第4章SMT生产工艺

第4章SMT生产工艺4.1涂敷工艺•焊膏涂覆就是将焊膏涂敷在PCB的焊盘图形上，为SMC/SMD的贴装、焊接提供粘附和焊接材料。焊膏涂覆有点涂、丝网印刷和金属模板印刷三种方法。•4.1.1焊膏模板印刷工艺1.模板印刷原理•⑴模板印刷的受力分析•⑵模板印刷的基本过程图4-2压力分析2．模板印刷环境要求•⑴电源要求：电源电压和功率要符合设备要求，电压要稳定，要求：单相AC220（220±10％，50/60HZ），三相AC380V（220±10％，50/60HZ）如果达不到要求，需配置稳压电源，电源的功率要大于功耗的一倍以上。•⑵温度：环境温度：23±3℃为最佳。一般为17～28℃。极限温度为15～35℃（印刷工作间环境温度为23±3℃为最佳）。•⑶湿度：相对湿度：45～70%RH。•⑷工作环境：工作间保持清洁卫生，无尘土、无腐蚀性气体。空气清洁度为100000级。（BGJ73-84）；在空调环境下，要有一定的新风量，尽量将含量控制在1000PPM以下，含量控制10PPM以下，以保证人体健康。•⑸防静电：生产设备必须接地良好，应采用三相五线接地法并独立接地。生产场所的地面、工作台垫、坐椅等均应符合防静电要求。•⑹排风：回流焊和波峰焊设备都有排风要求。•⑺照明：厂房内应有良好的照明条件，理想的照度为800LUX×1200LUX,至少不能低于300LUX。•⑻SMT生产线人员要求：生产线各设备的操作人员必须经过专业技术培训，必须熟练掌握设备的操作规程。操作人员应严格按“安全技术操作规程”和工艺要求操作。3.模板印刷过程分析•⑴印刷准备•⑵安装模板、刮刀•⑶PCB定位与图形对准•⑷设置工艺参数•印刷行程、印刷速度、刮刀压力、印刷间隙、分离速度、刮刀角度、清洗模式和清洗频率•⑸添加焊膏并印刷涂敷工艺模板印刷工艺丝网板印刷工艺贴片胶滴涂工艺印刷准备焊膏印刷缺陷分析过程总结检验返修安装模板安装刮刀PCB定位编程4.模板印刷结果分析•焊膏印刷结果要求：印刷焊膏量均匀一致性好；焊膏图形清晰,相邻图形之间尽量不粘连；焊膏图形与焊盘图形要尽量不要错位；在一般情况下，焊盘上单位面积的焊膏量应为0.8mg/m㎡左右，对窄间距元器件，应为0.5mg/m㎡左右；印刷在基板上的焊膏与希望重量值相比，允许有一定的偏差；焊膏覆盖焊盘的面积，应在75%以上；焊膏印刷后应无严重塌落，边缘整齐，错位不大于0.2mm，对窄间距元器件焊盘，错位不大于0.1mm；基板不允许被焊膏污染。•⑴影响焊膏印刷质量的因素•影响焊膏印刷质量的因素有很多，概括起来可包括8个因素，分别为人、环境、印刷电路板、印刷机、模板、滚筒（刀）、焊膏材料、和印刷参数。⑵焊膏印刷缺陷分析•针对Chip元件、MELF元件、SOT、SOIC、QFP、PLCC、LCCC、BGA、CSP、F·C等元器件的印刷效果印刷缺陷焊膏坍塌与模糊漏印、印刷不完全焊膏图形粘连焊膏印刷偏离焊膏印刷拉尖4.1.2贴片胶涂敷工艺•贴片胶涂敷可采用分配器点涂技术、针式转印技术和印刷技术。分配器点涂是将贴片胶一滴一滴地点涂在PCB贴装元器件的部位上；针式转印技术一般是同时成组地将贴片胶转印到PCB贴装元器件的所有部位上；印刷技术与焊膏印刷技术类似，因此本节主要介绍前二种技术。1.分配器点涂技术点胶准备开始初始化调节参数编制程序添加贴片胶首件试点检验连续点涂检验结束不合格3.1涂敷设备•⑴点胶准备及开机•⑵贴片胶涂覆工艺技术参数设置•①点胶压力•②胶点直径、胶点高度、点胶针头内径•③压力、时间与止动高度的关系•④胶点数量设定•⑶点胶并检验•⑷点胶结果分析施加贴片胶的技术要求•如果采用光固型贴片胶，元器件下面的贴片胶至少有一半的量处于被照射状态；如果采用热固型贴片胶，贴片胶滴可完全被元器件覆盖，见下图4-10。•小元件可涂一个胶点，大尺寸元器件可涂敷多个胶点。•胶点的尺寸与高度取决于元器件的类型，胶点的高度应达到元器件贴装后胶点能充分接触到元器件底部的高度；胶点量（尺寸大小或胶点数量）应根据元器件的尺寸和重量而定，尺寸和重量大的元器件胶点量应大一些，胶点的尺寸和量也不宜过大，以保证足够的粘接强度为准，同时贴装后贴片胶不能污染元器件端头和PCB焊盘。•影响贴片胶涂敷质量的因素•优良的胶点应是表面光亮，有适合的形状和几何尺寸，无拉丝和拖尾现象。国内外有许多公司研究表明胶点质量不仅取决于贴片胶品质，而且与点胶机参数设置及工艺参数的优化也有很密切的关系。•点胶缺陷分析缺陷名称及图片缺陷形成原因分析解决措施拉丝/拖尾①胶嘴内径太小。②点胶压力太高。③胶嘴与PCB的间距太大。④贴片胶过期或品质不好。⑤贴片胶粘度太高。⑥从冰箱中取出后未能恢复到室温。⑦点胶量太多①改换内径较大的胶嘴。②降低点胶压力。③调节“止动”高度。④更换贴片胶。⑤选择适合粘度的胶种。⑥从冰箱中取出后恢复到室温（约4小时）。调整点胶量。胶嘴堵塞①针孔内未完全清洗干净。②贴片胶中混入杂质。③有堵孔现象。④不相容的胶水相混合。①换清洁的针头。②换质量好的贴片胶。③及时检查与清洗点胶针头。④贴片胶牌号不应搞错空打①混入气泡。②胶嘴堵塞。①注射筒中的胶应进行脱气泡处理（特别是自己装的胶）。②按胶嘴堵塞方法处理堵塞，并及时清洗胶嘴。元器件移位①贴片胶出胶量不均匀（例如片式元件两点胶水中一个多一个少）。②贴片时元件移位。③贴片胶初黏力低。④点胶后PCB放置时间太长。⑤胶水半固化。①检查胶嘴是否有堵塞。②排除出胶不均匀现象。③调整贴片机工作状态，更换合适粘度的贴片胶。④点胶后PCB放置时间不应太长（小于4小时）。⑤增加烘干温度与时间。掉件①固化工艺参数不到位。②温度不够。③元件尺寸过大。④吸热量大。⑤光固化灯老化。⑥胶水量不够。⑦元件/PCB有污染。①调整固化曲线。②提高固化温度。③提高热固化胶的峰值固化温度，选择合适元件。④提高峰值温度。⑤观察光固化灯是否老化，灯管是否有发黑现象，及时更换。⑥提高胶水的数量。⑦及时观察元件/PCB是否有污染，并清洗之。元件引脚上浮/移位①贴片胶不均匀。②贴片胶量过多。③贴片元件偏移。①调整点胶工艺参数。②控制点胶量。③调整点胶工艺参数。空点、贴片胶过多①胶中混有较大的团块，堵塞了分配器喷嘴；或是胶中有气泡，出现空点。②贴片胶粘度不稳定时就进行点涂，则涂布量不稳定。③长时间放置点胶头不使用，要恢复贴片胶的摇溶性，一开始的几次点胶肯定会出现点胶量不足的情况。①使用去除过大颗粒、气泡的贴片胶。②每次使用时，放在一个防止结露的密闭容器中静置约1小时后，再装上点胶头，待温度稳定后再开始点胶。使用中如果有调温装置更好。③每一张印制板、每个点涂嘴刚开始用时，都要先试点几次。2．针式转印技术•针式转印技术的原理如图4-11所示。将针定位在贴片胶窗口容器上面（图a）；而后将钢针头部浸没在贴片胶中（图b）；当把钢针从贴片胶中提起时（图c），由于表面张力的作用，使贴片胶粘附在针头上；然后将粘有贴片胶的针在PCB上方对焊盘图形定位，而后使针向下移动直至贴片胶接触焊盘，而针头与焊盘保持一定间隙（图d）；当提起针时，一部份贴片胶离开针头留在PCB的焊盘上（图e）。图4-11针式转印过程3.印刷工艺•印刷贴片胶的原理、过程和设备与印刷焊膏相同。它是通过漏空图形的漏印工具模板，将贴片胶印刷到PCB上。通过模板设计，采用特殊的塑料模板、增加模板厚度、开口数量等方法来控制胶量的大小和高度。•印刷工艺优点是生产效率高，适合大批量生产；更换品种方便，只要更换模板即可；涂敷精度也比针式转印法要高；印刷机的利用率增高，不需添加点胶装置，节约成本。•印刷工艺缺点是贴片胶暴露在空气中，对环境要求较高；胶点高度不理想，只适合平面印刷。工艺性能针印工艺注射工艺印刷工艺速度固定、快以点数计、慢以板块计、快工艺难度简单复杂中等对胶点流动控制良好良好较差胶点外形控制中等良好较差胶量控制较差中等～良良好混装板处理可行可行不可行柔性差好差4.2贴装工艺•表面贴装工艺就是通过贴片机按照一定的贴装程序，有序地把表面组装元器件贴装到对应的印制电路板焊盘上，它主要包含吸取和放置两个动作，因此这个过程英文为“PickandPlace”，它是SMT工序中第二道重要工序。贴装工艺贴片准备编程贴片缺陷分析过程总结检验返修安装供料器安装PCB4.2.1贴装元器件的工艺要求•1.贴装工艺要求•各装配位号元器件的类型、型号、标称值和极性等特征标记要符合产品装配图和明细表的要求。•贴装好的元器件要完好无损。•贴装元器件焊端或引脚不小于1/2厚度浸入焊膏。对于一般元器件，贴片时焊膏挤出量应小于0.2mm，对于细间距元器件，贴片时焊膏挤出量应小于0.1mm。•元器件焊端或引脚要和焊盘图形对齐、居中。由于回流焊有自对准效应，因此元器件贴装时允许有一定的偏差。各种元器件的具体偏差范围参见IPC-A-610标准。4.2.1贴装元器件的工艺要求•2.保证贴装质量的三要素•元件正确。•位置准确。•压力合适。4.2.2贴片机编程•贴片程序的编制有示教编程和计算机编程两种方式。•示教编程就是通过装在贴片头上的CCD摄像机识别PCB上的元器件位置数据，精度低，编程速度慢。这种方法仅适用于缺少PCB数据的情况或做教学示范。•一般生产中都采用计算机编程，计算机编程有在线编程和离线编程两种。•1.离线编程•离线编程的步骤：PCB程序数据编辑→自动编程优化并编辑→将数据输入设备→在贴片机上对优化好的产品程序进行编辑→核对检查并备份贴片程序。2.在线编程•⑴程序数据的编辑•⑵元器件的影像编辑•⑶编辑程序的优化•⑷校对检查并备份贴片程序。4.2.3贴装结果分析贴装缺陷缺陷分析及原因解决措施偏移①贴片程序错误②元件厚度设置错误③贴片头高度太高，贴片时从高处扔下④贴片速度太快⑤吸嘴有污染物堵塞现象⑥PCB上MARK点设置不当⑦焊膏印刷不均匀①个别位置不准确时，修改元件坐标；整块板偏移则可修改PCBMark坐标②修改程序中元件库的元件厚度值③重新设置Z轴高度④降低贴片机参数设置中的速度值⑤定期检查吸嘴情况⑥修改程序中PCBMark坐标值⑦对贴片的前道工序印刷结果进行及时检查缺件①吸嘴有污染物堵塞现象②PCB支撑针没有调整好③PCB平整度较差①定期检查吸嘴情况②调整PCB支撑针③更换PCB极性错误①贴片影像做错②元器件放置出错③料带中出错①修改程序元件库，重新制作元件视觉图像②修改贴片程序③安装供料器前检查料带中元件放置情况，往振动供料器滑道中加料时注意元器件的方向错件①贴片程序错误②拾片程序错误③装错供料器①修改程序，编程后应有专人核查程序②修改程序，编程后应有专人核查程序③重新安装供料器，安装好供料器后应有专人核查元件损坏①PCB变形②贴片头高度太低③贴装压力太大④PCB支撑的尺寸不正确，分布不均匀，数量太少⑤元件本身易碎①更换PCB或者对PCB使用前进行一定的处理②贴片头高度应随着PCB厚度和贴装的元器件高度来调整③重新调整贴装压力④更换与PCB厚度匹配的支撑针，将支撑针分布均衡，增加支撑针数量⑤更换元件4.3焊接工艺•焊接是表面组装技术中的主要工艺技术，是完成元件电气连接的环节，直接与产品的可靠性相关，也是影响整个工序直通率的关键因素之一。•目前用于SMT焊接的方法主要有回流焊和波峰焊两大类。波峰焊接主要用于传统通孔插装工艺，以及表面组装与通孔插装元器件的混装工艺，适合波峰焊的表面贴装元器件有矩形和圆柱形片式元件、SOT以及较小的SOP器件等。4.3.1回流焊工艺•回流焊接就是预先在PCB焊接部位施放适量和适当形式的焊料，然后贴放表面组装元器件，再利用外部热源使焊料再次流动达到焊接目的的一种成组或逐点焊接工艺。回流焊接工艺是SMT组装的最后一道工艺，它是完成元件电气连接的环节，直接与产品的可靠性相关。回流焊工艺焊接准备设置参数回流焊接缺陷分析过程总结检验返修测定温度曲线1.回流焊工艺要求•为了提高SMT产品直通率，除了要减少肉眼看得见的焊点缺陷外，还要克服虚焊、焊接界面结合强度差、焊点内部应力大等肉眼看不见的缺陷，因此回流焊工艺必须在受控的条件下进行。回流焊工艺要