第4章SMT生产工艺课件.ppt

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1、2022/12/20,第4章SMT生产工艺,第4章SMT生产工艺,第4章SMT生产工艺,4.1 涂敷工艺,焊膏涂覆就是将焊膏涂敷在PCB的焊盘图形上，为SMC/SMD的贴装、焊接提供粘附和焊接材料。焊膏涂覆有点涂、丝网印刷和金属模板印刷三种方法。 4.1.1焊膏模板印刷工艺 模板印刷原理 模板印刷的受力分析 模板印刷的基本过程,图4-2 压力分析,第4章SMT生产工艺,2模板印刷环境要求, 电源要求：电源电压和功率要符合设备要求，电压要稳定，要求：单相AC220（22010，50/60 HZ），三相AC380V（22010，50/60 HZ）如果达不到要求，需配置稳压电源，电源的功率要大于功耗

2、的一倍以上。 温度：环境温度：233为最佳。一般为1728。极限温度为1535（印刷工作间环境温度为233为最佳）。 湿度：相对湿度：4570%RH。 工作环境：工作间保持清洁卫生，无尘土、无腐蚀性气体。空气清洁度为100000级。（BGJ73-84）；在空调环境下，要有一定的新风量，尽量将含量控制在1000PPM以下，含量控制10PPM以下，以保证人体健康。 防静电：生产设备必须接地良好，应采用三相五线接地法并独立接地。生产场所的地面、工作台垫、坐椅等均应符合防静电要求。 排风：回流焊和波峰焊设备都有排风要求。 照明：厂房内应有良好的照明条件，理想的照度为800LUX1200LUX,至少不能

3、低于300LUX。 SMT生产线人员要求：生产线各设备的操作人员必须经过专业技术培训，必须熟练掌握设备的操作规程。操作人员应严格按“安全技术操作规程”和工艺要求操作。,第4章SMT生产工艺,3. 模板印刷过程分析, 印刷准备 安装模板、刮刀 PCB定位与图形对准 设置工艺参数 印刷行程、印刷速度 、刮刀压力 、印刷间隙 、分离速度、刮刀角度 、清洗模式和清洗频率 添加焊膏并印刷,第4章SMT生产工艺,4. 模板印刷结果分析,焊膏印刷结果要求：印刷焊膏量均匀一致性好；焊膏图形清晰,相邻图形之间尽量不粘连；焊膏图形与焊盘图形要尽量不要错位；在一般情况下，焊盘上单位面积的焊膏量应为0.8mg/m左右

4、，对窄间距元器件，应为0.5mg/m左右；印刷在基板上的焊膏与希望重量值相比，允许有一定的偏差；焊膏覆盖焊盘的面积，应在75%以上；焊膏印刷后应无严重塌落，边缘整齐，错位不大于0.2 mm，对窄间距元器件焊盘，错位不大于0.1 mm；基板不允许被焊膏污染。 影响焊膏印刷质量的因素 影响焊膏印刷质量的因素有很多，概括起来可包括8个因素，分别为人、环境、印刷电路板、印刷机、模板、滚筒（刀）、焊膏材料、和印刷参数。,第4章SMT生产工艺, 焊膏印刷缺陷分析,针对Chip元件、MELF元件、SOT、SOIC、QFP、PLCC、LCCC、BGA、CSP、FC等元器件的印刷效果,印刷缺陷,焊膏坍塌与模糊,

5、漏印、印刷不完全,焊膏图形粘连,焊膏印刷偏离,焊膏印刷拉尖,第4章SMT生产工艺,4.1.2贴片胶涂敷工艺,贴片胶涂敷可采用分配器点涂技术、针式转印技术和印刷技术。分配器点涂是将贴片胶一滴一滴地点涂在PCB贴装元器件的部位上；针式转印技术一般是同时成组地将贴片胶转印到PCB贴装元器件的所有部位上；印刷技术与焊膏印刷技术类似，因此本节主要介绍前二种技术。 分配器点涂技术,第4章SMT生产工艺,3.1涂敷设备, 点胶准备及开机 贴片胶涂覆工艺技术参数设置 点胶压力 胶点直径、胶点高度、点胶针头内径 压力、时间与止动高度的关系 胶点数量设定 点胶并检验 点胶结果分析,第4章SMT生产工艺,施加贴片胶

6、的技术要求,如果采用光固型贴片胶，元器件下面的贴片胶至少有一半的量处于被照射状态；如果采用热固型贴片胶，贴片胶滴可完全被元器件覆盖，见下图4-10。 小元件可涂一个胶点，大尺寸元器件可涂敷多个胶点。 胶点的尺寸与高度取决于元器件的类型，胶点的高度应达到元器件贴装后胶点能充分接触到元器件底部的高度；胶点量（尺寸大小或胶点数量）应根据元器件的尺寸和重量而定，尺寸和重量大的元器件胶点量应大一些，胶点的尺寸和量也不宜过大，以保证足够的粘接强度为准，同时贴装后贴片胶不能污染元器件端头和PCB焊盘。 影响贴片胶涂敷质量的因素 优良的胶点应是表面光亮，有适合的形状和几何尺寸，无拉丝和拖尾现象。国内外有许多公

7、司研究表明胶点质量不仅取决于贴片胶品质，而且与点胶机参数设置及工艺参数的优化也有很密切的关系。,第4章SMT生产工艺,点胶缺陷分析,第4章SMT生产工艺,2针式转印技术,针式转印技术的原理如图4-11所示。将针定位在贴片胶窗口容器上面（图a）；而后将钢针头部浸没在贴片胶中（图b）；当把钢针从贴片胶中提起时（图c），由于表面张力的作用，使贴片胶粘附在针头上；然后将粘有贴片胶的针在PCB上方对焊盘图形定位，而后使针向下移动直至贴片胶接触焊盘，而针头与焊盘保持一定间隙（图d）；当提起针时，一部份贴片胶离开针头留在PCB的焊盘上（图e）。,图4-11 针式转印过程,第4章SMT生产工艺,3. 印刷工艺

8、,印刷贴片胶的原理、过程和设备与印刷焊膏相同。它是通过漏空图形的漏印工具模板，将贴片胶印刷到PCB上。通过模板设计，采用特殊的塑料模板、增加模板厚度、开口数量等方法来控制胶量的大小和高度。 印刷工艺优点是生产效率高，适合大批量生产；更换品种方便，只要更换模板即可；涂敷精度也比针式转印法要高；印刷机的利用率增高，不需添加点胶装置，节约成本。 印刷工艺缺点是贴片胶暴露在空气中，对环境要求较高；胶点高度不理想，只适合平面印刷。,第4章SMT生产工艺,4.2 贴装工艺,表面贴装工艺就是通过贴片机按照一定的贴装程序，有序地把表面组装元器件贴装到对应的印制电路板焊盘上，它主要包含吸取和放置两个动作，因此这

9、个过程英文为“Pick and Place”，它是SMT工序中第二道重要工序。,第4章SMT生产工艺,4.2.1贴装元器件的工艺要求,1. 贴装工艺要求各装配位号元器件的类型、型号、标称值和极性等特征标记要符合产品装配图和明细表的要求。贴装好的元器件要完好无损。贴装元器件焊端或引脚不小于1/2厚度浸入焊膏。对于一般元器件，贴片时焊膏挤出量应小于0.2mm，对于细间距元器件，贴片时焊膏挤出量应小于0.1mm。元器件焊端或引脚要和焊盘图形对齐、居中。由于回流焊有自对准效应，因此元器件贴装时允许有一定的偏差。各种元器件的具体偏差范围参见IPC-A-610标准。,第4章SMT生产工艺,4.2.1贴装元

10、器件的工艺要求,2. 保证贴装质量的三要素元件正确。位置准确。压力合适。,第4章SMT生产工艺,4.2.2贴片机编程,贴片程序的编制有示教编程和计算机编程两种方式。示教编程就是通过装在贴片头上的CCD摄像机识别PCB上的元器件位置数据，精度低，编程速度慢。这种方法仅适用于缺少PCB数据的情况或做教学示范。一般生产中都采用计算机编程，计算机编程有在线编程和离线编程两种。 1. 离线编程离线编程的步骤：PCB程序数据编辑 自动编程优化并编辑 将数据输入设备 在贴片机上对优化好的产品程序进行编辑 核对检查并备份贴片程序。,第4章SMT生产工艺,2. 在线编程, 程序数据的编辑 元器件的影像编辑 编辑

11、程序的优化 校对检查并备份贴片程序。,第4章SMT生产工艺,4.2.3贴装结果分析,第4章SMT生产工艺,4.3 焊接工艺,焊接是表面组装技术中的主要工艺技术，是完成元件电气连接的环节，直接与产品的可靠性相关，也是影响整个工序直通率的关键因素之一。 目前用于SMT焊接的方法主要有回流焊和波峰焊两大类。波峰焊接主要用于传统通孔插装工艺，以及表面组装与通孔插装元器件的混装工艺，适合波峰焊的表面贴装元器件有矩形和圆柱形片式元件、SOT以及较小的SOP器件等。,第4章SMT生产工艺,4.3.1回流焊工艺,回流焊接就是预先在PCB焊接部位施放适量和适当形式的焊料，然后贴放表面组装元器件，再利用外部热源使

12、焊料再次流动达到焊接目的的一种成组或逐点焊接工艺。回流焊接工艺是SMT组装的最后一道工艺，它是完成元件电气连接的环节，直接与产品的可靠性相关。,第4章SMT生产工艺,1. 回流焊工艺要求,为了提高SMT产品直通率，除了要减少肉眼看得见的焊点缺陷外，还要克服虚焊、焊接界面结合强度差、焊点内部应力大等肉眼看不见的缺陷，因此回流焊工艺必须在受控的条件下进行。回流焊工艺要求如下：根据所用焊膏的温度曲线与PCB的具体情况，结合焊接理论，设置理想的回流焊温度曲线，并定期测试实时温度曲线，确保回流焊的质量与工艺稳定性。要按照PCB设计时的焊接方向进行焊接。焊接过程中，严防传送带震动。焊接后，必须对首块印制板

13、的焊接效果进行检查。检查焊接是否充分、有无焊膏熔化不充分的痕迹、焊点表面是否光滑、焊点形状是否呈半弯月状、焊球和残留物的情况、桥接和虚焊的情况；还要检查PCB表面颜色的变化情况，回流后允许PCB有少许但是均匀的变色。并根据检查结果调整温度曲线。在整批生产过程中要定时检查焊接质量。,第4章SMT生产工艺,2. 回流焊温度曲线（temperature profile）的测定, 设置回流温度曲线的依据： 根据使用焊膏的温度曲线进行设置。不同金属含量的焊膏有不同的温度曲线，应按照焊膏供应商提供的温度曲线进行设置（主要控制升温速率、峰值温度和回流时间）。 根据PCB的材料、厚度、是否多层板、尺寸大小等进

14、行设置。 根据元器件组装密度、元器件的大小以及是否存在BGA、CSP等特殊元器件进行设置。 根据设备的具体情况，例如加热区长度、加热源材料、回流炉构造和热传导方式等因素进行设置。 根据加热区温度传感器的实际位置来确定各温区的设置温度。若温度传感器位置在发热体内部，设置温度比实际温度高近一倍左右，若传感器位置在炉体内腔的顶部或底部，设置温度比实际温度高30左右即可。 根据排风量的大小进行设置。一般回流炉对排风量都有具体要求，但实际排风量因各种原因有时会有所变化，确定一个产品的温度曲线时，应考虑排风量，并定时测量。 环境温度对炉温也有影响。特别是加热温区较短、炉体宽度较窄的回流炉，炉温受环境温度影

15、响较大，因此在回流炉进出口处要避免对流风。,第4章SMT生产工艺,2. 回流焊温度曲线（temperature profile）的测定, 回流温度曲线的测定： 测试工具：温度曲线测试仪（profiler）、热电偶、将热电偶附着于PCB上的工具和焊膏参数表。 热电偶的位置和固定：将温度曲线测试仪的热电偶附着在SMA板面上选取的36个测试点上。,第4章SMT生产工艺,2. 回流焊温度曲线（temperature profile）的测定, 回流温度曲线测定步骤： 设定传送带的速度 设定各个温区的温度 启动机器，炉子稳定后(即，所有实际显示温度等同于设定温度时)开始作曲线 最初的温度曲线图产生之后，和

16、焊膏供应商推荐的曲线进行比较 当最后的曲线图尽可能的与所希望的图形相吻合后，把炉子的参数记录或储存起来以备后用。,第4章SMT生产工艺,3. 回流焊温度曲线和焊接工艺设置, 常规温度曲线常规温度曲线分为预热区、保温区、回流区和冷却区4个主要阶段，如图4-15所示。这种温度曲线在加热时有一段保温时间，故表面组装组件SMA表面温度较为均匀，即使PCB上元器件大小不均匀、组装密度比较大时，SMA表面温度仍较均匀。因此当PCB上元器件大小不均匀、组装密度比较大时需用这种温度曲线。,第4章SMT生产工艺,3. 回流焊温度曲线和焊接工艺设置,第4章SMT生产工艺,5回流焊接结果分析, 影响回流焊接质量的因

17、素 材料对回流焊接质量的影响 设备对回流焊接质量的影响 工艺对回流焊接质量的影响 印刷工艺的影响、贴装工艺的影响 、回流工艺的影响 。 常见回流焊接缺陷分析及解决办法 回流焊过程中，引起的焊接缺陷主要可以分为两大类，第一类是与冶金有关，包括：冷焊、不润湿、银迁移等；第二类是与异常的焊点形态有关，包括：立碑、偏移、芯吸、桥接、空洞、焊球、焊膏量不足与虚焊或断路、颗粒状表面等。,第4章SMT生产工艺,4.3.2波峰焊工艺,波峰焊就是将熔融的液态焊料，借助泵的作用，在焊料槽液面形成特定形状的焊料波，插装和贴装了元器件的PCB置于传动链上，经某一特定角度以及一定的浸入深度穿过焊料波峰，而实现焊点焊接的

18、过程，也称群焊或流动焊。,第4章SMT生产工艺,1. 波峰焊接过程分析, 波峰焊接工位及其功能 进板完成PCB在整个焊接设备过程中的传送和承载工作。 涂覆助焊剂在生产中，SMA上必须均匀涂布上一定量的助焊剂，借助助焊剂去除焊接面上的氧化层，才能保证SMA的焊接质量。,第4章SMT生产工艺,1. 波峰焊接过程分析, 预热在波峰焊过程中，SMA涂布助焊剂后应立即预热。预热有三大作用：第一个作用是可以使助焊剂中的大部分溶剂及PCB制造过程中夹带的水汽挥发；第二个作用是助焊剂中松香和活性剂开始分解和活性化；第三个作用是使得PCB和元器件充分预热，降低焊接期间对元器件及PCB的热冲击。,第4章SMT生产

19、工艺,1. 波峰焊接过程分析, 焊接完成PCB的焊接过程，主要用双波峰结构。 冷却这是一个很容易被忽视的过程。该过程主要就是控制冷却速率，相对较快的冷却速率会使得焊点的机械抗拉强度增加，焊料晶格细化，焊点表面光滑。,第4章SMT生产工艺, 波峰焊接工艺参数设置与温度曲线, 预热阶段：预热时间：80-120S。指PCB涂覆助焊剂后进入预热区并与焊料波峰接触前的时间。预热温度：135-145。指PCB与波峰面接触前所达到的温度。,第4章SMT生产工艺, 波峰焊接工艺参数设置与温度曲线, 焊接阶段：润湿时间：PCB上某一焊点从接触波峰面到润湿完成的时间，该时间理论上存在，但无法测量。停留时间：PCB

20、上某一焊点从接触波峰面到离开波峰面时的时间。停留时间，通常波峰宽度为45cm，若速度为1.2m/min，则停留时间为22.5s。由于无铅焊料的润湿能力偏低，因此在实际生产中一般第一波峰停留时间为12S，第二波峰停留时间为3.55S，两波峰总停留时间控制在4.55.5S为最好焊接时间：PCB上某一焊点从接触波峰面到温度降低到焊料熔点的时间，取决于PCB组装密度和PCB上元器件的类型。焊接温度2705：是非常重要的参数，根据焊料的熔点和PCB的实际情况而定，通常高于焊料熔点5060度。,第4章SMT生产工艺, 波峰焊接工艺参数设置与温度曲线, 冷却阶段：冷却速率为5-6/S 传送倾角（爬坡角度）：

21、3-7波峰焊接机在安装时除了使机器水平外，还应调节传送装置的倾角，高档波峰机通常倾角控制在3-7。,第4章SMT生产工艺, 波峰焊接工艺参数设置与温度曲线, 工艺参数的协调：波峰焊接机的工艺参数：带速、预热温度、焊接时间和倾角之间需要互相协调，反复调节。,第4章SMT生产工艺,2. 波峰焊接结果分析, 焊点合格标准波峰焊接焊点表面应完整、连续平滑、焊料量适中、无大气孔、砂眼。焊点的润湿性好，呈弯月形状，插装元器件的润湿角q应小于90度，以15-45度为最好；片式元件的润湿角q小于90度，焊料应在片式元件金属化端头处全面铺开，形成连续均匀的覆盖层。漏焊、虚焊和桥接等缺陷应降至最少。焊接后贴装元件

22、无损失、无丢失、端头电极无脱落。焊接双面板时，要求插装元器件的元件面上锡好。焊接后印制板表面允许有微小变色，但不允许严重变色，不允许阻焊膜起泡和脱落。,图4-23用锡银铜焊料焊接通孔焊盘的可接受标准,第4章SMT生产工艺, 影响波峰焊接质量的因素,影响波峰焊接质量的因素很多，主要有生产物料、设备、工艺等。 生产物料： 设备：助焊剂喷涂系统的可控制性；预热和焊接温度控制系统的稳定性；波峰高度的稳定性及可调整性；传输系统的平稳性以及是否配置了扰动波、热风刀、氮气保护系统等功能都对焊接质量有直接或间接的影响。 工艺：助焊剂比重和喷涂量、预热和焊接温度、传输带倾斜角度和传输速度、波峰高度等参数的正确设

23、置，还要找到这些参数之间最佳的配合关系。,第4章SMT生产工艺, 波峰焊缺陷及解决措施,第4章SMT生产工艺, 波峰焊缺陷及解决措施,第4章SMT生产工艺,4.3.3新型焊接工艺,通孔回流焊（pin in paste reflow soldering/paste in hole reflow soldering） 通孔回流焊的优点焊接质量好，不良比率PPM(百万分率的缺陷率)降低。虚焊、连锡等缺陷少，返修率降低。PCB布局的设计无须像波峰焊工艺那样特别考虑。工艺流程简单，设备操作简单。设备占地面积少，因其印刷机及回流炉都较小，故只需较小的面积。无锡渣问题，板面清洁度远优于波峰焊。机器为全封闭式，干净，生产车间里无异味。设备管理及保养简单。印刷工艺中采用了印刷模板，各焊接点及印刷的焊膏量可根据需要调节，焊膏损耗低。在回流时，采用特别模板，各焊接点的温度可根据需要调节。,第4章SMT生产工艺, 通孔元器件焊盘上焊膏的涂布, 模板印刷： 点膏机逐点涂布焊膏 立体针管印刷（管状针模板印刷） 焊料预制片,2022/12/20,第4章SMT生产工艺,演讲完毕，谢谢听讲!,再见，see you again,3rew,