资源描述
单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,SMT,工藝技術改進,:,通孔元件再流焊工藝及部分問題解決方案實例,工藝改進不僅給企業帶來生產效率和品質，同時帶來工藝技術水準的不斷提高和進步,。,是工藝優化和技術改進的實例,部分問題解決方案實例,通,孔元件再流焊工藝,內容,1.,通孔元件再流焊工藝,2.,部分問題解決方案實例,一,.,通孔元件再流焊工藝,把引腳插入填滿焊膏的插裝孔中，並用回流法焊接。可以替代波峰焊、選擇性波峰焊、自動焊接機器人、手工焊。,通孔元件再流焊工藝,目前絕大多數,PCB,上通孔元件的比例只占元件總數的,105%,以下，採用波峰焊、選擇性波峰焊、自動焊接機器人、手工焊以及壓接等方法的組裝費用遠遠超過該比例，而且組裝品質也不如再流焊。因此通孔元件再流焊技術日漸流行。,1.,通孔元件採用再流焊工藝的優點（與波峰焊相比）,a,可靠性高，焊接品質好，不良比率,DPPM,可低於,20,。,b,虛焊、橋接等焊接缺陷少，修板的工作量減少。,C,無錫渣的問題，,PCB,板面乾淨，外觀明顯比波峰焊好。機器為全封閉式，乾淨，生產車間裡無異味。,d,簡化工序，節省流程時間，節省材料，設備管理及保養簡單，使操作和管理都簡單化了。,e,降低成本，增加效益（廠房、設備、人員）。,與波峰焊相比的缺點,(1),焊膏的價格成本相對波峰焊的錫條較高。,(2),有些工藝需要專用範本、專用印刷設備和回流爐，價格較貴。而且不適合多個不同的,PCBA,產品同時生產。,(3),傳統回流爐可能會損壞不耐高溫的元件。在選擇元件時，特別注意塑膠元件，如電位器、鋁電解電容等可能由於高溫而損壞。（如果採用專用回流爐，元件表面最高溫度可以控制在,120150,。因此一般的電解電容，連接器等都無問題）,2.,通孔元件採用再流焊工藝的適用範圍,a,大部分,SMC/SMD,，少量,(105%,以下,)THC,的產品。,b,要求,THC,能經受再流焊爐的熱衝擊，例如線圈、連接器、遮罩等。有鉛焊接時要求元件體耐溫,240,，無鉛要求,260,以上。,c,電位器、鋁電解電容、國產的連接器、國產塑封器件等不適合再流焊工藝。（除非採用專用回流爐）,c,個別不能經受再流焊爐熱衝擊的元器件，可以採用後附手工焊接的方法解決。,通孔元件再流焊工藝的應用實例,彩電調諧器,CD,，,DVD,鐳射機芯伺服板以及,DVD-ROM,伺服板,筆記型電腦主機板,.,等等,3 .,對設備的特殊要求,3.1,印刷設備,雙面混裝時，需要用特殊的立體式管狀印刷機或焊膏滴塗機。有時也可以採用普通印刷機。,3.2,再流焊設備,a,由於,SMC/SMD,焊接面在頂面，而,THC,的焊接面在底面，要求各溫區上、下獨立控制溫度,底部溫度需要調高。設備的頂部可採用一些白色、光亮（反光）材料；或採用白色、光亮（如錫箔、鋁箔）材料加工專門的焊接工裝。,b,由於通孔元件焊錫量多，熱容量大，要求爐溫高一些。,c,專用再流焊設備,.,d,有時也可以採用原來的再流焊設備。,4.,工藝方面的特殊要求,4.1,施加焊膏有四種方法,管狀印刷機印刷,點膠機滴塗,範本印刷,印刷或滴塗後,+,焊料預製片,各種施加焊膏方法的應用,a,單面混裝時可採用範本印刷、管狀印刷機印刷或點焊膏機滴塗。,b,雙面混裝時,因為在,THC,元件面已經有焊接好的,SMC/SMD,，因此不能用平面範本印刷焊膏，需要用特殊的立體式管狀印刷機或點焊膏機施加焊膏。,c,當焊膏量不能滿足要求時可採用印刷或滴塗後,+,焊料預製片。,方法,1,管狀印刷機印刷,刮刀 印刷方向,支撐台,間隙,0.10.3mm,印刷範本,已焊接,SMD,焊膏,漏嘴,焊膏,PCB,方法,2,點膠機滴塗,焊膏,方法,3,範本印刷,方法,4,：印刷或滴塗後,+,焊料預製片,採用焊料預製片的,優點,：,THC,的焊膏量比,SMC/SMD,的焊膏量多許多。,當,THC,引出端子較少時可使用增加範本厚度和開口尺寸的措施，點焊膏工藝時增加焊膏量的方法。,當,THC,引出端子較多時，,例如,PGA,矩陣連接器的端子（針）很多，如果增加範本厚度會影響印刷品質，如果,增大開口尺寸受到引腳間距的限制會引起焊膏粘連，導致大量的錫珠,。,當焊膏量不能滿足要求時，採用焊料預製片能實現在,增加焊膏量,的同時,避免焊膏粘連和錫珠的產生。,預製片是,100%,合金衝壓出來的,可用於再流焊的連接器,插裝孔焊料填充要求,75%,墊圈形焊料預製片的放置方法,:,（,1,）,：用適當的吸嘴將墊圈形焊料預製片貼裝在焊膏上。,墊圈形焊料預製片,根據墊圈形焊料預製片的外徑和內徑加工一個與連接器引腳（針）相匹配的模具將預製片撒在模具上振動，篩入模具的每個鑽孔中將連接器壓入模具收回連接器時預製片就套在引腳上了。,（,2,）：,通過模局具將墊,圈形焊料預製片預先套在引腳上,（,3,）：用貼裝機將矩形焊料預製片放置在通孔附近,焊料預製片被包裝在卷帶上、或通過散料餵料系統，類似無源元件那樣被依次貼放在通孔附近的焊膏上。,矩形焊料預製片卷帶,貼放在通孔附近的焊膏上,4.2,通孔元件的焊膏施加量,THC,的焊膏量由通孔的體積、焊盤面積決定，,可計算,。,除了有,PCB,上、下焊盤外，還有,PCB,厚度方向的通孔需要填滿焊料，而且在元件引腳（針）與,PCB,兩面焊盤的交接處還要形成半月形的焊點，因此需要的焊膏量約比,SMC/SMD,的焊膏量多,34,倍。 焊膏量與,PCB,插孔直徑及焊盤大小成正比關係。,可使用增加範本厚度、開口形狀和尺寸等措施，採用點焊膏工藝時，也要掌握好適當多的焊膏量。,4.3,必須採用短插工藝,元件的引腳不能過長，長引腳也會吸收焊膏量，針長要與,PCB,厚度和應用類型相匹配，插裝後在,PCB,焊接面的針長控制在,11.5mm,。,控制元件插裝高度，元件體、特別是,連接器的外殼不能和焊膏接觸,。,緊固件不要太大咬接力，因為貼裝設備通常只支援,1020,牛頓的壓接力。,4.4 THC,的焊盤設計的特殊要求,a.,需要根據引出腳的直徑設計插孔直徑，孔徑不能太大，大孔徑會增加焊膏的需求量，建議手工插裝孔直徑比針直徑大,20%,（,0.125mm,），機器自動插裝孔比針直徑大,2050%,，較少端子時插裝孔直徑可小一些。,b.,插裝孔兩面的焊盤也不能太大，大焊盤也會增加焊膏的需求量。,4.5,通孔回流焊接技術,要保證焊點處的最佳熱流。,當達到焊料的熔點溫度時，通常在引腳底部（針尖）處的焊料熔化並浸潤引腳（針）時，由於毛細作用，使液體焊料填滿通孔。,再流焊溫度曲線,溫度曲線要根據,PCB,上元件的佈局、,THC,和回流爐的具體情況進行調整。爐子導軌上面的溫度要儘量調低，爐子導軌下面的溫度應適當提高。找出既能保證,PCB,下面焊點品質，又能保證,PCB,上面的分立元器件不被損壞的最佳溫度和速度。,4.6,焊點檢測,通孔回流焊點要求與,IPC-A-610,波峰焊點的標準相同。,理想的填充率達到,100%,或至少,75%,以上。焊盤環的浸潤角接近,360,或,270,以上。,IPC-A-610D,標準：,Acceptable - Class 2, Minimum 180 wetting present on lead and barrel, Figure 7-113.,Acceptable - Class 3, Minimum 270 wetting present on lead and barrel, Figure 7-114.,4.7,不耐高溫的元件採用手工焊接,如鋁電解電容、國產塑封器件應採用後附手工焊接的方法來解決。,二,.,部分問題解決方案實例,案例,1 “,爆米花”現象解決措施,案例,2,元件裂紋缺損分析,案例,3,連接器斷裂問題,案例,4,金手指沾錫問題,案例,5,拋料的預防和控制,案例,6 0201,的印刷和貼裝,案例,7 QFN,的印刷、貼裝和返修,案例,1 “,爆米花”現象解決措施,高溫損傷元器件,受潮器件再流焊時，,在器件內部的氣體膨脹使邦定點的根部“破裂”,平焊點,“,爆米花”現象,PBGA,器件的塑膠基板起泡,“,爆米花”現象機理,:,溫度,(C),水的蒸氣壓力,(,毫米,),190,9413.36,200,11659.16,210,14305.48,220,17395.64,230,20978.28,240,25100.52,250,29817.84,260,35188.0,水蒸氣壓力隨溫度上升而增加,典型共晶,SnPb,回流峰值溫度為,220,0,C,，水蒸氣壓力約,17396,毫米。,無鉛焊,SnAgCu,的熔點,217,0,C,，,即便一塊相對小的記憶卡或手機板也需要,230,235,0,C,的峰值溫度，而大而複雜的產品可能需要,250,260,0,C,。此點水蒸氣壓力為,35188,毫米，是,220,0,C,時的兩倍,，因此任何焊接前,吸潮的器件在回流焊過程中都會造成損壞的威脅,。,根據經驗，如果,SnPb,器件定級為,MSL3,，無鉛制程時將至少減到,MSL4,。,SMD,潮濕敏感等級,敏感性 晶片拆封後置放環境條件 拆封後必須使用的期限,（標籤上最低耐受時間）,1,級 ,30,，,90%RH,無限期,2,級 ,30,，,60%RH 1,年,2a,級 ,30,，,60%RH 4,周,3,級 ,30,，,60%RH 168,小時,4,級 ,30,，,60%RH 72,小時,5,級 ,30,，,60%RH 48,小時,5a,級 ,30,，,60%RH 24,小時,（,1,）設計在明細表中應注明元件潮濕敏感度,（,2,）工藝要對潮濕敏感元件做時間控制標籤,（,3,）對已受潮元件進行去潮處理,“,爆米花”現象解決措施,（,a,）器件供應商正在努力爭取,260,0,C,的,MSL3,目標，但達到此目標需要時間，目前我們只能繼續使用,220,0,C,MSL3,的器件。因此必須採取,仔細儲存、降級使用,，將由於吸潮器件失效的風險減到最少。,（,b,）嚴格的物料管理制度,建立潮濕敏感元件儲存，使用，烘烤規則的,B0M,表。,領料時進行核對器件的潮濕敏感度等級。,對於有防潮要求的器件，檢查是否受潮，對受潮器件進行去潮處理。,開封後檢查包裝內附的濕度顯示卡，當指示濕度,20,（在,235,時讀取）,說明器件已經受潮，在貼裝前需對器件進行去潮處理。去潮的方法可採用電熱鼓風乾燥箱，根據潮濕敏感度等級在,1251,下烘烤,12,48h,。,（,c,）另一解決措施。,選擇具有優良活性焊劑的,SnAgCu,焊膏，通過優化再流焊工藝，將峰值溫度降到最低（,230,240,0,C,），,在接近,Sn63/Pb37,，在回流峰值僅高於,Sn63/Pb37,溫度,10,0,C,的情況下，將由於吸潮器件失效的風險減到最少。,(d),再流焊時緩慢升溫（輕度受潮時有一定效果）。,去潮處理注意事項：,a,應把器件碼放在耐高溫,(,大於,150),防靜電塑膠託盤中進行烘烤；,b,烘箱要確保接地良好，操作人員手腕帶接地良好的防靜電手鐲；,c,操作過程中要輕拿輕放，注意保護器件的引腳，引腳不能有任何變形和損壞。,對於有防潮要求器件的存放和使用,：,開封後的器件和經過烘烤處理的器件必須存放在相對濕度,20,的環境下（乾燥箱或乾燥塔），貼裝時隨取隨用；開封後，在環境溫度,30,，相對濕度,60,的環境下，在規定時間內完成貼裝；當天沒有貼完的器件，應存放在,233,、相對濕度,20,的環境下。,案例,2,元件裂紋缺損分析,元件裂紋缺損分析,設計,錫量,PCB,翹曲,貼片產生的應力,熱沖擊,彎折產生的機械應力,印制板分割引力,運輸及裝配過程所形成,電容器微裂會造成短路,全裂會造成斷路,MLC,結構,是由多層陶瓷電容器並聯層疊起來組成的。,陶瓷電容器微裂會造成短路,全裂會造成斷路,錫量,焊料量過大時，或兩端焊接料量差異較大時，由焊料冷卻固化時收縮，產生橫向拉應力，會引起縱向裂紋的產生。,貼片,壓力過大,產生,裂痕或,應力,焊後產生裂紋,吸嘴壓,痕,吸嘴壓力過大,熱衝擊所造成的裂痕,裂痕,元件,、,PCB,、焊點之間熱膨脹係數不匹配；,PCB,翹曲，或焊接過程中變形；,再流焊升溫、降溫速度過快；,PCB,熱應力會損壞元件,陶瓷,CTE,：,35 ppm/,PCBCTE,：,20 ppm/,焊點,CTE,：,18 ppm/,拼板設計元件排列不恰當，分割時產生裂損,B=D,最好,其次,C,A,最差,案例,3,連接器斷裂問題,再流焊,後,助焊劑,將插銷,粘,在,連接器,的導槽內,使插銷拉出時,稍微用力過猛就會將插銷拉斷,。,解決方案：,可在再流焊前，預先將,插銷,拉出；,另一方法,焊,後,用溶劑溶解清洗助焊劑。,連接器斷裂問題,案例,4,金手指沾錫問題,金手指沾錫問題,原因：,PCB,化學鍍金後清洗不良,印刷機支撐頂針上的殘留焊膏,鋼板底部污染,環境污染,再流焊升溫速度過快,PCB,受潮,PCB,金手指,化學,鍍金,工藝,（其它,部分,為,噴錫,),金手指化金,貼防焊,膠,布浸錫及噴錫清洗去防焊,膠,布清洗刷,板,面沾汙及錫珠粉垢,疊,板檢驗,疊,板包裝,因溝槽清洗不淨，殘留錫珠附著於阻焊膜與金手指交接處。,解決方案,回饋給,PCB,加工廠,清洗,鋼板,底面、,支撐,、注意環境衛生。,設置合理的溫度曲線,對,PCB,鍍金部分貼防焊膠,帶,隔離,缺點：,增加,焊膏印刷,厚度,；,不規則的區域難以,粘貼；焊後易形成殘膠；,費工時,。,案例,5,拋料的預防和控制,拋料的預防和控制,拋料是生產中常見的問題。造成的危害是：輕則不能正常生產，重則無法交貨給客戶。,標準元件貼裝時，設備的拋料應能達到小於,0.3%,，對於,IC,應為,0,，,拋料通常發生在以下情況,1.,取料時,2.,影像處理通不過,3.,運動過程中,4.,貼裝時,拋料產生的原因,1.,設備,2.,材料,3.,人為,4.,靜電,1.,設備產生拋料的原因,A.,真空系統：負壓過大、過小、漏氣,B.,吸嘴：,規格不合適、端面贓物、或有裂紋,C.,供料器,D.,影像處理系統或軟體不好,E.,貼裝壓力不能自動修正,2.,材料產生拋料的原因,A.,元件規格誤差不一致、,元器件引腳變形,。,B. TAPE,品質（太厚）、孔穴過大、過小。,C.,塑膠粘帶不良,(,太松,過粘剝離不良,),。,D.,特殊材料。,3.,人為,產生拋料的原因,A.,程式設計,元器件的類型、包裝、尺寸等資料登錄不準確，,造成拾片貼片高度不合適。,B.,元器件視覺圖像做得好不好。,C.,供料器安裝不到位。,拋料的預防與控制,A.,工藝監控,：建立拋料的監控機制,建立合理的保養制度,對供料器做定期的校準,B.,供應鏈管理,：選用合格的材料,C.,工藝優化和改進,：建立標準的元件描述程式，,提高操作人員素質，,全面掌握設備功能，不斷提高工藝技術水準。,案例,6 0201,的印刷和貼裝,0201,範本開口設計,A,C,D,B,b,c,e,d,f,用,鋼,板的,開口尺寸和形狀來調整,錫量,和元件,位置,0201,（,0.6mm0.3mm,）,焊盤設計,範本開口設計,0.26,0.30,0.24,0.15,0.31,0.20,0.15,0.60,0.08,0.23,0.35,0.26,範本厚度：,0.10.12mm,寬,(W)/,厚,(T),1.5,(,2.62.16,),面積比：,0.66,(0,.7460.62,),範本加工方法,（,1,）採用鐳射,+,電拋光工藝,（,2,）採用電鑄工藝,焊膏合金粉末顆粒尺寸,可選擇,4,#,粉，,2038,m,或更小。,0201,的貼裝問題,尺寸：,L0.6xW0.3xT0.25 mm,重量,：,約,0.15m,g,體積：,比,0402,小,77%,焊盤面積：,比,0402,小,66%,用途：,目前大,多,用於手機, PDA, GPS,等無線通訊,等,產品,。,0201,的貼裝問題,1),高速機設備的精准度,。,2),高密度,元件,間,貼裝位置,互相干涉,。,3),元件,太輕,造成焊接不良,。,0.150.2mm,的窄間距貼裝,元件,間,距走勢圖,窄間距貼裝元件,間,位置,互相干涉,吸嘴,吸嘴外形的誤差量,吸嘴中心與,元,件中心的偏移量,G,ap,(,相鄰,元件,間距,),後貼元件,先貼元件,焊盤,元件尺寸誤差,程式貼片位置,0201,貼裝問題的,解決措施,0201,特點,控制內容,解決措施,重量輕,真空吸力,貼片壓力,移動速率,真空吸力需降低,貼片壓力需降低,移動速率需降低,面積小,吸件偏移,貼片偏移,雙孔式真空吸嘴,高倍率,Camera,貼片方式,雙孔式真空吸嘴,無接觸拾取方式,無接觸拾取,可減小震動,傳統拾取,貼裝精度與,PCB,焊盤,平,整,度,、,厚度,有關,一般採用：,Ni/Au,板,OSP,案例,7,新型封裝,PQFN,的印刷、貼裝和返修,新焊端結構,:,LLP,（,Leadless Leadframe package,）,MLF,（,Micro Leadless Frame,）,QFN(Quad Flat No-lead),Plastic Quad Flat Pack No Leads (PQFN),方形扁平無引腳塑膠封裝,QFN,封裝具有良好的電和熱性能、體積小、重量輕，已成為許多新應用的理想選擇。,PQFN,導電焊盤有兩種類型,一種只裸露出封裝底部的一面，其它部分被封裝在元件內,另一種焊盤有裸露在封裝側面的部分,PQFN,兩種導電焊盤的焊點形狀,兩種導電焊盤,導電焊盤在底部的焊點,導電焊盤暴露在側面的焊點,焊盤設計,大面積熱焊盤的設計,=,器件大面積裸露焊盤尺寸；,導電焊盤與器件四周相對應的焊盤尺寸相似，但向四周外惻稍微長一些（,0.30.5mm,）。,0.30.5mm,器件示意圖,焊盤的設計示意圖,四周導電焊盤的範本開口設計,四周導電焊盤的範本開口設計與範本厚度的選取有直接的關係。根據,PCB,具體情況可選擇,100 150um,較厚的範本可縮小開口尺寸,較薄的網板開口尺寸,1,：,1,面積比要符合,IPC-7525,規定。,推薦使用鐳射加工並經過電拋光處理的範本。,寬,(W)/,厚,(T),1.5,面積比：,0.66,PQFN,散熱焊盤的範本開口設計,再流焊時，由於熱過孔和大面積散熱焊盤中的氣體向外溢出時容易產生濺射、錫球和氣孔等各種缺陷，減小焊膏覆蓋面積可以得到改善。,對於大面積散熱焊盤，範本開口應縮小,2050%,。,焊膏覆蓋面積,5080%,較合適。,提高印刷和貼裝精度,PQFN,的印刷、貼裝與,CSP,相似，由於不能目視檢測，要求提高印刷和貼裝精度。,選擇高品質的焊膏。,建議選擇,3,號焊粉，採用免清洗工藝。,印刷後必須進行焊膏圖形及焊膏量檢測。,貼裝時注意貼片壓力（,Z,軸高度）。,焊膏量過多或貼片壓力過大會造成錫珠或橋接。,PQFN,焊後檢查,焊後檢查與,CSP,相同。,但,X-Ray,對,PQFN,焊點的少錫和開路無法檢測，只能依靠外部的焊點的情況加以判斷 。,PQFN,的返修,PQFN,的,焊接點完全處在元件體底部，橋接、開路、錫球等任何的缺陷都需要將元件拆除，與,BGA,、,CSP,的返修相似。由於,PQFN,熱焊盤的熱容量大，又是被使用在高密度的組裝板上，返修的難度大於,BGA,。,由於重量輕，焊料熔化時的表面張力很大，焊接時如果溫度均勻性不好，焊料的熔化沒有同時發生，那麼在已熔化焊料表面張力的作用下，器件就會發生“自移動”（,CHIP SWIMMING,） 因此,PQFN,的返修,對溫度均勻性要求更為嚴格，,PQFN,的返修,塗敷焊膏的方法有三種：,方法,1,：在,PCB,上用維修小絲網印刷焊膏，,方法,2,：在組裝板的焊盤上點焊膏；,方法,3,：將焊膏直接印刷在,PQFN,的焊盤上。,對返修設備和人員要求,返修設備的選擇非常重要。首先溫度均勻性要好，同時又要防止因熱風量太大將元件吹掉。,要求操作人員具有非常熟練的返修技術。,IPC-A-610D,焊點檢驗標準,(,PQFN,),我國,SMT,處於快速發展階段，已經成為,SMT,世界加工基地之一。,目前設備已經與國際接軌，但設計,/,製造,/,工藝,/,管理技術與國際有差距。 應加強基礎工藝研究。努力使我國真正成為,SMT,製造大國,/,製造強國。,謝謝！,
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