SMT印刷与回流焊接工艺培训.ppt

,深圳三和盛科技电子,SMT-印刷与回流焊接工艺,SMT工程,2010-10,锡膏印刷工艺,摘 要：锡膏印刷是SMT生产过程中最关键的工序之一，印刷质量好坏直接影响SMD组装质量及效率；60%70%焊接缺陷来源于印刷。,一、锡膏的成分及选择,二、锡膏使用注意事项,三、锡膏印刷过程工艺控制,良好的印刷性能,锡膏的成分及选择,锡膏的成分：主要由铅/锡/合金粉末/助焊剂组成。,良好的粘合度,锡膏的选择：,锡膏的熔点,助焊剂种类,工作寿命与储存期限,良好的印刷性能,锡膏粘度（5001200KPA/S）最佳状态800KPA/S，可用精确粘度仪测量，工作中采用以下方法：搅拌30MIN左右，挑起少许锡膏，让其自然落下，若慢慢逐段落下，粘度适中；锡膏不落，说明粘度太大；锡膏快速落下，说明锡膏太稀，粘度太小。颗粒直径：一般为钢网开口尺寸1/5，间距0.5MM开口为0.25MM，其颗粒直径最大直径不超过0.05MM。,良好的粘合度,良好的粘合度：是指锡膏粘在一起的能力，主要取决于助焊系统的成分以及其它添加剂（如胶粘剂/溶剂/触变剂等）的配比量，粘合能力强，利于脱膜。,锡膏的熔点,锡膏的熔点：是由合金成分所决定，根据工艺要求和元器件能承受温度来选择不同熔点的锡膏，SMT一般选择Sn63/Sn62/Sn60，熔点在177183；特性：较低熔点，焊点强度比较高，较好满足焊接要求。,助焊剂种类,RSA（强活化剂）,RA（活化型）,助焊剂种类,RMA（弱活化型）,RC（非活化型）,作用：,一般选用RMA型比较合适,清除焊盘的氧化层。保护焊盘表面不再氧化。减少焊接中焊料的表面张力，促进焊料流动和分散。,工作寿命与储存期限,工作寿命：,是指印刷后到贴装元件之间允许经历的时间，一般选择至少4H有效工作时间的锡膏。,储存期限：,是指在规定的保存条件下，锡膏从出厂到性能不致严重降低的保存期限，一般36个月，也有一年的。,锡膏使用注意事项,密封存放，恒温恒湿冰箱内，保存温度3 10。温度过高：合金粉末和焊剂化学反应，粘度上升不利于印刷。温度过低：松香成分会发生结晶，使锡膏形状恶化。锡膏从冰箱取出后，不能直接使用，须在室温下回温，以免空气中水气凝结而混入其中，导致锡膏恶化。使用前要对锡膏进行搅拌30MIN，使锡膏内部颗粒均匀一致，并保持良好粘度。印刷后PCB，放于室温过久会由溶剂挥发，吸叫水气等造成锡膏恶化，应尽量缩短进入回流焊的等待时间。印刷环境最好在温度（233），湿度RH4565%进行。,锡膏印刷过程工艺控制,印刷参数设定调整,太小：印锡量不足；太大：印锡过薄；理想：刮刀速度及压力下刚好把锡膏从钢网表面刮干净。,刮刀压力,印刷厚度,印刷速度,脱膜速度,清洗次数,由钢网厚度所决定，可以通过调整印刷速度及压力来改变其印刷厚度（只是微量调整）。,最大印刷速度决定于PCB上最小引脚间距（引脚间距0.5MM速度一般为2030MM/S，结合实际情况设置）。,最大脱膜速度决定于PCB上最小引脚间距（引脚间距0.5MM速度一般为15MM/S，结合实际情况设置）。,干湿并用，采用无水酒精清洗（结合实际情况设置）。,印刷条件基准与条件调整流程,印刷条件调整流程图,锡膏印刷过程工艺控制,角度越小，向下的压力越大，容易将锡膏注入漏孔中，但也容易使锡膏污染钢网底面，造成锡膏印刷连锡；一般为4560；目前自动和半自动印刷机大多采用60。,刮刀与钢网角度,锡膏投入量（滚动直径）,钢刮刀与胶刮刀,钢刮刀的压力应比胶刮刀的压力大一些，一般大1.21.5倍。胶刮刀的压力过大，印刷时刮刀会压入开口中，造成印刷量减少，特别是大尺寸的开口。,钢刮刀,胶刮刀,锡膏的滚动直径h 915mm较合适。h 过小不利于锡膏漏印（印刷的填充性）h 过大，过多的锡膏长时间暴露在空气中不断滚动，对锡膏质量不利。,印刷不良原因与调整方法,印刷不良事例,回流焊接工艺,一、了解锡膏的回流过程,二、旧式与新式回流炉的不同,三、RSS/RTS曲线的简义与区别,四、RSS/RTS温度曲线设定,五、RSS/RTS曲线不合理的焊接缺陷,了解锡膏的回流过程,用于达到所需粘度和丝印性能的溶剂开始蒸发，温度上升必需慢(大约每秒3 C)，以限制沸腾和飞溅，防止形成小锡珠，还有一些元件对内部应力比较敏感，如果元件外部温度上升太快，会造成断裂。,助焊剂活跃，化学清洗行动开始，水溶性助焊剂和免洗型助焊剂都会发生同样的清洗行动，只不过温度稍微不同。将金属氧化物和某些污染从即将结合的金属和焊锡颗粒上清除。好的锡焊点要求“清洁”的表面。,这个阶段最为重要，当单个的焊锡颗粒全部熔化后，结合一起形成液态锡，这时表面张力作用开始形成焊脚表面，如果元件引脚与PCB焊盘的间隙，则极可能由于表面张力使引脚和焊盘分开，即造成锡点开路。,冷却阶段，如果冷却快，锡点强度会稍微大一点，但不可以太快而引起元件内部的温度应力。,锡膏回流分为五个阶段,旧式与新式回流炉的不同,旧式,新式,旧式的炉倾向于以不同速率来加热一个装配上的不同零件，取决于回流焊接的零件和线路板层的颜色和质地。一个装配上的某些区域可以达到比其它区域高得多的温度，这个温度变化叫做装配的D T。如果D T大，装配的有些区域可能吸收过多热量，而另一些区域则热量不够。这可能引起许多焊接缺陷，包括焊锡球、不熔湿、损坏元件、空洞和烧焦的残留物。,新式的回流焊接炉，叫做强制对流式，将热空气吹到装配板上或周围。这种炉的一个优点是可以对装配板逐渐地和一致地提供热量，不管零件的颜色和质地。虽然，由于不同的厚度和元件密度，热量的吸收可能不同，但强制对流式炉逐渐地供热，其D T没有太大的差别。另外，这种炉可以严格地控制给定温度曲线的最高温度和温度速率，其提供了更好的区到区的稳定性，和一个更受控的回流过程。,RSS/RTS曲线的简义与区别,炉温曲线分为：RSS曲线和RTS曲线两种,RSS温度曲线简单的说就是一条从室温到恒温到回流的炉温曲线。,RTS温度曲线简单的说就是一条从室温到回流的炉温曲线。,升温,回流,升温,回流,恒温,RSS/RTS曲线的简义与区别,理想的曲线由四个部分或区域组成，前面三个区加热、最后一个区冷却。炉的温区越多，越能使温度曲线的轮廓达到更准确和接近设定。大多数锡膏都能用四个基本温区成功回流。,RSS与RTS曲线最大的区别是RTS能有效减少能源成本、增加效率、减少焊接缺陷、改善熔湿性能和简化回流工序，RSS却相反。,RSS/RTS曲线区别与各温区的认识,RSS/RTS曲线的简义与区别,预热区，也叫斜坡区，用来将PCB的温度从周围环境温度提升到所须的活性温度。在这个区，产品的温度以不超过每秒25C速度连续上升，温度升得太快会引起某些缺陷，如陶瓷电容的细微裂纹，而温度上升太慢，锡膏会感温过度，没有足够的时间使PCB达到活性温度。炉的预热区一般占整个加热通道长度的2533%。,活性区，有时叫做干燥或浸湿区，这个区一般占加热通道的3350%，有两个w作用，第一是，将PCB在相当稳定的温度下感温，允许不同质量的元件在温度上同质，减少它们的相当温差。第二个功能是，允许助焊剂活性化，挥发性的物质从锡膏中挥发。一般普遍的活性温度范围是120150C。,冷却区，理想的冷却区曲线应该是和回流区曲线成镜像关系。越是靠近这种镜像关系，焊点达到固态的结构越紧密，得到焊接点的质量越高，结合完整性越好。,RSS/RTS曲线各温区的简义,RSS/RTS曲线简议与区别,为什么和什么时候保温？,保温区的唯一目的是减少或消除大的D T。保温应该在装配达到焊锡回流温度之前，把装配上所有零件的温度达到均衡，使得所有的零件同时回流。由于保温区是没有必要的，因此温度曲线可以改成线性的升温-到-回流(RTS)的回流温度曲线。应该注意到，保温区一般是不需要用来激化锡膏中的助焊剂化学成分。这是工业中的一个普遍的错误概念，应予纠正。当使用线性的RTS温度曲线时，大多数锡膏的化学成分都显示充分的湿润活性。事实上，使用 RTS温度曲线一般都会改善湿润。,RSS/RTS炉温曲线设定,作温度曲线的第一个考虑参数是链速设定，该设定将决定PCB在加热通道所花的时间。典型的锡膏制造厂参数要求34分钟的加热曲线，用总的加热通道长度除以总的加热感温时间，即为准确的链速，调整范围在准确链速15CM/MIN之间，例如，当锡膏要求3.5分钟的加热时间，使用和西回流炉292CM加热通道长度，准确链速为：292CM 3.5分钟=83CM/MIN。,回 流 炉 传 输 速 度 设 定,RSS/RTS炉温曲线设定,RSS温度曲线可用于RMA或免洗化学成分，但一般不推荐用于水溶化学成分，因为RSS保温区可能过早地破坏锡膏活性剂，造成不充分的湿润。使用RSS温度曲线的唯一目的是消除或减少D T。RSS温度曲线开始以一个陡坡温升，在90秒的目标时间内大约150 C，最大速率可达23 C。随后，在150170 C之间，将装配板保温90秒钟；装配板在保温区结束时应该达到温度均衡。保温区之后，装配板进入回流区，在183 C以上回流时间为60(15)秒钟。整个温度曲线应该从45 C到峰值温度215(5)C持续3.54分钟。冷却速率应控制在每秒4 C。一般，较快的冷却速率可得到较细的颗粒结构和较高强度与较亮的焊接点。可是，超过每秒4 C会造成温度冲击。,RSS 炉 温 曲 线 设 定,RSS/RTS炉温曲线设定,RTS温度曲线可用于任何化学成分或合金，为水溶锡膏和难于焊接的合金与零件所首选。如果装配上存在较大的D T，例如工序中使用了夹具或效率低的回流焊接炉，那么RTS可能不为适当的温度曲线选择。,RTS曲线简单地说就是一条从室温到回流峰值温度的温度渐升曲线，RTS曲线温升区其作用是装配的预热区，这里助焊剂被激化，挥发物被挥发，装配准备回流，并防止温度冲击。RTS曲线典型的升温速率为每秒0.61.8 C。升温的最初90秒钟应该尽可能保持线性。,RTS曲线的升温基本原则是，曲线的三分之二在150 C以下。在这个温度后，大多数锡膏内的活性系统开始很快失效。因此，保持曲线的前段冷一些将活性剂保持时间长一些，其结果是良好的湿润和光亮的焊接点。,RTS曲线回流区是装配达到焊锡回流温度的阶段。在达到150 C之后，峰值温度应尽快地达到，峰值温度应控制在215(5)C，液化居留时间为60(15)秒钟。液化之上的这个时间将减少助焊剂受夹和空洞，增加拉伸强度。和RSS一样，RTS曲线长,RTS 炉 温 曲 线 设 定,RSS/RTS曲线不合理的焊接缺陷,许多细小的焊锡球在回流后助焊剂残留的周边上。在RTS曲线上，这个通常是升温速率太慢的结果，由于助焊剂载体在回流之前烧完，发生金属氧化。这个问题一般可通过曲线温升速率略微提高达到解决。焊锡球也可能是温升速率太快的结果，但是，这对RTS曲线不大可能，因为其相对较慢、较平稳的温升。,锡 球,锡 珠,熔湿性差,锡量不足,经常与焊锡球混淆，焊锡珠是一颗或一些大的焊锡球，通常落在片状电容和电阻周围。虽然这常常是丝印时锡膏过量堆积的结果，但有时可以调节温度曲线解决。和焊锡球一样，在RTS曲线上产生的焊锡珠通常是升温速率太慢的结果。这种情况下，慢的升温速率引起毛细管作用，将未回流的锡膏从焊锡堆积处吸到元件下面。回流期间，这些锡膏形成锡珠，由于焊锡表面张力将元件拉向机板，而被挤出到元件边。和焊锡球一样，焊锡珠的解决办法也是提高升温速率，直到问题解决。,熔湿性差经常是时间与温度比率的结果。锡膏内的活性剂由有机酸组成，随时间和温度而退化。如果曲线太长，焊接点的熔湿可能受损害。因为使用RTS曲线，锡膏活性剂通常维持时间较长，因此熔湿性差比RSS较不易发生。如果RTS还出现熔湿性差，应采取步骤以保证曲线的前面三分之二发生在150 C之下。这将延长锡膏活性剂的寿命，结果改善熔湿性。,焊锡不足通常是不均匀加热或过快加热的结果，使得元件引脚太热，焊锡吸上引脚。回流后引脚看到去锡变厚，焊盘上将出现少锡。减低加热速率或保证装配的均匀受热将有助于防止该缺陷。,RSS/RTS曲线不合理的焊接缺陷,立件通常是不相等的熔湿力的结果，使得回流后元件在一端上站起来。一般，加热越慢，板越平稳，越少发生。降低装配通过183 C的温升速率将有助于校正这个缺陷。,立 件,空 洞,无光泽/颗粒状焊点,烧焦残留物,空洞是锡点的X光或截面检查通常所发现的缺陷。空洞是锡点内的微小“气泡”，可能是被夹住的空气或助焊剂。空洞一般由三个曲线错误所引起：不够峰值温度；回流时间不够；升温阶段温度过高。由于RTS曲线升温速率是严密控制的，空洞通常是第一或第二个错误的结果，造成没挥发的助焊剂被夹住在锡点内。这种情况下，为了避免空洞的产生，应在空洞发生的点测量温度曲线，适当调整直到问题解决。,一个相对普遍的回流焊缺陷是无光泽、颗粒状焊点。这个缺陷可能只是美观上的，但也可能是不牢固焊点的征兆。在RTS曲线内改正这个缺陷，应该将回流前两个区的温度减少5 C；峰值温度提高5 C。如果这样还不行，那么，应继续这样调节温度直到达到希望的结果。这些调节将延长锡膏活性剂寿命，减少锡膏的氧化暴露，改善熔湿能力。,烧焦残留物，虽然不一定是功能缺陷，但可能在使用RTS温度曲线时遇见。为了纠正该缺陷，回流区的时间和温度要减少，通常5 C,回流焊接工艺,RTS温度曲线不是适于每一个回流焊接问题的万灵药，也不能用于所有的回流炉或所有的装配。可是，采用RTS温度曲线可以减少能源成本、增加效率、减少焊接缺陷、改善熔湿性能和简化回流工序。这并不是说RSS温度曲线已变得过时，或者RTS曲线不能用于旧式的炉。无论如何，应该知道还有更好的回流温度曲线可以利用。注：所有温度曲线都是使用Sn63/Pb37合金，183 C的共晶熔点。,总 结,