℃到220℃的熔點。這一溫度範圍相對傳統鉛錫共晶焊膏的183℃熔點，呈現出了一個大的增加。{一般錫膏的組成:z90%錫鉛合金(或銀銅)球形顆粒z4%助焊劑z4%溶劑z1%活化劑z0.5%水z0.5%其他添加劑(熱穩定劑~助潤劑~助流劑~~等等)15{無鉛焊錫比例Sn/Ag/Cu=96.5/3.0/0.5,無鉛焊錫的熔點為一般為217℃。{錫膏中主要成份分為兩大部分：錫粉和助焊劑。{錫膏中錫粉顆粒與Flux(助焊劑)的體積之比約為1:1，重量之比約為9:1。{助焊劑在焊接中的主要作用是去除氧化物､破壞融錫表面張力､防止再度氧化。{助焊劑在恆溫區開始揮發進行化學清洗動作。16z3.1.2錫膏的管理{使用錫膏的基本原则是尽量与空气少接触，越少越好。{焊膏与空气长时间接触后，会造成焊膏氧化、助焊剂比例成分失调。产生的后果是：焊膏出现硬皮、硬块、难熔并产生大量锡球等。{錫膏的取用原則是先進先出。{錫膏是一種化學特性很活躍的物質,因此它對環境的要求是很嚴格,存贮温度一般为0-10℃，濕度為20%-21%的條件下有效期為6個月。17{錫膏在開封使用時，須經過兩個重要的過程：回溫､攪拌。{錫膏须在室温状态下自然回温4-6个小时,才可以開封。(開封24小時內必須使用完，否則做報廢處理){至於有鉛和無鉛的攪拌:z如果採用手動攪拌,一般採用的標準是:看攪拌後的錫膏用攪拌刀挑起向下流,看其流動性是否很好,如果流動性不好,會粘在攪拌刀上.這樣錫膏在使用中就會出現幹的現象.z如果採用的是機器攪拌,一般3-4分鐘即可以.{錫膏攪拌是為了使庫存中產生物理分離或因使用回收造成金屬含量偏高通過攪拌還原（或減少不良影響程度）而做的。18{攪拌後應儘量縮短進入回流焊的等待時間,以避免焊膏氧化{基於焊膏的化學成分，焊膏製造商會給出達到最佳性能的最合適溫度曲線的建議。錫膏攪拌機19z3.2鋼板z3.2.1鋼板製做{鋼板常見的製作方法為﹕化學蝕刻(etch)、激光(laser)切割和電鑄成形(electroform)。{通常，當用於最緊的間距為0.025“以上的應用時，化學腐蝕(chem-etched)鋼板和其它技術同樣有效。{當處理0.020“以下的間距時，應該考慮激光切割和電鑄成形的鋼板。20z3.2.2鋼板的相關參數:{鋼板的厚度的選擇{鋼板的材質:常用的材質為不銹鋼{鋼板的光滑度{鋼板的平整度{鋼板的清潔度{鋼板的張力{鋼板的開口方式&尺寸&對稱性21{鋼板的厚度的選擇z最大零件Pin腳吃錫爬升高度z最小零件Pin腳吃錫爬升高度zFinpitch-微小間距(IC)z常用的鋼板厚度為0.15mm(或0.12mm)z当PCB上的Chip元器件尺寸为1608、1005(公制)、SMD的引脚间距为0.65和0.5mm(窄间距)时，不锈钢板厚度可选择0.15-0.12mm。z—般情况下，当PCB上的Ch中元器件尺寸为3216、2125(公制)、SMD的引脚间距在1.27—lmm时，不锈钢板厚度可选择0.2mm。z更高密度组装时，可选择0.1mm以下厚度。22z但是，通常在同一块PCB上既有1.27mm以上一般间距的元器件，也有窄间距元器件，1.27mm以上间距的元器件需要0.2mm厚，窄间距的元器件需要0.15-0.1mm厚。这种情况下可根据PCB上多数元器件的的情况决定不锈钢板厚度，然后通过对个别元器件焊盘开口尺寸的扩大或缩小进行调整焊膏的漏印量。鋼板23{鋼板的開口方式&尺寸&對稱性z鋼板的開孔型式通常為:方形､三角形､圓形，星形，本磊形；z一般鋼板開孔要比PCBPAD小4um,可以防止錫球不良之現象.z鋼板開孔過大，造成錫量過多z對稱性不良會，造成零件吃錫後位置偏移24z3.2.3鋼板的作用{鋼板的主要功能:z是帮助锡膏的沉积(deposition)。z目的是将准确数量的錫膏材料转移到光板(barePCB)上准确的位置。{锡膏阻塞在鋼板上越少，沉积在电路板上就越多。{因此，当在印刷过程中某个东西出错的时候，第一个反应是去责备鋼板。可是，应该记住，还有比鋼板更重要的参数，可影响其性能。{这些变量包括印刷机、锡膏的颗粒大小和黏度、刮刀的类型、材料、硬度、速度和压力、鋼板从PCB的分离(密封效果)、阻焊层的平面度、和元件的平面性。25z3.3PCB的定位方式{PCB定位方式有﹕z真空定位､z機械孔定位､z雙邊夾定位及板邊定位；{常用的MARK形狀有﹕z圓形，z「十」字形､z正方形，z菱形，z三角形，z萬字形；{Fiducial(基準點)：和電路佈線圖合成一體的專用標記，用於機器視覺，以找出佈線圖的方向和位置。26z3.4刮刀{刮刀的磨损、压力和硬度决定印刷质量{刮刀的角度z刮刀角度一般为45-60度。角度太大，易产生焊膏图形不饱满，角度太小，易产生焊膏图形沾污。{刮刀的印刷速度{刮刀的水平度{刮刀的壓力{刮刀的材質(硬度),常见有两种刮板类型：‧橡胶或聚氨酯(polyurethane)刮板‧金属刮‹Durometer(硬度計)：測量刮板刀片的橡膠或塑料硬度。27z3.5印刷錫膏z3.5.1印刷錫膏的前置準備{錫膏印刷時需要準備的材料&工具:錫膏,攪拌刀,鋼板,擦拭紙,刮刀,無塵紙,清洗劑等.{錫膏使用時必須從冰箱中取出回溫，目的是﹕讓冷藏的錫膏溫度回復常溫﹐以利印刷。{如果不回溫則在PCBA進Reflow之後,易產生的不良為錫珠{攪拌還原28z3.5.2印刷設備{焊膏是由专用设备施加在焊盘上，其设备有：全自动印刷机、半自动印刷机、手动印刷台、半自动焊膏分配器等。29Printz3.5.3印刷錫膏示意圖z錫膏測厚儀是利用Laser光測錫膏:z印出之厚度z錫膏面積z錫膏體積30自動印刷錫膏刮刀錫膏31z3.5.4印刷錫膏量等的一般要求{在一般情况下，焊盘上单位面积的焊膏量应为0.8mg/㎜2左右。对窄间距元器件，应为0.5mg/㎜2左右。{焊膏覆盖每个焊盘的面积应在75％以上。采用免清洗技术时，要求焊膏全部位于焊盘上。{焊膏印刷后，应无严重塌落，边缘整齐，错位不大于0.2㎜，对窄间距元器件焊盘，错位不大于0.1㎜。基板表面不允许被焊膏污染。{焊膏的印刷量与鋼板厚度、开口尺寸成正比。{将适量的焊膏均匀的施加在PCB的焊盘上，以保证贴片元器件与PCB相对应的焊盘在回流焊接时，达到良好的电氣连接，并具有足够的机械强度。32PCB印刷錫膏後33z3.6貼片{元器件准确的贴装到印好焊膏或贴片胶的PCB表面相应的位置34z3.6.1常見的貼片機種類{常見的自動放置機有三種基本型態，z接續式放置型z連續式放置型z大量移送式放置機{Pick-and-place(拾取-貼裝設備)：z一種可編程機器，有一個機械手臂，從自動供料器拾取元件，移動到PCB上的一個定點，以正確的方向貼放於正確的位置。{Placementequipment(貼裝設備)：z結合高速和準確定位地將元件貼放於PCB的機器，分為三種類型：SMD的大量轉移、X/Y定位和在線轉移系統，可以組合以使元件適應電路板設計。35z3.6.2貼片的組成&參數{製作SMT設備程序時，程序中包括五大部分，此五部分為:zPCBdata；z定位Markdata-----程式座標的設定；z料架