SMT组装过程的质量检测与分析PPT课件.ppt

项目二 SMT组装过程的质量检测与分析焊膏印刷质量检测 Screen Printer1SMT工艺流程 SMT组装工艺质量检测与分析、控制是SMT生产线上必不可少的环节，它包括印刷、贴片、焊接、清洗等组装全过程各工序的质量检测方法、策略，以及组装缺陷分析及其处理、组装设备检测与工艺参数控制等。SMTSMT工艺流程工艺流程2Screen PrinterScreen PrinterMountMountReflowReflowAOIAOISMT工艺流程3SMT组装工艺相关缺陷据不完全统计，SMT组装工艺相关缺陷：元器件缺陷：6%印刷缺陷：64%贴片缺陷：15%再流焊缺陷：15%SMTSMT工艺流程工艺流程4焊膏印刷质量因素1.焊膏质量的影响焊膏的黏度、金属含量、熔点、焊接温度、粉末大小是决定焊膏性能的主要参数。Screen Printer5焊膏印刷质量因素2.印刷参数印刷过程涉及各种印刷工艺参数及其设置，如刮刀速度、压力、角度、硬度及其材质、脱模速度等。Screen Printer6焊膏印刷质量检测焊膏印刷是SMT工艺中最复杂、最不稳定的工序，受多种因素综合影响，而且动态变化，即使焊膏、印刷机以及印刷参数等都不变的情况下，印刷质量都可能不同。特别是含有0201元件和0.5mm以下的CSP等细间距的元件PCB的焊膏印刷，必须进行焊膏印刷质量检测。Screen Printer7SPISolder Paste Inspection锡膏印刷检测工作内容：透过光学检测判定印刷制程稳定度，预防不良发生。工作原理：利用三角量测原理检查锡膏厚度，藉由锡膏厚度的量测可算出锡点的体积，面积，同时藉由量测出之高度分布情形的加以分析后，可了解锡点的偏移以及是否桥接。Screen Printer8SPISolder Paste Inspection 3D Solder Paste Inspection machineScreen Printer9SPI检测原理 Volume=Solder area*HeightScreen Printer10SPI检测不良Screen Printer11Screen PrinterScreen Printer Screen Printer 的基本要素：的基本要素：Solder Solder paste(又叫锡膏）又叫锡膏）经验公式：经验公式：三球定律三球定律 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：单位：锡珠使用米制（锡珠使用米制（Micron)Micron)度量，而模板厚度工业标准是美国的专用度量，而模板厚度工业标准是美国的专用 单位单位Thou.(1m=1*10-3mm,1thou=1*10-3inches,25mm1thou)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：判断锡膏具有正确粘度的一种经济和实际的方法：搅拌锡膏搅拌锡膏3030秒，挑起一些高出容器三，四英寸，锡膏自行下滴，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。为良好。反之，粘度较差。12对焊锡膏的要求流变性及活性在有效期内保持稳定.印刷时有良好的触变性.开放使用寿命长并保持良好的湿强度.贴片和回流时坍塌小.有足够的活性润湿元器件及焊盘.残留物特性稳定.Screen Printer13Screen Printer锡膏的主要成分：锡膏的主要成分：成成成成 分分分分焊料合焊料合焊料合焊料合金粉末金粉末金粉末金粉末助助助助焊焊焊焊剂剂剂剂主主主主 要要要要 材材材材 料料料料作作作作 用用用用 Sn/PbSn/PbSn/PbSn/PbSn/Pb/Ag Sn/Pb/Ag Sn/Pb/Ag Sn/Pb/Ag 活化剂活化剂活化剂活化剂增粘剂增粘剂增粘剂增粘剂溶溶溶溶 剂剂剂剂摇溶性摇溶性摇溶性摇溶性附加剂附加剂附加剂附加剂 SMDSMDSMDSMD与电路的连接与电路的连接与电路的连接与电路的连接 松香，甘油硬脂酸脂松香，甘油硬脂酸脂松香，甘油硬脂酸脂松香，甘油硬脂酸脂盐酸，联氨，三乙醇酸盐酸，联氨，三乙醇酸盐酸，联氨，三乙醇酸盐酸，联氨，三乙醇酸 金属表面的净化金属表面的净化金属表面的净化金属表面的净化 松香，松香脂，聚丁烯松香，松香脂，聚丁烯松香，松香脂，聚丁烯松香，松香脂，聚丁烯净化金属表面，与净化金属表面，与净化金属表面，与净化金属表面，与SMDSMDSMDSMD保保保保持粘性持粘性持粘性持粘性丙三醇，乙二醇丙三醇，乙二醇丙三醇，乙二醇丙三醇，乙二醇对焊膏特性的适应性对焊膏特性的适应性对焊膏特性的适应性对焊膏特性的适应性石腊（腊乳化液）石腊（腊乳化液）石腊（腊乳化液）石腊（腊乳化液）软膏基剂软膏基剂软膏基剂软膏基剂防离散，塌边等焊接不良防离散，塌边等焊接不良防离散，塌边等焊接不良防离散，塌边等焊接不良14 焊锡膏产品描述 e.g.SN62 RP11 ABS 89.5 500g 合 金 型 号 介 质 型 号 吸 粉 颗 粒 尺 寸 代 号 金 属 含 量 包 装 大 小Screen Printer15锡粉要求合金配比稳定一致.尺寸分布稳定一致.锡粉外形稳定一致(一般为球形)氧化程度低(表面污染程度低)Screen Printer16球形锡粉颗粒WidthLengthLength/width(球形长/宽比)1.5 规格：球形颗粒=95%minimumScreen Printer17非球形锡粉颗粒Distorted Spheres扭曲球体“Dog bones”or irregular“狗骨头”或不规则Screen Printer18使用小颗粒锡粉优点提高细间距焊盘的印刷性能提高耐坍塌性能提高湿强度增加润湿/活化面积缺点锡粉颗粒被氧化的几率增加锡珠缺陷的发生几率增加Screen Printer19锡粉颗粒与印刷能力Screen Printer20助焊剂介质的功能成功焊接的保障.锡粉颗粒的载体.提供合适的流变性和湿强度.清洁焊接表面.去除焊接表面及锡粉颗粒的氧化层.在焊接点表面形成保护层.形成安全的残留物层.Screen Printer21助焊剂介质的组成天然树脂(Rosin)/合成松香(Resin)溶剂(Solvents)活性剂(Activators)增稠剂(Rheology modifiers)树脂/松香+活性剂+增稠剂=固体含量Screen Printer22增稠剂(Gelling Agents)提供触变性，抗垂流性增强抗坍塌性能增强锡膏的假塑性Screen Printer23牛顿型液体粘度不受时间和剪切力影响tScreen Printer24触变性液体在一定的剪切速率下，粘度随着时间而降低tScreen Printer25典型的焊锡膏粘度曲线剪切率粘度Screen Printer26操作窗口0.80.70.60.50.40.30 1000 2000 3000 4000触变性指数耐坍塌性出色耐坍塌性不佳脱模不良滚动良好耐坍塌性不佳桥接滚动不良 压力压力PascalScreen Printer27Solder paste焊锡膏焊锡膏Squeegee刮刀刮刀Stencil模版模版Screen PrinterSTENCIL PRINTING 丝网印刷Screen Printer 内部工作图28Screen Printer29Screen Printer30Screen Printer31Squeegee(Squeegee(又叫刮板或刮刀）又叫刮板或刮刀）菱形刮刀菱形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金属金属10mm10mm10mm10mm45454545度角度角度角度角SqueegeeSqueegeeSqueegeeSqueegeeStencilStencilStencilStencil菱形刮刀菱形刮刀菱形刮刀菱形刮刀Screen Printer拖裙形刮刀拖裙形刮刀拖裙形刮刀拖裙形刮刀SqueegeeSqueegeeSqueegeeSqueegeeStencilStencilStencilStencil45-6045-6045-6045-60度角度角度角度角32SqueegeeSqueegeeSqueegeeSqueegee的压力设定：的压力设定：的压力设定：的压力设定：第一步第一步：在每：在每50mm50mm的的SqueegeeSqueegee长度上施加长度上施加1kg1kg的压力。的压力。第二步第二步：减少压力直到锡膏开始留在模板上刮不干净，在增加：减少压力直到锡膏开始留在模板上刮不干净，在增加 1kg1kg的压力的压力第三步第三步：在锡膏刮不干净开始到挂班沉入丝孔内挖出锡膏之间：在锡膏刮不干净开始到挂班沉入丝孔内挖出锡膏之间 有有1-2kg1-2kg的可接受范围即可达到好的印制效果。的可接受范围即可达到好的印制效果。SqueegeeSqueegee的硬度范围用颜色代号来区分：的硬度范围用颜色代号来区分：very soft very soft 红色红色 soft soft 绿色绿色 hard hard 蓝色蓝色 very hard very hard 白色白色Screen Printer33Stencil(Stencil(Stencil(Stencil(又叫模板）：又叫模板）：又叫模板）：又叫模板）：StencilStencilPCBPCBStencilStencil的梯形开口的梯形开口PCBPCBStencilStencilStencilStencil的刀锋形开口的刀锋形开口激光切割模板和电铸成行模板激光切割模板和电铸成行模板化学蚀刻模板化学蚀刻模板Screen Printer34Screen Printer模板制造技术模板制造技术模板制造技术模板制造技术 化学蚀刻模板化学蚀刻模板电铸成行模板电铸成行模板激光切割模板激光切割模板简简简简 介介介介优优优优 点点点点缺缺缺缺 点点点点在金属箔上涂抗蚀保护剂在金属箔上涂抗蚀保护剂用销钉定位感光工具将图用销钉定位感光工具将图形曝光在金属箔两面，然形曝光在金属箔两面，然后使用双面工艺同时从两后使用双面工艺同时从两面腐蚀金属箔面腐蚀金属箔通过在一个要形成开孔的通过在一个要形成开孔的基板上显影刻胶，然后逐基板上显影刻胶，然后逐个原子，逐层地在光刻胶个原子，逐层地在光刻胶周围电镀出模板周围电镀出模板直接从客户的原始直接从客户的原始GerberGerber数据产生，在作必要修改数据产生，在作必要修改后传送到激光机，由激光后传送到激光机，由激光光束进行切割光束进行切割成本最低成本最低周转最快周转最快形成刀锋或沙漏形状形成刀锋或沙漏形状纵横比纵横比1.51.5：1 1提供完美的工艺定位提供完美的工艺定位没有几何形状的限制没有几何形状的限制改进锡膏的释放改进锡膏的释放要涉及一个感光工具要涉及一个感光工具电镀工艺不均匀失去电镀工艺不均匀失去密封效果密封效果密封块可能会去掉密封块可能会去掉纵横比纵横比1 1：1 1错误减少错误减少消除位置不正机会消除位置不正机会激光光束产生金属熔渣激光光束产生金属熔渣造成孔壁粗糙造成孔壁粗糙纵横比纵横比1 1：1 1模板模板(Stencil)(Stencil)制造技术制造技术:35化学蚀刻开孔的潜在问题凸起上下面错位Screen Printer36激光开孔和电铸型开孔激光开孔能形成锥形孔电铸法形成有唇缘的锥形孔Screen Printer37Screen Printer模板模板(Stencil)(Stencil)材料性能的比较材料性能的比较:性性性性 能能能能抗拉强度抗拉强度抗拉强度抗拉强度耐化学性耐化学性耐化学性耐化学性吸吸吸吸 水水水水 率率率率网目范围网目范围网目范围网目范围尺寸稳定性尺寸稳定性尺寸稳定性尺寸稳定性耐磨性能耐磨性能耐磨性能耐磨性能弹性及延伸率弹性及延伸率弹性及延伸率弹性及延伸率连续印次数连续印次数连续印次数连续印次数破坏点延伸率破坏点延伸率破坏点延伸率破坏点延伸率油量控制油量控制油量控制油量控制纤维粗细纤维粗细纤维粗细纤维粗细价价价价 格格格格不不不不 锈锈锈锈 钢钢钢钢 尼尼尼尼 龙龙龙龙聚聚聚聚 脂脂脂脂材材材材 质质质质极高极高极高极高极好极好极好极好不吸水不吸水不吸水不吸水30-50030-50030-50030-500极佳极佳极佳极佳差差差差(0.1%)(0.1%)(0.1%)(0.1%)2 2 2 2万万万万40-60%40-60%40-60%40-60%差差差差细细细细高高高高中等中等中等中等好好好好24%24%24%24%16-40016-40016-40016-400差差差差中等中等中等中等极佳（极佳（极佳（极佳（2%2%2%2%）4 4 4 4万万万万20-24%20-24%20-24%20-24%好好好好较粗较粗较粗较粗低低低低高高高高好好好好0.4%0.4%0.4%0.4%60-39060-39060-39060-390中等中等中等中等中等中等中等中等佳（佳（佳（佳（2%2%2%2%）4 4 4 4万万万万10-14%10-14%10-14%10-14%好好好好粗粗粗粗中中中中极佳极佳极佳极佳38良好印刷工艺的正确操作每次添加小量锡膏于网板(约15mm滚动直径)自动清洁底部保持刮刀锋利使用塑料器具进行搅拌收工后彻底清洁网孔Screen Printer39印刷工艺设置平行度接触式印刷PCB支撑定位刮刀锋利优化设置印刷速度使用将网板刮干净的最小压力Screen Printer40Screen Printer锡膏丝印缺陷分析:问题及原因问题及原因 对对 策策 搭锡搭锡BRIDGING BRIDGING 锡粉量少、粘度低、粒度大、室锡粉量少、粘度低、粒度大、室温度、印膏太厚、放置压力太大温度、印膏太厚、放置压力太大等。（通常当两焊垫之间有少许等。（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，无法拉回，将造成短路或锡球，对细密间距都很危险）。对细密间距都很危险）。提高锡膏中金属成份比例（提高到提高锡膏中金属成份比例（提高到88 88%以上）。以上）。增加锡膏的粘度（增加锡膏的粘度（7070万万 CPSCPS以上以上）减小锡粉的粒度（例如由减小锡粉的粒度（例如由200200目降到目降到300300目）目）降低环境的温度（降至降低环境的温度（降至2727OOC C以下）以下）降低所印锡膏的厚度（降至架空高度降低所印锡膏的厚度（降至架空高度SNAP-OFFSNAP-OFF，减低刮刀压力及速度），减低刮刀压力及速度）加强印膏的精准度。加强印膏的精准度。调整印膏的各种施工参数。调整印膏的各种施工参数。减轻零件放置所施加的压力。减轻零件放置所施加的压力。调整预热及熔焊的温度曲线。调整预热及熔焊的温度曲线。41问题及原因问题及原因 对对 策策 2.2.发生皮层发生皮层 GAUFFERINGGAUFFERING 由于锡膏助焊剂中的活化剂太强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环境温度太高及铅量太多时,会造会造成粒子外层上的氧化层被剥落所成粒子外层上的氧化层被剥落所致致.3.3.膏量太多膏量太多 EXCESSIVE PASTE EXCESSIVE PASTE 原因与原因与“搭桥搭桥”相似相似.避免将锡膏暴露于湿气中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锡膏中的助焊剂的活性.降低金属中的铅含量降低金属中的铅含量.减少所印之锡膏厚度减少所印之锡膏厚度 提升印着的精准度提升印着的精准度.调整锡膏印刷的参数调整锡膏印刷的参数.锡膏丝印缺陷分析:Screen Printer42锡膏丝印缺陷分析:Screen Printer 问题及原因问题及原因 对对 策策 4.4.膏量不足膏量不足 INSUFFICIENT PASTE INSUFFICIENT PASTE 常在钢板印刷时发生常在钢板印刷时发生,可能是网可能是网布的丝径太粗布的丝径太粗,板膜太薄等原因板膜太薄等原因.5.5.粘着力不足粘着力不足 POOR TACK RETENTION POOR TACK RETENTION 环境温度高风速大环境温度高风速大,造成锡膏中造成锡膏中溶剂逸失太多溶剂逸失太多,以及锡粉粒度太以及锡粉粒度太大的问题大的问题.增加印膏厚度增加印膏厚度,如改变网布或板膜等如改变网布或板膜等.提升印着的精准度提升印着的精准度.调整锡膏印刷的参数调整锡膏印刷的参数.消除溶剂逸失的条件消除溶剂逸失的条件(如降低室温、如降低室温、减少吹风等减少吹风等）。）。降低金属含量的百分比。降低金属含量的百分比。降低锡膏粘度。降低锡膏粘度。降低锡膏粒度。降低锡膏粒度。调整锡膏粒度的分配。调整锡膏粒度的分配。43锡膏丝印缺陷分析:Screen Printer 问题及原因问题及原因 对对 策策 6.6.坍塌坍塌 SLUMPING SLUMPING 原因与原因与“搭桥搭桥”相似。相似。7.7.模糊模糊 SMEARING SMEARING 形成的原因与搭桥或坍塌形成的原因与搭桥或坍塌 很很类似，但印刷施工不善的原因类似，但印刷施工不善的原因居多，如压力太大、架空高度居多，如压力太大、架空高度不足等。不足等。增加锡膏中的金属含量百分增加锡膏中的金属含量百分比。比。增加锡膏粘度。增加锡膏粘度。降低锡膏粒度。降低锡膏粒度。降低环境温度。降低环境温度。减少印膏的厚度。减少印膏的厚度。减轻零件放置所施加的压力。减轻零件放置所施加的压力。增加金属含量百分比。增加金属含量百分比。增加锡膏粘度。增加锡膏粘度。调整环境温度。调整环境温度。调整锡膏印刷的参数。调整锡膏印刷的参数。44焊膏印刷缺陷总结焊膏印刷经常出现的不良现象包括：印刷偏移、焊膏量不足、焊膏量过多、印刷形状不良、污斑/底部印刷、坍塌等。Screen Printer45印刷偏移印刷偏移关键是PCB焊盘和模板开口对位不准，势必造成焊膏印刷位置不良。主要影响因素有：（1）PCB延展变形（2）视觉系统（3）基准标准Screen Printer46焊膏量过多或过少影响因素：（1）模板开口大小（2）模板开口方向（3）模板内壁粗糙度（4）刮刀压力（5）刮刀速度（6）刮刀角度Screen Printer47焊膏形状不良焊膏形状不良主要原因与焊膏的特性有关：（1）触变性（2）黏性（3）模板表面的光洁度（4）刮刀压力（5）刮刀速度（6）刮刀角度Screen Printer48焊膏坍塌影响因素：（1）焊膏低黏度（2）低金属含量（3）小的焊锡粉尺寸（4）助焊剂的表面张力过低（5）过高的湿度（6）过高的贴装压力Screen Printer49Screen Printer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在前几个世纪，人们逐渐从医学和化学上认识到了铅（PBPB）的毒性。而被限制使用。现在电子装配业面临同样）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已经在使用。欧洲委员会初步计划在20042004年或年或20082008年强制年强制执行。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。化作准备。50无铅锡膏熔化温度范围：无铅锡膏熔化温度范围：Screen Printer无铅焊锡化学成份无铅焊锡化学成份 48Sn/52In 48Sn/52In 42Sn/58Bi42Sn/58Bi91Sn/9Zn 91Sn/9Zn 93.5Sn/3Sb/2Bi/1.5Cu 93.5Sn/3Sb/2Bi/1.5Cu 95.5Sn/3.5Ag/1Zn 95.5Sn/3.5Ag/1Zn 93.3Sn/3.1Ag/3.1Bi/0.5Cu93.3Sn/3.1Ag/3.1Bi/0.5Cu 99.3Sn/0.7Cu99.3Sn/0.7Cu95Sn/5Sb 95Sn/5Sb 65Sn/25Ag/10Sb65Sn/25Ag/10Sb96.5Sn/3.5Ag96.5Sn/3.5Ag熔点范围熔点范围 118118C C 共熔共熔138138C C 共熔共熔 199199C C 共熔共熔 218218C C 共熔共熔218221218221C C209209 212 212C C 227227C C232240232240C C233233C C221221C C 共熔共熔说说 明明 低熔点、昂贵、强度低低熔点、昂贵、强度低 已制定、已制定、BiBi的可利用关注的可利用关注 渣多、潜在腐蚀性渣多、潜在腐蚀性 高强度、很好的温度疲劳特性高强度、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、好的温度疲劳特性高强度、好的温度疲劳特性高强度、高熔点高强度、高熔点好的剪切强度和温度疲劳特性好的剪切强度和温度疲劳特性摩托罗拉专利、高强度摩托罗拉专利、高强度高强度、高熔点高强度、高熔点97Sn/2Cu/0.8Sb/0.2Ag 97Sn/2Cu/0.8Sb/0.2Ag 226228226228C C高熔点高熔点51Screen Printer无铅焊接的问题和影响：无铅焊接的问题和影响：无铅焊接的问题无铅焊接的问题 无铅焊接的影响无铅焊接的影响生产成本生产成本 元件和基板方面的开发元件和基板方面的开发 回流炉的性能问题回流炉的性能问题 生产线上的品质标准生产线上的品质标准无铅焊料的应用问题无铅焊料的应用问题无铅焊料开发种类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无铅焊料对焊料的可靠性问题最低成本超出最低成本超出45%45%左右左右高出传统焊料摄氏高出传统焊料摄氏4040度度焊接温度提升焊接温度提升品质标准受到影响品质标准受到影响稀有金属供应受限制稀有金属供应受限制无铅焊料开发标准不统一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焊点的寿命缺乏足够的实验证明52