表面贴装技术基础知识.ppt

1、2018/8/19,黄小华 2009年12月,表面贴装技术基础知识,SMT SURFACE MOUNT TECHNOLOGY,版本:V1.0,2018/8/19,黄小华 2009年12月,SMT:PCB上无需通孔,直接将表面贴装元器件贴、焊到印制电路板表面规定位置上的电路装联技术.为IT（Information Technology）产业的飞速发展作出了巨大贡献。,表面贴装技术,2018/8/19,黄小华 2009年12月,SMT的组成,装联设备装联工艺表面贴装元器件,2018/8/19,黄小华 2009年12月,.流程简介,简易流程图示：,印刷锡膏,装贴元件,炉前QC,回流焊,外观QC,转下

2、道 工序,OK,OK,OK,OK,OK,NG,NG,PCB 板,NG,维修,2018/8/19,黄小华 2009年12月,第一篇 元器件,SMC-SURFACE MOUNT COMPONENT主要有矩形片式元件、圆柱形片式元件、复合片式元件、异形片式元件。 SMD- SURFACE MOUNT DEVICE主要有片式晶体管(目前主要有以下几种：电阻(R)、排阻(RA或RN)、电感(L)、陶瓷电容(C)、排容(CP)、钽质电容(C)、二极管(D)、晶体管(Q)和集成电路，集成电路又包括SOP、SOJ、PLCC、LCCC、QFP、BGA、CSP 、FC、MCM等。,2018/8/19,黄小华 20

3、09年12月,连接件(Interconnect)：提供机械与电气连接/断开，由连接插头和插座组成，将电缆、支架、机箱或其它PCB与PCB连接起来；可是与板的实际连接必须是通过表面贴装型接触。 有源电子元件(Active)：在模拟或数字电路中，可以自己控制电压和电流，以产生增益或开关作用，即对施加信号有反应，可以改变自己的基本特性。 无源电子元件(Inactive)：当施以电信号时不改变本身特性，即提供简单的、可重复的反应。 异型电子元件(Odd-form)：其几何形状因素是奇特的，但不必是独特的。因此必须用手工贴装，其外壳(与其基本功能成对比)形状是不标准的，例如：许多变压器、混合电路结构、风

4、扇、机械开关块，等。,2018/8/19,黄小华 2009年12月,2018/8/19,黄小华 2009年12月,一.元器件的识别,电容（CAPACITOR） 电阻（RESISTOR） 电感（INDUCTOR） 其它器件,2018/8/19,黄小华 2009年12月,1.电容（CAPACITOR）,1)种类：瓷介电容、铝电解电容、钽电容2）规格 1in=25.4mm,2018/8/19,黄小华 2009年12月,3)容量单位: 1UF=103NF=106 PF标识: ABC=AB*10C 103=10*103 PF 4)误差:J5% K10% M20% 5) 网络电容 CN(Capacitor

5、 Networks ) 例1: TDKC2012 PH 1H 300 J . 尺 寸 温度特性 耐 压 标称容量 容量偏差注: 耐 压 1C-16V 1E-25V 1H-50V容量偏差 C0.25PF D0.5PF F-1.0PF J5% K10% M20%,2018/8/19,黄小华 2009年12月,6)特性(温度):,2018/8/19,黄小华 2009年12月,2.电阻（RESISTOR）,1）种类：瓷片电阻、碳膜电阻、陶瓷电阻、电位器 2）规格：见电容规格 3）阻值单位: 1M=103K=106 4) 误差: F1% G2% J5% K10% O 跨接电阻 5）跳线电阻 JUMP 6

6、) 网络电阻 RN：Resistor Networks,2018/8/19,黄小华 2009年12月,7) 标识: 数字 普通电阻 ABC=AB*10C精密电阻 ABCD=ABC*10D色环,例2： RR 1206 561 J . 种类 尺寸、功耗 标称阻值 允许偏差,2018/8/19,黄小华 2009年12月,3.电感（INDUCTOR）,绕线形片式电感器 1H=103mH=106uH 多层形片式电感器 片式磁珠（Chip Bead）CBG 1608 U 050 T（B）产品代码 规格尺寸 材料代码 阻抗（100MHZ） 包装方式,2018/8/19,黄小华 2009年12月,4.其它器件

7、,二、 IC类零件IC为Integrated Circuit(集成电路块)之英文缩写，业界一般以IC的封装形式来划分其类型：SOP：零件两面有脚，脚向外张开（鸥翼型引脚）； SOJ：零件两面有脚，脚向零件底部弯曲（J型引脚） ；QFP：零件四边有脚，零件脚向外张开 ；PLCC：零件四边有脚，零件脚向零件底部弯曲 ；BGA：零件表面无脚，其脚成球状矩阵排列于零件底部 ；CSP：零件尺寸包装 ；,2018/8/19,黄小华 2009年12月,4.其它器件,2018/8/19,黄小华 2009年12月,第二篇 印刷技术,锡 膏 Solder paste丝印模板 Stencils丝印刮刀 Squeeg

8、ees,2018/8/19,黄小华 2009年12月,网版印刷术语,1 开孔面积百分率 open mesh area percentage 丝网所有网孔的面积与相应的丝网总面积之比,用百分 数表示。 2 模版开孔面积 open stencil area 丝网印刷模版上所有图像区域面积的总和。 3 网框外尺寸 outer frame dimension 在网框水平位置上，测得包括网框上所有部件在内的长与宽的乘积。 4 印刷头 printing head 印刷机上通过靠着印版动作、为焊膏或胶水转移提供必要压力的部件。 5 焊膏或胶水 印刷过程中敷附于PCB板上的物质。 6 印刷面 printing

9、 side(lower side)丝网印版的底面，即焊膏或胶水与PCB板相接触的一面。,2018/8/19,黄小华 2009年12月,网版印刷术语,7 丝网 screen mesh 一种带有排列规则、大小相同的开孔的丝网印刷模版的载体。 8 丝网印刷 screen printing 使用印刷区域呈筛网状开孔印版的漏印方式。 9 印刷网框 screen printing frame 固定并支撑丝网印刷模版载体的框架装置。 10 离网 snap-off 印刷过程中，丝网印版与附着于PCB板上的焊膏或胶水的脱离。 11 刮刀 squeegee 在丝网印刷中，迫使丝网印版紧靠PCB板，并使焊膏或胶 水

10、透过丝网印版的开孔转移到PCB板上，同时刮除印版上多余焊膏或胶水的装置。,2018/8/19,黄小华 2009年12月,网版印刷术语,12 刮刀角度 squeegee angle 刮刀的切线方向与PCB板水平面或与压印辊接触点的切线之间的夹角，在刮刀定位后非受力或非运动的状态下测得。 13 刮刀 squeegee blade 刮刀的刀状部分，直接作用于印版上的印刷焊膏或胶水，使焊膏或胶水附着在PCB板上。 14 刮区 squeegeeing area 刮刀在印版上刮墨运行的区域。 15 刮刀相对压力 squeegee pressure, relative 刮刀在某一段行程内作用于印版上的线性压

11、力除以这段行程的长度。 16 丝网厚度 thickness of mesh 丝网模版载体上下两面之间的距离。,2018/8/19,黄小华 2009年12月,一.锡膏 Solder paste,1）作用：焊接前有一定的粘性，使元器件在贴片过程中黏结在PCB焊盘上；焊接后完成PCB焊盘与元器件电极之间的物理、电器连接。2) 成分,2018/8/19,黄小华 2009年12月,3）分级(1m=1x10-3mm,1thou=1x10-3inches,25mm=1thou)4)粘度(500kcps1200kcps),2018/8/19,黄小华 2009年12月,5).焊膏的使用与保管1.锡膏储藏环境的控

12、制a.锡膏应在冰箱内储藏，不同的锡膏有不同的要求：LOCTITE RP15焊锡膏,设定在510 ;INDIUM SMQ230和SMQ92J焊锡膏,设定在5 以下;HENKEL LF320焊锡膏,设定在010 ;未作规定的焊锡膏,设定在110 ；b.储藏环境应有温度计监控；c.对锡膏的储藏仓库人员应每天检查是否在控制范围内并做好记录，超出范围应及时通知相关责任人解决；,2018/8/19,黄小华 2009年12月,2.锡膏的使用：a.取出应在罐上注明取出时间并在室温下回温后方可使用，不同的锡膏回温时间不同：RP15焊锡膏需在室温中回温6小时后方能上线使用；SMQ92J焊锡膏需在室温中回温4小时后

13、方能上线使用；LF320焊锡膏需在室温中回温6小时后方能上线使用;对于未作规定的焊锡膏,以回温6小时处理；b.回温只能在室温下回温不能加热；c.未开封的锡膏回温48小时内还未上线使用，应放回冰箱。至少6小时才能从冰箱中取出；d.开封使用应注明开封时间，开封后的锡膏在24小时内必须用完；开罐时间超过24小时, 该焊锡膏作废；e.使用前应完全搅拌锡膏3分钟；f.停止印刷30分钟，应将锡膏收回锡膏瓶，下次使用应充分搅拌；,2018/8/19,黄小华 2009年12月,3.锡膏的发放：a.锡膏发放应按照先进先出的原则，先生产的先使用（以生产日期按序排列），以编号从大到小的顺序发放，发放时应确认在有效期

14、内，并填写“锡膏发放记录单”；b.对生产线返回合格的锡膏应及时放回储藏箱，在下次生产时优先发放使用 ；c.领用焊膏时,必须严格按照生产计划通知书上产品对应的焊膏类型到料库领用 ； 注意点：MOTO产品焊膏12小时有效； f.焊膏被印刷到PCB板上后，放置与室温下时间过久会由于溶剂挥发，吸收水分因素造成性能劣化，因而要缩短进入回流焊的等待时间，尽量在4小时内完成。g.焊膏印刷环境最好在253，相对湿度在65%以下。,2018/8/19,黄小华 2009年12月,6）几种常见的锡膏,松香型锡膏 水溶性锡膏 免清洗低残留物锡膏 无铅锡膏,2018/8/19,黄小华 2009年12月,二.印刷模板 S

15、tencils,SMT印刷模板制造方法1.化学蚀刻2.激光切割3.电铸法 现常用激光切割制造印刷模板,2018/8/19,黄小华 2009年12月,三.丝印机,手工印刷机半自动印刷机全自动印刷机,2018/8/19,黄小华 2009年12月,1.刮刀 Squeegees,1).刮刀的两种形式：菱形和拖裙形，拖裙形分成聚乙烯(或类似)材料和金属。,2018/8/19,黄小华 2009年12月,2).刮刀压力的经验公式在金属模板上使用蓝色刮板，为了得到正确的压力，开始时在每50mm的刮板长度上施加1kg压力，例如300mm的刮板施加6kg的压力，逐步减少压力直到锡膏开始留在模板上刮不干净，然后再增

16、加1kg压力。在锡膏刮不干净开始到刮板沉入丝孔内挖出锡膏之间，应该有12kg的可接受范围都可以到达好的丝印效果。,2018/8/19,黄小华 2009年12月,2.丝印速度,丝印速度的经验公式对PCB上最密元件引脚的每thou长度，可以允许每秒1mm的最大速度,2018/8/19,黄小华 2009年12月,四.SMT焊膏印刷的品质控制,1.焊膏印刷的常见缺陷A.少印 B.连印C.错印 D.凹形E.边缘不齐 F.拉尖G.塌落 H.玷污,2018/8/19,黄小华 2009年12月,2.影响印刷效果的因素主要有： A. 印刷设备的精度 B. PCB板焊盘的设计 C. 印刷模板的设计与制作 D. 焊

17、膏的成份及使用 E. 印刷时PCB板的平整度和光洁度 F. 工艺参数的调整,2018/8/19,黄小华 2009年12月,五.焊膏印刷过程中的工艺控制,涂敷焊膏的基本要求：A.涂敷焊膏应适量均匀，一致性好，焊膏图形清晰，相邻的图形之间尽量不要沾连，焊膏图形与焊盘图形要一致尽量不要错位。B.在一般情况下，焊盘上单位面积的焊膏量应该为0.8mg/平方mm左右，对窄间距的元件应为0.5 mg/平方mm。C.涂敷在PCB焊盘上的焊膏量与期望值比较，可允许有一定的偏差，但焊膏覆盖每个焊盘的面积应在75%以上。,2018/8/19,黄小华 2009年12月,五.焊膏印刷过程中的工艺控制,D.焊膏涂敷后，应

18、无严重塌落，边缘整齐，错位不大于0.2mm，对窄间距元件焊盘，错位不大于0.1mm，PCB不允许被焊膏污染。 焊膏厚度控制范围公式为: 对于4Mil网板,控制规格为:4.9+0.9Mil； 对于5Mil网板,控制规格为:5.9+0.9Mil； 对于其他厚度网板,控制规格为:(H+0.9)+0.9Mil （H模板厚度）；,2018/8/19,黄小华 2009年12月,第三篇 贴装技术,贴片机,2018/8/19,黄小华 2009年12月,1.贴片机类型,a.动臂式贴片机具有较好的灵活性和精度，适用于大部分元件，高精度机器一般都是这种类型，但其速度无法与复合式、转盘式和大型平行系统相比。 可分为单

19、臂式和多臂式,2018/8/19,黄小华 2009年12月,1.贴片机类型,b.复合式贴片机复合式机器是从动臂式机器发展而来，它集合了转盘式和动臂式的特点，在动臂上安装有转盘,如Simens最新推出的HS50机器就安装有4个这样的旋转头，贴装速度可达每小时5万片,2018/8/19,黄小华 2009年12月,1.贴片机类型,c.转盘式贴片机转盘式机器由于拾取元件和贴片动作同时进行，使得贴片速度大幅度提高,如松下公司的MSH3机器贴装速度可达到0.075秒/片 FUJI CP643,2018/8/19,黄小华 2009年12月,1.贴片机类型,d.大型平行系统大型平行系统由一系列的小型独立组装机

20、组成。各自有丝杠定位系统机械手，机械手带有摄象机和安装头。如PHILIPS公司的FCM机器有16个安装头，实现了0.0375秒/片的贴装速度，但就每个安装头而言，贴装速度在0.6秒/片左右,2018/8/19,黄小华 2009年12月,2.视觉系统,1)俯视摄像机(CCD) 2)仰视摄像机 (CCD)3)头部摄像机 (Line-sensor) 4)激光对齐,2018/8/19,黄小华 2009年12月,3.送料系统,1)带式(TAPE) 2)盘式(TRAY) 3)散装式(BLUK) 4)管式 (STICK),2018/8/19,黄小华 2009年12月,第四篇 焊接技术,手工焊接 波峰焊接 再

21、流焊接,传导 对流 辐射,2018/8/19,黄小华 2009年12月,常见术语解释,1.焊接:依靠液态焊料添满母材的间隙并 与之形成金属结合的一种过程2.润湿:熔融焊料在被焊金属表面上形成均匀、平滑、连续并且附着牢固的合金过程,2018/8/19,黄小华 2009年12月,手工焊接,过程：快速地把加热和上锡的烙铁头接触带芯锡线(cored wire)，然后接触焊接点区域，用熔化的焊锡帮助从烙铁到工件的最初的热传导。然后把锡线移开将要接触焊接表面的烙铁头。,焊接温度：焊锡的液化温度之上大约 100F。 焊接时间：大约3秒钟,2018/8/19,黄小华 2009年12月,波峰焊接,波峰焊：将熔融

22、的液态焊料，借助与泵的作用，在焊料槽液面形成特定形状的焊料波，插/贴装了元器件的PCB置于传送链上，经特定角度及一定的浸入深度穿过焊料波峰而实现焊点焊接的过程,2018/8/19,黄小华 2009年12月,一波峰焊接主要材料,1. 助焊剂 2. 锡棒锡棒由锡和铅组成，一般锡比铅的比例是63/37锡棒是焊接的主要材料，融化后的锡呈银白色，可连接分离的导体。,2018/8/19,黄小华 2009年12月,二.助焊剂的作用,助焊剂的作用是在焊接中起助焊作用，具体表现在以下几个方面： A 清除金属接触面的氧化物、氧化膜。 B 在焊接物表面形成一液态保护膜，隔离 高温时四周的空气，防止金属氧化。 C 降

23、低焊锡表面张力，增加其扩散能力。 D焊接的瞬间，可以让融化的焊锡取代，顺 利完成焊接。,2018/8/19,黄小华 2009年12月,三.助焊剂的分类,1.无机系列：主要有无机酸和无机盐组成有很强的活性和腐 蚀性，对元件有破坏作用，焊接后必须清洗 2.有机系列：主要由有机的胺盐组成，焊接作用和腐蚀作用中等大部分为水溶性，无法用一般溶剂清洗。 3.树脂系列：组要由松香、松香加活性剂、消光剂组成，松香的绝缘性较好，但活性差，为提高其活性，往往加入有机酸、有机胺等活性物质。,2018/8/19,黄小华 2009年12月,助焊剂的比重一般在0.79-0.825之间，预热温度在80-130，传送速度在1

24、.0-1.8m/min。,2018/8/19,黄小华 2009年12月,四.影响焊接品质的因素,1. 波峰高度：波峰高度要平稳，波峰的高度以达到线路板厚度的1/2-2/3为宜，波峰高度过高，会造成锡点拉尖，堆锡过多，会使锡溢到元件表面；波峰过低往往会造成漏焊。,2018/8/19,黄小华 2009年12月,四.影响焊接品质的因素,2. 焊接温度：焊接温度是指被焊接处与融化物的焊料相接触时的温度，温度过低会使焊点毛刺，不光滑，造成虚焊，假焊及拉尖；温度过高易使电路板变形，还会对焊盘及元件带来不好的影响；一般应控制在2455。,2018/8/19,黄小华 2009年12月,四.影响焊接品质的因素,

25、3. 预热温度：合适的预热温度可以减少PCB板焊接时的热冲击，减少PCB板的变形、翘曲，提高其活性；一般锡炉预热温度设定在80-150，具体需根据PCB板的材料、水份含量而设定要求；PCB板经过预热后，单面板温度为80-90，双面板为90-100。,2018/8/19,黄小华 2009年12月,四.影响焊接品质的因素,4. 运输速度与角度：运输速度决定着焊接时间，速度过慢，则焊接时间长，对PCB板不利；速度过快则时间短，易造成虚焊、漏焊、假焊等不良；大部分锡炉运输速度在1.0-1.8m/min可调，一般以焊接接触焊料时间为3秒；运输角度一般在3-10度之间，具体要看PCB板上装插的零件大小、P

26、CB板的尺寸而定，寻找最佳角度。,2018/8/19,黄小华 2009年12月,四.影响焊接品质的因素,5. 焊料成份：进行焊接作业时，PCB板或零件上的金属杂质进入到熔锡中，可能影响焊点的不良或外观不良。,2018/8/19,黄小华 2009年12月,四.影响焊接品质的因素,6. 助焊剂的比重：比重太高，易出现PCB板上残留物过多、连锡、包焊等不良，甚至造成绝缘电阻下降；助焊剂比重过低，则易出现拉尖、锡桥、虚焊等不良 。 7. PCB板的设计：PCB板设计不好造成元件可焊性差，影响焊接质量。,2018/8/19,黄小华 2009年12月,再流焊（Reflow）,再流焊：通过重新熔化预先放置的

27、焊料而形成焊点，在焊接过程中不再添加任何额外焊料的一种焊接方法。,2018/8/19,黄小华 2009年12月,再流焊（Reflow）,热风红外在流焊汽相再流焊（VPR）激光再流焊,2018/8/19,黄小华 2009年12月,再流焊（Reflow）,热风红外在流焊 Reflow Profile,2018/8/19,黄小华 2009年12月,回流焊接工艺控制：2.1新产品炉温曲线的建立：a.确定锡膏的类型b.按照锡膏的焊接要求建立响应的炉温曲线。c.炉温曲线的标定：1）在新产品PCB上选择对炉温曲线最敏感，最典型的两到三种或以上元件作为标定元件，在客户同意的情况下可以不是该新产品的PCB。2）

28、在新产品PCB板上选取左/中/右三个或以上位置作为测量点，对产品进行炉温曲线标定，在客户同意的情况下可以不是该新产品的PCB。 d.确定炉温控制范围：1）用炉温曲线标定PCB板对炉温曲线测试10次以上,根据结果确定回流温度/回流时间的初始控制范围,2018/8/19,黄小华 2009年12月,2）用炉温曲线标定PCB板对初始控制范围进行一周的结果跟踪,确定最终的回流温度/回流时间的控制范围,但回流温度的控制范围应在(T-10,T+10),回流时间的公差为20秒,T为平均温度.,2018/8/19,黄小华 2009年12月,2.2炉温曲线的改变当产品所用的焊膏要改变或因生产需要变更炉温曲线时,炉

29、温曲线按以上步骤进行相应改变。,2018/8/19,黄小华 2009年12月,2.3炉温曲线控制 a.输入参数控制:1）每班生产前,回流炉前检验工位的操作工需要对照炉温监控器的显示填写回流炉参数记录单；2）当所填写的参数与前一个班不一致时,应通知当班工程师,待工程师检查并确定后,方可生产；,2018/8/19,黄小华 2009年12月,b.输出参数控制:1）在正常生产过程中PQA对每台回流炉进行炉温测试,并根据测试结果填写回流炉参数记录单,测量频率为每周一次；2）当所测数值不在炉温控制范围内时,应通知工艺工程师进行调整炉温；3）工艺工程师调整炉温后,应重新对炉温进行量测,直到合格为止.；,20

30、18/8/19,黄小华 2009年12月,c.炉温参数的调整:当炉温曲线出现异常时,应按照如下步骤进行检查与调整:1）若所测的回流曲线呈不规则状态,应检查测试记录仪器是否处于正常工作状态(如:仪器充电不足,还是工作范围不正确等)；2）若所测回流曲线呈不光滑状,有一些小的跳跃,应检查测试点处的焊接是否可靠,热电偶是否完好等；,2018/8/19,黄小华 2009年12月,防湿管理要领：a.工作区相对湿度要求在6以下，超过6要采取除湿处理，方法为空调除湿和除湿机除湿；b.对与每一产品，需要防潮处理的重点元件在烘干中列出，对于存放超过期限的元件要按烘干烘干；c.防湿重点管理元件，在打开包装时，要记录

31、打开时间，湿度指示，再包装按时记录包装时的时间，放入低湿存储箱的时间和存储箱湿度，取出时再记录时间和湿度采用贴标签方式，在标签上记录，标签贴满时贴第二张标签；d.每日检查重点防湿管理元件的存放期限并记录在重点防湿管理元件检查表；e.优先使用包装打开或包装打开后重新包装的元件；,四、湿敏元件管理规程,2018/8/19,黄小华 2009年12月,1.烘烤的范围：a.湿敏元件打开包装后存放超过湿度管理有效期或开起包 装后发现受潮指示标签指示超标，须进行烘烤（一般湿敏元 件（3级）的有效期是：湿度小于60%，温度=30的条件 下，有效期为168小时）；b.对电子料及半成品超过存储期限的，使用前要进行烘 烤（从生产日期算起）； 2.烘烤条件： 不同产品的湿敏元件烘烤参数参见各产品WI，无特殊规定的 按照以下参数进行烘烤：（低温烘烤）烘烤温度：60-65 烘烤时间：48小时 3.所有元件的烘烤次数不超过2次，PCB烘烤叠放数 最大数为20块；,五、物料烘烤的相关规定,2018/8/19,黄小华 2009年12月,