1、SMT基础培训资料,赖慈源,SMT(Surface Mount Technology)的英文缩写，中文意思是表面贴装技术 。是新一代电子组装技术，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的含义,SMT的特点,Surface mount,Through-hole,一单面组装：来料检测 = 烘烤（固化） = 锡膏印刷（点胶）= 贴片 = 回流焊接= 检测 = 返修 二、双面组装； 来料检测 =烘烤（固化） = PCB的A面锡膏印刷（点胶） = 贴片 = 烘干（固化） = A面回流焊接 =检测 = 返修 =翻板= PCB的 B 面锡膏印刷（点胶） = 贴片 = 回流焊接= 检测
2、 = 返修,工艺流程,印刷,贴片,光学检测,回流焊,锡膏的主要成分：,1. 锡膏保存在1-10冰箱中期限 6 个月。 2. 锡膏依流水编号先进先出。 3. 锡膏回温 4H 以上才可以使用。 4. 使用前搅拌5分钟,打开锡膏 12H 内使用完毕。 5. 24H 未使用完须放回冰箱，并做好标识，再次剩余的应做报废处理。,锡膏的管控,Squeegee(又叫刮板或刮刀）,菱形刮刀,拖裙形刮刀,聚乙烯材料 或类似材料,金属,Stencil,PCB,Stencil的梯形开口,PCB,Stencil,Stencil的刀锋形开口,激光切割钢网和电铸成行钢网,化学蚀刻钢网,钢网(Stencil)制造技术,钢网(
3、Stencil)材料性能的比较:,表面贴装对PCB的要求：,第一：外观的要求,光滑平整,不可有翘曲或高低不平.否者基板会出现裂纹，伤痕，锈斑等不良.,第二：热膨胀系数的关系.,第三：导热系数的关系.,第四：耐热性的关系.耐焊接热要达到260度10秒的实验要求，其耐热性应符合：150度60分钟后，基板表面无气泡和损坏不良,第五：铜铂的粘合强度一般要达到1.5kg/cm*cm,第六：弯曲强度要达到25kg/mm以上,第七：电性能要求,表面贴装对零件的要求：,元件的形状适合于自动化表面贴装,尺寸，形状在标准化后具有互换性,有良好的尺寸精度,适应于流水或非流水作业,有一定的机械强度,可承受有机溶液的洗
4、涤,可执行零散包装又适应编带包装,具有电性能以及机械性能的互换性,耐焊接热应符合相应的规定,表面贴装元件的种类,有源元件 （陶瓷封装）,无源元件,单片陶瓷电容,钽电容,厚膜电阻器,薄膜电阻器,轴式电阻器,CLCC （ceramic leaded chip carrier） 陶瓷密封带引线芯片载体,DIP（dual -in-line package）双列直插封装,SOP（small outline package）小尺寸封装,QFP(quad flat package) 四面引线扁平封装,BGA( ball grid array) 球栅阵列,SMC泛指无源表面安装元件总称,SMD泛指有源表面安装
5、元件,阻容元件识别方法公英制换算 1英寸=2.54mm,Chip 阻容元件,IC 集成电路,英制名称,公制 mm,英制名称,公制 mm,1206,0805,0603,0402,0201,3.21.6,50,30,25,20,12,1.27,0.8,0.65,0.5,0.3,2.01.25,1.60.8,1.00.5,0.60.3,阻容元件识别方法,电 阻,电 容,标印值,电阻值,标印值,电阻值,2R2,5R6,102,682,333,104,564,2.2,5.6,1K,6800,33K,100K,560K,005,010,110,471,332,223,513,0.5PF,1PF,11PF,
6、470PF,3300PF,22000PF,51000PF,IC第一脚的的辨认方法, IC有缺口标志, 以圆点作标识, 以横杠作标识, 以文字作标识（正看IC下排引脚的左边第一个脚为“1”）,来料检测,贴片机的介绍,拱架型,元件送料器、基板(PCB)是固定的，贴片头(安装多个真空吸料嘴)在 送料器与基板之间来回移动，将元件从送料器取出，经过对元件位置与 方向的调整，然后贴放于基板上。由于贴片头是安装于拱架型的X/Y坐 标移动横梁上，所以得名。,优势：系统结构简单，可实现高精度，适于各种大小、形状的元件，甚 至异型元件，送料器有带状、管状、托盘形式。适于中小批量生产， 也可多台机组合用于大批量生产
7、。,缺点：贴片头来回移动的距离长，所以速度受到限制。,贴片机的介绍,转塔型,元件送料器放于一个单坐标移动的料车上，基板(PCB)放于一 个X/Y坐标系统移动的工作台上，贴片头安装在一个转塔上，工作 时，料车将元件送料器移动到取料位置，贴片头上的真空吸料嘴在 取料位置取元件，经转塔转动到贴片位置(与取料位置成180度)，在 转动过程中经过对元件位置与方向的调整，将元件贴放于基板上。,一般，转塔上安装有十几到二十几个贴片头，每个贴片头上安装 24个真空吸嘴(较早机型)至56个真空吸嘴(现在机型)。由于转塔的 特点，将动作细微化，选换吸嘴、送料器移动到位、取元件、元件识 别、角度调整、工作台移动(包
8、含位置调整)、贴放元件等动作都可以 在同一时间周期内完成，所以实现真正意义上的高速度。目前最快的 时间周期达到0.060.10秒钟一片元件。,优势：,缺点：贴装元件类型的限制，并且价格昂贵。,回流焊的方式：,基本回流工艺,热风回流焊过程中，焊膏需经过以下几个阶段，溶剂挥发；焊剂清除焊件 表面的氧化物 ；焊膏的熔融 、再流动以及 焊膏的冷却、 凝固。,工艺分区,（一）预热区目的： 使PCB和元器件预热 ，达到平衡，同时除去焊膏中的水份、溶剂，以防焊膏发生塌落和焊料飞溅。要保证升温比较缓慢，溶剂挥发。较温和，对元器件的热冲击尽可能小，升温过快会造成对元器件的伤害，如会引起多层陶瓷电容器开裂。同时还
9、会造成焊料飞溅，使在整个PCB的非焊接区域形成焊料球以及焊料不足的焊点。,工艺分区,目的：保证在达到再流温度之前焊料能完全干燥，同时还起着焊剂活化的作用，清除元器件、焊盘、焊粉中的金属氧化物。时间约60120秒，根据焊料的性质有所差异。,（二）恒温区,工艺分区,目的：焊膏中的焊料使金粉开始熔化，再次呈流动状态，替代液态焊剂润湿 焊盘和元器件，这种润湿作用导致焊料进一步扩展，对大多数焊料润湿时间为6090秒。再流焊的温度要高于焊膏的熔点温度，一般要超过熔点温度20度才能保证再流焊的质量。（四）冷却区 焊料随温度的降低而凝固，使元器件与焊膏形成良好的电接触，冷却速度要求小于5度/秒。,（三）回流区
10、,常见焊接缺陷及解决措施,锡球/锡珠,回流焊接中出的锡球，常常藏于矩形片式元件两端 之间的侧面或细距引脚之间。在元件贴装过程中，焊膏 被置于片式元件的引脚与焊盘之间，随着印制板过回 焊炉，焊膏熔化变成液体，如果与焊盘和器件引脚等 润湿不良，液态焊锡会因收缩而使焊缝填充不充分，所 有焊料颗粒不能聚合成一个焊点。部分液态焊锡会从焊 缝流出，形成锡球。因此，焊锡与焊盘和器件引脚润湿 性差是导致锡球形成的根本原因。,原因分析与控制方法,a) 回流温度曲线设置不当。焊膏的回流是温度与时间的函数，如果未到达足够的温度或时间，焊膏就不会回流。预热区温度上升速度过快，达到平顶温度的时间过短，使焊膏内部的水分、
11、溶剂未完全挥发出来，到达回流焊温区时，引起水分、溶剂沸腾，溅出焊锡球。实践证明，将预热区温度的上升速度控制在14C/s是较理想的。 b) 如果总在同一位置上出现焊球，就有必要检查金属板设计结构。模板开口尺寸腐蚀精度达不到要求，对于焊盘大小偏大，以及表面材质较软（如铜模板），造成漏印焊膏的外形轮廓不清晰，互相桥连，这种情况多出现在对细间距器件的焊盘漏印时，回流焊后必然造成引脚间大量锡珠的产生。因此，应针对焊盘图形的不同形状和中心距，选择适宜的模板材料及模板制作工艺来保证焊膏印刷质量。,c) 如果在贴片至回流焊的时间过长，则因焊膏中焊料粒子的氧化，焊剂变质、活性降低，会导致焊膏不回流，焊球则会产生
12、。选用工作寿命长一些的焊膏（至少4小时），则会减轻这种影响。 d) 另外，焊膏印错的印制板清洗不充分，使焊膏残留于印制板表面及通孔中。回流焊之前，被贴放的元器件重新对准、贴放，使漏印焊膏变形。这些也是造成焊球的原因。因此应加强操作者和工艺人员在生产过程的责任心，严格遵照工艺要求和操作规程行生产，加强工艺过程的质量控制。,常见焊接缺陷及解决措施,立碑（曼哈顿现象）,矩形片式元件的一端焊接在焊盘上，而另一端则翘立，这种现象就称为曼哈顿现象。引起该种现象主要原因是元件两端受热不均匀，焊膏熔化有先后所致。,立碑原理示意图,如何造成元件两端热不均匀：,a) 有缺陷的元件排列方向设计。片式矩形元件的一个端
13、头先通过再流焊限线，焊膏先熔化，完全浸润元件的金属表面，具有液态表面张力;而另一端未达到183C，焊膏未熔化，只有焊剂的粘接力，该力远小于再流焊焊膏的表面张力，因而，使未熔化端的元件端头向上直立。因此，保持元件两端同时进入再流焊限线，使两端焊盘上的焊膏同时熔化，形成均衡的液态表面张力，保持元件位置不变。,b) 焊盘设计质量的影响。若片式元件的一对焊盘大小不同或不对称，也会引起漏印的焊膏量不一致，小焊盘对温度响应快，其上的焊膏易熔化，大焊盘则相反，所以，当小焊盘上的焊膏熔化后，在焊膏表面张力作用下，将元件拉直竖起。焊盘的宽度或间隙过大，也都可能出现立片现象。严格按标准规范进行焊盘设计是解决该缺陷
14、的先决条件。,常见焊接缺陷及解决措施,细间距引脚短路,导致细间距元器件引脚短路缺陷的主要因素有：a) 漏印的焊膏成型不佳；b) 印制板上有缺陷的细间距引线制作；c) 不恰当的回流焊温度曲线设置等。因而，应从模板的制作、丝印工艺、回流焊 工艺等关键工序的质量控制入手，尽可能避免短 路隐患。,自动光学检查(AOI, Automated Optical Inspection),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 .,通过使用AOI作为减少缺陷的工具,在装配工艺
15、过程 的早期查找和消除错误,以实现良好的过程控制.早期发 现缺陷将避免将坏板送到随后的装配阶段,AOI将减少修 理成本将避免报废不可修理的电路板.,主 要 特 点,1）高速检测系统与PCB板帖装密度无关,2）快速便捷的编程系统图形界面下进行运用帖装数据自动进行数据检测运用元件数据库进行检测数据的快速编辑,4）根据被检测元件位置的瞬间变化进行检测窗口的自动化校正，达到高精度检测,5）通过用墨水直接标记于PCB板上或在操作显示器上用图形错误表示来进行检测电的核对,3）运用丰富的专用多功能检测算法和二元或灰度水平光学成像处理技术进行检测,AOI 检 查 与 人 工 检 查 的 比 较,什么是波峰焊,
16、波峰焊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了元器件的PCB置与传送链上经过某一特定的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过程。,波峰焊的预热方法,1空气对流加热 (常用）2红外加热器加热3热空气和辐射相结合的方法加热,波峰焊的工作流程,裝板,涂布焊剂,预热,焊接,热风刀,冷却,卸板,焊点成型,PCB離開焊料波時分離點位與 B1和B2之間的某個地方分離后 形成焊點,当PCB进入波峰面前端（A）时基板与 引脚被加热并在未离开波峰面（B）之 前整个PCB浸在焊料中即被焊料所桥 联但在离开波峰尾端的瞬间少量的焊 料由于润湿力的作用粘附在焊盘上并 由于表面张力
17、的原因会出现以引线为中 心收缩至最小状态此时焊料与焊盘之间 的润湿力大于两焊盘之间的焊料的内聚力 。因此会形成饱满圆整的焊点离开波 峰尾部的多余焊料由于重力的原因回 落到锡锅中,波峰焊工艺曲线解析,預熱開始,與焊料接觸,達到潤濕,與焊料脫離,焊料開始凝固,凝固結束,預熱時間,潤濕時間,停留/焊接時間,冷卻時間,工藝時間,波峰焊工艺曲线解析,1润湿时间指焊点与焊料相接触后润湿开始的时间 2停留时间PCB上某一个焊点从接触波峰面到离开波峰面的时间停留/焊接时间的计算方式是停留/焊接时间=波峰宽/速度 3预热温度预热温度是指PCB与波峰面接触前达到的温度(見右表） 4焊接温度焊接温度是非常重要的焊接
18、参数通常高于焊料熔点（183C ）50C 60C大多数情况是指焊锡炉的温度实际运行时所焊接的PCB焊点温度要低于炉温这是因为PCB吸热的结果,波峰焊工艺参数调节,1波峰高度波峰高度是指波峰焊接中的PCB吃錫高度。其數值通常控制在PCB板厚度的1/22/3,過大會導致熔融的焊料流到PCB的表面形成“橋連” 2傳送傾角波峰焊機在安裝時除了使機器水平外還應調節傳送裝置的傾角通過傾角的調節可以調控PCB與波峰面的焊接時間適當的傾角會有助于焊料液與PCB更快的剝離使之返回錫鍋內 3熱風刀所謂熱風刀是PCB剛離開焊接波峰后在PCB的下方放置一個窄長的帶開口的“腔體”窄長的腔體能吹出熱氣流尤如刀狀故稱“熱風
19、刀” 4焊料純度的影響波峰焊接過程中焊料的雜質主要是來源于PCB上焊盤的銅浸析過量的銅會導致焊接缺陷增多 5助焊劑 6工藝參數的協調波峰焊機的工藝參數帶速預熱時間焊接時間和傾角之間需要互相協調反復調整。,波峰焊接缺陷分析,1.沾锡不良,这种情况是不可接受的缺点,在焊点上只有部分沾锡.分析其原因及改善方式如下: 1-1.外界的污染物如油,脂,腊等,此类污染物通常可用溶剂清洗,此类油污有时是在印刷防焊剂时沾上的. 1-2.硅油通常用于脱模及润滑之用,通常会在基板及零件脚上发现,而硅油不易清理,因之使用它要非常小心尤其是当它做抗氧化油常会发生问题,因它会蒸发沾在基板上而造成沾锡不良. 1-3.常因贮
20、存状况不良或基板制程上的问题发生氧化,而助焊剂无法去除时会造成沾锡不良,过二次锡或可解决此问题. 1-4.沾助焊剂方式不正确,造成原因为发泡气压不稳定或不足,致使泡沫高度不稳或不均匀而使基板部分没有沾到助焊剂. 1-5.吃锡时间不足或锡温不足会造成沾锡不良,因为熔锡需要足够的温度及时间,通常焊锡温度应高于熔点温度50至80之间,沾锡总时间约3秒.调整锡膏粘度。,问题 原因 对策,波峰焊接缺陷分析,2.局部沾锡不良,此一情形与沾锡不良相似,不同的是局部沾锡不良不会露出铜箔面,只有薄薄的一层锡无法形成饱满的焊点.,问题 原因 对策,3.冷焊或焊点不亮,焊点看似碎裂,不平,大部分原因是零件在焊锡正要
21、冷却形成焊点时振动而造成,注意锡炉输送是否有异常振动.,4.焊点破裂,此一情形通常是焊锡,基板,导通孔,及零件脚之间膨胀系数,未配合而造成,应在基板材质,零件材料及设计上去改善.,波峰焊接缺陷分析,5.焊点锡量太大,通常在评定一个焊点,希望能又大又圆又胖的焊点,但事实上过大的焊点对导电性及抗拉强度未必有所帮助. 5-1.锡炉输送角度不正确会造成焊点过大,倾斜角度由1到7度依基板设计方式调整,一般角度约3.5度角,角度越大沾锡越薄角度越小沾锡越厚. 5-2.提高锡槽温度,加长焊锡时间,使多余的锡再回流到锡槽. 5-3.提高预热温度,可减少基板沾锡所需热量,曾加助焊效果. 5-4.改变助焊剂比重,
22、略为降低助焊剂比重,通常比重越高吃锡越厚也越易短路,比重越低吃锡越薄但越易造成锡桥,锡尖.,问题 原因 对策,波峰焊接缺陷分析,6.锡尖 (冰柱),此一问题通常发生在DIP或WIVE的焊接制程上,在零件脚顶端或焊点上发现有冰尖般的锡. 6-1.基板的可焊性差,此一问题通常伴随着沾锡不良,此问题应由基板可焊性去探讨,可试由提升助焊剂比重来改善. 6-2.基板上金道(PAD)面积过大,可用绿(防焊)漆线将金道分隔来改善,原则上用绿(防焊)漆线在大金道面分隔成5mm乘10mm区块. 6-3.锡槽温度不足沾锡时间太短,可用提高锡槽温度加长焊锡时间,使多余的锡再回流到锡槽来改善. 6-4.出波峰后之冷却
23、风流角度不对,不可朝锡槽方向吹,会造成锡点急速,多余焊锡无法受重力与内聚力拉回锡槽. 6-5.手焊时产生锡尖,通常为烙铁温度太低,致焊锡温度不足无法立即因内聚力回缩形成焊点,改用较大瓦特数烙铁,加长烙铁在被焊对象的预热时间.,问题 原因 对策,波峰焊接缺陷分析,7.短路,7-1.基板吃锡时间不够,预热不足調整锡炉即可. 7-2.助焊剂不良:助焊剂比重不当,劣化等. 7-3.基板进行方向与锡波配合不良,更改吃锡方向. 7-4.线路设计不良:线路或接点间太过接近(应有0.6mm以上间距);如为排列式焊点或IC,则应考虑盗锡焊垫,或使用文字白漆予以区隔,此时之白漆厚度需为2倍焊垫(金道)厚度以上.
24、7-5.被污染的锡或积聚过多的氧化物被PUMP带上造成短路应清理锡炉或更进一步全部更新锡槽内的焊锡.,问题 原因 对策,波峰焊接缺陷分析,8.针孔及气孔,针孔与气孔之区别,针孔是在焊点上发现一小孔,气孔则是焊点上较大孔可看到内部,针孔内部通常是空的,气孔则是内部空气完全喷出而造成之大孔,其形成原因是焊锡在气体尚未完全排除即已凝固,而形成此问题. 8-1.有机污染物:基板与零件脚都可能产生气体而造成针孔或气孔,其污染源可能来自自动植件机或储存状况不佳造成,此问题较为简单只要用溶剂清洗即可,但如发现污染物为硅油，因其不容易被溶剂清洗,故在制程中应考虑其它代用品. 8-2.基板有湿气:如使用较便宜的基板材质,或使用较粗糙的钻孔方式,在贯孔处容易吸收湿气,焊锡过程中受到高热蒸发出来而造成,解决方法是放在烤箱中120烤二小时. 8-3.电镀溶液中的光亮剂:使用大量光亮剂电镀时,光亮剂常与金同时沉积,遇到高温则挥发而造成,特别是镀金时,改用含光亮剂较少的电镀液,当然这要回馈到供货商.,问题 原因 对策,谢谢,
