SMT工艺基本知识介绍.ppt

Foxconn Technology Group,SMT Technology Development Committee,SMT Technology Center SMT 技術中心,SMT工藝基本知識介紹,Company: 富士康科技集团 (深圳总部) Department: 工程部 Name: 罗 辉 Education: 本科 / 機械電子工程 Experience: 六年SMT經驗 Telephone: 0755-27706868-83493 E-mail：Danny.H.Luo,Summary,一.SMT概述 二.表面貼裝技術(SMT) 三.SMT設備 四.小結,PCB,Pad,引腳電极,一. SMT概述,表面貼裝技術, 最早源自二十世紀六十年代。就是在PCB上直接裝配SMD的零件，最大的優點是其每一零件之單位面積上都有極高的佈線密度,並且縮短連接線路，從而提高電氣性能。,1.1.SMT: Surface Mounting Technology.,1.2.什么叫SMT,一. SMT概述,1.3.SMT工藝流程,一. SMT概述,SMT的制程種類,I 類:,一. SMT概述,II 類:,一. SMT概述,混合安装工艺 多用于消费类电子产品的组装，如電腦主板,III 類:,一. SMT概述,1.4.為什麼要用表面貼裝技術(SMT),1.電子產品追求小型化，以前使用的穿孔插件元件已無法縮小 2.電子產品功能更完整，所採用的積體電路(IC)已無穿孔元件，特別是大規模、高集成IC，不得不採用表面貼片元件 3.產品批量化，生產自動化，廠方要以低成本高產量，出產優質產品以迎合顧客需求及加強市場競爭力,一. SMT概述,1.5.SMT 之優點,1.能節省空間5070%. 2.大量節省元件及裝配成本. 3.可使用更高腳數之各種零件. 4.具有更多且快速之自動化生產能力. 5.減少零件貯存空間. 6.節省製造廠房空間. 7.總成本降低.,一. SMT概述,表面貼裝技朮是錫膏印刷元件貼裝回流焊接及其衍生的相關工藝的總和下面以此三大主要部分的工藝論述,二.表面貼裝技術(SMT),2.1 錫膏印刷,2.1.1. 錫膏 (Solder paste),2.1.2. 鋼板 (Stencil),2.1.3. 刮刀 (Squeegee),2.1.1 錫膏,a.成份:,二.表面貼裝技術(SMT),錫膏的基本成分是由助焊劑和錫粉均勻混合而成,錫粉通常是由氮氣霧化或轉碟法製造,後經絲網篩選而成.而助焊劑則是由粘結劑(樹脂),溶劑,活性劑,觸變劑及其它添加劑組成,它對錫膏從絲網印刷到焊接整個過程起著至關重要的作用,2.1.1 錫膏,a. 成份:,二.表面貼裝技術(SMT),附表一列出了錫膏的基本成份配合合成比例。,二.表面貼裝技術(SMT),金屬成分 - 有铅錫膏 Sn63Pb37, SnPb36Ag2, Sn60Pb40 - 无鉛錫膏 SnAgCu(305,405),SnCu0.7,Sn42Bi58,SnZn9 助焊劑的成分,325表示: 325 孔/平方英寸,說明網眼大小,(-400/+500),二.表面貼裝技術(SMT),錫粉顆粒大小:,說明顆粒等級,二.表面貼裝技術(SMT),b. 錫膏管理:,保存： 需在010的冰箱里冷藏,否則會影響錫膏性能.儲存時間不超過6個月. 回溫: 在錫膏回溫到室溫前切勿拆開容器或攪拌錫膏, 一般回溫時間約為 412小時(以自然回溫方式）;如未回溫完全就使用錫膏,會冷凝空氣中的水氣.錫膏使用前一般需用攪拌機攪拌約13分鐘. 使用: 時間不超過8小時,回收的錫膏最好不要用,印刷錫膏過程在2125 , 35% 65%RH環境作業最好,不可有冷風或熱風直接對著吹.,二.表面貼裝技術(SMT),c. 錫膏使用流程:,二.表面貼裝技術(SMT),進料,入庫,回溫,攪拌,開封,1 錫膏依不同批號,自序號較小之瓶先取用,保證先進先出,2 回溫完成後,打開錫膏,登記“開封”時間及開封后使用“期限”,3 已開封的錫膏在使用後不得再放入冰箱中冷藏,在鋼板上印刷超過8個小時以及錫膏開封後超過24小時,尚未用完的,必須報廢.,4 锡膏领料员需拿已用完锡膏的空瓶去交换新的锡膏.领取锡膏时,需对锡膏的回温时间,搅拌时间进行檢查.,二.表面貼裝技術(SMT),2.1.2 鋼板(Stencil),二.表面貼裝技術(SMT),從制作方式和發展歷程分為三類化學蝕刻鐳射切割電鑄成型。,從黏結方式分為金屬鋼板和 柔性鋼板,成型的金屬鋼片直接粘接在框架上,稱為金屬鋼板,若是通過金屬絲網與框架進行粘接,則稱為柔性鋼板。我們通常用的是柔性鋼板。,2.1.2 鋼板(Stencil),2.1.2.1.鋼板的功能,鋼板的主要功能是幫助錫膏沉積到PCB 的Pad上目的是將准確數量的錫膏轉移到PCB上准確的位置,二.表面貼裝技術(SMT),2.1.2 鋼板(Stencil),2.1.2.2. 鋼板的結構,A.鋼片鋼片材質的好壞直接影響鋼板使用壽命和印刷效果選用鋼片材質SUS304H 使用寿命达到20万次以上 特點硬度高無磁性耐腐蝕。 B.絲網絲網選用100目鋼絲網張力大、平整度好熱膨脹系數與不銹鋼片相匹配不易變形。,二.表面貼裝技術(SMT),2.1.2.2. 鋼板的結構,繃網采用红胶+铝胶带方式，在铝框与胶粘接处，须均匀刮上一层保护漆（S224）。同时，應保证网板有足够的张力(不小于35 N/cm)和良好的平整度 C.網框:框架尺寸根据印刷机的要求而定，以DEK265和MPM UP2000机型为例，框架尺寸为29*29 inch, 采用铝合金, 框架型材规格为1.5*1.5 inch,二.表面貼裝技術(SMT),2.1.2 鋼板(Stencil),2.1.2.3. 鋼板的發展歷程主要經過三種制作方式,二.表面貼裝技術(SMT),a.化學腐蝕,是在一块一定厚度的金屬鋼板上通过图形转移和化学药液腐蚀形成开孔; 具體方法取薄铜板或不锈钢板，在两面涂盖光敏耐酸物，正趋光性(黑色焊盘)模版分别叠放在两面，用强力紫外光曝光曝光区域变硬，而软的焊盘区域可以被冲洗掉。然后将板放入酸中洗浴，从两面腐蚀掉所希望孔。如圖所示,二.表面貼裝技術(SMT),2.1.2.3. 鋼板技朮的發展歷程,b.鐳射切割,是在一块一定厚度的不锈钢片上用电脑控制的CO2 或YAG激光从板的一面切割出開孔，激光切割形成V形开口；激光将熔化的金属切割出開孔的同时也容易熔化模板表面，造成表面粗糙。因此需要用沙抛光或用化学方法(電拋光)来清洗表面。,二.表面貼裝技術(SMT),2.1.2.3. 鋼板技朮的發展歷程,C.電鑄模板,是利用电沉积方法在芯模上沉积要求厚度的镍金属后剥离芯模形成薄板的有孔的图形具體方法用光敏绝缘乳胶埋盖住芯板(基板)，通过负趋光性模版(焊盘区透明，非焊盘区不透明)用紫外光曝光使焊盘区域变硬，而其它软的非焊盘区被清洗掉，然后将芯板浸浴在酸性电解溶液内，作为阴极联接在电源上，阳极为耗损性镍。经过几个小时，镍就沉淀在导电区域(非焊盘)，并可以象一张纸一样撕下，形成網孔。,二.表面貼裝技術(SMT),2.1.2.3. 鋼板技朮的發展歷程,2.1.2 鋼板(Stencil),2.1.2.4 兩個附加工藝,拋光和鍍鎳是用來進一步提高表面光潔度消除表面不規則這可以改善錫膏的釋放提高鋼板的性能。,二.表面貼裝技術(SMT),2.1.2 鋼板(Stencil),2.1.2.5.三種工藝流程的比較,二.表面貼裝技術(SMT),2.1.2 鋼板(Stencil),2.1.2.5.三種工藝流程的比較,二.表面貼裝技術(SMT),2.1.2 鋼板(Stencil),1.开口的宽厚比/面积比 2.开口侧壁的几何形状 3.孔壁的光洁度 后两个因素由模板的制造技朮决定的，前一个我们設計時考虑的更多。,2.1.2.6. 锡膏从内孔壁释放的能力主要决定于三个因素:,二.表面貼裝技術(SMT),2.1.2 鋼板(Stencil),若L5W,则考虑宽厚比(開口的寬度L除以鋼板的厚度T)； 否则考虑面积比(開口的表面積除以鋼板開口側壁的面積),二.表面貼裝技術(SMT),2.1.3 刮刀(Squeegee)的結構,A.刀片刀片材質的好壞直接影響鋼板使用壽命和印刷效 果選用鋼片, 特點硬度高無磁性耐腐蝕,常 用硬度為8085肖氏回跳硬度（Shore）;也有聚胺酯刮刀.,二.表面貼裝技術(SMT),2.1.3 刮刀(Squeegee)的結構,B.刀座是固定刮刀片,並起調整刮刀的角度,常用得角度為 45o 或 60o,二.表面貼裝技術(SMT),刮刀,菱形刮刀,拖裙形刮刀,聚乙烯材料 或类似材料,金属,二.表面貼裝技術(SMT),C.刮刀壓力刮刀壓力設定是剛好將鋼板表面的錫膏刮干淨為准 刮刀壓力设定：,第一步：在每50mm的刮刀长度上施加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。 第三步：在锡膏刮不干净开始到刮刀沉入開孔内挖出锡膏之间，增加 12kg的可接受范围即可達到好的印制效果。,D.刮刀的硬度 范围用颜色代号来区分： 很軟 红色 軟 绿色 硬 蓝色 很硬 白色,三.表面貼裝設備,3.1 印刷機是將焊料（錫膏或膠水等）通過鋼板和刮刀印刷到PCB板上的設備,印刷机类型 按功能可分为三种类型： A手動印刷機 ,B半自動印刷機，C全自動印刷機,三.表面貼裝設備,A.手動印刷機 適用于印刷精度要求不高的大型貼裝元件；,B.半自動印刷機 適用于小批量離線式生產，及較高精度的貼裝元件；,C.全自動印刷機 適用于大批量在線式生產，及高精度的貼裝元件；,贴片机类型 按功能可分为兩种类型：A高速機 ,B泛用機,3.2 贴片机: 將電子元件貼裝 到已經印刷了錫 膏或膠水的PCB 上的設備。,三.表面貼裝設備,A.高速機 適用于貼裝小型大量的元件；如電容，電阻等，也可貼裝一些IC元件，但精度受到限制。,B.泛用機 適用于貼裝異型的或精密度高的元件；如QFP,BGA SOT,SOP,PLCC等.,三.表面貼裝設備,3.3 回焊爐,三.表面貼裝設備,通過高溫使焊料先熔化再冷卻固化，從而達到將PCB和SMT元件焊接在一起。,3.3.1.Reflow溫度曲線設定方式 A:預熱階段(preheat) 最初的升溫是當產品進入回焊爐時的一個快速的溫度上升階段,目的是要將錫膏帶到開始焊錫活化所希望的溫度.此階段升溫斜率不能太大,保持在1-3/Sec.目的在於保証PCB和SMT零件由常溫進入回焊爐後不會因為溫度變化太大而造成損害. B:恆溫階段(soaking) 最理想的恆溫溫度是剛好在錫膏材料熔點之下.目的主要有兩點:,三.表面貼裝設備,1.將PCB元件和材料帶到一個均勻的溫度,接近錫膏熔點. 2.活化錫膏中的助焊劑,使其開始清除焊盤與引腳上附著的 氧化物,留下可供焊錫的清潔表面. C:回焊階段(reflow) 回焊階段是整個裝配過程的關鍵階段,溫度超過錫膏熔點,但峰值溫度為不能太高,保証元件不受損. D:冷卻階段(cooling) 冷卻固化階段.冷卻速度是關鍵,太快可能損壞裝配,太慢會造成焊點脆弱.,三.表面貼裝設備,3.3.2. 回焊溫度曲線（Reflow Profile）,三.表面貼裝設備,3.4 自動光學檢查機（AOI）,三.表面貼裝設備,利用光學反射成像原理，偵測SMT貼裝的外觀焊接不良。,3.5 底部填充機（Underfill）,三.表面貼裝設備,利用毛細現象,將特殊的固定膠填充入PCB與零件之間的空隙內,以提高焊接牢固強度的設備.,五.總 結,SMT目前是最流行電子產品組裝方式之一,從60年代初至今, SMT設備經歷過手動到半自動到全自動,精度由以前的毫米級提高到目前的微米級, SMT元件也逐漸向輕薄短小化方向發展. SMT的制程難度不斷加深,制程技術也逐漸走向成熟,包括無鉛制程(Lead free)和0201甚至01005元件技朮.,疑問&解答,THANKS!,