表面贴装工程技术

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,表面贴装工程,-,关于,SMA,的介绍,目 录,SMA,I,ntroduce,什么是,SMA,？,SMT,工艺流程,Screen Printer,MOUNT,REFLOW,AOI,ESD,质量控制,什么是,SMA,？,SMA(,S,urface,M,ount,A,ssembly),的英文缩写，中文意思是,表面贴装工程,。,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,。,表面安装不是一个新的概念，它源于较早的工艺，如,平装和混合安装。,电子线路的装配，最初采用点对点的布线方法，而且,根本没有基片。第一个半导体器件的封装采用放射形的引,脚，将其插入已用于电阻和电容器封装的单片电路板的通,孔中。,50,年代，平装的表面安装元件应用于高可靠的军方，,60,年代，混合技术被广泛的应用，,70,年代，受日本消费类,电子产品的影响，无源元件被广泛使用，近十年有源元件,被广泛使用。,SMA,I,ntroduce,SMA,I,ntroduce,什么是,SMA,？,Surface mount,Through-hole,与,传统工艺相比,SMA,的特点：,高密度,高可靠,小型化,低成本,生产的自动化,SMA,I,ntroduce,SMT,工艺流程,一、单面组装：,来料检测,=,丝印焊膏（点贴片胶）,=,贴片,=,烘干（固化）,=,回流焊接,=,清洗,=,检测,=,返修 二、双面组装；,A,：,来料检测,= PCB,的,A,面丝印焊膏（点贴片胶）,=,贴片,=,烘干（固化）,= A,面回流焊接,=,清洗,=,翻板,= PCB,的,B,面丝印焊膏（点贴片胶）,=,贴片,=,烘干,=,回流焊接,（最好仅对,B,面,=,清洗,=,检测,=,返修）,此工艺适用于,在,PCB,两面均贴装有,PLCC,等较大,的,SMD,时采用。,最最基础的东西,SMA,I,ntroduce,B,：,来料检测,= PCB,的,A,面丝印焊膏（点贴片胶）,=,贴片,=,烘干（固化）,= A,面回流焊接,=,清洗,=,翻板,= PCB,的,B,面点贴片胶,=,贴片,=,固化,= B,面波峰焊,=,清洗,=,检测,=,返修） 此工艺适用于在,PCB,的,A,面回流焊，,B,面波峰焊。在,PCB,的,B,面组装的,SMD,中，只有,SOT,或,SOIC,（,28,）,引脚以下时，宜采用此工艺。 三、单面混装工艺： 来料检测,= PCB,的,A,面丝印焊膏（点贴片胶）,=,贴片,=,烘干（固化）,=,回流焊接,=,清洗,=,插件,=,波峰焊,=,清洗,=,检测,=,返修,SMT,工艺流程,SMA,I,ntroduce,四、双面混装工艺：,A,：,来料检测,= PCB,的,B,面点贴片胶,=,贴片,=,固化,=,翻板,=,PCB,的,A,面插件,=,波峰焊,=,清洗,=,检测,=,返修 先贴后插，适用于,SMD,元件多于分离元件的情况,B,：,来料检测,= PCB,的,A,面插件（引脚打弯）,=,翻板,= PCB,的,B,面点,贴片胶,=,贴片,=,固化,=,翻板,=,波峰焊,=,清洗,=,检测,=,返修 先插后贴，适用于分离元件多于,SMD,元件的情况,C,：,来料检测,= PCB,的,A,面丝印焊膏,=,贴片,=,烘干,=,回流焊接,=,插件，引脚打弯,=,翻板,=PCB,的,B,面点贴片胶,=,贴片,=,固化,=,翻板,=,波峰焊,=,清洗,=,检测,=,返修,A,面混装，,B,面贴装。,SMT,工艺流程,SMA,I,ntroduce,D,：,来料检测,= PCB,的,B,面点贴片胶,=,贴片,=,固化,=,翻板,= PCB,的,A,面 丝印焊膏,=,贴片,=,A,面回流焊接,=,插件,= B,面波峰焊,=,清洗,=,检测,=,返修,A,面混装，,B,面贴装。先贴两面,SMD,，,回流焊接，后插装，波峰焊,E,：,来料检测,= PCB,的,B,面丝印焊膏（点贴片胶）,=,贴片,=,烘干（固化）,=,回流焊接,=,翻板,=,PCB,的,A,面丝印焊膏,=,贴片,=,烘干,=,回流焊接,1,（可采用局部焊接）,=,插件,=,波峰焊,2,（如插装元件少，可使用手工焊接）,=,清洗,=,检测,=,返修,A,面贴装、,B,面混装。,SMT,工艺流程,SMA,I,ntroduce,Screen Printer,Mount,Reflow,AOI,SMT,工艺流程,SMA,I,ntroduce,Solder paste,Squeegee,Stencil,Screen Printer,STENCIL PRINTING,Screen Printer,内部工作图,Screen Printer,Screen Printer,的基本要素：,Solder (,又叫锡膏,）,经验公式：,三球定律,至少有三个最大直径的锡珠能垂直排在模板的厚度方向上,至少有三个最大直径的锡珠能水平排在模板的最小孔的宽度方向上,单位：,锡珠使用米制（,Micron),度量，而模板厚度工业标准是美国的专用,单位,Thou.(1m=1*10-3mm,1thou=1*10-3inches,25mm1thou),判断锡膏具有正确粘度的一种经济和实际的方法：,搅拌锡膏,30,秒，挑起一些高出容器三，四英寸，锡膏自行下滴，,如果开始时象稠的糖浆一样滑落，然后分段断裂落下到容器内,为良好。反之，粘度较差。,SMA,I,ntroduce,SMA,I,ntroduce,Screen Printer,锡膏的主要成分：,成 分,焊料合,金粉末,助,焊,剂,主 要 材 料,作 用,Sn/Pb,Sn/Pb/Ag,活化剂,增粘剂,溶 剂,摇溶性,附加剂,SMD,与电路的连接,松香，甘油硬脂酸脂,盐酸，联氨，三乙醇酸,金属表面的净化,松香，松香脂，聚丁烯,净化金属表面，与,SMD,保,持粘性,丙三醇，乙二醇,对焊膏特性的适应性,Castor,石腊（腊乳化液）,软膏基剂,防离散，塌边等焊接不良,SMA,I,ntroduce,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,10mm,45,度角,Squeegee,Stencil,菱形刮刀,Screen Printer,拖裙形刮刀,Squeegee,Stencil,45-60,度角,SMA,I,ntroduce,Squeegee,的压力设定：,第一步,：在每,50mm,的,Squeegee,长度上施加,1kg,的压力。,第二步,：减少压力直到锡膏开始留在模板上刮不干净，在增加,1kg,的压力,第三步,：在锡膏刮不干净开始到挂班沉入丝孔内挖出锡膏之间,有,1-2kg,的可接受范围即可达到好的印制效果。,Screen Printer,Squeegee,的硬度范围用颜色代号来区分：,very soft,红色,soft,绿色,hard,蓝色,very hard,白色,SMA,I,ntroduce,Stencil (,又叫模板）：,Stencil,PCB,Stencil,的,梯形开口,Screen Printer,PCB,Stencil,Stencil,的,刀锋形开口,激光切割模板和电铸成行模板,化学蚀刻模板,SMA,I,ntroduce,Screen Printer,模板制造技术,化学蚀刻模板,电铸成行模板,激光切割模板,简 介,优 点,缺 点,在,金属箔上涂抗蚀保护剂,用销钉定位感光工具将图,形曝光在金属箔两面，然,后使用双面工艺同时从两,面腐蚀金属箔,通过在一个要形成开孔的,基板上显影刻胶，然后逐,个原子，逐层地在光刻胶,周围电镀出模板,直接从客户的原始,Gerber,数据产生，在作必要修改,后传送到激光机，由激光,光束进行切割,成本最低,周转最快,形成刀锋或沙漏形状,纵横比,1.5,：,1,提供完美的工艺定位,没有几何形状的限制,改进锡膏的释放,要涉及一个感光工具,电镀工艺不均匀失去,密封效果,密封块可能会去掉,纵横比,1,：,1,错误减少,消除位置不正机会,激光光束产生金属熔渣,造成孔壁粗糙,纵横比,1,：,1,模板,(Stencil),制造技术,:,SMA,I,ntroduce,Screen Printer,模板,(Stencil),材料性能的比较,:,性 能,抗拉强度,耐化学性,吸 水 率,网目范围,尺寸稳定性,耐磨性能,弹性及延伸率,连续印次数,破坏点延伸率,油量控制,纤维粗细,价 格,不 锈 钢,尼 龙,聚 脂,材 质,极高,极好,不吸水,30-500,极佳,差,(0.1%),2万,40-60%,差,细,高,中等,好,24%,16-400,差,中等,极佳（,2%,）,4万,20-24%,好,较粗,低,高,好,0.4%,60-390,中等,中等,佳（,2%,）,4万,10-14%,好,粗,中,极佳,SMA,I,ntroduce,Screen Printer,锡膏丝印缺陷分析,:,问题及原因 对 策,搭锡,BRIDGING,锡粉量少、粘度低、粒度大、室温度、印膏太厚、放置压力太大等。（通常当两焊垫之间有少许印膏搭连，于高温熔焊时常会被各垫上的主锡体所拉回去，一旦无法拉回，将造成短路或锡球，对细密间距都很危险）。,提高锡膏中金属成份比例（提高到,88 %,以上）。,增加锡膏的粘度（,70,万,CPS,以上,）,减小锡粉的粒度（例如由,200,目降到,300,目）,降低环境的温度（降至,27,O,C,以下）,降低所印锡膏的厚度（降至架空高度,SNAP-OFF,，,减低刮刀压力及速度）,加强印膏的精准度。,调整印膏的各种施工参数。,减轻零件放置所施加的压力。,调整预热及熔焊的温度曲线。,问题及原因 对 策,2.,发生皮层,CURSTING,由于锡膏助焊剂中的活化剂太强,环境温度太高及铅量太多时,会造成粒子外层上的氧化层被剥落所致,.,3.,膏量太多,EXCESSIVE PASTE,原因与“搭桥”相似,.,避免将锡膏暴露于湿气中,.,降低锡膏中的助焊剂的活性,.,降低金属中的铅含量,.,减少所印之锡膏厚度,提升印着的精准度,.,调整锡膏印刷的参数,.,锡膏丝印缺陷分析,:,Screen Printer,锡膏丝印缺陷分析,:,Screen Printer,问题及原因 对 策,4.,膏量不足,INSUFFICIENT PASTE,常在钢板印刷时发生,可能是网布的丝径太粗,板膜太薄等原因,.,5.,粘着力不足,POOR TACK RETENTION,环境温度高风速大,造成锡膏中溶剂逸失太多,以及锡粉粒度太大的问题,.,增加印膏厚度,如改变网布或板膜等,.,提升印着的精准度,.,调整锡膏印刷的参数,.,消除溶剂逸失的条件,(,如降低室温、减少吹风等,）。,降低金属含量的百分比。,降低锡膏粘度。,降低锡膏粒度。,调整锡膏粒度的分配。,锡膏丝印缺陷分析,:,Screen Printer,问题及原因 对 策,6.,坍塌,SLUMPING,原因与“搭桥”相似。,7.,模糊,SMEARING,形成的原因与搭桥或坍塌 很类似，但印刷施工不善的原因居多，如压力太大、架空高度不足等。,增加锡膏中的金属含量百分比。,增加锡膏粘度。,降低锡膏粒度。,降低环境温度。,减少印膏的厚度。,减轻零件放置所施加的压力。,增加金属含量百分比。,增加锡膏粘度。,调整环境温度。,调整锡膏印刷的参数。,Screen Printer,在,SMT,中使用无铅焊料：,在前几个世纪，人们逐渐从,医学和化学上认识到了铅（,PB,）,的毒性。而被限制使用。现在电,子装配业面临同样的问题，人们,关心的是：焊料合金中的铅是否,真正的威胁到人们的健康以及环,境的安全。答案不明确，但无铅,焊料已经在使用。欧洲委员会初,步计划在,2004,年或,2008,年强制执行。目前尚待批准，但是电子装配业还是,要为将来的变化作准备。,无铅锡膏熔化温度范围：,Screen Printer,无铅焊锡化学成份,48Sn/52In,42Sn/58Bi,91Sn/9Zn,93.5Sn/3Sb/2Bi/1.5Cu,95.5Sn/3.5Ag/1Zn,93.3Sn/3.1Ag/3.1Bi/0.5Cu,99.3Sn/0.7Cu,95Sn/5Sb,65Sn/25Ag/10Sb,96.5Sn/3.5Ag,熔点范围,118C,共熔,138C,共熔,199C,共熔,218C,共熔,218221C,209 212C,227C,232240C,233C,221C,共熔,说 明,低熔点、昂贵、强度低,已制定、,Bi,的可利用关注,渣多、潜在腐蚀性,高强度、很好的温度疲劳特性,高强度、好的温度疲劳特性,高强度、好的温度疲劳特性,高强度、高熔点,好的剪切强度和温度疲劳特性,摩托罗拉专利、高强度,高强度、高熔点,97Sn/2Cu/0.8Sb/0.2Ag,226228C,高熔点,Screen Printer,无铅焊接的问题和影响,：,无铅焊接的问题,无铅焊接的影响,生产成本,元件和基板方面的开发,回流炉的性能问题,生产线上的品质标准,无铅焊料的应用问题,无铅焊料开发种类问题,无铅焊料对焊料的可靠性问题,最低成本超出,45%,左右,高出传统焊料摄氏,40,度,焊接温度提升,品质标准受到影响,稀有金属供应受限制,无铅焊料开发标准不统一,焊点的寿命缺乏足够的实验证明,MOUNT,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,.,元件小于,3.2*1.6mm,时只遭受部分应力，元件,大于,3.2*1.6mm,时，必须注意。,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,第八,：,对清洁剂的反应，在液体中浸渍,5,分钟，表面不产生任何不良，,并有良好的冲载性,MOUNT,表面贴装元件介绍：,表面贴装元件具备的条件,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,MOUNT,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,面安装元件,阻容元件识别方法,1,元件尺寸公英制换算（,0.12,英寸,=120mil,、,0.08,英寸,=80mil,）,Chip,阻容元件,IC,集成电路,英制名称,公制,mm,英制名称,公制,mm,1206,0805,0603,0402,0201,3.2,1.6,50,30,25,25,12,1.27,0.8,0.65,0.5,0.3,2.0,1.25,1.6,0.8,1.0,0.5,0.6,0.3,MOUNT,MOUNT,阻容元件识别方法,2,片式电阻、电容识别标记,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,0R5,010,110,471,332,223,513,0.5PF,1PF,11PF,470PF,3300PF,22000PF,51000PF,MOUNT,IC,第一脚的的辨认方法,OB36,HC08,1,13,24,12,厂标,型号,OB36,HC08,1,13,24,12,厂标,型号,OB36,HC08,1,13,24,12,厂标,型号,T931511,HC02A,1,13,24,12,厂标,型号,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”,）,MOUNT,来料,检测的主要内容,MOUNT,贴片机的介绍,拱架型,(Gantry),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。,这类机型的优势在于：,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。,这类机型的缺点在于：,贴片头来回移动的距离长，所以速度受到限制。,MOUNT,对元件位置与方向的调整方法：,1),、,机械对中调整位置、吸嘴旋转调整方向，这种方法能达到的精,度有限，较晚的机型已再不采用。,2),、激光识别、,X/Y,坐标系统调整位置、吸嘴旋转调整方向，这种,方法可实现飞行过程中的识别，但不能用于球栅列陈元件,BGA,。,3),、,相机识别、,X/Y,坐标系统调整位置、吸嘴旋转调整方向，一般相,机固定，贴片头飞行划过相机上空，进行成像识别，比激光识,别耽误一点时间，但可识别任何元件，也有实现飞行过程中的,识别的相机识别系统，机械结构方面有其它牺牲。,MOUNT,转塔型,(Turret),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,0.080.10,秒钟一片元件。,这类机型的优势在于：,这类机型的缺点在于：,贴装元件类型的限制，并且价格昂贵。,MOUNT,对元件位置与方向的调整方法：,1),、,机械对中调整位置、吸嘴旋转调整方向，这种方法能达到的,精度有限，较晚的机型已再不采用。,2),、相机识别、,X/Y,坐标系统调整位置、吸嘴自旋转调整方向，相,机固定，贴片头飞行划过相机上空，进行成像识别。,MOUNT,贴片机过程能力的验证：,第一步,：,最初的,24,小时的干循环，期间机器必须连续无误地工作。,第二步：要求元件准确地贴装在两个板上，每个板上包括,32,个,140,引脚的玻璃,心子元件。主板上有,6,个全局基准点，用作机器贴装前和视觉测量系,统检验元件贴装精度的参照。贴装板的数量视乎被测试机器的特定头,和摄像机的配置而定,。,第三步：用所有四个贴装芯轴，在所有四个方向：,0 , 90 , 180 , 270,贴装元件。,一种用来验证贴装精度的方法使用了一种玻璃心子，它和一个“完美的”高引,脚数,QFP,的焊盘镶印在一起，该,QFP,是用来机器贴装的,(,看引脚图,),。通过贴装一个,理想的元件，这里是,140,引脚、,0.025”,脚距的,QFP,，,摄像机和贴装芯轴两者的精度,都可被一致地测量到。除了特定的机器性能数据外，内在的可用性、生产能力和,可靠性的测量应该在多台机器的累积数据的基础上提供。,MOUNT,贴片机过程能力的验证：,第四步：用测量系统扫描每个板，可得出任何偏移的完整列表。每个,140,引,脚的玻璃心子包含两个圆形基准点，相对于元件对应角的引脚布,置精度为, 0.0001”,，用于计算,X,、,Y,和,q,旋转的偏移。所有,32,个,贴片都通过系统测量，并计算出每个贴片的偏移。这个预定的参,数在,X,和,Y,方向为, 0.003”,，,q,旋转方向为, 0.2,，机器对每个,元件贴装都必须保持。,第五步：为了通过最初的“慢跑”，贴装在板面各个位置的,32,个元件都必须,满足四个测试规范：在运行时，任何贴装位置都不能超出, 0.003”,或, 0.2,的规格。另外，,X,和,Y,偏移的平均值不能超过, 0.0015”,，,它们的标准偏移量必须在,0.0006”,范围内，,q,的标准偏移量必须小,于或等于,0.047,，其平均偏移量小于, 0.06,，,Cpk,(,过程能力,指数,process capability index),在所有三个量化区域都大于,1.50,。,这转换成最小,4.5s,或最大允许大约每百万之,3.4,个缺陷,(,dpm, defects per million),。,MOUNT,贴片机过程能力的验证：,3 = 2,700 DPM4 = 60 DPM5 = 0.6 DPM6 = 0.002DPM,在今天的电子制造中，希望,cmk,要大于,1.33,，甚至还大得多。,1.33,的,cmk,也,显示已经达到,4,工艺能力。,6,的工艺能力，是今天经常看到的一个要求，意,味着,cmk,必须至少为,2.66,。在电子生产中，,DPM,的使用是有实际理由的，因为每,一个缺陷都产生成本。统计基数,3,、,4,、,5,、,6,和相应的百万缺陷率,(DPM),之间的,关系如下：,在实际测试中还有专门的分析软件是,JMP,专门用于数据分析，这样简化了,整个的过程，得到的数据减少了人为的错误。,REFLOW,再流的方式：,红外线焊接,红外,+,热风（组合）,气相焊（,VPS,）,热风焊接,热型芯板（很少采用）,REFLOW,Temperature,Time (BGA Bottom),1-3,/Sec,200,Peak 225, 5,60-90 Sec,140-170,60-120 Sec,Preheat,Dryout,Reflow,cooling,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。,基本工艺：,REFLOW,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。,REFLOW,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。,工艺分区：,（二）保温区,REFLOW,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。有,时也将该区域分为两个区，即熔融区和再流区。,（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，冷却速度要求同预热速度相同。,（二）再流焊区,工艺分区：,REFLOW,影响焊接性能的各种因素：,工艺因素,焊接前处理方式，处理的类型，方法，厚度，层,数。处理后到焊接的时间内是否加热，剪切或经过,其他的加工方式。,焊接工艺的设计,焊区：指尺寸，间隙，焊点间隙,导带（布线）：形状，导热性，热容量,被焊接物：指焊接方向，位置，压力，粘合状态等,REFLOW,焊接条件,指焊接温度与时间，预热条件，加热，冷却速度,焊接加热的方式，热源的载体的形式（波长，导热,速度等）,焊接材料,焊剂：成分，浓度，活性度，熔点，沸点等,焊料：成分，组织，不纯物含量，熔点等,母材：母材的组成，组织，导热性能等,焊膏的粘度，比重，触变性能,基板的材料，种类，包层金属等,影响焊接性能的各种因素：,REFLOW,几种焊接缺陷及其解决措施,回流焊中的锡球,回流焊中锡球形成的机理,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，随着印制板穿过回,流焊炉，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,以下主要分析与相关工艺有关的原因及解决措施：,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、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,1,4C/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。,REFLOW,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。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。,REFLOW,REFLOW,立片问题（曼哈顿现象）,回流焊中立片形成的机理,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。,REFLOW,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。我们设想在,再流焊炉中有一条横跨炉子宽度的再流焊,限线，一旦焊膏通过它就会立即熔化。片,式矩形元件的一个端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,液相温度，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。,在进行汽相焊接时印制电路组件预热不充分。,汽相焊是利用惰性液体蒸汽冷凝在元件引脚和,PCB,焊盘上时，释放出热,量而熔化焊膏。汽相焊分平衡区和饱和蒸汽区，在饱和蒸汽区焊接温度,高达,217C,，,在生产过程中我们发现，如果被焊组件预热不充分，经受,一百多度的温差变化，汽相焊的汽化力容易将小于,1206,封装尺寸的片式,元件浮起，从而产生立片现象。我们通过将被焊组件在高低箱内以,145C-150C,的温度预热,1-2,分钟，然后在汽相焊的平衡区内再预热,1,分钟左右，最后缓慢进入饱和蒸汽区焊接消除了立片现象。,c),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的先决条件。,REFLOW,REFLOW,细间距引脚桥接问题,导致细间距元器件引脚桥接缺陷的主要因素有：,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，尽可能避免桥接隐患。,回流焊接缺陷分析,:,REFLOW,1.,吹孔,BLOWHOLES,焊点中（,SOLDER JOINT,）,所出现的孔洞，大者称为吹孔，小者叫做针孔，皆由膏体中的溶剂或水分快速氧化所致。,调整预热温度，以赶走过多的溶剂。,调整锡膏粘度。,提高锡膏中金属含量百分比。,问题及原因 对 策,2.,空洞,VOIDS,是指焊点中的氧体在硬化前未及时逸出所致，将使得焊点的强度不足，将衍生而致破裂。,调整预热使尽量赶走锡膏中的氧体。,增加锡膏的粘度。,增加锡膏中金属含量百分比。,回流焊接缺陷分析,:,REFLOW,问题及原因 对 策,3.,零件移位及偏斜,MOVEMENT AND MISALIGNNENT,造成零件焊后移位的原因可能有：锡膏印不准、厚度不均、零件放置不当、热传不均、焊垫或接脚之焊锡性不良，助焊剂活性不足，焊垫比接脚大的太多等，情况较严重时甚至会形成碑立。（,TOMBSTONING,或,MAMBATHAN EFFECT,，,或,DRAWBRIGING,），,尤以质轻的小零件为甚。,改进零件的精准度。,改进零件放置的精准度。,调整预热及熔焊的参数。,改进零件或板子的焊锡性。,增强锡膏中助焊剂的活性。,改进零件及与焊垫之间的尺寸比例。,不可使焊垫太大。,回流焊接缺陷分析,:,REFLOW,问题及原因 对 策,4.,缩锡,DEWETTING,零件脚或焊垫的焊锡性不佳。,5.,焊点灰暗,DULL JINT,可能有金属杂质污染或给锡成份不在共熔点，或冷却太慢，使得表面不亮。,6.,不沾锡,NON-WETTING,接脚或焊垫之焊锡性太差，或助焊剂活性不足，或热量不足所致。,改进电路板及零件之焊锡性。,增强锡膏中助焊剂之活性。,防止焊后装配板在冷却中发生震动。,焊后加速板子的冷却率。,提高熔焊温度。,改进零件及板子的焊锡性。,增加助焊剂的活性。,回流焊接缺陷分析,:,REFLOW,问题及原因 对 策,7.,焊后断开,OPEN,常发生于,J,型接脚与焊垫之间，其主要原因是各脚的共面性不好，以及接脚与焊垫之间的热容量相差太多所致（焊垫比接脚不容易加热及蓄热）。,改进零件脚之共面性,增加印膏厚度，以克服共面性之少许误差。,调整预热，以改善接脚与焊垫之间的热差。,增加锡膏中助焊剂之活性。,减少焊热面积，接近与接脚在受热上的差距。,调整熔焊方法。,改变合金成份（比如将,63/37,改成,10/90,，令其熔融延后，使焊垫也能及时达到所需的热量）。,AOI,自动光学检查,(AOI,A,utomated,O,ptical,I,nspection),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,.,通过使用,AOI,作为减少缺陷的工具,在装配工艺过程的早期,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,.,由于电路板尺寸大小的改变提出更多的挑战,因为它使手工检查更加困难,.,为了对这些发展作出反应，越来越多的原设备制造商采用,AOI.,为 什 么 使 用,AOI,AOI,AOI,检,查,与,人,工,检,查,的,比,较,AOI,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,主 要 特 点,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,可 检 测 的 元 件,元件类型,-,矩形,chip,元件（,0805,或更大）,-,圆柱形,chip,元件,-,钽电解电容,-,线圈,-,晶体管,-,排组,-QFP,SOIC,（,0.4mm,间距或更大）,-,连接器,-,异型元件,AOI,AOI,检 测 项 目,-,无元件：与,PCB,板类型无关,-,未对中：（脱离）,-,极性相反：元件板性有标记,-,直立：编程设定,-,焊接破裂：编程设定,-,元件翻转：元件上下有不同的特征,-,错帖元件：元件间有不同特征,-,少锡：编程设定,-,翘脚：编程设定,-,连焊：可检测,20,微米,-,无焊锡：编程设定,-,多锡：编程设定,影 响,AOI,检,查,效,果,的 因 素,影响,AOI,检查效果,的因素,内部因素,外部因素,部,件,贴,片,质,量,助,焊,剂,含,量,室,内,温,度,焊,接,质,量,AOI,光,度,机,器,内,温,度,相,机,温,度,机,械,系,统,图,形,分,析,运,算,法,则,AOI,序号 缺陷 原因 解决方法,1,元器件移位 安放的位置不对 校准定位坐标,焊膏量不够或定位压力不够 加大焊膏量，增加安放元器件,焊膏中焊剂含量太高， 的压力,在再流焊过程中焊剂的 减小锡膏中焊剂的含量,流动导致元器件移动,2,桥接 焊膏塌落 增加锡膏金属含量或黏度,焊膏太多 减小丝网孔径，增加刮刀压力,加热速度过快 调整再流焊温度曲线,3,虚焊 焊盘和元器件可焊性差 加强,PCB,和元器件的筛选,印刷参数不正确 检查刮刀压力、速度,再流焊温度和升温速度不当 调整再流焊温度曲线,不良原因列表,序号 缺陷 原因 解决方法,4,元器件竖立 安放的位置移位 调整印刷参数,焊膏中焊剂使元器件浮起 采用焊剂较少的焊膏,印刷焊膏厚度不够 增加焊膏厚度,加热速度过快且不均匀 调整再流焊温度曲线,采用,Sn63/Pb37,焊膏 改用含,Ag,的焊膏,6,焊点锡过多 丝网孔径过大 减小丝网孔径,焊膏黏度小 增加锡膏黏度,5,焊点锡不足 焊膏不足 扩大丝网孔径,焊盘和元器件焊接性能差 改用焊膏或重新浸渍元件,再流焊时间短 加长再流焊时间,不良原因列表,ESD(,E,lectro-,S,tatic,D,ischarge,即静电释放,),What,s ESD？,ESD,怎样能产生静电？,摩擦电,静电感应,电容改变,在日常生活中，可以从以下多方面感觉到静电,闪电,冬天在地垫上行走以及接触把手时的触电感,在冬天穿衣时所产生的噼啪声,这些似乎对我们没有影响，但它对电子元件及电子,线路板却有很大的冲击。,对静电敏感的电子元件,晶 片 种 类,静电破坏电压,VMOS,MOSFET,Gaa,SFET,EPROM,JFET,SAW,OP-AMP,CMOS,30-1,800,100-200,100-300,100-,140-7,200,150-500,190-2,500,250-3,000,ESD,电子元件的损坏形式有两种,完全失去功能, 器件不能操作, 约占受静电破坏元件的百分之十,间歇性失去功能, 器件可以操作但性能不稳定，维修次数因而增加, 约占受静电破坏元件的百分之九十,在电子生产上进行静电防护，可免：, 增加成本, 减低质量, 引致客户不满而影响公司信誉,ESD,从一个元件产生以后，一直到它损坏以前，所有的过程都受到静电,的威胁。这一过程包括：,元件制造：包含制造、切割、接线、检验到交货。,印刷电路板：收货、验收、储存、插入、焊接、品管、包装到出货。,设备制造：电路板验收、储存、装配、品管、出货。,设备使用：收货、安装、试验、使用及保养。,其中最主要而又容易疏忽的一点却是在元件的传送与运输的过程。,ESD,遭受静电破坏,静电防护要领,静电防护守则,原则一：在静电安全区域使用或安装静电敏感元件,原则二：用静电屏蔽容器运送及存放静电敏感元件或电路板,原则三：定期检测所安装的静电防护系统是否操作正常,原则四：确保供应商明白及遵从以上三大原则,ESD,ESD,1,.,避免静电敏感元件及电路板跟塑胶制成品或工具（如计算机，电脑及,电脑终端机）放在一起。,2.,把所有工具及机器接上地线。,3.,用静电防护桌垫。,4.,时常遵从公司的电气安全规定及静电防护规定。,5.,禁止没有系上手环的员工及客人接近静电防护工作站。,6.,立刻报告有关引致静电破坏的可能。,静电防护步骤,质量控制,1,西格玛,690000,次失误百万次操作,2,西格玛,308000,次失误百万次操作,3,西格玛,66800,次失误百万次操作,4,西格玛,6210,次失误百万次操作,5,西格玛,230,次失误百万次操作,6,西格玛,3.4,次失误百万次操作,7,西格玛,0,次失误百万次操作,关于质量控制的目标：,“,西格玛,”是统计学里的一个单位,表示与平均值的标准偏差。,“,6 Sigma,”,代表着品质合格率达,99.9997%,或以上,.,换句话说，每一,百万件产品只有,3.4,件次品，这是非常接近,“,零缺点,”,的要求。,它可,以用来衡量一个流程的完美程度，显示每,100,万次操作中发生多少,次失误。“西格玛”的数值越高，失误率就越低。,“六个西格玛”是一项以数据为基础，追求几乎完美无暇,的,质量管理办法,。,20,世纪,80,年代末至,90,年代初，摩托罗拉公,司首倡这种办法，花,10,年时间达到,6,西格玛水平。但如果是,生产一种由,1,万个部件或程序组成的产品，即使达到了,6,西格,玛水平，也还有,3,多一点的缺陷率；实际上，每生产,1,万件,产品，将会有,337,处缺陷。如果公司设法在装运前查出了其中,的,95,，仍然还会有,17,件有缺陷的产品走出大门。,质量控制,质量控制,6 Sigma,七步骤方法,第一步：寻找问题（,Select a problem and describe it clearly,）,把要改善的问题找出来，当目标锁定后便召集有关员工，成,为改善主力，并选出首领，作为改善的任责人，跟着便制定,时间表跟进。,第二步：研究现时生产方法（,Study the Present System,）,收集现时生产方法的数据，并作整理。,第三步：找出各种原因,(Identify possible causes),结合各有经验工人，利用脑震荡,(Brainstorming),、,品质管制,表,(Control chart),和鱼骨图表,(Cause,and,effect diagram),，,找出每一个可能发生问题的原因。,第四步：计划及制定解决方法,(Plan and implement a solution),再利用各有经验员工和技术专才，通过脑震荡方法和各种检验,方法，找出各解决方法。当方法设计完成后，便立即实行。,质量控制,6 Sigma,七步骤方法,第五步：检查效果,(Evaluate effects),通过数据收集、分析、检查其解决方法是否有效和达到什么,效果。,第六步：把有效方法制度化,(Standardize any effective solutions),当方法证明有效后，便制定为工作守则，各员工必须遵守。,第七步：检讨成效并发展新目标。,(Reflect on process and develop future plans),当以上问题解决后，总结其成效，并制定解决其它问题方案。,质量控制,PDCA,周期,(Plan-Do-Check-,ActCycle,),，,就是：,计划实验,(Plan the experiment),实行,(Do it-perform the experiment),检查成效,(Check the result of the experiment),质量控制,我的一点点个人认识：,6,个,西格玛是以改善为基础的标准，真正的质量控制是要,达到零缺陷也就是,7,个西格玛，这才是一个完美的质量控制过,程，但是这只是一个努力的目标。,6,个,西格玛不只可以作为制造业的质量标准，同样也可以,用于行政管理，使行动的效率提高，减少失误劳动和重复性的,劳动。,过程控制是一系列仔细计划和周密设定的事件,定义装配要求、装配过程、过程参数和过程品质计划,存档装配程序,培训雇员,开始限量生产,收集变量数据,计算过程能力,收集特性数据,开始批量生产,继续数据收集,过程控制必须基于事实,质量控制,2.,过 程 控 制 的 方 法,1.,定义目标,2.,建立度量标准,3.,标识运作,4.,测量过程,5.,选择工具,6.,评估标准,7.,改进过程,8.,评估改进,质量控制,质量控制,3.,计算过程能力,过程能力是指按标准偏差为单位来描述的过程均值与规范界限的距离。,Cp-(,C,apability of,P,recision),规格界限与实际制程界限之比值。,Cp =,=,T/6,Cp,的,规格,等級,Cp,值,说明,A 1.33 = Cp,继续改善,B 1.00= Cp 1.33,尽快改善为,A,级,C 0.83=Cp1.00,立即检讨改善,D Cp0.83,全面检讨，停产,(,规格上限,规格下限,),实际过程能力,质量控制,Ca- (,C,apability of,A,ccuracy),制程中心值与期望中心值间的差异,Ca =,制程中心值,规格中心值,(,规格上限,规格下限,) *0.5,X - ,T / 2,=,Ca,的,规格,等級,Ca,值,说明,A Ca=12.5%,继续维持现状,B 12.5%Ca=25%,尽快改善为,A,级,C 25%Ca=50%,立即检讨改善,D 50%Ca,全面检讨，停产,质量控制,Cpk,-,同时考虑精密度与准确度,(,通常称为制程能力指数,),Cpk,的規格,Cpk,=Cp(1-Ca ),或,Cpk,= Cp ,Cpk,=(USL X )/3 (,单边值计算,),等級,Cp,值,说明,A 1.33 =,Cpk,制程能力合格,B 1.00=,Cpk,1.33,能力尚可,C,Cpk,1.00,努力改善為,A,质量控制,总次品机会,=,总检查数目,每件产品潜在次品机会,（次品的数目,总次品的机会）,1000000=PPM,（,Parts Per Million),或,DPMO,（,Defection Per Million Opportunities),影响各行各业的,ISO9000,出现。在品质管理上，它是一个很好的制度。可是，,这些文件管理只产生官僚化现象。这制度只可以保证现有品质要求，但在产,品不断改善,(Continuous Improvement),方面，并没有什麽贡献。,其实在八十年代至九十年代，亦倡行全面优质管理方法（,Total Quality Management,），,其方法是不断改善品质，以达到零缺点的梦想。,PPM,的,计算方法：,需要感谢的地方,非常感谢各位的支持！,