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类型无铅工艺介绍.pdf

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    1、第 1 页 共 52 页 SMT 技术 一、 SMT 简单介绍 SMT-Surface Mounted Technology,即表面贴装技术,是一种先进的电路组装技术,自上个世纪 60 年代问世以来,就充分显示出其强大的生命力,它以非凡的速度走完了从诞生、完善直至成熟的路程,迈入了大范围的应用旺盛期。如今无论是投资类电子产品还是民用类电子产品,都有它的身影。 SMT-Surface Mounted Technology came out in the 1960s, which is an advanced technology serviced for circuit manufacturin

    2、g, and from then it has been stronger which comes through the course of naissance, growth, and maturation as the speed of extraordinary. And now it has coming into the application blooms whether in the areas of investment or civil using. SMT 是一门新兴的、综合性的工程科学技术,涉及到机械、电子、光学、材料、化工、计算机、网络、自动控制等技术。 SMT is

    3、 a newly Others: Electronic equipments likes bonding machine, testers, coating equipments, cleaning systems, electroplating equipments, automatic logistics warehouse equipments, sheet metals processing, automatic production line, and etc. Market Sales network of Sun East covers all the China include

    4、s Shanghai, Beijing, Xian, Chengdu, Xiamen, and Shenzhen. The group also established her office in Japan and developed overseas market as well. The major target market of Sun East is electronics and IT industry likes manufacturers of computers, consumer electronics, communications equipments, portab

    5、le digital electronics products, and etc. Sun East has been authorized by Samsung Corp. of Korea as sole distributor since 1997 to distribute chip mounter. Since then, more than 800 sets of the machines have been sold. To maintain good services and technical supports to our customers, we have sent o

    6、ur engineers to Samsung Corp of Korea constantly. In May 2001, we have further cooperated with Samsung to establish a SMT customer support centre in Shenzhen to provide the quickness response to our customers 第 4 页 共 52 页 SMT 工艺介绍 /SMT Process Introduction 一、 SMT 工艺流程图 /SMT Process Flow Chart SMT 生产

    7、线完整的工艺流程图 Fail Pass Fail Pass Fail Pass 二、 SMT 生产线主要工艺介绍 /SMT line major process introduction 在实际生产过程中我们需要配置针对不同工艺的生产、辅助设备和生产人员,下面将对回流焊接 Reflow Oven 标签粘贴 Paste the Label 锡膏印刷 Screen Printing 贴装 Pick and Place 手置 &检查 Handplace & Inspection AOI Auto Optical Inspection 修正 Modification 物料填塞 Stuffing 在线测

    8、试 In-circuit Test 机械组装 /PCB 装配 Mechanical Assembly 功能测试 Function Acceptable Test 总检 Final Visual Inspection CQA CQA 包装 Packing 线外维修 Offline Rework 分析 Analysis 线外维修 Offline Rework入库 Store 第 5 页 共 52 页 焊膏印刷、贴装工艺、固化工艺、在线测试进行简单讲解。 We need different production & auxiliary equipment and operator due to th

    9、e course of practice production. The following brief article will show the printing, mounted, reflow process, ICT concretely. 1、焊膏印刷:在实际生产中,焊膏印刷是一个很重要的环节,它直接影响到产品的焊接质量,影响锡膏焊接的主要因素有设备、焊膏、丝网、刮刀等。其中设备的因素包括:速度、行程、刚性等;刮刀因素包括有:形状、平行度、压力、硬度、角度等;丝网因素包括有:厚度、张力、开口边形状、开口大小、槽断面形状等;焊膏因素包括有:粒子形状、粒子直径、粘度、回温时间等。 Sc

    10、reen printing is a very important course which influences the quality of solder during the course of practice production and the main factors which will influence including equipment, solder paste, stencil, scraper etc. Equipment factors including speed, routing, rigidity etc. Scraper factors includ

    11、ing shape, parallelity, press, angle etc. Stencil factor including thickness, tension, hatch shape, hatch size, section shape etc. Solder paste factor including particle shape & diameter, adhibit, warm time etc, 锡膏印刷工艺技术 一、工艺描述 /Process Description 在表面贴装装配的回流焊接中,锡膏用于表面贴装元件的引脚或端子与焊盘之间的连接。在锡膏印刷工艺中,锡膏、

    12、丝印机、锡膏使用方法和印刷工艺过程将影响到印刷质量。印刷锡膏的过程简单描述为将基板放在工作台上,通过机械或真空夹紧定位,并通过定位销或视觉来实现对准,最后来实现锡膏印刷。 Solder paste is applying for the connection between the mount components foot and PCB pads in the SMT assembly. Solder paste, screen printing, use ways, printing process course will decide the printing quality. And

    13、 usually we describe the simply course of screen printing as firstly we put the stencil onto the worktable, by mechanical or vacuum clamp ways to reality fixed, then by pins or visual ways to reality aiming, and finally to reality screen printing. 1、印刷工艺过程与设备 /Screen printing course & equipment 在锡膏印

    14、刷过程中, 印刷机是印刷品质控制的关键。 丝印机分为实验室型与生产型两种。其中实验室类型是用来制作产品原型,生产型是用来生产制作。 在手工或半自动印刷机中,锡膏是手工地放在模板 /丝网上,这时印刷刮板 (squeegee)处于模板的另一端。在自动印刷机中,锡膏是自动分配的。在印刷过程中,印刷刮板向下压在模板上,使模板底面接触到电路板顶面。当刮板走过所腐蚀的整个图形区域长度时,锡膏通过模板 /丝网上的开孔印刷到焊盘上。在锡膏已经沉积之后,丝网在刮板之后马上脱开(snap off),回到原地。这个间隔或脱开距离是设备设计所定的,大约 0.020“0.040“。脱开距离与刮板压力是两个达到良好印刷品

    15、质的与设备有关的重要变量。如果没有脱开,这个过程叫接触 (on-contact)印刷。非接触 (off-contact)印刷用于柔性的金属丝网。 Screen printing equipment is the key of quality control during the printing course. There are laboratory and production types in the current market, lab types used for making production models and production type for producing.

    16、 To hand printing or semi-auto printing solder is put by hand onto the stencil or screen while the squeegee locates in the other end and to the auto printing solder is distributed automatically by the machine. The following sentences show the whole course of auto printing. The squeegee press the ste

    17、ncil downward makes the stencil bottom reaching to 第 6 页 共 52 页 the PCB top side, and then the solder will be printed onto the PCB pads through the stencil hole when the squeegee passes the whole corrosive area of stencil, after solder finished depositing and stencil will snap off then return to the

    18、 oriental position. The snap off interval and distance was determined by equipment design precision value that is about 0.020“0.040“. The snap off distance and squeegee press are the two most important variables that concerned with the print quality. We describe the on-contact print as if the PCB is

    19、nt separate from the stencil and the off-contact applies for the flexible stencil. 2、刮板类型 /Squeegee types 刮板的磨损、压力和硬度决定印刷质量。对可接受的印刷品质,刮板边缘应该锋利和直线。刮板压力低造成遗漏和粗糙的边缘,而刮板压力高或很软的刮板将引起斑点状的印刷,甚至可能损坏刮板和模板或丝网。 The abrasion, press and rigidity of squeegee determine the print quality. It is acceptable if the sq

    20、ueegee edge is sharp and linear. Low pressure will cause missing and rough edge, and high pressure or soft squeegee will cause speckle print even damage the squeegee or stencil. 常见有两种刮板类型 /Two squeegee types: 橡胶或聚氨酯刮板:当使用橡胶刮板时,需使用橡胶硬度值为 70-90 的刮板。 Polyurethane type: we usually use this type squeegee

    21、 which rubber value should be 70-90 tested by the durometer. 金属刮刀:金属刮刀是随着更密间距元件的使用而出现的。它们由不锈钢或黄铜制成,具有平的刀片形状,印刷角度为 3045。金属刮刀使用较低的压力,从而避免从开孔中挖出锡膏;金属刮刀不像橡胶刮板那样容易磨损,其成本比橡胶刮板贵得多,并可能引起模板磨损。 Metal squeegee: now we introduce another type squeegeemetal squeegee which satisfies for the demands of the appearan

    22、ce of more small pitch components and it is made of stainless steel or brassiness. The metal squeegee has the even shape and its print angle is about 3045. It is usually use the lower pressure to avoid excavating the paste from the stencil and other advantage is that less abrasion than the polyureth

    23、ane type but more expensive and it is also causes the stencil abrasion. 3、模板类型 /Stencil Type 印刷品质变量包括模板孔壁的精度和光洁度以及模板宽度与厚度的适当的纵横比。 推荐的纵横比为 1.5,主要是防止模板阻塞。一般情况如果纵横比小于 1.5,锡膏会保留在开孔内。除了纵横比之外,如 IPC-7525模板设计指南所推荐的,还要有大于 0.66 的面积比(焊盘面积除以孔壁面积 )。 The print quality variable includes the hole precision & cleara

    24、nce and the other important variable is the aspect ratio of stencil width and thickness, and the commendatory value is 1.5 to preventing from stencil block. Usually if the ratio is less than 1.5 the paste will stay in the hole, besides, the area ratio of pad and hole-wall more than 0.66 is more impo

    25、rtant recommended by the IPC-7525/. 开孔壁的光洁度和精度由制作开孔的工艺过程控制。三种常见的制作模板的工艺为:化学腐蚀、激光切割和铸成型工艺。 The hole-making process course control the hole precision & clearance and the three 第 7 页 共 52 页 ways of making stencil are chemically etched, laser-cut, electroformed. 4、化学腐蚀模板 /Chemically Etched Stencil 金属模板和

    26、柔性金属模板是使用两个阳性图形通过从两面的化学研磨来蚀刻的。 在这个过程中,蚀刻不仅按设计的垂直方向进行,同时在横向进行。 Metal & flexible stencil was etched by two positive graphics through two sides and the erodent was done in the direction of horizontal and perpendicularity. 5、激光切割模板 /Laser-cut Stencil 激光切割是另一种减去 (subtractive)工艺。模板直接根据 Gerber 数据制作,因此开孔精度可

    27、以得到改善。数据也可按需要调整以便于改变尺寸。良好的过程控制也会改善开孔精度。激光切割模板的另一个优点是孔壁可成锥形。化学蚀刻的模板也可以成锥形,但是如果只从一面腐蚀,开孔尺寸可能太大。 The laser-cut stencil is a subtractive process which is basing the Gerber data that is propitious to improve the hole-making precision, besides we can adjust the stencil by changing the Gerber data. And ano

    28、ther advantage is that the hole-wall shape is taper. Maybe the chemically etched can form the taper but the hole dimension maybe too big if only etch from one side. 激光切割可以制作出小至 0.004“的开孔宽度,精度达到 0.0005“,因此很适合于超密间距 (ultra-fine-pitch)的元件印刷。 The minimum hole width can reach to less than 0.004” and preci

    29、sion is 0.0005” if we use the laser-cut way so the laser-cut is adaptable for the ultra-fine-pitch print. 激光切割的模板也会产生粗糙的边缘,因为在切割期间汽化的金属变成金属渣。这可能引起锡膏阻塞。更平滑的孔壁可通过微蚀刻来产生。 The laser-cut will also produce the rough fringe because the metal gas status will be turned into the metal dregs during the course

    30、of cutting, and the dregs will also hold the paste. We may get the smooth hole by the hand of micro-etched ways. 6、铸成型模板 /Electroformed Stencil 制作模板的第三种工艺是电铸成型。在这个工艺中,镍沉积在铜质的阴极心上以形成开孔。 The third ways of making stencil is electroform. Hole forming by the way of nickel deposit onto the copper cathode.

    31、 二、锡膏 /Paste 1、免洗錫膏 -RMA(Rosin Mild Activated) 特点 /Specialties: 1良好的湿润性 /Good capability of wetness; 2均匀的扩散性 /Uniform dispense capability; 3极佳的印刷性 /Well capability of printing; 4固化后的助焊剂残渣具有极佳的电气信赖性 /Good electric reliability of flux after reflow; 5极佳的表面绝缘抵抗 /Well capability of surface insulated; 6无桥

    32、接 /No solder bridge; 7良好焊接性能 /Good solder capability; 8高水溶液抵抗性能 /High water-liquid resistance capability; 第 8 页 共 52 页 2、免洗錫膏 -RA(Rosin Activated) 特性 /Specialties: 1良好的湿润性 /Good capability of wetness; 2均匀的扩散性 /Uniform dispense capability; 3助焊剂活性高 /High activities of flux. 4固化后的助焊剂残渣具有极佳的电气信赖性 /Good

    33、electric reliability of flux after reflow; 5极佳的表面绝缘抵抗 /Well capability of surface insulated; 6无桥接 /No solder bridge; 7良好焊接性能 /Good solder capability; 8高水溶液抵抗性能 /High water-liquid resistance capability; 3、无鉛锡膏 /Lead-free Paste 特性 /Specialties: 1鉛含量 基本原则是尽量与空气少接触,越少越好。锡膏与空气长时间接触后,会造成锡膏氧化、助焊剂比例成分失调。产生的

    34、后果是:锡膏出现硬皮、硬块、难熔并产生大量锡球等。 The basic principle is less contact with the air. It will cause the paste oxidation and lose flux ratio balance if it is exposed for long-time. So it will result in rigidity skin & block and solder balls etc. 锡膏的保存最好以密封形态存放在恒温、恒湿的冰箱内,保存温度为 2 8 。锡膏从冰箱中取出时,应在其密封状态下,回到室温后再开封,然

    35、后放在搅拌机上充分搅拌,再加到网版上使用。 The best way of keeping solder paste is put it into the refrigerator under the lower temperature of 2 8 with the sealed forms. And then take it from the refrigerator until the solder paste is back to the normal temperature with the sealed forms the operator may open it and use.

    36、 2、锡膏多次使用时的注意事项 /Attentions for more use 开盖时间要尽量短,一次取出够用的焊膏后,应立即将内盖盖好。不要取一点用一点,频繁开盖或始终将盖子敞开着。 The operator should assure a shorter open time and make the paste be in good sealed status after we have taken sufficient solder paste once. On the other hand it is a wrong way of opening the cover frequent

    37、ly or not covering the solder paste. 取出锡膏后,将内盖立即盖好,用力下压,挤出盖子与焊膏之间的全部空气,使内盖与焊膏紧密接触。确信内盖压紧后,再拧上外面的大盖。 After have taken the solder paste out the operator should assure the inner-cover be in the good status and press it forcedly to push all air between cover and solder paste to making them contact compa

    38、ctness and then tweak the out-cover. 取出的锡膏要尽快实施印刷使用。 第 10 页 共 52 页 The operator should use the solder paste quickly after it has been taken out. 已取出的多余焊膏的处理。 全部印刷完毕后,剩余的焊膏应尽快回收到一个专门的回收瓶内,并如同注意事项 2 与空气隔绝保存。绝对不要将剩余焊膏放回未使用的焊膏瓶内!因此在取用焊膏时要尽量准确估计当班焊膏的使用量。 As soon as finishing screen printing the rest of s

    39、older paste should be back into a special vast and the attentions according to the 2ndnotes. Dont mix the rests with the untapped solder past so the operator should estimate correctly the solder paste use volume. 出现问题的处理 /Problem treat with。 若已出现焊膏表面结皮、变硬时,千万不要搅拌!务必将硬皮、硬块除掉,剩下的焊膏在正式使用前要作一下试验,看试用效果如何

    40、,若不行,就只能报废了。 Dont mix the solder paste when the operator find it has been rigidity skin & block status and we must remove it. 四、印刷前如何判断锡膏粘度 /How to judge the solder paste adhibit. 我们在进行锡膏印刷前应对锡膏进行一定的检测。 如果没有专用设备也可以用以下的方法检查一下。 首先将已解冻的锡膏用刮刀搅拌五到八分钟(不同品牌的锡膏搅拌时间可能有所不同) 。然后用刮刀从瓶内挑起一些到离瓶十厘米的地方,最后观察下降的情形,如果

    41、慢慢的很均匀的向下掉则表示该锡膏粘度适中可以使用。如果在刮刀上不下来则表示粘度太大,若大块大块的掉下来则说明该粘度太小也不能使用。 We should judge the adhibit of solder paste before screen printing by automatic machine or by hand. Firstly mill the solder paste with scraper about 58 minutes(different time for different brand solder paste) then pick some solder pas

    42、te 10CM above the vast to observe the descent status, if it is uniform shows the adhibit is good for using, if it is the other status shows the adhibit is badly. 五、锡膏印刷缺陷分析 /Printing Defects Analysis 第 11 页 共 52 页 电 子 贴 片 胶 工 艺 最普遍的一种组装方式 ,其中一面元件从开始进行点胶固化后,到了最后才能进行波峰焊焊接,这期间间隔时间较长,而且进行其他工艺较多,元件的固化就显得

    43、尤为重要,因而对于点胶工艺的研究分析有着重要意义。 PCB 点( B 面)贴片( B 面)再流焊固化丝网印刷( A 面)贴片( A面)再流焊焊接插装人工流水插装波峰焊接( B 面) 胶水及其技术要求: SMT 中使用的胶水主要用于片式元件、 SOT、 SOIC 等表面安装器件的波峰焊过程。用胶水把表面安装元器件固定在 PCB 上的目的是要避免高温的波峰冲击作用下可能引起元器件的脱落或移位。一般生产中采用环氧树脂热固化类胶水,而不采用丙稀酸胶水(需紫外线照射固化) 。 SMT 工作对贴片胶水的要求: 1. 胶水应具有良机的触变特性; 2. 不拉丝; 3. 湿强度高; 4. 无气泡; 5. 胶水的

    44、固化温度低,固化时间短; 6. 具有足够的固化强度; 7. 吸湿性低; 8. 具有良好的返修特性; 9. 无毒性; 10. 颜色易识别,便于检查胶点的质量; 11. 包装。封装型式应方便于设备的使用。 2 在点胶过程中工艺控制起着相当重要的作用。 生产中易出现以下工艺缺陷:胶点大小不合格、拉丝、胶水浸染焊盘、固化强度不好易掉片等。解决这些问题应整体研究各项技术工艺参数,从而找到解决问题的办法。 2.1 点胶量的大小 根据工作经验,胶点直径的大小应为焊盘间距的一半,贴片后胶点直径应为胶点直径的 1.5倍。这样就可以保证有充足的胶水来粘结元件又避免过多胶水浸染焊盘。点胶量多少由螺旋泵的旋转时间长短

    45、来决定,实际中应根据生产情况(室温、胶水的粘性等)选择泵的旋转时间。 2.2 点胶压力(背压) 目前所用点胶机采用螺旋泵供给点胶针头胶管采取一个压力来保证足够胶水供给螺旋泵, 背压压力太大易造成胶溢出、胶量过多;压力太小则会出现点胶断续现象,漏点,从而造成缺陷。应根据同品质的胶水、工作环境温度来选择压力。环境温度高则会使胶水粘度变小、流动性变好,这时需调低背压就可保证胶水的供给,反之亦然。 2.3 针头大小 在工作实际中,针头内径大小应为点胶胶点直径的 1/2,点胶过程中,应根据 PCB 上焊盘大小来选取点胶针头:如 0805 和 1206 的焊盘大小相差不大,可以选取同一种针头,但是对于相差

    46、悬殊的焊盘就要选取不同针头,这样既可以保证胶点质量,又可以提高生产效率。 2.4 针头与 PCB 板间的距离 不同的点胶机采用不同的针头,应做针头与 PCB 距离的校准,即 Z 轴高度校准。 2.5 胶水温度 一般环氧树脂胶水应保存在 09 度的冰箱中,使用时应提前 1 2 小时拿出,使胶水充分与工作温度相符合。胶水的使用温度应为 2325 度;环境温度对胶水的粘度影响很大,温度过低则会胶点变小,出现拉丝现象。环境温度相差 5 度,会造成 50点胶量变化。因而第 12 页 共 52 页 于环境温度应加以控制。 同时环境的温度也应该给予保证, 湿度小胶点易变干, 影响粘结力。 2.6 胶水的粘度

    47、 胶的粘度直接影响点胶的质量。粘度大,则胶点会变小,甚至拉丝;粘度小,胶点会变大,进而可能渗染焊盘。点胶过程中,应对不同粘度的胶水,选取合理的背压和点胶速度。 2.7 固化温度曲线 对于胶水的固化,一般生产厂家已给出温度曲线。在实际应尽可能采用较高温度来固化,使胶水固化后有足够强度。 2.8 气泡 胶水一定不能有气泡。一个小小气就会造成许多焊盘没有胶水;每次中途更换胶管时应排空连接处的空气,防止出现空打现象。 对于以上各参数的调整,应按由点及面的方式,任何一个参数的变化都会影响到其他方面,同时缺陷的产生,可能是多个方面所造成的,应对可能的因素逐项检查,进而排除。总之,在生产中应该按照实际情况来

    48、调整各参数,既要保证生产质量,又能提高生产效率。 电子贴片胶的印刷 技术上的考虑 最近印刷技术已经得到许多的重视。大家都知道该技术是用于锡膏印刷的。对印刷 SMT 胶的主要推动力是这个应用方法具有更高的产出。多年来,世界上许许多多的制造商都已经在用一种 80 目的丝网或一种模板来施胶,使用的是通常用于锡膏印刷的一种传统印刷技术。 1. 以不同的高度产生胶点 当印刷锡膏时,人们希望的是所有锡膏都从模板的开孔转移到 PCB。这 种 “新的 ”印刷技术利用了这样一个事实, 即不是所有的胶剂都会从模板转移到 PCB。 该工艺是基于胶对模板和 PCB 有不同的附着力这个特点, (模板厚度是常数 ): 如

    49、果模板开孔小,例如 0.5mm,那么胶与模板之间的附着力好,以至于胶大部分的胶还留在模板内。PCB 上胶点的高度小 (GDH 低 ). 随着模板开孔的尺寸增加,胶与 PCB 之间的附着力也增加,更多的胶剂从模板转移到 PCB - GDH 增加。 2. 模板类型 2.1 金属模板 大体上,可以使用象锡膏印刷相同的模板。主要差别是在模板的厚度上。印刷胶剂的最小厚度实际上为250 微米。在这个行业,激光切割的模板可以得到良好的结果,相当重要的原因是交货时间短和可以从本地供应商那里采购这样一个事实。金属模板在印刷期间出现很小的 XY 方向上的延伸,这使得可以在板上得到更加精密的胶点。清洁比塑料模板更加容易,没有可能发生静电放电的危险。 250-300 微米厚度的金属模板 优点 缺点 交货时间短 可以从本地供应商采购 印刷期间延伸小 柔性小 第 13 页 共 52 页 容易清洁 金属模板的一个缺点是其较低的柔性,柔性是与不平的 PCB 改善密封性的一个优势。为了补偿这一点,金属模板应该固定在一个丝网尽可能宽的框内。金属模板用于超密间距的锡膏印刷,这里印刷

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