SMT工艺知识概述模板.doc

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SMT工艺介绍
SMT工艺名词术语
1、 表面贴装组件（SMA）（surface mount assemblys）
采取表面贴装技术完成贴装印制板组装件。
2、 回流焊（reflow soldering）
经过熔化预先分配到PCB焊盘上焊膏，实现表面贴装元器件和PCB焊盘连接。
3、 波峰焊（wave soldering）
将溶化焊料，经专用设备喷流成设计要求焊料波峰，使预先装有电子元器件PCB经过焊料波峰，实现元器和PCB焊盘之间连接。
4、 细间距 （fine pitch）
小于0.5mm引脚间距
5、 引脚共面性 （lead coplanarity ）
指表面贴装元器件引脚垂直高度偏差，即引脚最高脚底和最低引脚底形成平面这间垂直距离。其数值通常小于0.1mm。
6、 焊膏 （ solder paste ）
由粉末状焊料合金、助焊剂和部分起粘性作用及其它作用添加剂混合成含有一定粘度和良好触变性焊料膏。
7、 固化 （curing ）
在一定温度、时间条件下，加热贴装了元器件贴片胶，以使元器件和PCB板临时固定在一起工艺过程。
8、 贴片胶 或称红胶（adhesives）（SMA）
固化前含有一定初粘度有外形，固化后含有足够粘接强度胶体。
9、 点胶 ( dispensing )
表面贴装时，往PCB上施加贴片胶工艺过程。
10、 胶机 ( dispenser )
能完成点胶操作设备。
11、 贴装（ pick and place ）
将表面贴装元器件从供料器中拾取并贴放到PCB要求位置上操作。
12、 贴片机 （ placement equipment ）
完成表面贴装元器件贴片功效专用工艺设备。
13、 高速贴片机 ( high placement equipment )
实际贴装速度大于2万点/小时贴片机。
14、 多功效贴片机 ( multi-function placement equipment )
用于贴装体形较大、引线间距较小表面贴装器件，要求较高贴装精度贴片机，
15、 热风回流焊 ( hot air reflow soldering )
以强制循环流动热气流进行加热回流焊。
16、 贴片检验 ( placement inspection )
贴片完成后，对于是否有漏贴、错位、贴错、元器件损坏等情况进行质量检验。
17、 钢网印刷 ( metal stencil printing )
使用不锈钢网板将焊锡膏印到PCB焊盘上印刷工艺过程。
18、 印刷机 ( printer)
在SMT中，用于钢网印刷专用设备。
19、 炉后检验 ( inspection after soldering )
对贴片完成后经回流炉焊接或固化PCBA质量检验。
20、 炉前检验 (inspection before soldering )
贴片完成后在回流炉焊接或固化前进行贴片质量检验。
21、 返修 ( reworking )
为去除PCBA局部缺点而进行修复过程。
22、 返修工作台 ( rework station )
能对有质量缺点PCBA进行返修专用设备。
表面贴装方法分类
依据SMT工艺制程不一样，把SMT分为点胶制程（波峰焊）和锡膏制程（回流焊）。它们关键区分为：
l 贴片前工艺不一样，前者使用贴片胶，后者使用焊锡膏。
l 贴片后工艺不一样，前者过回流炉后只起固定作用、还须再过波峰焊，后者过回流炉后起焊接作用。

依据SMT工艺过程则可把其分为以下多个类型。
第一类 只采取表面贴装元件装配
IA 只有表面贴装单面装配
工序: 丝印锡膏=>贴装元件=>回流焊接
IB 只有表面贴装双面装配
工序: 丝印锡膏=>贴装元件=>回流焊接=>反面=>丝印锡膏=>贴装元件=>回流焊接
第二类 一面采取表面贴装元件和另一面采取表面贴元件和穿孔元件混合装配
工序: 丝印锡膏(顶面)=>贴装元件=>回流焊接=>反面=>点胶(底面)=>贴装元件=>烘干胶=>反面=>插元件=>波峰焊接
第三类 顶面采取穿孔元件, 底面采取表面贴装元件装配
工序: 点胶=>贴装元件=>烘干胶=>反面=>插元件=>波峰焊接
SMT工艺步骤
领PCB、贴片元件 贴片程式录入、道轨调整、炉温调整 上料 上PCB
点胶（印刷） 贴片 检验 固化 检验 包装 保管
各工序工艺要求和特点：
1. 生产前准备
l 清楚产品型号、PCB版本号、生产数量和批号。
l 清楚元器件种类、数量、规格、代用料。
l 清楚贴片、点胶、印刷程式名称。
l 有清楚Feeder list。
l 有生产作业指导卡、及清楚指导卡内容。
2. 转机时要求
l 确定机器程式正确。
l 确定每一个Feeder位元器件和Feeder list相对应。
l 确定全部 轨道宽度和定位针在正确位置。
l 确定全部Feeder正确、牢靠地安装和料台上。
l 确定全部Feeder送料间距是否正确。
l 确定机器上板和下板是非顺畅。
l 检验点胶量及大小、高度、位置是否适合。
l 检验印刷锡膏量、高度、位置是否适合。
l 检验贴片元件及位置是否正确。
l 检验固化或回流后是否产生不良。
3. 点胶
l 点胶工艺关键用于引线元件通孔插装（THT）和表面贴装（SMT）共存贴插混装工艺。在整个生产工艺步骤（见图）中，我们能够看到，印刷电路板（PCB）其中一面元件从开始进行点胶固化后，到了最终才能进行波峰焊焊接，这期间间隔时间较长，而且进行其它工艺较多，元件固化就显得尤为关键。 
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

自动
插装

人工流
水插装

波峰焊接
B面

l 点胶过程中工艺控制。生产中易出现以下工艺缺点：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。所以进行点胶各项技术工艺参数控制是处理问题措施。
3.1 点胶量大小
依据工作经验，胶点直径大小应为焊盘间距二分之一，贴片后胶点直径应为胶点直径1.5倍。这么就能够确保有充足胶水来粘结元件又避免过多胶水浸染焊盘。点胶量多少由点胶时间长短及点胶量来决定，实际中应依据生产情况（室温、胶水粘性等）选择点胶参数。
3.2 点胶压力
现在企业点胶机采取给点胶针头胶筒施加一个压力来确保足够胶水挤出点胶嘴。压力太大易造成胶量过多；压力太小则会出现点胶断续现象，漏点，从而造成缺点。应依据同品质胶水、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，这时需调低压力就可确保胶水供给，反之亦然。
3.3 点胶嘴大小
在工作实际中，点胶嘴内径大小应为点胶胶点直径1/2，点胶过程中，应依据PCB上焊盘大小来选择点胶嘴：如0805和1206焊盘大小相差不大，能够选择同一个针头，不过对于相差悬殊焊盘就要选择不一样点胶嘴，这么既能够确保胶点质量，又能够提升生产效率。
3.4 点胶嘴和PCB板间距离
不一样点胶机采取不一样针头，点胶嘴有一定止动度。每次工作开始应确保点胶嘴止动杆接触到PCB。
3.5 胶水温度
通常环氧树脂胶水应保留在0--50C冰箱中，使用时应提前1/2小时拿出，使胶水充足和工作温度相符合。胶水使用温度应为230C--250C；环境温度对胶水粘度影响很大，温度过低则会胶点变小，出现拉丝现象。环境温度相差50C，会造成50％点胶量改变。所以对于环境温度应加以控制。同时环境温度也应该给确保，湿度小胶点易变干，影响粘结力。
3.6 胶水粘度
胶粘度直接影响点胶质量。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，应对不一样粘度胶水，选择合理压力和点胶速度。
3.7固化温度曲线
对于胶水固化，通常生产厂家已给出温度曲线。在实际应尽可能采取较高温度来固化，使胶水固化后有足够强度。
3.8 气泡
胶水一定不能有气泡。一个小小气泡就会造成很多焊盘没有胶水；每次装胶水时时应排空胶瓶里空气，预防出现空打现象。
对于以上各参数调整，应按由点及面方法，任何一个参数改变全部会影响到其它方面，同时缺点产生，可能是多个方面所造成，应对可能原因逐项检验，进而排除。总而言之，在生产中应该根据实际情况来调整各参数，既要确保生产质量，又能提升生产效率
4. 印刷
在表面贴装装配回流焊接中，锡膏用于表面贴装元件引脚或端子和焊盘之间连接，有很多变量。如锡膏、丝印机、锡膏应用方法和印刷工艺过程。在印刷锡膏过程中，基板放在工作台上，机械地或真空夹紧定位，用定位销或视觉来对准，用模板(stencil)进行锡膏印刷。
在模板锡膏印刷过程中，印刷机是达成所期望印刷品质关键。
在印刷过程中，锡膏是自动分配，印刷刮板向下压在模板上，使模板底面接触到电路板顶面。当刮板走过所腐蚀整个图形区域长度时，锡膏经过模板/丝网上开孔印刷到焊盘上。在锡膏已经沉积以后，丝网在刮板以后立即脱开(snap off)，回到原地。这个间隔或脱开距离是设备设计所定，大约0.020"~0.040"。
脱开距离和刮板压力是两个达成良好印刷品质和设备相关关键变量。
　　假如没有脱开，这个过程叫接触(on-contact)印刷。当使用全金属模板和刮刀时，使用接触印刷。非接触(off-contact)印刷用于柔性金属丝网。
在锡膏丝印中有三个关键要素， 我们叫做3S： Solder paste(锡膏)，Stencils (模板)，和Squeegees(丝印刮板)。三个要素正确结合是连续丝印品质关键所在。
刮板(squeegee)
刮板作用，在印刷时，使刮板将锡膏在前面滚动，使其流入模板孔内， 然后刮去多出锡膏， 在PCB焊盘上留下和模板一样厚锡膏。
常见有两种刮板类型：橡胶或聚氨酯(polyurethane)刮板和金属刮板。
金属刮板由不锈钢或黄铜制成，含有平刀片形状，使用印刷角度为30~55°。使用较高压力时，它不会从开孔中挖出锡膏，还因为是金属，它们不象橡胶刮板那样轻易磨损，所以不需要锋利。它们比橡胶刮板成本贵得多，并可能引发模板磨损。
橡胶刮板，使用70-90橡胶硬度计(durometer)硬度刮板。当使用过高压力时，渗透到模板底部锡膏可能造成锡桥，要求频繁底部抹擦。甚至可能损坏刮板和模板或丝网。过高压力也倾向于从宽开孔中挖出锡膏，引发焊锡圆角不够。刮板压力低造成遗漏和粗糙边缘，
刮板磨损、压力和硬度决定印刷质量，应该仔细监测。对可接收印刷品质，刮板边缘应该锋利、平直和直线。
模板(stencil)类型
现在使用模板关键有不锈钢模板，其制作关键有三种工艺：化学腐蚀、激光切割和电铸成型。
因为金属模板和金属刮板印出锡膏较饱满， 有时会得到厚度太厚印刷， 这能够经过降低模板厚度方法来纠正。
另外能够经过降低(“微调”)丝孔长和宽10 %，以降低焊盘上锡膏面积。 从而可改善因焊盘定位不准而引发模板和焊盘之间框架密封情况， 降低了锡膏在模板底和PCB 之间“ 炸 开 ”。 可使印刷模板底面清洁次数由每5或10 次印刷清洁一次降低到每50次印刷清洁一次 。
锡膏（solder paste）
锡膏是锡粉和松香(resin)结合物，松香功效是在回流(reflowing)焊炉第一阶段，除去元件引脚、焊盘和锡珠上氧化 物，这个阶段在150° C连续大约三分钟。焊锡是铅、锡和银合金，在回流焊炉第二阶段，大约220° C时回流。
粘度是锡膏一个关键特征，我们要求其在印刷行程中，其粘性越低，则流动性越好，易于流入模板孔内，印到PCB焊盘上。在印刷过后，锡膏停留在PCB焊盘上，其粘性高，则保持其填充形状，而不会往下塌陷。
锡膏标准粘度大约在500kcps~1200kcps范围内，较为经典800kcps用于模板丝印是理想。判定锡膏是否含有正确粘度,有一个实际和经济方法，以下：
用刮勺在容器罐内搅拌锡膏大约30秒钟，然后挑起部分锡膏，高出容器罐三、四英寸，让锡膏自行往下滴，开始时应该象稠糖浆一样滑落而下，然后分段断裂落下到容器罐内。假如锡膏不能滑落，则太稠，粘度太低。假如一直落下而没有断裂，则太稀，粘度太低。

印刷工艺参数控制
模板和PCB分离速度和分离距离（Snap-off）
丝印完后，PCB和丝印模板分开，将锡膏留在PCB 上而不是丝印孔内 。对于最细密丝印孔来说，锡膏可能会更轻易粘附在孔壁上而不是焊盘上，模板厚度很关键， 有两个原因是有利， 第一， 焊盘是一个连续面积， 而丝孔内壁大多数情况分为四面，有利于释放锡膏； 第二，重力和和焊盘粘附力一起， 在丝印和分离所花 2~6 秒时间内，将锡膏拉出丝孔粘着于PCB上。为最大发挥这种有利作用，可将分离延时，开始时PCB分开较慢。 很多机器许可丝印后延时，工作台下落头2~3 mm 行程速度可调慢。
印刷速度
印刷期间，刮板在印刷模板上行进速度是很关键， 因为锡膏需要时间来滚动和流入模孔内。假如时间不够，那么在刮板行进方向，锡膏在焊盘上将不平。 当速度高于每秒20 mm 时， 刮板可能在少于几十毫秒时间内刮过小模孔。
印刷压力
印刷压力须和刮板硬度协调，假如压力太小，刮板将刮不洁净模板上锡膏，假如压力太大，或刮板太软，那么刮板将沉入模板上较大孔内将锡膏挖出。
压力经验公式
在金属模板上使用刮板， 为了得到正确压力， 开始时在每50 mm刮板长度上施加1 kg 压力，比如300 mm 刮板施加6 kg 压力， 逐步降低压力直到锡膏开始留在模板上刮不洁净，然后再增加1 kg 压力。 在锡膏刮不洁净开始到刮板沉入丝孔内挖出锡膏之间，应该有1~2 kg可接收范围全部能够抵达好丝印效果。
为了达成良好印刷结果，必需有正确锡膏材料(黏度、金属含量、最大粉末尺寸和尽可能最低助焊剂活性)、正确工具(印刷机、模板和刮刀)和正确工艺过程(良好定位、清洁拭擦)结合。依据不一样产品，在印刷程序中设置对应印刷工艺参数，如工作温度、工作压力、刮刀速度、模板自动清洁周期等，同时要制订严格工艺管理制订及工艺规程。
①  严格根据指定品牌在使用期内使用焊膏，平日焊膏保留在冰箱中，使用前要求置于室温6小时以上，以后方可开盖使用，用后焊膏单独存放，再用时要确定品质是否合格。
②  生产前操作者使用专用不锈钢棒搅拌焊膏使其均匀，并定时用黏度测试仪对焊膏黏度进行抽测。
③ 当日当班印刷首块印刷析或设备调整后，要利用焊膏厚度测试仪对焊膏印刷厚度进行测定，测试点选在印刷板测试面上下，左右及中间等5点，统计数值，要求焊膏厚度范围在模板厚度-10％-模板厚度+15％之间。
④  生产过程中，对焊膏印刷质量进行100％检验，关键内容为焊膏图形是否完整、厚度是否均匀、是否有焊膏拉尖现象。
⑤ 当班工作完成后按工艺要求清洗模板。
⑥在印刷试验或印刷失败后，印制板上焊膏要求用超声波清洗设备进行根本清洗并晾干，或用酒精及用高压气清洗，以预防再次使用时因为板上残留焊膏引发回流焊后出现焊球等现象。
5. 贴装
贴装前应进行下列项目标检验：
l `元器件可焊性、引线共面性、包装形式
l PCB尺寸、外观、翘曲、可焊性、阻焊膜（绿油）
l Feeder 位置元件规格查对
l 是否有需要人工贴装元器件或临时不贴元器件、加贴元器件
l Feeder和元件包装规格是否一致。
贴装时应检验项目：
l 检验所贴装元件是否有偏移等缺点，对偏移元件要进行位置调整。
l 检验贴装率，并对元件和贴片头进行时时临控。
6. 固化、回流
在固化、回流工艺里最关键是控制好固化、回流温度曲线亦即是固化、回流条件，正确温度曲线将确保高品质焊接锡点。在回流炉里，其内部对于我们来说是一个黑箱，我们不清楚其内部发生事情，这么为我制订工艺带来重重困难。为克服这个困难，在SMT行业里普遍采取温度测试仪得出温度曲线，再参考之进行更改工艺。
温度曲线是施加于电路装配上温度对时间函数，当在笛卡尔平面作图时，回流过程中在任何给定时间上，代表PCB上一个特定点上温度形成一条曲线。
多个参数影响曲线形状，其中最关键是传送带速度和每个区温度设定。传送带速度决定机板暴露在每个区所设定温度下连续时间，增加连续时间能够许可更多时间使电路装配靠近该区温度设定。每个区所花连续时间总和决定总共处理时间。
每个区温度设定影响PCB温度上升速度，高温在PCB和区温度之间产生一个较大温差。增加区设定温度许可机板愈加快地达成给定温度。所以，必需作出一个图形来决定PCB温度曲线。接下来是这个步骤轮廓，用以产生和优化图形。
需要下列设备和辅助工具：温度曲线仪、热电偶、将热电偶附着于PCB工具和锡膏参数表。测温仪器通常分为两类：实时测温仪，即时传送温度/时间数据和作出图形；而另一个测温仪采样储存数据，然后上载到计算机。
将热电偶使用高温焊锡如银/锡合金，焊点尽可能最小附着于PCB，或用少许热化合物(也叫热导膏或热油脂)斑点覆盖住热电偶，再用高温胶带(如Kapton)粘住附着于PCB。
附着位置也要选择，通常最好是将热电偶尖附着在PCB焊盘和对应元件引脚或金属端之间。图示

(将热电偶尖附着在PCB焊盘和对应元件引脚或金属端之间)
锡膏特征参数表也是必需，其应包含所期望温度曲线连续时间、锡膏活性温度、合金熔点和所期望回流最高温度。
理想温度曲线
理论上理想曲线由四个部分或区间组成，前面三个区加热、最终一个区冷却。炉温区越多，越能使温度曲线轮廓达成更正确和靠近设定。

(理论上理想回流曲线由四个区组成，前面三个区加热、最终一个区冷却)
预热区，用来将PCB温度从周围环境温度提升到所须活性温度。其温度以不超出每秒2~5°C速度连续上升，温度升得太快会引发一些缺点，如陶瓷电容细微裂纹，而温度上升太慢，锡膏会感温过分，没有足够时间使PCB达成活性温度。炉预热区通常占整个加热通道长度25~33%。
活性区，有时叫做干燥或浸湿区，这个区通常占加热通道33~50%，有两个功用，第一是，将PCB在相当稳定温度下感温，使不一样质量元件含有相同温度，降低它们相当温差。第二个功效是，许可助焊剂活性化，挥发性物质从锡膏中挥发。通常普遍活性温度范围是120~150°C，假如活性区温度设定太高，助焊剂没有足够时间活性化。所以理想曲线要求相当平稳温度，这么使得PCB温度在活性区开始和结束时是相等。
回流区，其作用是将PCB装配温度从活性温度提升到所推荐峰值温度。经典峰值温度范围是205~230°C，这个区温度设定太高会引发PCB过分卷曲、脱层或烧损，并损害元件完整性。
理想冷却区曲线应该是和回流区曲线成镜像关系。越是靠近这种镜像关系，焊点达成固态结构越紧密，得到焊接点质量越高，结合完整性越好。
实际温度曲线
当我们按通常PCB回流温度设定后，给回流炉通电加热，当设备临测系统显示炉内温度达成稳定时，利用温度测试仪进行测试以观察其温度曲线是否和我们预定曲线相符。不然进行各温区温度重新设置及炉子参数调整，这些参数包含传送速度、冷却风扇速度、强制空气冲击和惰性气体流量，以达成正确温度为止。
经典PCB回流区间温度设定
区间
区间温度设定
区间末实际板温
预热
210°C
140°C
活性
180°C
150°C
回流
240°C
210°C
以下是部分不良回流曲线类型：

图一、预热不足或过多回流曲线

图二、活性区温度太高或太低

图三、回流太多或不够

图四、冷却过快或不够
当最终曲线图尽可能和所期望图形相吻合，应该把炉参数统计或储存以备后用。即使这个过程开始很慢和费力，但最终能够取得熟练和速度，结果得到高品质PCB高效率生产
回流焊关键缺点分析：
· 锡珠(Solder Balls)：原因：1、丝印孔和焊盘不对位，印刷不正确，使锡膏弄脏PCB。 2、锡膏在氧化环境中暴露过多、吸空气中水份太多。3、加热不正确，太慢且不均匀。4、加热速率太快且预热区间太长。5、锡膏干得太快。6、助焊剂活性不够。7、太多颗粒小锡粉。8、回流过程中助焊剂挥发性不合适。锡球工艺认可标准是：当焊盘或印制导线之间距离为0.13mm时，锡珠直径不能超出0.13mm，或在600mm平方范围内不能出现超出五个锡珠。
· 锡桥(Bridging)：通常来说，造成锡桥原因就是因为锡膏太稀，包含 锡膏内金属或固体含量低、摇溶性低、锡膏轻易炸开，锡膏颗粒太大、助焊剂表面张力太小。焊盘上太多锡膏，回流温度峰值太高等。
· 开路(Open)：原因：1、锡膏量不够。2、元件引脚共面性不够。3、锡湿不够(不够熔化、流动性不好)，锡膏太稀引发锡流失。4、引脚吸锡(象灯芯草一样)或周围有连线孔。引脚共面性对密间距和超密间距引脚元件尤其关键，一个处理方法是在焊盘上预先上锡。引脚吸锡能够经过放慢加热速度和底面加热多、上面加热少来预防。也能够用一个浸湿速度较慢、活性温度高助焊剂或用一个Sn/Pb不一样百分比阻滞熔化锡膏来降低引脚吸锡。
7. 检验、包装
检验是为我们用户（亦是下一工序）提供100%良好品保障，所以我们必需对每一个PCBA进行检验。
检验着重项目：
l PCBA版本号是否为更改后版本。
l 用户有否要求元器件使用代用料或指定厂商、牌子元器件。
l IC、二极管、三极管、钽电容、铝电容、开关等有方向元器件方向是否正确。
l 焊接后缺点：短路、开路、缺件、假焊
包装是为把PCBA安全地运输到用户（下一工序）手上。要确保运输途中PCBA安全，我们就要有可靠包装以进行运输。企业现在所用包装工含有：
l 用胶袋包装后竖状堆放于防静电胶盆
l 把PCBA使用专用存放架（企业定做、设备专商提供）存放
l 用户指定包装方法
不管使用何种包装均要求对包装箱作明确标识，该标识必需包含下元列内容：
l 产品名称及型号
l 产品数量
l 生产日期
l 检验人
8、在SMT贴装过程中，难免会遇上一些元器件使用人工贴装方法，人工贴装时我们要注意下列事项：
l 避免将不一样元件混在一起
l 切勿使元器件受到过分拉力和压力
l 转动元器件应该夹着主体，不应该夹着引脚或焊接端
l 放置元件是应使用清洁镊子
l 不使用丢掉或标识不明元器件
l 使用清洁元器件
l 小心处理可编程装置，避免导线损坏