SMT实用工艺与制程.docx
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SMT实用工艺与制程.docx
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SMT实用工艺与制程
SMT工艺与制程
一SMT生产环境
二生产排序
三焊膏部分
四胶水部分
五组件(SMD)的基本知识
六PCB板的基本要求
七SMT基本工艺、制程文件
唐海
2013/4/29
一SMT生产环境
1.无尘:
SMT设备气动部件很多,清洁的环境有利于气路的顺畅,与稳定运行;
SMT贴片设备的组件认识系统主要为相机识别或激光识别,它们镜头是否清洁无尘直接影响到设备的装着率和贴片精度;
SMT设备的功率电器部件较多,无尘与良好的通风环境能保证其寿命;
无尘能保证PCB板的清洁,保证印刷质量与点胶质量;
无尘的其体等级要求根据生产品的类型与精度要求来确定。
2.温度:
(20---28℃)设备的机械、电器部件在高速、长时间运转下都会发热,要较低的环境温度保证其正常运行;
在此温度范围内能保证锡膏的性能与点胶的质量;
SMT的作业人员为防静电而穿了防静电衣帽,需要合适的温度环境.
3.湿度:
(40---70%RH)湿度对静电的影响非常大;
湿度对锡膏的印刷有很大影响;
湿度对设备机械、电器部件有影响.
4.防静电:
A.静电物质由于受外力的作用,会产生电子的得失,物质中电子的得失破坏了电平衡,产生了静电.静电能击穿很多电子器件,是IC等电子器件的头号杀手.
B.影响静电的产生因素
●物质的材料特性,有的容易产生静电,有的不容易产生静电;
●物质摩擦的作用力的大小与方向;
●环境湿度会影响静电产生的大小,越干燥,越易产生静电;
●环境空间的交变电场,磁场也是产生静电的重要来源.
C.静电的防护
●所有元器件的操作都必需在静电安全工作台上进行;
●SMD采用防静电包装,SMD物料仓要有更严的防静电保护;
●SMT的作业人员必须有静电防护,穿防静电工作服或戴防静电手腕带,接触芯片时避免接触它的引脚或端子,根据要求再作静电防护;
●SMT的各种设备必须有良好的防静电保护,做防静电油漆,加防静电皮,和设备良好的接地;
●控制好SMT生产环境的湿度,工作场地做防静电油漆,加防静电地皮;
●PCBA的存放与搬运也要注意防静电,用防静电胶盆等来装PCB.
5.通风:
SMT回流焊会排出很多废气,需要良好的通风保持生产环境.
6.照明:
方便目检员检测半成品,作业人员观察与作业.
7.振动:
小的振动有利于保护贴片精度,设备的正常使用.
8.地板的承载能力:
SMT设备一般都有较大振动,如果生产车间不在一楼应考虑楼板的承受能力和防止共振.
9.设备的布局:
主要考虑设备的振动是否会相互影响,是否方便作业与正体的美观,产品的升级伴随的辅助设备的增加.
二生产排序
1.先生产锡膏面,再生产胶水面
2.先生产少料面,再生产多料面
3.PCB胶水贴片回焊炉目检ICTIPQC
4.PCB印刷IPQC抽检贴片IPQC抽检回焊炉
IPQCICT目检
三焊膏部分
有铅焊膏
有铅焊膏的组成与其对性能的影响
1.锡铅合金锡球(SolderBall)
●比重85---90%:
合金锡球比重高低将会影响焊点锡量的多少与爬升性,因为焊接时锡球合金不会挥发,相同体积的锡膏膜,锡铅合金球的比重越高焊点就会越饱满。
●球径25---55um:
生产机板上的最小印刷间距决定了被选用锡膏锡球球径的范围。
一般要求球径要小于最小印刷间距的1/3。
如球径太大在印刷时网孔易堵塞,锡膏粘度会变小,不易均匀涂布;球径太小易塌边,锡球易氧化,焊接时易起锡珠.
●锡铅比63/37:
锡球的锡铅比例将决定锡膏的熔点,Sn/Pb为63/37的锡膏熔点约为183℃,近年来由于环保的要求多用无铅锡球.
2.助焊剂(Flux)
●比重9—12%一般在10%左右
●种类RSA、RA、RMA、R现一般采用RMA型
RMA弱活化性卤素含有量小于0.5‰,腐蚀性很小
●作用与要求:
清除PCB表面PAD上的氧化层,并保护其不再被氧化.
降低焊接中焊料的表面张力,促进焊料的流动与分散.
加强了锡膏的润湿性.
要求助焊剂无腐蚀,低残留,免清洗.
3.粘度、流变动调节剂,溶剂(Solvent)
*比重2---3%
*粘度调节剂控制锡膏的粘度与沉积特性,是影响粘度的主要因素。
影响粘度的其它因素:
Ⅰ锡球颗粒外形尺寸与形状,外形尺寸越小粘度就越大;
Ⅱ助焊剂所占锡膏的比重,含有助焊剂越多,粘度就小;
Ⅲ锡球颗粒的形状越圆,粘度越大
粘度对印刷质量的影响:
粘度太大:
不易穿过网孔,不利脱网,印出的线残缺不全,滚动性差.粘度太小:
易流淌和塌边,影响印刷的分辨变率和线条的平整性,不利于组件的贴片.
一般的粘度要求:
生产普通SMD时要求粘度500—900Pa.S;
生产细间距SMD时要求粘度800--1200Pa.S
*流变动调节剂在焊接时,调节锡水的流动,保证焊接质量
*溶剂保证锡膏润湿性,改变锡膏的存贮期限.要求其沸点较高,常温下不易挥发,在Reflow中快速挥发.
锡膏选用的性能检查项目
1.印刷前贮存稳定性粘度测试
2.印刷时脱网性滚动性塌边性润湿性连续印刷性
3.焊接后光泽度(低助焊剂残留)爬升性(焊点爬升高)
光滑性(加工美观性)最佳条件下的锡珠情况
最佳条件下的短路、虚焊情况
4.焊点电气项目焊接强度焊点的导通性
焊点与焊点的绝缘性抗腐蚀性
锡膏的选用依据
1焊点质量
主要焊点的爬升性焊点的光泽度短路情况空焊情
2印刷质量
主要脱网性塌边性连续印刷性
3采购价格考虑锡膏的性能价格比
4采购周期从定货到到货所需的时间,最好是国内采购,不需报关
5售后服务情况
锡膏的保存条件:
低温冷藏2—10℃,保存期不超过3个月,使用时先进先出
锡膏的使用准备:
先回温4—8小时,拌3—5分钟
回温:
锡膏的保存为低温冷藏如不回到室温就生产,易使锡膏周围的水蒸汽液化,而吸收水分,破坏锡膏的组成,影响锡膏的性能;锡膏品牌不同回温时间稍有差异,最佳的回温时间可咨询供应商
搅拌:
锡膏长期存放,由于组成成份的比重不同而分层,搅拌有利于锡膏成份的均匀,控制好锡膏的粘度,便于印刷;锡膏品牌不同搅拌时间稍有差异,最佳的搅拌时间可咨询供应商;也有些锡膏不用机器搅拌
钢网(Stencil)
1.加工方式
化学蚀刻(Etching)便宜精度差
激光加工(Laser)价格适中精度较好现普遍采用
电铸加工(Additive)加工费高周期长易脱网精度好
2.钢网的制作对锡膏印刷的影响(主要考虑锡球的流入与脱网)
*网孔的长或宽L/W,深度(网的厚度)H与锡球直径D的关系
H
L
D
W
W/L>=5DH>=3D
*STENCIL的厚度:
决定了锡膏的涂布量(0.12mm/0.15mm)影响开口比例.
*网孔的开口比例:
起到锡量的调控作用。
为减少空焊,有些地方要加大开口;为减少短路或起锡珠,部分组件相应于PAD的尺寸缩小开孔.
*网孔的开口形状:
为了便于锡膏膜的脱网,减少网孔残留锡膏,网孔应尽量保证面积的情况下减小其周长,方形网孔四角倒圆角R(0.2mm),IC焊盘两端做成半圆。
*为确保印刷精度,网上应有Mark点,通常采用半刻方式.
3.钢网制作要求与指针
要求:
A.开孔的位置精度B.开孔尺寸的精度
C.孔壁的粗糙度D.孔壁呈小梯形(有利于锡膏的脱网)
E.钢网的张力要求
指标:
A.框架尺寸B.模板在框架中的位置和方向
C.模板材料D.模板厚度
E.定位边或定位孔F.Mark点
例:
松下SPP印刷机钢网制作标准
一外框尺寸
宽600mm×长550mm
二Stencil厚度选择
如有ICPitch<0.5mm的元件Stencil厚度选用0.12mm
如有CSPPitch<1.0mm的元件Stencil厚度选用0.12mm
无上述元件的Stencil厚度选用0.15mm
三制作方式
ICPitch<0.5mm的元件位置采用Electropolsh
CSPPitch<1.0mm的元件位置采用Electropolsh
四开口形状
Chip元件等四方直角焊盘网孔四直角均做成R=0.2mm的倒角如图1
SOPQFP等长方形焊盘网孔两端开成P=Pitch/2的半圆如图2
CSP元件如CSPPitch<1.0mm网孔开成方形
图1
图2
五开口比例(特殊异形元件根据实际情况而定)
A.选用0.15mm的钢板时
Chip元件(1005或以下尺寸)元件按焊盘面积100%开孔
Chip元件(1005以上尺寸)元件按焊盘面积95%开孔
SOP,QFP等元件元件按焊盘宽度95%开孔、长度100%开孔
BGA/CSP等到元件元件按焊盘面积105%开孔
B.选用0.12mm的钢板时
Chip元件(1005或以下尺寸)元件按焊盘面积110%开孔
Chip元件(1005以上尺寸)元件按焊盘面积100%开孔
SOP,QFP(Pitch>=0.5mm)元件按焊盘宽度、长度100%开孔
SOP,QFP(Pitch<0.5mm〉元件按焊盘宽度100%、长度110%开孔
BGA/CSP(Pitch>=1.0mm)元件按焊盘面积115%开孔
BGA/CSP(Pitch<1.0mm)元件按焊盘面积120%开孔
六Mark的制作
底面半刻深度:
网板厚度1/2图形:
圆形尺寸:
1.0mm
七钢网方向
以定位孔为正方向
八钢网标记
A.PCBNO.PCB板板号
B.Stencil厚度
C.生产方式,生产日期注明
D.在外框上刻箭头标明钢网投入方向
E.标记位置钢网正方向右下角
4.钢网的正常使用寿命3万—5万片板
刮刀
直接接触模板的生产工具,要求耐磨,边缘平整
1不锈钢刮刀
印刷品质良好,在细间距,超细间距模板的印刷时,大多采用钢刮刀,寿命较长,每天24小时使用,寿命一般有三四个月;
对钢网的磨损较快,要注意刮刀压力
*有PITCH小于0。
65IC或BGA/CSP组件的钢网印刷时必需采用钢刮刀
2聚亚氨酯橡胶刮刀
刮刀形状有V形,棱形;由于橡胶有弹性,能压到模板的网孔中,刮走一部分锡膏,使锡膏膜不平整,印刷质量较差,一般在手工印刷时采用;寿命较短,易磨损,每日24小时使用,寿命一般在一月内
印刷的主要参数
1.刮刀的运行速度PrintSpeed15---50mm/s
2.刮刀压力PrintPressure取决于所用机型与刮刀的材质与角度
3.脱网速度SeparateSpeed0.1---1mm/s
4.脱网距离SeparationDistance1---1.5mm
5.印刷间隙PrintGap0mm
6.印刷角度PrintDegree45---75度(推荐使用60度刮刀)
7.清洁钢网模式CleaningScreenMode干擦、溶剂擦、真空擦
8.清洁钢网间隔CleaningScreenInterval2---8PCS
影响印刷质量的几大因素
1.锡膏A.流动性(滚动性)B.粘度
C.焊剂的含量(润湿性)D.锡球的尺寸
2.钢网A.钢网厚度B.钢网材质C.钢网的张力
D.钢网成形方式E.网孔开孔比例
3.印刷参数同上4.刮刀材质
锡膏板的温度曲线(Profile)
1.回焊炉的种类
A.红外线炉较古老,隧道加热,受热不均匀,由于红外线不能不穿透物体,在生产PLCCBGA/CSP等焊点在组件本体下面的组件时,会产生“阴影效应”;且光波易反射,受反射面积,颜色,平整性的影响较大,已较少使用
B.热风强制性炉耐热风扇或者对流喷射管来迫使气流循环,能使PCB板均匀受热,温差较小,焊接性能较佳;但在高温下易助长焊点氧化,PCB板上的板香挥发严重。
现普遍采用
C.气相焊炉较先进,一般采用氮气,可以防止氧化,减少锡珠等优点,但较贵,在军工产品和无铅焊锡的生产中,已大量采用
2.回焊炉的要求
A.相邻加热区温度不相干扰
B.区内加热均匀准确
C.速度精确,传送链传送平稳
D.具有冷却风扇且温区不应太少
E.有良好的排气系统,松香回收系统
3.温度曲线的设定
温度曲线(Profile)指PCB通过回焊炉时,PCB上某焊点的温度随时间变化的曲线.锡膏板一般分为预热区、恒温区、回流区、冷却区四个阶段.
温度曲线的设定要考虑的四大因素:
●所选用锡膏的特性,锡铅合金、助焊剂的种类与比重。
每种锡膏也都会推荐一种温度曲线,主要参考依据
●所用回焊炉的种类、温区数、长度,每种回焊炉都会推荐一种温度曲线,可作参考
●所生产的PCB板的板材、变形情况、外形尺寸,单面板还是双面板,板上组件的种类与分布情况,是否有特别温度要求的组件
●印刷锡膏膜的厚度与锡量的多少
A.预热区(室温---120℃):
时间上一般无要求;温升太快,由于热冲击,PCB和组件都可能受损;温升太慢,助焊剂挥发,不利于焊接;温升应为1---3℃/S
B.恒温区(120℃---160℃):
使PCB板上的组件均匀受热,助焊剂充分活化,让溶剂完全挥发,温升一般为0.5---2℃/S;根据锡膏的不同,时间一般在60S---120S
C.回流区(183℃---183℃):
在此区内锡膏将完全熔化,为防止对PCBA造成不良,时间不易过长,PCBA无BGA、CSP、大QFP组件一般30---60S,有此类组件40---80S;峰值一般为锡膏熔点加20---40℃,在210---230℃内;由于时间不易太长,温升一般为2---3.5℃/S
D。
冷却区:
应尽可能快的速度冷却,为防止冷焊温降不超过4℃/S
℃
T
无铅锡膏的简单介绍
根据欧洲的EU有害物质规定(ROHS),预定从2006年1月1日开始,禁止在电气机器中使用铅(Pb),以此为背景,无铅锡膏将在未来几年内得到飞速发展,逐步、全面取代有铅锡膏.由于现阶段无铅锡膏的生产工艺还不成熟,应密切的关注其发展动态,积极的参与准备.
无铅锡膏的基本特性:
(相对与现普遍采用的Sn/Pb63/37锡膏)
A.锡焊溶点温度高(高出10度以上)B.锡焊熔析面差(85﹪)
C.焊点质量差(短路漏焊洞锡)D.结合强度较强
E.使用范围小,比重轻F.材料费高(是有铅的2.5倍)
G.过回焊炉时,PCBA的焊点光泽度较差
现试验较多的无铅锡膏按类分为A.二元系B.三元系C.四元系
三元系正逐渐成为行业的主流.
无铅锡膏的温度特性
锡膏种类
熔点(大约值)
Reflow温度
Sn-Ag-Cu(96.5-3-0.5)
216℃
235---245℃
Sn-Ag-Bi-Cu(96-2.5-1-0.5)
217℃
235---245℃
Sn-Cu
227℃
245---255℃
Sn-Zn
195℃
215---235℃
Sn-Ag
221℃
240---250℃
Sn-Pb(63-37)有铅
183℃
210---230℃
温度曲线的设定(Sn-Ag-Cu96.5-3-0.5)
无铅锡膏的温度曲线与有铅锡膏的温度曲线一样分为四区
A.预热区(室温---150℃):
时间上一般无要求;温升一般为1---3℃/S
B.恒温区(150℃---190℃):
时间在60---120S
C.回流区(216℃---216℃):
最高温度在245℃左右,时间在50---90S,用增长时间来降低最高温度的要求,确保PCB板、物料能程受此温度
D。
冷却区:
应尽可能快的速度冷却,为防止冷焊温降不超过4℃/S
绿色无铅环保型
℃
T
四胶水部分
SMT生产设备中用以固化胶水的设备以回流焊为主,属于热固化,所以一般选用热固化胶水环氧型胶水
环氧型胶水的组成(比重为大概值)
1.环氧树脂63%有很强的粘附性和柔韧性,优异的稳定性,电气性能良好
2.无机填料30%添加固化剂后,胶水的粘度非常强,不利于生产工艺,填料的添加有利于降低胶水的固化点,调控粘度
3.固化剂4%控制固化温度,一般采用胺系固化剂
4.其它添加济3%润湿剂,阻燃剂,颜料等
胶水的特性要求
1.固化时间短,固化温度低.
2.固化前有一定的粘合力,固化后有足够的粘合强度.
3.点胶时无拉丝,无塌边.
4.有良好的绝缘特性,对PCBA的高频特性无影响.
5.有良好的耐热性,可靠的有效寿命.
影响点胶质量的因素
点胶嘴的尺寸:
*点胶嘴直径的大小直接影响胶水的出胶量;
*止动高度ND决定了胶点的成形。
ND太小胶点漫流,图形不完;ND太大胶点易拖尾拉丝;
*两点胶柱之间的距离P。
P太小胶点易相连,安装组件时易溢胶;P太大安装小尺寸组件易飞料
点胶头的气压:
直接影响胶水的出胶量
出胶时间:
出胶时间的长短将影响出胶量,也会影响点胶效率
温度设置:
温度能明显的影响胶水的粘度,温度降低,粘度升高,易产生漏点胶水,其它外部条件相同下出胶量也会减小;温高太高,粘度降低,胶点易拖尾易漫流
推荐Chip组件33℃IC30℃
Z轴(头上下的轴)的回程高度:
回程高度太小,点胶嘴从一个胶点移到另一个胶点是易拖尾、拉丝;回程高度太大又会影响点胶效率
推荐Chip组件3.5mm㎜IC5.5mm㎜
Z轴的运动速度:
Z轴运动速度太快(头上下运动)会影响点胶图形的完美,容易拉丝、拖尾;太慢又影响点胶效
推荐Chip组件快速㎜IC慢速㎜
点胶嘴(双点)的主要参数
以下单位:
mm
1608
2125
3216
TR
IC
点胶嘴直径
0.3
0.4
0.4
0.4
0.6
松下专用点胶嘴
0.31
0.41
0.41
0.41
0.6
胶嘴与保护针的距离止动高度ND
0.1
0.1
0.15
0.15
0.3
两点胶柱的距离P
0.8
1
1-1.2
1-1.3
2
点胶面积电阻
0.55
0.65
0.75
点胶面积电容
0.6
0.7
0.85
胶水板的温度曲线(Profile)
胶水固化的温度曲线的要求较为简单:
一般胶水固化要求超过120℃的时间超过120S;
最高温度超过140℃,不易超过160℃;
温度太高的坏处:
AI组件不一定能承受
PCB表面保护松香挥发太多
PCB上的PAD易氧化
电力消耗太多.
℃160℃
120℃
T
组件的推力要求
A:
1608R1608C1.2KgfB:
2125R2125C2.0Kgf
C:
3216R3216C2.0KgfD:
TRD2.0Kgf
E:
IC2.5Kgf
胶水的保存条件:
低温冷藏0—10℃,保存期不超过3个月,使用时先进先出
胶水的使用条件:
使用前回温2小时,机上使用时温度30--35℃
五组件(SMD)的基本知识
SMT组件的包装
1.带装TAPE(Paper/Emboss)
W
P
包装带的宽度W组件与组件的距离P有以下尺寸种类的包装W×P
W=8121624324456
P=2481216244×N
N为整数单位:
mm
2.管装STICK
3.盘装TARY
托盘的热温度可达125℃,不超过140℃
4.散装BULK
SMT组件的认识
1.标准的Chip电阻、电容、电感按照外形尺寸为:
1005型(L×W:
1.0×0.5英制0402)
1608型(L×W:
1.6×0.8英制0603)
2125型(L×W:
.2.0×1.25英制0805)
3216型(L×W:
3.2×1.6英制1206)
3025型(L×W:
3.0×2.5)
4532型(L×W:
4.5×3.2)
2.异形组件
电容A.TantalumCapacitor钽电容
B.AIElectrolyticCapacitor电解电容
C.TrimmerResistor可调电容
电阻A.TrimmerResistor可调电阻
B.ChipResistorNetwork网络电阻
连接器Connector
二极管A.MELF圆柱形二极管3.5×Ø1.452.0×Ø1.25
B.贴片形二极管,发亮二极管
三极管A.三个引脚的三极管本体:
2.8×1.62.0×1.2
B.四个引脚的三极管
C.功率三极管
SOP(SmallOutlinePackage)小形的外形封装IC,引脚向本体两边’L’形延伸.常见封装宽度5.729.5311.43
SOJ(SmallOutlineJ-LeadPackage)小形的外形封装IC,引脚向本体底侧’J’形弯曲.
L形脚J形脚
QFP(QuadFlatPackage)四方扁平封装IC,引脚向本体四边’L’形延伸.
PLCC(QuadFlatPackage)四方扁平封装IC,引脚向本体底侧’J’形弯曲.
引脚间距:
PITCH
1.0
0.8
0.64
0.5
0.4
0.3
引脚宽度:
WIDTH
0.4
0.35
0.29
0.21
0.16
0.1
对应的PAD宽度:
0.5
0.4
0.35
0.25
0.2
钢网网孔的宽度:
建议与引脚宽度一致
BGA/CSP一种高密度的IC,没有引脚,端子在本体下成球形列阵分布
BGA/CSP的一些主要参数
焊球间距
1.5
1.27
1.0
0.8
0.65
球的直径
0.74
0.65
0.5
0.4
常见厚度
2.35/2.15
2.43
1.7/1.2/1.0
1.0
以上单位:
mm
六
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- SMT 实用 工艺