表面贴装工程SMA技术

表面贴装工程----关于SMA的介绍目录SMAIntroduce什么是SMA？SMT工艺流程ScreenPrinterMOUNTREFLOWAOIESD质量控制什么是SMA？SMA(SurfaceMountAssembly)的英文缩写，中文意思是表面贴装工程。是新一代电子组装技术，它将传统的电子元器件压缩成为体积只有几十分之一的器件。表面安装不是一个新的概念，它源于较早的工艺，如平装和混合安装。电子线路的装配，最初采用点对点的布线方法，而且根本没有基片。第一个半导体器件的封装采用放射形的引脚，将其插入已用于电阻和电容器封装的单片电路板的通孔中。50年代，平装的表面安装元件应用于高可靠的军方，60年代，混合技术被广泛的应用，70年代，受日本消费类电子产品的影响，无源元件被广泛使用，近十年有源元件被广泛使用。SMAIntroduceSMAIntroduce什么是SMA？SurfacemountThrough-hole与传统工艺相比SMA的特点：高密度高可靠小型化低成本生产的自动化SMAIntroduceSMT工艺流程一、单面组装：来料检测=丝印焊膏（点贴片胶）=贴片=回流焊接=检测=返修二、双面组装；A：来料检测=PCB的A面丝印焊膏（点贴片胶）=贴片=A面回流焊接=翻板=PCB的B面丝印焊膏（点贴片胶）=贴片=回流焊接=检测=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。最最基础的东西SMAIntroduce双面混装工艺：来料检测=PCB的B面点贴片胶=贴片=翻板=PCB的A面插件=波峰焊=清洗=检测=返修先贴后插，适用于SMD元件多于分离元件的情况SMT工艺流程SMAIntroduceScreenPrinterMountReflowAOISMT工艺流程SPISMAIntroduceSolderpasteSqueegeeStencilScreenPrinterSTENCILPRINTINGScreenPrinter内部工作图ScreenPrinterScreenPrinter的基本要素：Solder(又叫锡膏）经验公式：三球定律至少有三个最大直径的锡珠能垂直排在模板的厚度方向上至少有三个最大直径的锡珠能水平排在模板的最小孔的宽度方向上单位：锡珠使用米制（Micron)度量，而模板厚度工业标准是美国的专用单位Thou.(1m=1*10-3mm,1thou=1*10-3inches,25mm1thou)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。SMAIntroduceSMAIntroduceSqueegee(又叫刮板或刮刀）菱形刮刀金属10mm45度角SqueegeeStencil菱形刮刀ScreenPrinterSMAIntroduceStencil(又叫模板）：StencilPCBStencil的梯形开口ScreenPrinter激光切割模板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问题及原因对策•2.发生皮层CURSTING由于锡膏助焊剂中的活化剂太强,环境温度太高及铅量太多时,会造成粒子外层上的氧化层被剥落所致.•3.膏量太多EXCESSIVEPASTE原因与“搭桥”相似.•避免将锡膏暴露于湿气中.•降低锡膏中的助焊剂的活性.•降低金属中的铅含量.•减少所印之锡膏厚度•提升印着的精准度.•调整锡膏印刷的参数.锡膏丝印缺陷分析:ScreenPrinterSMAIntroduce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。SMAIntroduce无铅锡膏熔化温度范围：ScreenPrinter无铅焊锡化学成份48Sn/52In42Sn/58Bi91Sn/9Zn93.5Sn/3Sb/2Bi/1.5Cu95.5Sn/3.5Ag/1Zn93.3Sn/3.1Ag/3.1Bi/0.5Cu99.3Sn/0.7Cu95Sn/5Sb65Sn/25Ag/10Sb96.5Sn/3.5Ag熔点范围118°C共熔138°C共熔199°C共熔218°C共熔218~221°C209°~212°C227°C232~240°C233°C221°C共熔说明低熔点、昂贵、强度低已制定、Bi的可利用关注渣多、潜在腐蚀性高强度、很好的温度疲劳特性高强度、好的温度疲劳特性高强度、好的温度疲劳特性高强度、高熔点好的剪切强度和温度疲劳特性摩托罗拉专利、高强度高强度、高熔点97Sn/2Cu/0.8Sb/0.2Ag226~228°C高熔点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SMAIntroduceMOUNT表面贴装元件介绍：表面贴装元件具备的条件元件的形状适合于自动化表面贴装尺寸，形状在标准化后具有互换性有良好的尺寸精度适应于流水或非流水作业有一定的机械强度可承受有机溶液的洗涤可执行零散包装又适应编带包装具有电性能以及机械性能的互换性耐焊接热应符合相应的规定SMAIntroduceMOUNTIC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检测项目检测方法元件：可焊性润湿平衡实验，浸渍测试仪引线共面性光学平面检查,0.10mm贴片机共面检查装置使用性能抽样检查PCB：尺寸,外观检查阻焊膜质量目检，专用量具焊膜质量翘曲，扭曲热应力测试可焊性旋转浸渍测试，波峰焊料浸渍测试焊料珠测试阻焊膜完整性热应力测试材料：焊膏：金属百分含量加热分离称重法焊料球再流焊粘度旋转式粘度计粉末氧化均量俄歇分析法焊锡：金属污染量原子吸附测试助焊剂：活性铜镜测试浓度比重计变质目测颜色贴片胶：粘性粘接强度试验清洗剂：组成成分气体包谱分析法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。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SMAIntroduceREFLOWTime(BGABottom)1-3℃/Sec200℃Peak225℃±5℃60-90Sec140-170℃60-120SecPreheatDryoutReflowcooling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