電子實(shí)訓(xùn)(SMT焊接)

1、表面貼裝技術(shù)(Surface Mounting Technology簡稱SMT)是新一代電子組裝技術(shù),它將傳統(tǒng)的電子元器件壓縮成為體積只有幾十分之一的器件,從而實(shí)現(xiàn)了電子產(chǎn)品組裝的高密度、高可靠、小型化低成本，以及生產(chǎn)的自動化。這種小型化的元器件稱為:SMD器件（或稱SMC、片式器件)。將組件裝配到印刷線路板或其它基板上的工藝方法稱為SMT工藝。相關(guān)的組裝設(shè)備則稱為SMT設(shè)備。目前，先進(jìn)的電子產(chǎn)品，特別是在計(jì)算機(jī)及通訊類電子產(chǎn)品，已普遍采用SMT技術(shù)。國際上SMD器件產(chǎn)量逐年上升，而傳統(tǒng)器件產(chǎn)量逐年下降，因此隨著時(shí)間的推移，SMT技術(shù)將越來越普及。l 電子產(chǎn)品追求小型化，以前使用的穿孔插件組件

2、已無法縮小。l 電子產(chǎn)品功能更完整，所采用的集成電路(IC)已無穿孔組件，特別是大規(guī)模、高集成IC，不得不采用表面貼片組件。l 產(chǎn)品批量化，生產(chǎn)自動化，廠方要以低成本高產(chǎn)量，出產(chǎn)優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品以迎合顧客需求及加強(qiáng)市場競爭力。l能節(jié)省空間5070%；l大量節(jié)省組件及裝配成本；l可使用更高腳數(shù)之各種零件；l具有更多且快速之自動化生產(chǎn)能力；l減少零件貯存空間；l節(jié)省制造廠房空間；l總成本降低。貼片技術(shù)組裝流程圖貼片技術(shù)組裝流程圖發(fā)料Parts Issue基板烘烤Bare Board Baking錫膏印刷Solder Paste Printing泛用機(jī)貼片Multi FunctionMounting回焊前目

3、檢Visual Insp。b/f Reflow回流焊Reflow Soldering修理Rework/Repair爐后比對目檢測試品檢點(diǎn)固定膠Glue Dispnsing高速機(jī)貼片Hi-Speed Mounting修理Rework/Repair供板PCB Loading印刷目檢VI。after printing插件M。I / A。I波峰焊Wave Soldering裝配/目檢Assembly/VI入庫Stock印刷錫膏貼裝組件回流焊清洗涂敷粘接劑紅外加熱表面安裝組件固化翻轉(zhuǎn)插通孔組件波峰焊清洗印刷錫膏貼裝組件回流焊翻轉(zhuǎn)貼裝組件印刷錫膏回流焊翻轉(zhuǎn)清洗波峰焊插通孔組件清洗印刷錫膏貼裝組件回流焊翻轉(zhuǎn)

4、點(diǎn)貼片膠貼裝組件加熱固化翻轉(zhuǎn)錫膏印刷錫膏印刷A.手動印刷機(jī)（面臨淘汰）適用于印刷精度要求不高的大型貼裝組件；B.半自動印刷機(jī)適用于小批量 離線式生產(chǎn)，及較高精度的貼裝組件；C.全自動印刷機(jī)（目前用的最廣泛）適用于大批量在線式生產(chǎn)，及高精度的貼裝組件。錫膏刮刀刮刀鋼板鋼板PCB鋼網(wǎng)刮刀焊膏刮刀刮刀鋼板制作方式鋼板制作方式l 蝕刻（目前應(yīng)用減少）l 激光切割 （普遍應(yīng)用）l 電鑄（成本太高，較少）-應(yīng)用于精密的印刷蝕刻鋼板普通激光切割鋼板電拋光激光切割鋼板錫膏的基本成分是由錫粉和助焊劑均勻混合而成,其焊膏金屬粉末通常是由氮?dú)忪F化或轉(zhuǎn)碟法制造,后經(jīng)絲網(wǎng)篩選而成。而助焊劑則是由粘結(jié)劑(樹脂),溶劑,活

5、性劑,觸變劑及其它添加劑組成,它對焊膏從絲網(wǎng)印刷到焊接整個(gè)過程起著至關(guān)重要的作用。A. PCB組成成份電腦板卡常用的是FR-4型號由環(huán)氧樹脂和玻璃纖維復(fù)合而成。B. PCB作用： 提供組件組裝的基本支架； 提供零件之間的電性連接利用銅箔線； 提供組裝時(shí)安全方便的工作環(huán)境。C. PCB分類 根據(jù)線路層的多少分為雙面板多層板;雙面板指PCB兩面有線路而多層板除PCB兩面有線路外中間亦布有線路目前常用的多層板為四層板中間有一層電源和一層地線。根據(jù)焊盤鍍層可分為噴錫板和金板；噴錫板因生產(chǎn)工藝復(fù)雜故價(jià)錢昂貴但其上錫性能優(yōu)于金板。PCB (Printed Circuit Board)即印刷電路板即印刷電路

6、板貼片機(jī)類型貼片機(jī)類型適用于貼裝小型大量的組件；如電容，電阻等，也可貼裝一些IC組件，但精度受到限制。適用于貼裝異性的或精密度高的組件；如QFP,BGASOT,SOP,PLCC等。A. 帶裝TapeB. 管裝 StickC. 托盤 TrayD. 散裝 BulkSMD件的包裝形式件的包裝形式A.帶裝供料器 帶裝零件供料器依料帶的寬度可分為8mm/12mm/ 16mm/24mm /32mm/44mm/56mm等種類B. 管裝供料器 高速管裝代料器/高精度多重管裝供料器/高速層式 管裝供料器 C. Tray Feeder 托盤代料器 手動換盤式/自動換盤式/自動換盤拾取式換盤送料 D.散裝供料器 目

7、前較少使用種類振動式和吹氣式供料器的類型供料器的類型選擇料架選擇料架1.不同包裝方式的料應(yīng)裝不同類型的料架上。(如膠帶或紙帶)2.不同本體大小的料應(yīng)裝在不同之料架上。裝所需物料到料架上裝所需物料到料架上1.要仔細(xì)檢查料架內(nèi)的物料是否到位,料架扣有無扣 好, 以及料帶齒輪是否相吻合。備料備料上料步驟與要求上料步驟與要求根據(jù)料單確認(rèn)所備之料架所示意之站別與所放斜槽根據(jù)料單確認(rèn)所備之料架所示意之站別與所放斜槽 之站別相一致。之站別相一致。1.作好備料記錄并由相鄰工位確認(rèn);2.對于托盤裝BGA或IC只有半盤或大半盤時(shí)應(yīng)將物料置 于托盤的后面部分,而空出前部分。 Tray盤的擺放方式請按Tray盤上箭頭

8、所指的方向，進(jìn)行放置3.上線前之備料應(yīng)特別留意BGA及IC的方向,以及一些 有極性之組件的極性,對于溫濕度敏感性的組件的管制請參照管制規(guī)范。 確認(rèn)換料站別確認(rèn)換料站別1.應(yīng)時(shí)刻留意物料的使用狀況2.當(dāng)聽到機(jī)器發(fā)出缺料報(bào)警后,巡視核實(shí)缺料信息,并 確認(rèn)好換料站別 取備用料放于機(jī)器平臺相應(yīng)位置取備用料放于機(jī)器平臺相應(yīng)位置1.從料車斜槽內(nèi)拿取備用料時(shí)不能錯(cuò)拿其它站別之料2.在工作TABLEL里放入物料時(shí)決不可能放錯(cuò)站別3.放入后應(yīng)使料架與其它的相平4.在換料后勿忘記將插上料架的電源與氣管聯(lián)機(jī)。換料換料: :關(guān)安全門，按關(guān)安全門，按RESETRESET鍵盤鍵盤: :1.安全門一定要關(guān)嚴(yán)，以免機(jī)器故障；

9、2.不可直接按START,而應(yīng)先RESET鍵,等綠燈亮后方 可按START進(jìn)行貼片；按按STARTSTART鍵進(jìn)行貼片作業(yè)鍵進(jìn)行貼片作業(yè) 將所換的站別以及料單上站別以及料車斜槽內(nèi)的站別進(jìn)行比照，進(jìn)行最終確認(rèn)，保證不拿錯(cuò)料，不上錯(cuò)料。同時(shí)作好上料記錄。相鄰工位在10分鐘內(nèi)對料進(jìn)行核對。紅燈亮紅燈亮: :在生產(chǎn)中機(jī)器發(fā)生在生產(chǎn)中機(jī)器發(fā)生ErrorError停機(jī)停機(jī) 黃燈閃黃燈閃: :機(jī)器待機(jī)狀況中發(fā)生警告訊息機(jī)器待機(jī)狀況中發(fā)生警告訊息 黃燈亮黃燈亮: :機(jī)器生產(chǎn)中發(fā)生警告訊息機(jī)器生產(chǎn)中發(fā)生警告訊息 綠燈閃綠燈閃: :機(jī)器正常待機(jī)狀態(tài)機(jī)器正常待機(jī)狀態(tài) 綠燈亮綠燈亮: :機(jī)器正在置件中機(jī)器正在置件中警

10、示燈的提示警示燈的提示: :SMT元器件元器件QFPBGA通過高溫焊料固化，從而達(dá)到將PCB和SMT的表面貼裝組件連接在一起，形成電氣回路。焊錫原理印刷有錫膏的印刷有錫膏的PCBPCB，在零件貼裝完成后，經(jīng)過加熱，錫膏，在零件貼裝完成后，經(jīng)過加熱，錫膏熔化，冷卻后將熔化，冷卻后將PCBPCB和零件焊接成一體。從而達(dá)到既定的和零件焊接成一體。從而達(dá)到既定的機(jī)械性能，電器性能。機(jī)械性能，電器性能。焊錫三要素焊接物 - PCB 零件焊接介質(zhì) - 焊接用材料:錫膏一定的溫度 - 加熱設(shè)備Reflow回回流的方式：流的方式：紅外線焊接紅外+熱風(fēng)（組合）氣相焊（VPS）熱風(fēng)焊接熱型芯板（很少采用）Temp

11、eratureTemperatureTime (BGA Bottom)Time (BGA Bottom)1-3 /Sec200 Peak 225 5 60-90 Sec140-170 60-120 Sec 預(yù)熱區(qū)恆溫區(qū)回焊區(qū)冷卻區(qū)熱風(fēng)回流焊過程中，錫膏需經(jīng)過以下幾個(gè)階段: 溶劑揮發(fā)；焊劑清除焊件表面的氧化物；錫膏的熔融、再流動以及焊膏的冷卻、凝固?；竟に嚕汗に嚪謪^(qū)工藝分區(qū)目的：使PCB和元器件預(yù)熱 ，達(dá)到平衡，同時(shí)除去錫膏中的水份溶劑，以防錫膏發(fā)生塌落和焊料飛濺。要保證升溫比較緩慢，溶劑揮發(fā)。較溫和，對元器件的熱沖擊盡可能小，升溫過快會造成對元器件的傷害，如會引起多層陶瓷電容器開裂。同時(shí)還會

12、造成焊料飛濺，使在整個(gè)PCB的非焊接區(qū)域形成焊料球以及焊料不足的焊點(diǎn)。PRE-HEAT 預(yù)熱區(qū)預(yù)熱區(qū)重點(diǎn)：預(yù)熱的斜率預(yù)熱的溫度作用及規(guī)格是用來加熱PCB&零件;斜率為1-3/秒 ,占總時(shí)間的30%左右,最高溫度控制在140以下,減少熱沖擊。目的：保證在達(dá)到再流溫度之前焊料能完全干燥，同時(shí)還起著焊劑活化的作用，清除元器件、焊盤、焊粉中的金屬氧化 物。時(shí)間約60120秒，根據(jù)焊料的性質(zhì)有所差異。SOAK 恒溫區(qū)恒溫區(qū)作用及規(guī)格是使大小零件及PCB受熱完全均勻,消除局部溫差;通過錫膏 成份中的溶劑清除零件電極及PCB PAD及Solder Powder之表 面氧化物,減小表面張力,為重溶作準(zhǔn)

13、備。本區(qū)時(shí)間約占45%左右,溫度在140-183 之間。重點(diǎn)：均溫的時(shí)間均溫的溫度目的：錫膏中的焊料使金粉開始熔化，再次呈流動狀態(tài)，替代液態(tài)焊劑潤濕焊盤和元器件，這種潤濕作用導(dǎo)致焊料進(jìn)一步擴(kuò)展，對大多數(shù)焊料潤濕時(shí)間為6090秒?；亓骱傅臏囟纫哂诤父嗟娜埸c(diǎn)溫度，一般要超過熔點(diǎn)溫度20度才能保證再流焊的質(zhì)量。有時(shí)也將該區(qū)域分為兩個(gè)區(qū)，即熔融區(qū)和再流區(qū)。作用及規(guī)格為全面熱化重熔；溫度將達(dá)到峰值溫度,峰值溫度通?？刂圃?05-230之間,peak溫度過高會導(dǎo)致PCB變形,零件龜裂及二次回流等現(xiàn)象出現(xiàn)。重點(diǎn)：回焊的最高溫度回焊的時(shí)間REFLOW 回焊區(qū)回焊區(qū)目的：焊料隨溫度的降低而凝固，使元器件與焊膏

14、形成良好的電接觸，冷卻速度要求同預(yù)熱速度相同。重點(diǎn)：冷卻的斜率作用及規(guī)格：為降溫,使PCB&零件均勻降溫；回焊爐上下各有兩個(gè)區(qū)有降溫吹 風(fēng)馬達(dá),通常出爐的PCB溫度控制在120以下。COOLING 冷卻區(qū)冷卻區(qū)REFLOW 常見的焊接不良及對策分析常見的焊接不良及對策分析l錫球與錫球間短路l有腳的SMD 零件空焊l無腳的SMD 零件空焊lSMD零件浮動(漂移)l立碑( Tombstone)效應(yīng)l冷焊( Cold solder joints)l粒焊(Granular solder joints)l零件微裂(Cracks in components)（龜裂）錫球與錫球間短路錫球與錫球間短路

15、 原因原因 對策對策 錫膏量太多 ( 1mg/mm) 使用較薄的鋼板 (150m) 開孔縮小(85% pad)2. 印刷不精確 將鋼板調(diào)準(zhǔn)一些3. 錫膏塌陷 修正 Reflow Profile 曲線4. 刮刀壓力太高 降低刮刀壓力5. 鋼板和電路板間隙太大 使用較薄的防焊膜6. 焊墊設(shè)計(jì)不當(dāng) 同樣的線路和間距有腳的有腳的SMD零件空焊零件空焊 原因原因 對策對策1. 零件腳或錫球不平 檢查零件腳或錫球之平面度2. 錫膏量太少 增加鋼板厚度和使用較小的開孔3. 燈蕊效應(yīng) 錫膏先經(jīng)烘烤作業(yè)4. 零件腳不吃錫 零件必需符合吃錫之需求無腳的無腳的SMD 零件空焊零件空焊 原因原因 對策對策1. 焊墊設(shè)

16、計(jì)不當(dāng) 將錫墊以防焊膜分隔開，尺寸適切2. 兩端受熱不均 同零件的錫墊尺寸都要相同3. 錫膏量太少 增加錫膏量4. 零件吃錫性不佳 零件必需符合吃錫之需求SMD零件浮動零件浮動( (漂移漂移) ) 原因原因 對策對策1. 零件兩端受熱不均 錫墊分隔2. 零件一端吃錫性不佳 使用吃錫性較佳的零件3. Reflow 方式 在Reflow 前先預(yù)熱到170立碑立碑 ( Tombstone) ( Tombstone) 效應(yīng)效應(yīng) 原因原因 對策對策1. 焊墊設(shè)計(jì)不當(dāng) 焊墊設(shè)計(jì)最佳化2. 零件兩端吃錫性不同 較佳的零件吃錫性3. 零件兩端受熱不均 減緩溫度曲線升溫速率4. 溫度曲線加熱太快 在Reflow

17、 前先預(yù)熱到170立碑效應(yīng)發(fā)生有三作用力:1. 零件的重力使零件向下2. 零件下方的熔錫也會使零件向下3. 錫墊上零件外側(cè)的熔錫會使零件向上冷焊冷焊 ( Cold solder joints)( Cold solder joints) 原因原因 對策對策1. Reflow 溫度太低 最低Reflow 溫度2152. Reflow 時(shí)間太短 錫膏在熔錫溫度以上至少10秒3. Pin 吃錫性問題 查驗(yàn) Pin 吃錫性4. Pad 吃錫性問題 查驗(yàn) Pad 吃錫性 冷焊是焊點(diǎn)未形成合金屬( Inter metallicLayer) 或是焊接物連接點(diǎn)阻抗較高，焊接物間的剝離強(qiáng)度(Peel Streng

18、th)太低，所以容易將零件腳由錫墊拉起。粒焊粒焊 (Granular solder joints)(Granular solder joints) 原因原因 對策對策1. Reflow 溫度太低 較高的Reflow 溫度(215)2. Reflow 時(shí)間太短 較長的Reflow 時(shí)間(183 以上至少10秒3. 錫膏污染 新的新鮮錫膏4. PCB 或零件污染零件微裂零件微裂(Cracks in components)(Cracks in components)（龜裂）（龜裂） 原因原因 對策對策1. 熱沖擊 自然冷卻，較小和較薄的零件2. PCB板翹產(chǎn)生的應(yīng)力 避免PCB彎折，敏感零件的方 零

19、件置放產(chǎn)生的應(yīng)力 向性，降低置放壓力3. PCB Lay-out設(shè)計(jì)不當(dāng) 個(gè)別的焊墊，零件長軸與折板 方向平行 4. 錫膏量 增加錫膏量，適當(dāng)?shù)腻a墊焊接的檢查焊接的檢查一一 檢檢查的目的查的目的檢查方法檢查裝置外觀檢查作業(yè)員目檢自動外觀檢查機(jī)(AOI)電氣檢查在線測試(ICT)功能檢查(FT)目視檢查是作業(yè)者直接用眼睛進(jìn)行檢查，隨著組件的小型化，焊接部分也變小，特別是VQFP等組件，目視很難判斷焊接部分是否良好，這時(shí)就只有借助于放大鏡來進(jìn)行檢查。外觀自動檢查設(shè)備，常用的類型如下圖所示，其簡單的原理是攝像頭采取信號轉(zhuǎn)換成電氣組件及焊接部分的圖像，圖像處理系統(tǒng)根據(jù)圖象的濃度形狀來判斷焊接狀態(tài)及組件

20、貼裝狀態(tài)的良否。少錫少錫外觀檢查可以判斷組件浮起，少錫等不良，還可以判斷焊錫倒角不良，而ICT測試是用探頭接觸組件La點(diǎn)。能判斷組件表示不良，但是實(shí)際檢查中幾乎不識別組件規(guī)格表示，因此不要期待能檢查出規(guī)格表示不良。ICT不能檢測出不良品焊接的修理方法焊接的修理方法小型封裝組件的拆腳方法。小型封裝組件的拆腳方法。若焊錫熔化,則用烙鐵夾持組件,迅速提起組件。取下平面封裝取下平面封裝ICIC的方法的方法吸嘴半自動型修理裝置的動作順序吸嘴半自動型修理裝置的動作順序吸嘴焊接熔化,吸嘴吸附組件上升。BGA Ball Grid Array,球柵數(shù)組(門數(shù)組式球型封裝)BGA的的定義定義PBGA: plast

21、ic BGA 塑料封裝的BGACBGA: ceramic BGA 陶瓷封裝的BGACCGA: ceramic column BGA 陶瓷柱狀封裝的BGATBGA: tape BGA 載帶球柵數(shù)組BGA的的分類分類313313接腳接腳PBGAPBGA封裝與封裝與304304接腳接腳PQFPPQFPBGA的優(yōu)點(diǎn) BGA和QFP相比較同樣的引腳情況下其占用面積小高度低。 散熱特性好芯片工作溫度低。 電氣性能優(yōu)于常用的QFP和 PGA封裝器件。 組件設(shè)計(jì)和制造,裝配相對容易 I/O引線間距大。1.封裝可靠性高。BGA的優(yōu)缺點(diǎn)的優(yōu)缺點(diǎn)BGA的缺點(diǎn)印刷電路板的成本增加焊后檢測困難反修困難PBGA對潮濕很敏

22、感封裝件和襯底裂開。PBGA潮濕敏感等級PAD 防焊墊BGA 烘烤BGA的使用的使用何謂NSMD及SMD ?SMD : Solder Mask DefinedNSMD : Non Solder Mask DefinedPAD 防焊墊防焊墊NSMD及SMD有何差異&優(yōu)缺 ?Self Alignment 在SMD及NSMD 之差別?為何使用BGA之前需經(jīng)烘烤 ? 因BGA 本身屬于濕氣敏感組件,根據(jù) JEDEC 水氣含量件分級表,濕氣敏感組件曝露的時(shí)間超過其表上時(shí)間時(shí),在烘烤過程中易產(chǎn)生爆米花(POPCORN)效應(yīng)BGA 烘烤烘烤0.0300.0156hr24hrBGABGA之烘烤條件及方

23、式為何之烘烤條件及方式為何? ?BGA之烘烤共分兩種,即高溫及低溫烘烤高溫烘烤目的在上線作業(yè)前去除BGA內(nèi)之濕氣,其條件為125,時(shí)間624hr低溫烘烤目的在避免烘烤完卻未及上線之BGA,于開放環(huán)境中二次受潮,其條件為555,時(shí)間不限嚴(yán)謹(jǐn)正常之高溫烘烤條件應(yīng)為125,時(shí)間24hrl BGA 組裝時(shí)常發(fā)生何問題l VOID 效應(yīng)l POPCORN 效應(yīng)l 自行對位l 回焊曲線之探討l BGA 平整度l BGA 二次回焊l 可靠度試驗(yàn)BGA組裝問題組裝問題BGA 組裝時(shí)常發(fā)生何問題 ?Solder Bump VoidSolder Bump ShortPopcornPlacement ShiftSolder Land OpenReliability AgingBGA BGA 組裝時(shí)常發(fā)生何問題組裝時(shí)常發(fā)生何問題2D X-Ray of 6224M 掃瞄結(jié)果Solder Bump VOID