SMT制程问题分析及处理培训教材(-134张)课件.ppt
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1、SMT制程问题分析及处理,SMT流程 印刷相关及印刷不良对策 回焊炉与炉温曲线简介 理解锡膏的回流过程 回焊工艺失效分析 Profile Board制作 Profile的设定和调整 焊接工艺失效分析 SMT检验标准,SMT制程问题分析及处理 SMT流程,1.1 SMT的組成,送料机,印刷机,点胶机,高速机,(异型)泛用机,迴焊炉,收料机,1.1 SMT的組成送料机印刷机点胶机高速机(异型)泛用机,1.2 SMT成功的三大要件,锡膏供給部品搭载迴焊&检查1、锡膏供給 依据生产的基板及所需制程条件,选择合适锡膏及钢板,锡膏使用前回温,回温后充分搅拌,开封后尽快使用,避免锡膏的Flux在空氣中挥发,
2、造成迴焊后的不良。2、部品搭载 零件严格的控管,避免长时间暴露于空气中造成零件氧化,影响焊接性,着裝时避免错件及精准度的控制。3、迴焊&检查 Reflow炉温的调整及记录,迴焊后检查并找出缺点加以检讨改善以減少不良的产生。,1.2 SMT成功的三大要件锡膏供給部品搭载迴焊&检查,Screen Printer,Mount,Reflow,AOI,1.3 SMT流程,Screen PrinterMountReflowAOI1.,2.1 印刷机的工作图,STENCIL PRINTING,Screen Printer 內部工作图,Solder pasteSqueegeeStencil2.1,2.2 锡膏
3、,Screen Printer 的基本要素:,Solder (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钢板的厚度方向上 至少有三个最大直径的锡珠能水平排在锡板的最小孔的宽度方向上 单位: 锡珠使用米制(Micron)度量,而钢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, 如果開始時象稠的糖浆一样滑落,然后分段断裂落下到容器內 为良好。反之,粘度较差。,2.2 锡膏Screen Print
4、er 的基本要素:So,2.3 锡膏的主要成分,锡膏的主要成分:,2.3 锡膏的主要成分锡膏的主要成分:成 分焊料合助主,Squeegee(刮板或刮刀),菱形刮刀,拖裙形刮刀,聚乙烯材料或类似材料,金属,2.4 刮刀,Squeegee(刮板或刮刀)菱形刮刀拖裙形刮刀聚乙烯材料金,2.5 印刷参数 1,为了使印刷机参数设定标准化,减少参数设定的错误以下为产线松下印刷机参数设定的标准.,2.5 印刷参数 1Panasonic 印刷机S/SC/S,2.5 印刷参数 2,刮刀压力(down pressure): 主要作用在使钢网与PCB紧密和结合,以取得较好的印刷效果.并确保钢网表面的锡膏以刮的平整干
5、净.因此对压力控制必须配合刮刀之特性.设备功能,角度等取得合适的压刀.以免压力太大或太小造成印刷不良现象.印刷速度(Traverse speed): 理想的状况下是越慢越好,但会因此面影响到cycle time.因此在能够保持锡膏正常滚动的状态下可将速度提高,并配合压力的调整.(因速度局面压力变小,反则速度慢压力大)印刷角度(Attack angle): 角度大小将决定印刷压力及流入钢网开孔锡膏量.间隙(snap-off): 理论上是钢网越平贴于基板表面越好,2.5 印刷参数 2刮刀压力(down pressure),Squeegee的压力设定:,第一步:在每50mm的Squeegee长度上施
6、加1kg的压力。第二步:減少压力直到锡膏开始留在范本上刮不干净,在增加 1kg的压力第三步:在锡膏刮不干净开始到刮刀沉入丝孔內挖出锡膏之間 有1-2kg的可接受范围即可达到好的印刷效果。,2.6 印刷压力的设定,Squeegee的硬度范围用顏色代号来区分: very soft 紅色 soft 綠色 hard 藍色 very hard 白色,Squeegee的压力设定:第一步:在每50mm的Squee,2.7 印刷作业的几个检验重点,精度:必须对准pad的中央并不得偏移,因偏移将造成对位不准及锡珠,零件偏移等问题.解析度:印刷后的形状必须为一近似块状的结构以免和临近的pad short印刷厚度:
7、必须一致对能控制每个焊点的品质水准.检验工具: 可用放大镜检验印刷后的精度及解析度. 可用微量天秤量测同一pcb上的印刷材料总量 可使用SPI来检测印刷后的状况 可使用印刷机上的2D/3D功能来检测.,2.7 印刷作业的几个检验重点精度:必须对准pad的中央并,2.8 钢板的材质,鋼板(Stencil)材料性能的比較:,2.8 钢板的材质鋼板(Stencil)材料性能的比較:性,2.9 锡锡膏印刷缺陷分析 1,锡膏印刷缺陷分析:,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許印膏搭连,于高温熔焊时常会被各垫上的主锡
8、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)。,提高锡膏中金属比例(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。,2.9 锡锡膏印刷缺陷分析 1锡膏印刷缺陷分析:问题及原因,问题及原因 对 策,发生皮层 CURSTING 由于锡膏助焊剂中的活化剂太强,环境温度太高时,会造成粒子外层上的氧化层被剥落所致.膏量太多 EXCESSIVE PASTE 原因與“搭桥”相似.,避免将锡膏暴露于
9、湿气中.降低锡膏中的助焊剂的活性.调整各金属含量.减少所印之锡膏厚度提升印刷的精准度.调整锡膏印刷的参数.,锡膏印刷缺陷分析,2.9 锡锡膏印刷缺陷分析 2,问题及原因,膏量不足 INSUFFICIENT PASTE 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.粘着力不足 POOR TACK RETENTION 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.提升印刷的精准度.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。調整锡膏粒度的分配。,锡膏印刷缺陷分
10、析,问题及原因 对 策,2.9 锡锡膏印刷缺陷分析 3,膏量不足 INSUFFICIENT,坍塌 SLUMPING 原因与“搭桥”相似。模糊 SMEARING 形成的原因与搭桥或坍塌 很类似,但印刷不善的原因居多,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。,锡膏印刷缺陷分析,问题及原因 对 策,2.9 锡锡膏印刷缺陷分析 4,坍塌 SLUMPING,目前主流的炉子是氮气热风或IR(红外线)+氮气热风加热。单纯的IR加热会造成阴影
11、效应,在大元器件周围的小元器件由于处在大元器件的阴影下不能接收到足够的热量,从而使部分锡膏未融或冷焊的发生。氮气热风的作用: (1)防止焊接过程中锡膏的氧化 (2) 使炉子均温,3.0 回焊炉,回流的方式:,红外线焊接红外+热风(组合)气相焊(VPS)热风焊接热型芯板(很少采用),目前主流的炉子是氮气热风或IR(红外线)+氮气热风加热。3.,回焊炉,回焊炉控制面板,3.1 回焊炉,目前公司所使用的回焊炉,HELLER .TAMURA,回焊炉回焊炉控制面板3.1 回焊炉目前公司所使用的回焊炉H,3.2 温度曲线的制定(无铅),A: 预热升温速率13 /sec BC: 过渡区温度170 10 D:
12、 回焊升温速率24 /sec E: 冷却速率34/sec FG: 峰值温度240 255T1: 预热时间80 10 sec T2: 过渡时间80 10 secT3: 液相温度上时间3050 sec,3.2 温度曲线的制定(无铅)A: 预热升温速率13 ,3.3 温度曲线制定说明 1,1、Preheat与Soak:(1)作用: 使助焊剂中的挥发性物质完全挥发; 避免锡膏急速软化; 缓和正式加热时的热冲击 促进助焊剂的活化,以清洁Pad。(2)影响: 预热不足(温度、时间),容易引起锡珠、墓碑及灯芯效应; 预热过度,将引起助焊剂老化和锡粉氧化; 在Soak区,若温度上升得过快,温度难以均匀分布,也
13、易引 起墓碑和灯芯效应。,3.3 温度曲线制定说明 11、Preheat与Soak:,2、回焊区回焊区若温度不足,就无法确保充足的熔融焊料与PAD的接触时间,很难获得良好的焊接状态,同时由于熔融焊料内部的助焊剂成份与气体无法排除,因而发生空洞和冷焊。回焊区Peak温度太高或在液相线上停留时间过长,则熔融的焊料可能会被再次氧化而导致焊点可靠性的降低。氮气炉回焊中,二次氧化的危险性有所下降,但是温度过高或停留时间过长,PCB与零件将承受更大的热冲击。3、冷却区冷却速度不宜过快也不宜过慢; 冷却速度过快,熔融焊料没有充足的时间凝固,会导致焊点外部凝固,而内部还处于熔融状态,随后整体凝固后会产生大量应
14、力从而导致Crack。 冷却速度过慢,会导致IMC过度生长,尤其是Ag3Sn。另外,因为元件和PCB热容量的差异,将引起温度分布不均,焊料冷凝时间的差异会导致元件位置挪移,热膨胀率的差异将是板弯曲。,3.3 温度曲线制定说明 2,2、回焊区3.3 温度曲线制定说明 2,3.4 有铅与无铅温度曲线的主要区别 1,无铅与有铅的温度曲线之所以不同,主要是由于合金的不同,有铅是锡铅二元合金,而无铅主要是锡银铜三元合金。而且锡铅合金可以组成良好的共熔物。,3.4 有铅与无铅温度曲线的主要区别 1无铅与有铅的温度曲,3.4 有铅与无铅温度曲线的主要区别 2,熔点的差异典型的有铅焊料SnPb63/37的熔点
15、为183,而无铅焊料SAC305熔点则是217 220峰值温度的差异有铅一般控制在235,无铅则需要更高的温度( 240 255 )冷却速率的差异有铅焊料因为熔点固定,凝固时不会因为凝固时间 的差异而产生内应力,因此冷却速率可以比较随意,只要能保证IMC生长足够就可以了。无铅焊料因为是三元合金,熔点不固定,另还有其他IMC 杂质产生,可能会影响焊点可靠性,因此冷却速率不能太快也不能太慢,太快则造成焊点外部凝固而内部不能及时凝固而产生热应力,太慢则可能导致大量Ag3Sn的生成,导致焊点脆化。,3.4 有铅与无铅温度曲线的主要区别 2熔点的差异,首先,用于达到所需粘度和丝印性能的溶剂开始蒸发,温度
16、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。好的冶金学上的锡焊点要求“清洁”的表面。,4.1 理解锡膏的回流过程,当锡膏至于一个加热的环境中,锡膏回流分为五个阶段,首先,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,当温度继续上升,焊锡颗粒首先单独熔化,并开始液化和表面吸锡的“灯草”过程。这样在所有可能的表面上覆盖,并开始形成锡焊点。这个
17、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焊盘的间隙超过4mil,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。,4.2 理解锡膏的回流过程,当温度继续上升,焊锡颗粒首先单独熔化,并开始液化和表面吸锡的,重要的是有充分的缓慢加热来安全地蒸发溶剂,防止锡珠形成和限制由于温度膨胀引起的元件内部应力,造成断裂痕可靠性问题。其次,助焊剂活跃阶段必须有适当的时间和温度,允许清洁阶段在焊锡颗粒刚刚开始熔化时完成。 时间温度曲线中焊锡熔化的阶段是
18、最重要的,必须充分地让焊锡颗粒完全熔化,液化形成冶金焊接,剩余溶剂和助焊剂残余的蒸发,形成焊脚表面。此阶段如果太热或太长,可能对元件和PCB造成伤害。锡膏回流温度曲线的设定,最好是根据锡膏供应商提供的数据进行,同时把握元件内部温度应力变化原则,即加热温升速度小于每秒3 C,和冷却温降速度小于5 C。,回流焊接要求总结:,4.3 理解锡膏的回流过程,重要的是有充分的缓慢加热来安全地蒸发溶剂,防止锡,焊锡球许多细小的焊锡球镶陷在回流后助焊剂残留的周边上。通常是升温速率太快和太慢的结果,太慢时由于助焊剂载体在回流之前烧完,发生金属氧化。太快时由于溶剂的快速挥发导致锡膏塌陷.这个问题一般可通过曲线温升
19、速率略微提高达到解决。焊锡珠 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。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。,5.1 回焊工艺失效分析,焊锡球5.1 回焊工艺失效分析,墓碑 墓碑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。降低装配通过回流区的温升速率将有
20、助于校正这个缺陷。空洞 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。为了避免空洞的产生,应在空洞发生的点测量温度曲线,适当调整各温区的温度直到问题解决。,5.2 回焊工艺失效分析,墓碑5.2 回焊工艺失效分析,无光泽、颗粒状焊点: 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。通常为预热区升温速率过高或是峰值温充略不足导致。焊锡不足: 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。
21、回流后引脚看上去锡变厚,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。,5.3 回焊工艺失效分析,无光泽、颗粒状焊点:5.3 回焊工艺失效分析,6.0 Profile Board制作,1 测温线采用镍铬-镍铝热电偶线.2 测温线镍铬端接测温头的正极,测温线镍铬端有条细红线缠绕。另一根接测温头负极.3 测温线测试点必须用点焊机把两根线用一个接点连起来,测试点不能有交叉现象.4 PCBA测温板测试位置要求有5-6个, 通常用6点测温板和3点测温板。,红线正极,1Profile Board的基本知识,6.0 Profile Board制作 1 测温线采用镍铬,1 BGA:BG
22、A正中央底部 2 QFP:零件脚与PAD接触的区域3 特殊零件可能造成热损坏或冷焊之零件4 若无上述情况的主板,测量点选择到板上最 大的零件处5 若测量点超过6个时,遵守下面的规则: 大颗BGA一定要测量 QFP可以省略不测,改以目检焊点的外观来调整温度曲线,6.1 Profile Board制作,2. Profile Board的测量位置,1 BGA:BGA正中央底部6.1 Profile Boa,1 BGA:用烘枪去除BGA,并在板上相应的中心位置钻孔,将测温线顶端穿过钻孔,之后用高 温锡固定在主板上,涂上骆泰散热膏固定测温线,并使其吸热均匀.最后将BGA烘回原位2 QFP:以少量的高温锡
23、丝将Thermal couple 焊接在QFP零件脚与PAD接触的区域 3 较大零件:以少量的高温锡丝将Thermal couple焊接在零件脚与PAD接触的区域 4 测温点所对应的元件编号、位置要和测温头上的对应,测温头上要标注编号和位置5 每根测温线必须用高温胶带牢牢地固定在测温板上,防止松动,6.2 Profile Board制作,3 测温板的制作,1 BGA:用烘枪去除BGA,并在板上相应的中心位置钻孔,将,1Profile的基本知识 1.1理论上理想的曲线由四个部分或区间组成,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。 1.1.1预热区,
24、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%. 1.1.2 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%,有两个功用,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。 1.1.3回流区,有时叫做峰值区或最后升温区。这个区的作用是将PCB装配的
25、温度从活性温度提高到所推荐的峰值温度。活性温度总是比合金的熔点温度低一点,而峰值温度总是在熔点上。典型的峰值温度范围是230245C.这个区达到回流峰值温度比推荐的高。这种情况可能引起PCB的过分卷曲、脱层或烧损,并损害元件的完整性。1.1.4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。,7.0 Profile的设定和调整,7.0 Profile的设定和调整,7.1 Profile设定流程,试产Profile设定流程,量产Profile设定流程,曲线确 定温度Profile形状的决定(依客户或锡膏厂商,7.
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