SMT工艺基本知识介绍.ppt

Foxconn Technology GroupFoxconn Technology GroupSMT Technology Development CommitteeSMT Technology Development CommitteeSMT Technology CenterSMT Technology CenterSMT SMT 技術中心技術中心nCompany:富士康科技集团富士康科技集团(深圳总部深圳总部)nDepartment:工程部工程部nName:罗罗 辉辉nEducation:本科本科/機械電子工程機械電子工程nExperience:六年六年SMT經驗經驗nTelephone:0755-27706868-83493nE-mail：Danny.H.LSummary一.SMT概述二.表面貼裝技術(SMT)三.SMT設備四.小結PCBPad引腳電极一一.SMT概述概述 表面貼裝技術表面貼裝技術,最早源自二十世紀六十年代。就是在最早源自二十世紀六十年代。就是在PCB上直接裝配上直接裝配SMD的零件，最大的優點是其每一的零件，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零件之單位面積上都有極高的佈線密度,並且縮短連並且縮短連接線路，從而提高電氣性能。接線路，從而提高電氣性能。1.1.SMT:Surface Mounting Technology.1.2.什么叫什么叫SMT一.SMT概述1.3.SMT工藝流程工藝流程 PCB投入錫膏印刷印刷檢查貼片焊接後檢查回流焊接貼片檢查SMT 產線:印刷機貼片機回流焊一.SMT概述SMT的制程種類I 類:印刷锡膏贴装元件回流焊清洗锡膏锡膏回流焊工艺回流焊工艺简单，快捷简单，快捷涂敷粘接剂 加热表面安装元件固化翻转插通孔元件波峰焊清洗贴片贴片波峰焊工艺波峰焊工艺价格低廉，但要求设备多，难以实现高密度组装价格低廉，但要求设备多，难以实现高密度组装一.SMT概述通常先作通常先作B B面面再作再作A A面面印刷锡膏贴装元件回流焊翻转贴装元件印刷锡膏回流焊翻转清洗双面回流焊工艺双面回流焊工艺A A面布有大型面布有大型ICIC器件器件B B面以片式元件为主面以片式元件为主充分利用充分利用 PCBPCB空间，实现安装面积最小化，工艺控制复杂，要求严格空间，实现安装面积最小化，工艺控制复杂，要求严格常用于密集型或超小型电子产品，如常用于密集型或超小型电子产品，如 手机手机II 類:一.SMT概述混合安装工艺混合安装工艺多用于消费类电子产品的组装多用于消费类电子产品的组装，如電腦主板，如電腦主板波峰焊插通孔元件清洗印刷锡膏贴装元件回流焊翻转印刷锡膏贴装元件回流焊先作先作B B面：面：再作再作A A面：面：插通孔元件后再过波峰焊：插通孔元件后再过波峰焊：III 類:一.SMT概述1.4.為什麼要用表面貼裝技術為什麼要用表面貼裝技術(SMT)1.電子電子產產品追求小型化，以前使用的穿孔插件元件品追求小型化，以前使用的穿孔插件元件已無法縮小已無法縮小 2.電子電子產產品功能更完整，所採用的積體電路品功能更完整，所採用的積體電路(IC)已已無穿孔元件，特別是大規模、高集成無穿孔元件，特別是大規模、高集成IC，不得不採不得不採用表面貼片元件用表面貼片元件 3.產產品批量化，生品批量化，生產產自動化，廠方要以低成本高自動化，廠方要以低成本高產產量，出量，出產產優質優質產產品以迎合顧客需求及加強市場競品以迎合顧客需求及加強市場競爭力爭力 一.SMT概述1.5.SMT 之優點之優點l1.能節省空間能節省空間5070%.l2.大量節省元件及裝配成本大量節省元件及裝配成本.l3.可使用更高可使用更高腳腳數之各種零件數之各種零件.l4.具有更多且快速之自動化生具有更多且快速之自動化生產產能力能力.l5.減少零件貯存空間減少零件貯存空間.l6.節省製造廠房空間節省製造廠房空間.l7.總成本降低總成本降低.一.SMT概述表面貼裝技朮是表面貼裝技朮是錫膏印刷錫膏印刷元件貼裝元件貼裝回流回流焊焊接接及其衍生的相關工藝的總和及其衍生的相關工藝的總和下面以此三大下面以此三大主要部分的工藝論述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 錫錫膏膏a.a.成份成份: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 錫錫膏膏a.a.成份成份:二.表面貼裝技術(SMT)原材料原材料重量重量(%)功功 效效金屬合金金屬合金85-92元件與電路板間電氣性和機械元件與電路板間電氣性和機械性性的接合的接合助助焊焊劑劑松香松香(Rosin)2-8給以黏性給以黏性黏著力黏著力金屬氧化物的去除金屬氧化物的去除黏著劑黏著劑1-2防止滴下防止滴下防止防止焊焊料表面氧化料表面氧化活性劑活性劑0-1金屬氧化物的去除金屬氧化物的去除溶劑溶劑1-7黏性黏性印刷性的調整印刷性的調整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)l金屬成分金屬成分-有铅錫膏Sn63Pb37,SnPb36Ag2,Sn60Pb40-无鉛錫膏 SnAgCu(305,405),SnCu0.7,Sn42Bi58,SnZn9l助助焊焊劑的成分劑的成分成份成份功能功能松香松香焊焊接能力接能力/防止塌陷防止塌陷/黏滯力黏滯力/殘留物之顏色殘留物之顏色/印刷能力印刷能力/ICT測測試能力試能力活性劑活性劑活化強度活化強度/信賴度信賴度/保存期限保存期限溶劑溶劑防止塌陷防止塌陷/黏滯時間黏滯時間/黏度控制黏度控制抗垂流劑抗垂流劑黏度黏度/印刷能力印刷能力/防止塌陷防止塌陷 325表示:325 孔/平方英寸說說明明網眼大小網眼大小325400500(-325/+400)(-400/+500)二二.表面貼裝技術表面貼裝技術(SMT)錫粉顆粒大小:說說明明顆粒等級顆粒等級二二.表面貼裝技術表面貼裝技術(SMT)Lessthan1%80%minimum10%MaximumLargerthanBetweenLessthanType1150m150-75m75mType275m75-45m45mType345m45-20m20mType438m38-20m20mType525m25-15m15mType615m15-5m5mb.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.二二.表面貼裝技術表面貼裝技術(SMT)c.錫膏使用流程:二二.表面貼裝技術表面貼裝技術(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.二二.表面貼裝技術表面貼裝技術(SMT)錫膏進出管制卡存儲溫度:入庫時間:回溫時間:回溫失效時間:開封時間:序號失效時間:錫膏品牌型號回溫時間攪拌時間冰凍有效期限室溫有效期限保存條件備 注TUPNL-005S42B412 Hrs2 Min6 Mon3 Mon010開封前機器攪拌,並用筆在燈點上劃“v”2.1.2 鋼板(Stencil)二二.表面貼裝技術表面貼裝技術(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從黏結方式分為金屬鋼板和 柔性鋼板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)2.1.2.1.2.1.2.1.鋼板的功能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上准確的位置二二.表面貼裝技術表面貼裝技術(SMT)2.1.2 鋼板(Stencil)2.1.2.2.2.1.2.2.鋼板的結構鋼板的結構網框鋼片絲網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。二二.表面貼裝技術表面貼裝技術(SMT)2.1.2.2.2.1.2.2.鋼板的結構鋼板的結構網框鋼片絲網 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 二二.表面貼裝技術表面貼裝技術(SMT)2.1.2 鋼板(Stencil)2.1.2.3.2.1.2.3.鋼板的發展歷程主要經過三種制作方式鋼板的發展歷程主要經過三種制作方式二二.表面貼裝技術表面貼裝技術(SMT)a.化學腐蝕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。如圖所示二二.表面貼裝技術表面貼裝技術(SMT)2.1.2.3.2.1.2.3.鋼板技朮的發展歷程鋼板技朮的發展歷程b.b.鐳射切割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。二二.表面貼裝技術表面貼裝技術(SMT)2.1.2.3.2.1.2.3.鋼板技朮的發展歷程鋼板技朮的發展歷程C.C.電鑄模板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。二二.表面貼裝技術表面貼裝技術(SMT)2.1.2.3.2.1.2.3.鋼板技朮的發展歷程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。二二.表面貼裝技術表面貼裝技術(SMT)2.1.2 鋼板(Stencil)2.1.2.5.2.1.2.5.三種三種工藝流程的比較工藝流程的比較二二.表面貼裝技術表面貼裝技術(SMT)2.1.2 鋼板(Stencil)2.1.2.5.2.1.2.5.三種三種工藝流程的比較工藝流程的比較二二.表面貼裝技術表面貼裝技術(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。2.1.2.6.2.1.2.6.锡锡膏从内孔壁膏从内孔壁释释放的能力主要决定于三放的能力主要决定于三个因素个因素:二二.表面貼裝技術表面貼裝技術(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)二二.表面貼裝技術表面貼裝技術(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.二二.表面貼裝技術表面貼裝技術(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二二.表面貼裝技術表面貼裝技術(SMT)刮刀刮刀菱形刮刀菱形刮刀拖裙形刮刀拖裙形刮刀聚乙烯材料聚乙烯材料或类似材料或类似材料金属金属10mm10mm4545度角度角SqueegeeSqueegeeStencilStencil菱形刮刀菱形刮刀拖裙形刮刀拖裙形刮刀SqueegeeSqueegeeStencilStencil45-6045-60度角度角二二.表面貼裝技術表面貼裝技術(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刮刀壓力刀壓力设设定：定：第一步：在每第一步：在每50mm50mm的的刮刮刀长度上施加刀长度上施加1kg1kg的压力。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第三步：在锡膏刮不干净开始到刮刮刀沉入刀沉入開開孔内挖出锡膏之间孔内挖出锡膏之间，增，增加加 1 12kg2kg的可接受范围即可的可接受范围即可達達到好的印制效果。到好的印制效果。D.刮刀的硬度 范围用颜色代号来区分：范围用颜色代号来区分：很很軟軟 红色红色 軟軟 绿色绿色 硬硬 蓝色蓝色 很很硬硬 白色白色三.表面貼裝設備3.1 3.1 印刷機印刷機是將焊料（錫膏或膠水等）通過鋼板和刮刀印刷到PCB板上的設備印刷机印刷机类类型型 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.A.手動印刷機手動印刷機 適用于印刷精度要求不高的大型貼裝元件；B.B.半自動印刷機半自動印刷機 適用于小批量離線式生產，及較高精度的貼裝元件；C.C.全自動印刷機全自動印刷機 適用于大批量在線式生產，及高精度的貼裝元件；贴贴片机片机类类型型 按功能可分为兩种类型：A高速機,B泛用機3.2 3.2 贴贴片机片机: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.A.高速機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.B.泛用機泛用機適用于貼裝異型的或精密度高的元件；如QFP,BGASOT,SOP,PLCC等.三.表面貼裝設備3.3 3.3 回回回回焊焊焊焊爐爐爐爐三.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。3.3.1.3.3.1.ReflowReflow溫度曲線設定方式溫度曲線設定方式溫度曲線設定方式溫度曲線設定方式A:A:預熱階段預熱階段預熱階段預熱階段(preheat)preheat)最初的升溫是當最初的升溫是當產產品進入回品進入回焊焊爐時的一個快速的溫度上爐時的一個快速的溫度上升階段升階段,目的是要將錫膏帶到開始目的是要將錫膏帶到開始焊焊錫活化所希望的溫錫活化所希望的溫度度.此階段升溫斜率不能太大此階段升溫斜率不能太大,保持在保持在1-3/Sec.目的在目的在於保証於保証PCB和和SMT零件由常溫進入回零件由常溫進入回焊焊爐後不會因為爐後不會因為溫度變化太大而造成損害溫度變化太大而造成損害.B:B:恆溫階段恆溫階段恆溫階段恆溫階段(soaking)soaking)最理想的恆溫溫度是剛好在錫膏材料熔點之下最理想的恆溫溫度是剛好在錫膏材料熔點之下.目的主要目的主要有兩點有兩點: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:C:回回焊焊階段階段(reflow)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:D:冷卻階段冷卻階段(cooling)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3.3.2.3.3.2.回回焊焊溫度曲線（溫度曲線（ReflowProfileReflowProfile）三.表面貼裝設備3.4 3.4 自動光學檢自動光學檢查查機機（AOIAOI）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 3.5 底部填充機（底部填充機（UnderfillUnderfill）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.