《SMT工艺流程》PPT课件.ppt

1,SMT工艺流程 作者：*部门：品质保证部,2,目录,3,目录,4,SMT的产生,SMT是什么？SMT是Surface Mount Technology的英文缩写，中文意思是 表面贴装技术，是目前电子组装行业里最流行的一种技术和工艺，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。SMT的产生和應用背景-电子产品追求小型化，以前使用的通孔插件元件已无法缩小-电子产品功能更完整，所采用的集成电路已无穿孔元件，特别是大规模、高集成IC，不得不采用表面贴片元件-产品批量化，生产自动化，低成本高产量，获得优质产品以迎合顾客需求及加强市场竞争力的需要-电子元件的发展，集成电路(IC)的开发，半导体材料的多元应用,5,SMT与THT的区别,SMT与THT的区别SMT:surface mounted technology(表面贴装技术):直接将表面黏着元器件贴装,焊接到印刷电路板表面规定位置上的组装技术THT：through hole mount technology（通孔安装技术）通过电子元器件引线，将电子元器件焊接装配在电路基板规定的安装焊接孔位置上的装联技术.,6,SMT的优点,SMT的优点组装密度高、电子产品体积小、重量轻，贴片元件的体积和重量只有传统插装元件的1/10左右，一般采用SMT之后，电子产品体积缩小40%60%，重量减轻60%80%可靠性高、抗震能力强，焊点缺陷率低.高频特性好，减少了电磁和射频干扰.易于实现自动化，提高生产效率，降低成本达30%50%，节省材料、能源、设备、人力、时间、空间等.,7,SMT常用名词解释,SMT常用名词解释SMT:surface mounted technology(表面贴装技术):直接将表面黏着元器件贴装,焊接到印刷电路板表面规定位置上的组装技:术THT：through hole mount technology（通孔安装技术）通过电子元器件引线，将电子元器件焊接装配在电路基板规定的安装焊接孔位置上的装联技术.SMD:surface mounted devices(表面贴装组件):外形为矩形片状圆柱行状或异形,其焊端或引脚制作在同一平面内,并适用于表面黏着的电子组件.AOI:automatic optic inspection(自动光学检测):是基于光学原理来对焊接生产中遇到的常见缺陷进行检测的设备,AOI是新兴起的一种新型测试技术,当自动检测时，机器通过摄像头自动扫描PCB，采集图像，测试的焊点与数据库中的合格的参数进行比较，经过图像处理，检查出PCB上缺陷，并通过显示器或自动标志把缺陷显示/标示出来，供维修人员修整。,8,SMT常用名词解释,Reflow soldering(回流焊):通过重新熔化预先分配到印刷电路板焊垫上的膏状锡膏,实现表面黏着组件端子或引脚与印刷电路板焊垫之间机械与电气连接.Wave-soldering(波峰焊):让插件板的焊接面直接与高温液态锡接触达到焊接目的，其高温液态锡保持一个斜面，并由特殊装置使液态锡形成一道道波浪,使预先装有元器件的印制板通过焊料波峰，实现元器件焊端或引脚与印制板焊盘之间机械与电气连接.Chip:rectangular chip component(矩形片状元件):两端无引线有焊端,外形为薄片矩形的表面黏着元器件.SOP:small outline package(小外形封装):小型模压塑料封装,两侧具有翼形或J形短引脚的一种表面组装元器件.QFP:Quad flat pack(四边扁平封装):四边具有翼形短引脚,引脚间距:1.00,0.80,0.65,0.50,0.40,0.30mm等的塑料封装薄形表面组装集体电路.BGA:Ball grid array(球形触点阵列):集成电路的包装形式其输入输出点是在组件底面上按栅格样式排列的锡球.,9,SMT基本电子元件,基本电子元件特性一览表,10,SMT元件封装,封装(Package):把集成电路装配为芯片最终产品的过程，它把硅片上的电路管脚，用导线接引到外部接头处，以便于其它器件连接.即封装=元件本身的外形和尺寸封装的影响-电气性能（频率、功率等）-元件本身封装的可靠性-组装难度和可靠性常见封装类型QFP:四侧引脚扁平封装BGA:球形触点阵列PLCC:带引线的塑料芯片载体SOP:小外形封装SOT:小外形晶体管,11,SMT常见封装介绍,QFP:quad flat package四侧引脚扁平封装,4边翼形引脚，间距一般为由0.3至1.0mm;引脚数目有32至360左右;有方形和长方形两类，视引脚数目而定.此类器件易产生引脚变形、虚焊和连锡缺陷，贴装时也要注意方向.,12,SMT常见封装介绍,BGA:Ball grid array(球形触点阵列),13,SMT常见封装介绍,PLCC:plastic leaded chip carrier（带引线的塑料芯片载体）,引脚一般采用J形设计，16至100脚；间距采用标准1.27mm式,可使用插座.此类器件易产生方向错、打翻及引脚变形缺陷.,14,SMT常见封装介绍,SOP:small Out-Line package（小外形封装），8脚或以上（14脚、16脚、20脚等）的器件.,15,SMT常见封装介绍,SOT:Small Outline Transistor(小外形晶体管),5脚或以下（3脚、4脚）的器件.组装容易，工艺成熟SOT23封装最为普遍，其次是SOT143,16,SMT元件包装,包装（Packaging）:成形元件为了方便储存和运送的外加包装.包装的影响-组装前的元件保护能力-贴片质量和效率-生产的物料管理常见包装类型带式包装管式包装盘式包装,17,SMT常见包装介绍,带式包装(Tape-and-Reel)小元件最常见的包装形式以带宽、进孔间距和卷带直径来区分常用带宽：8、12、16、24、32、44、56mm常用卷带直径：7、13、15寸需注意元件在卷带中的位置较稳定成熟的供料技术,18,SMT常见包装介绍,管式包装常用在SOIC和PLCC包装上尺寸种类繁多，不规范包装材料可以重复使用容量小，不适合高速生产线，一般利用多管道来弥补不足稳定性相对其他包装形式差,19,SMT元件包装介绍,盘式包装(Tray)供体型较大或引脚较易损坏的元件使用，如QFP供料占地较大，尤其是单盘式需要操作工逐个添料，元件方位和质量受人的因素影响规范较管式供料强，高度和平面需注意可供烘烤除湿使用,20,SMT生产流程,SMT生产流程,锡膏印刷,锡膏检测,高速贴片,多功能贴片,PCB板暂存区,自动光学检测,回流焊炉,人工目检及维修,21,SMT生产设备,送板机(Loader)：将空PCB板利用推杆将空PCB板送入印刷机中同时通过集板箱对双面板贴裝一个置放位置和送板这样可相容正反面SMT通过送板机全自动的将PC板送入锡膏印刷机中.吸板机(Vacuum Loader)：利用真空(Vacuum)吸力将PCB吸起送入锡膏印刷机中以便进入下一工站同为吸板机一次可100200PCS这样可节省人员置板时间.锡膏印刷机(Solder Paste Printer):原理将锡膏(Solder Paste)通过钢板(Stencil)之孔脫膜接触锡膏而印置于基板之锡垫(PCB板焊盘)上.锡膏检测仪(SPI:Solder Paste Inspection):检测锡膏印刷是否正确，有无漏印、错印等现象.贴片机(Pick and Placement System):将SMT零件通过高速机或泛用机的抓取头将其元件抓取或吸取并经过辨识零件外形、厚度经确认OK后将元件按编程之位置贴装零件按照物料(BOM)之指示依序贴裝完.,22,SMT生产设备,回焊炉(Reflow):贴片机将元件贴裝OK后进入炉堂內通过热传导对流及幅射的原理并依照厂商提供的锡膏特性温度曲线來设定炉堂温度将主/被动元件焊接于PCB板上完成SMT制程零件焊接固定作用.自动光学检查机（AOI):运用高速高精度视觉处理技术自动检测PCB板上各种不同帖装错误及焊接缺陷.PCB板的范围可从细间距高密度板到低密度大尺寸板,并可提供在线检测方案,以提高生产效率,及焊接质量.,23,SMT生产工艺,SMT生产工艺-双面回流焊工艺,24,SMT生产工艺,SMT生产工艺-混合安装工艺,25,SMT炉温曲线的重要性,SMT炉温曲线的重要性：在SMT工艺中回流焊接是核心工艺，是SMT工业组装基板上形成焊接点的主要方法.回流焊接工艺的表现形式主要为炉温曲线，它是指PCB的表面组装器件上测试点处温度随时间变化的曲线,因而炉温曲线曲线是决定焊接缺陷的重要因素.适当设计炉温曲线可得到高的良品率及高的可靠度，对炉温曲线的合理控制，在生产制程中有着举足轻重的作用.SMT炉温曲线特性锡膏的特性决定了炉温曲线的基本特性.不同的锡膏由于助焊剂（Flux）不同的化学组成，因此它的化学变化有不同的温度要求，对炉温曲线也有不同的要求.一般锡膏供应商都提供一个参考炉温曲线，用户可在此基础上根据自己的产品特性制定一个标准的炉温曲线SMT炉温曲线的四个阶段:预热阶段/恒温阶段/回流阶段/冷却阶段,26,SMT炉温预热阶段,预热阶段目的是把锡膏中较低熔点的溶剂挥发走.锡膏中助焊剂的主要成分包括松香，活性剂，黏度改善剂，和溶剂，溶剂的作用主要作为松香的载体和保证锡膏的储藏时间.预热阶段要控制升温斜率，太高的升温速度会造成元件的热应力冲击，损伤元件或减低元件性能和寿命，还会会造成锡膏的塌陷，引起短路的危险.,27,SMT炉温恒温阶段,恒温阶段一个目的是使整个PCB板都能达到均匀的温度,减少进入回流区的热应力冲击,以及其它焊接缺陷如元件翘起、某些大体积元件冷焊等.另一个目的是使焊锡膏中的助焊剂开始发生活性反应，它将清除焊件表面的氧化物和杂质,增大焊件表面润湿性能（及表面能）,使得融化的焊锡能够很好地润湿焊件表面.恒温时间和温度必须很好地控制，既要保证助焊剂能很好地清洁焊面，又要保证助焊剂到达回流之前没有完全消耗掉.助焊剂要保留到回流焊阶段是必需的,它能促进焊锡润湿过程和防止焊接表面的再氧化,且回流焊接的也多为空气回流焊,更应注意不能在均热阶段把助焊剂消耗光.,28,SMT炉温回流阶段,回流阶段温度继续升高越过回流线,锡膏融化并发生润湿反应,开始生成金属间化合物层,到达最高温度,然后开始降温,落到回流线以下，焊锡凝固.回流区的最高温度是由PCB板上的温度敏感元件的耐温能力决定的回流区同样应考虑温度的上升和下降斜率不能使元件受到热冲击,在回流区的时间应该在保证元件完成良好焊接的前提下越短越好,一般为30-60秒最好,过长的回流时间和较高温度,如回流时间大于90秒,最高温度过大,会造成金属间化合物层增厚,影响焊点的长期可靠性.,29,SMT炉温冷却阶段,冷却阶段好的冷却过程对焊接的最后结果也起着关键作用,好的焊点应该是光亮的、平滑的.如果冷却效果不好,会产生很多问题诸如元件翘起、焊点发暗、焊点表面不光滑以及会造成金属间化合物层增厚等问题.回流焊必须提供良好的冷却曲线,既不能过慢造成冷却不良，又不能太快,造成元件的热冲击.理想的冷却曲线一般和回流曲线成镜像，越是达到镜像关系，焊点达到的固 态结构越紧密，焊点的质量就越高，结合完整性就越好.,30,SMT炉温曲线如何量测,SMT炉温曲线量测的重要性由前面的介绍我们可以得知,回流焊要想达到理想的焊接效果就必须有个好的炉温曲线,这样才能保证焊接效果满意,因此如何准确测量炉温曲线来反映真实的回流焊接过程是非常重要的.常用的测量炉温曲线的方法炉温测试仪跟随待测PCB板进入回流炉,记录器上有多个热偶插口,可连接多根热偶线,记录器里存放的温度数据,在出炉后，可输到电脑里分析或从打印机中输出.,31,SMT炉温板制作,制作工具及材料测温仪、热电偶测温线、测温头、耐高温胶带、电烙铁、高温锡丝、红胶、相应机种测温板等测试点位置选取原则测试点数量5个以上一个放置在热容量小的元器件（如0402，空焊盘等）一个放置在中等热容量的元器件（如功率三极管等）二至三个放置在热容量大或热量被屏蔽遮挡的元器件（如接口，BGA，大元件等）双面板底部需选一测试点对一些易出现问题的元件优先作为测试点,32,SMT炉温板制作,测温线制作采用镍铬-镍铝热电偶测温线每根测温线长度控制在PCB板长度的2倍,最好不超过1米(理论上短一 点好，可以防噪声干扰与阻抗).测温线测点端接头分开后，务必用点焊机熔接成一个结点,切勿用扭绞方 式.测试点不能出现交叉现象.,33,SMT炉温板制作,制作步骤领取对应型号已贴装元件的PCB,只要求外型及元件基本完好确定测试点布置方案,标明对应的测试点序号,一般按流入炉膛内的顺序号依次排列将制作好的测温热电偶线，依次编号BGA的测试点一般布置二点,中心一点、边缘一点,测试点需接触BGA底部,34,SMT炉温板制作,制作步骤 其它各点依次选取固定好,必须保证热电偶结点与被监测表面直接、可靠的热接触，用于将热电偶结点固定到被测表面的材料应最少.注意每个测试点的正极、负极在探点以外不能接触，剥线时只能剥3-5mm，测试线不能有破损裸露，每个测试点均需在离其5mm左右用胶加固，防止对测试点的拉扯.元件固定方式如下：,35,SMT炉温板制作,制作步骤 制作OK的炉温板如下图,36,SMT炉温测量,炉温测量在炉温达到正常的设定值时（绿灯亮），并均衡十分钟以上才可以开始测温.确认调整轨道宽度和炉温板宽度一致，调整前需确认炉膛内PCB板均已经取出来.停止CONVEYOR轨道的运转，将炉温板和测温仪器装置放在轨道上，进板方向与生产线的进板方向一致,将空气测头按序号依次将热电偶的插头插在测温仪对应的插口.打开测温仪器记忆开关开始测温记忆，将测温记忆装置放入保护盒内，放到过炉测具上，炉温板在前，测温仪在后，中间保持测温线基本拉直，开始过炉测试炉温曲线.戴好耐高温手套，在炉口拿出炉温板和测温议.打开测温软件测温窗口,将测温仪连接后建立炉温曲线.确认测量的曲线是否存在异常，无异常保存曲线并打印出曲线。有异常时分析原因，并重测.,