现代电子制造工艺.ppt
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1、现代电子制造工艺,-关于SMT的介绍,目 录,SMT Introduce,SMT历史,印刷制程,贴装制程,焊接制程,检测制程,质量控制,ESD,SMT历史,SMT工艺流程,什么是SMT?,什么是SMT?,SMT (surface mount technology)-表面组装技术 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直接将表面组装元器件贴、焊到印制板表面规定位置上的装联技术。 同义词; 表面安装技术、表面贴装技术 为什么要用表面贴装技术(SMT)? 1) 电子产品追求小型化,以前使用的穿孔插件元件已无法缩小 2) 电子产品功能更完整,所采用的集成电路(IC)已无穿孔元件,特别是大
2、规模、高集成IC,不得不采用表面贴片元件 3) 产品批量化,生产自动化,厂方要以低成本高产量,出产优质产品以迎合顾客需求及加强市场竞争力 4) 电子元件的发展,集成电路(IC)的开发,半导体材料的多元应用 5) 电子科技革命势在必行,追逐国际潮流,SMT Introduce,SMT Introduce,什么是SMT?,Surface mount,Through-hole,与传统工艺相比SMT的特点:,什么是SMT?,SMT的特点 装密度高、电子产品体积小、重量轻,贴片元件的体积和重量只有传统插装元件的1/10左右,一般采用SMT之后,电子产品体积缩小40%60%,重量减轻60%80%。 可靠性
3、高、抗振能力强。焊点缺陷率低。 高频特性好。减少了电磁和射频干扰。 易于实现自动化,提高生产效率。 降低成本达30%50%。节省材料、能源、设备、人力、时间等。,SMT Introduce,SMT Introduce,什么是SMT?,自动化程度,类型,THT(Through Hole Technology),SMT(Surface Mount Technology),元器件,双列直插或DIP,针阵列PGA 有引线电阻,电容,SOIC,SOT,SSOIC,LCCC,PLCC,QFP,PQFP,片式电阻电容,基板,印制电路板,2.54mm网格, 0.8mm0.9mm通孔,印制电路板,1.27mm网
4、格或更细,导电孔仅在层与层互连调用( 0.3mm0.5mm),布线密度高2倍以上,厚膜电路,薄膜电路,0.5mm网格或更细,焊接方法,波峰焊,再流焊,面积,大,小,缩小比约1:31:10,组装方法,穿孔插入,表面安装-贴装,自动插件机,自动贴片机,生产效率高,SMT Introduce,SMT历史,年 代,代表产品,器 件,元 件,组装技术,电子管 收音机,电子管,带引线的 大型元件,札线,配线, 手工焊接,60 年 代,黑白电视机,晶体管,轴向引线 小型化元件,半自动插 装浸焊接,70 年 代,彩色电视机,集成电路,整形引线的 小型化元件,自动插装 波峰焊接,80 年 代,录象机 电子照相机
5、,大规模集成电路,表面贴装元件 SMC,表面组装自动贴 装和自动焊接,电子元器件和组装技术的发展,SMT Introduce,SMT的发展历经了三个阶段:, 第一阶段(19701975年),这一阶段把小型化的片状元件应用在混合电路(我国称为厚膜电路)的生产制造之中。, 第二阶段(19761985年),这一阶段促使了电子产品迅速小型化、多功能化;SMT自动化设备大量研制开发出来 。, 第三阶段(1986现在),主要目标是降低成本,进一步改善电子产品的性能-价格比; SMT工艺可靠性提高 。,SMT历史,电子整机概述,SMT Introduce,SMT工艺流程,SMT有关的技术组成 电子元件、集成
6、电路的设计制造技术 电子产品的电路设计技术 电路板的制造技术 自动贴装设备的设计制造技术 电路装配制造工艺技术 装配制造中使用的辅助材料的开发生产技术,SMT Introduce,SMT工艺流程,SMT的主要组成部分,表面组装元件,设计-结构尺寸,端子形式,耐焊接热等,各种元器件的制造技术,包装-编带式,棒式,散装式,组装工艺,组装材料-粘接剂,焊料,焊剂,清洁剂等,组装设计-涂敷技术,贴装技术, 焊接技术,清洗技术,检测技术等,组装设备-涂敷设备,贴装机, 焊接机, 清洗机,测试设备等,电路基板-但(多)层PCB, 陶瓷,瓷釉金属板等,组装设计-电设计, 热设计, 元器件布局, 基板图形布线
7、设计等,SMT工艺流程,SMT Introduce,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,SMT Introduce,SMT工艺流程,通常先作B面,再作A面,印刷锡高,贴装元件,再流焊,翻转,贴装元件,印刷锡高,再流焊,翻转,清洗,双面再流焊工艺 A面布有大型IC器件 B面以片式元件为主充分利用 PCB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 手机,二、双面组装; A:来料检测 =PCB的B面丝印焊膏(点贴片胶)= 贴片 =烘干(固化)= A面回流焊接 =清
8、洗 =翻板=PCB的A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。,SMT Introduce,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。,SMT工艺流程,SMT Introduce,SMT工艺流
9、程,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 Introduce,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:
10、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,SMT Introduce,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A面丝印焊膏(点贴片胶)= 贴片 = 烘干(固化)= 回流焊接 =
11、翻板 = PCB的B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,SMT Introduce,SMT工艺流程,SMT Introduce,Screen Printer,Mount,Reflow,AOI,SMT工艺流程,SMT Introduce,SMT Introduce,(8) SMT自动生产线的组合,SMT Introduce,上板,贴片,焊接,SMT Introduce,SMT生产设备,电子产品生产过程,目 录,SMT历史,印刷制程,贴装制程,焊接
12、制程,检测制程,质量控制,ESD,Screen Printer 基本概念,Screen Printer 的基本要素,模板(Stencil)制造技术,锡膏丝印缺陷分析,在SMT中使用无铅焊料,SMT Introduce,Screen Printer,screen printer丝网印刷 使用网版,将印料印到承印物上的印刷工艺过程。简称丝印。同义词 丝网漏印 其作用是将焊膏或贴片胶漏印到PCB的焊盘上,为元器件的焊接做准备。所用设备为丝印机(丝网印刷机),位于SMT生产线的最前端。,Screen Printer 基本概念,SMT Introduce,Screen Printer,STENCIL P
13、RINTING,Screen Printer 内部工作图,SMT Introduce,SMT Introduce,1. 锡膏,锡膏,SMT Introduce,丝网漏印焊锡膏,手动刮锡膏,SMT Introduce,自动刮锡膏,SMT Introduce,自动刮锡膏,Screen Printer,产品名称:手动丝印机 型号:TYS3040 主要特征: 印刷台以铝为结构,适合小型精密套色印刷 印刷台有20mm内可前后左右调整,以提高其印刷精密度 为配合印刷物之厚度,在100mm内可自由调整 工作台面积:300400mm 最大印刷面积:260360mm 最大PCB厚度:60mm 微调范围:10mm
14、 外形尺寸:560340300mm,SMT Introduce,Screen Printer,产品名称:半自动高精度印刷机 产品型号:TYS4040 主要特征: 采用双滚动直线导轨导向,手动驱动刮刀座,确保印刷质量稳定性和精密度; 刮刀压力可调,精密压力表及调速器; 滚动直线导轨导向、双杆气缸驱动悬浮式钢刮刀上下,使印刷更均匀; 组合式万用工作台,蜂窝定位板可依PCB大小设定支撑顶针位置; 定位工作台面可X轴、Y轴、角度精密微调,方便快速精确对正; 单、双面PCB均可印刷; 仅有气源即可作业,工作状态稳定可靠,操作简易,故障率低; 电机驱动刮刀座和真空吸附装置可选配。,SMT Introduc
15、e,Screen Printer,产品名称:半自动丝印机 型号:TYS550 产品介绍: 采用松下调速刹车马达驱动刮刀座,结合精密直线导轨,保证印刷精度; 印刷刮刀可向上旋转45度固定,便于印刷网板及刮刀的清洗和更换; 刮刀座可前后调节,以选择合适的印刷位置; 组合式印刷台板,具有固定沟槽及定位PIN,安装调节方便,适用于单双面板的印刷; 校版方式采用钢网移动,并结合印刷台(PCB)的X、Y、Z校正调整,方便快捷; 采用微电脑控制,液晶屏幕显示,菜单操作界面,人机对话方便; 可设定单向及双向多种印刷方式,钢刮刀及橡胶刮刀均适合; 具有自动记数功能,方便产量统计。,SMT Introduce,S
16、creen Printer,Screen Printer 的基本要素:,Solder (又叫锡膏) 由粉末状焊料合金、焊剂和一些起粘性作用及其他作用的添加剂混合制成具有一定粘度和良好触变性的焊料膏。简称焊膏。 为了满足对焊点的焊锡膏量的要求,通常选用85-92金属含量的焊膏,焊膏制作厂商一般将金属含量控制在89或90,使用效果较好。焊剂是焊膏载体的主要组分之一,现有的焊膏焊剂有三大类型:R型(松香焊剂),RMA型(适度活化的松香)以用RA型(全部活化的松香)。一般采用的是含有RMA型焊剂是以松香和称为活化剂的盐溶液组成的。这种焊剂靠盐激活,适合于消除轻微的氧化膜及其它污染,增加了熔化的焊料与焊
17、盘、元件端焊头或孔线之间的润湿作用。,SMT Introduce,Screen Printer,锡膏的主要成分:,SMT Introduce,Screen Printer,Screen Printer 的基本要素:,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),SMT Introduce,Squeegee(又叫刮板或刮刀),菱形刮刀,拖裙形刮刀,聚乙烯材料 或类
18、似材料,金属,Screen Printer,SMT Introduce,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,再增加 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,SMT Introduce,Stencil,PCB,Stencil的梯形开口,Screen Printer,PCB,Stencil
19、,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,SMT Introduce,Screen Printer,模板(Stencil)制造技术:,SMT Introduce,Screen Printer,模板(Stencil)材料性能的比较:,SMT Introduce,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
20、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27OC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。,SMT Introduce,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
21、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,SMT Introduce,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
22、)。 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。,SMT Introduce,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。,SMT Introduce,Screen Print
23、er,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。,SMT Introduce,无铅锡膏熔化温度范围:,Screen Printer,SMT Introduce,Screen Printer,无铅焊接的问题和影响:,SMT Introduce,视频SMT装配,目 录,SMT历史,印刷
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