SMT制程簡介課件

SMTProcess

簡介

目的：協(xié)助QRA；VQA；工程等單位同仁，了解SMTProcessQualitycontrol，ConditionsofSMTProcess。協(xié)助VQA建立外包SMT製程稽核重點。2.對象：QRA；VQA；工程單位工程師。3.時間：4/24/2002~4/26/20024.講師：HISQ&EJamesChangSMT說文解字WhatisSMT:SurfaceMountTechnology（表面裝著技術(shù)）WhatisSMD:SurfaceMountDevice（表面裝著設(shè)備）WhatisSMC：SurfaceMountComponent（表面裝著零件）SMTProcess（1）SMD介紹：LODERPrinterMOUNTMACHINEREFLOWUNLODER印刷機/點膠機高速機泛用機目檢目檢送板機迴焊爐收板機SMTProcess（2-1）Subject：Printerprocess

相關(guān)的材料與設(shè)備介紹。錫膏：SOLDERPOWDER功能：將SMC零件焊接在PCB上，行成導(dǎo)通電路。成分：包含錫珠、助焊劑、揮發(fā)劑。特性：有毒性，避免直接用手接觸，操作人員應(yīng)該佩帶護目鏡、口罩、手套。鋼板：STENCIL功能：將適量錫膏放置在PCB正確的位置上。特性：鋼板開口規(guī)格、開口方式、鋼板張力。刮刀：SCRAPER功能：將錫膏推入鋼板開口內(nèi)，將多餘錫膏帶走。特性：刮刀材質(zhì)、刮刀角度、刮刀壓力、刮刀速度。SMTProcess（2-2）銲錫膏分析：錫膏成分錫粉：

a.錫粉的製造solderb.合金的選擇powderc.錫粉顆粒的規(guī)格與測量d.錫粉v.sＳＭＴ製程助焊劑：a.錫膏內(nèi)助焊劑的功用fluxb.助焊劑的成份c.助焊劑各成份的功能錫膏組成的基本規(guī)範(fàn):

a.重量與體積比的關(guān)係b.ＲＭＡ／ＮＯCLEANc.ＬＯＷＳＯＬＤＩＤＳ錫膏分類與種類一、依據(jù)供給法區(qū)分1、印刷用2、其他供給方法:如管狀、針筒狀等等……二、依據(jù)助焊劑區(qū)分1、免洗型:RMA(高信賴性)、RA(高作業(yè)性)2、洗淨(jìng)型:溶劑洗、水洗等等……三、依據(jù)焊錫粉末合金區(qū)分1、共晶(63/37)，含銀(62/36/2)，低溫、高溫、特殊錫膏四、依據(jù)Reflow區(qū)分1、IR式、熱風(fēng)式、急加熱、N2爐等等……五、依據(jù)產(chǎn)品區(qū)分1、主機板、卡類、家電、通訊等等……焊錫粉末合金銲錫粉末=錫鉛合金或是添加其他特殊金屬*添加銀(Ag)金屬會使強度硬度增加，連機械強度耐疲勞也會增加。*添加鉍(Bi)金屬會降低熔點並使焊點變得又硬又脆，使焊點容易產(chǎn)生斷裂現(xiàn)象，但其導(dǎo)電性奇佳。*鋅(Zn)是錫膏中極欲排除雜質(zhì)之一，無法與錫鉛融合，經(jīng)加熱變化後會解析分離，易造成焊點斷裂。合金比例錫鉛銀熔點(℃)備註63/376337183共晶銲錫含銀2%62362178~192MANUFACTUREOFSOLDERPOWDER錫球的製程(1)Atomization分子化Spray噴錫法Vertical垂直爐Horizontal水平槽(2)SpinningDisc編織盤(3)Orificegravity自由落孔(4)SpinningCylinder編織筒(5)Chemical化學(xué)品混合Precipitation錫與鉛及抗氧化劑混合加熱溶解垂直爐編織盤依顆粒規(guī)格編織筒錫珠與助焊劑混合焊錫粉末顆粒一、單位：1、mesh:使用每英吋網(wǎng)目篩選所需焊錫粉末大小，通常用於不規(guī)則形狀之焊錫粉末。2、μm:公制單位(10-3mm)，使用光學(xué)檢測篩選所需 焊錫球徑大小，粉末為規(guī)則形狀(真圓形)才適用二、單位對照表(參考值)mesh200250270325400500600μm74635344373125焊錫粉末顆粒二、粉末形狀1、不規(guī)則型:印刷後易下塌造成短路，球徑大小也難一致，較不適合finepitch印刷作業(yè)。2、規(guī)則型:因為是球形的關(guān)係，球徑大小也較規(guī)則，較適合finepitch印刷作業(yè)，另外球型粉末在不活性氣體中製造，所以焊錫氧化率較低。助焊劑(Flux)種類及比例調(diào)配一、Flux種類1、液態(tài):較常用於DIP生產(chǎn)線上，銲錫爐的Flux。2、固態(tài):較常出現(xiàn)於錫絲的中間，或是BGA做Rework中使用。3、半固液態(tài):較常用於錫膏中。二、Flux比例1、體積比:粉末50%Flux50%。2、重量比:一般印刷用Flux含量為9~11%。*PrinterProcesssolderFlux含量低於9%或高於11%皆會造成印刷上困難。NOCLEAN(RMA)SOLDER-63Sn/37Pb

Weight%Volume%Metal(金屬)9050%Flux1050%Solvent(溶劑)40~50%2.Rosin/Resin(松香)45~50%3.Thixotropymaterial(抗垂流劑)3~10%4.Activator(活化劑)1~3%助焊劑(Flux)的作用1.除氧化。去除零件表面及錫膏的氧化膜(化學(xué)作用)，使焊點成為較容易焊接的表面,但是無法除去油質(zhì)及灰塵等。2.降低表面張力/催化助焊。降低熔化後的表面張力，增加焊錫擴散性，幫助合金成長層的產(chǎn)生。3.防止二度氧化作用。在進行焊接時，熔融焊錫與焊點金屬表面與大氣接觸進行氧化作用，F(xiàn)lux做完除氧化後，會覆蓋焊接點與焊點金屬表面，來防止焊接點產(chǎn)生二度氧化.COMPOSTOFFLUX助焊劑的內(nèi)容物.Solvent溶劑:1.防止崩陷2.黏著力的時間3.黏著力的大小。.Rosin/Resin天然(精煉)松香:1.熱傳導(dǎo)2.焊接性3.印刷性。.Activator活性劑:1.去除氧化物2.錫膏穩(wěn)定性3.對PCBA清潔效果影響很大。.Thixotropyagent抗垂流劑:1.提升印刷性2.提高保形性。錫膏特性檢驗(1)流變性(Rheology)(2)黏度(Viscosity)(3)印刷性試驗(Printability)(4)錫球試驗(Solderballtest)(5)塌陷試驗(Slumptest)(6)黏滯力試驗(Tacktest)黏度的特性>鋼板開孔黏度印刷製程1.變形量固定,黏度低2.溫度升高,黏度降低3.金屬顆粒大,黏度低4.剪速率高,黏度力低助焊劑分類

FluxClassification助焊劑可分成高腐蝕性...中腐蝕性...和低腐蝕性的，可是，任何的助焊劑種類中都有不同級別的腐蝕性助焊劑分類是基於其活性和成分(它決定活性)。而助焊劑活性又是其除去表面汙物有效性的指標(biāo)。助焊劑通常分成無機酸、有機酸(OA)、天然松香與人造松香(免洗)。天然松香助焊劑也叫做R(Rosin)，RMA(RosinMildlyActivated)和RA(RosinActivated)。天然松香助焊劑可以用水洗或溶劑方法來清洗。RA助焊劑很少在錫膏中使用。用於回流焊接，除了天然松香，也可使用OA和免洗焊膏?？墒?，對波峰焊接，RMA、RA、OA和免洗助焊劑都可使用。不管使用的助焊劑類型，都必須提供工作所需的活性水平與板的清潔度要求之間的良好平衡。錫膏保存及使用注意事項(一)一、保存方式由於錫膏為化學(xué)製品，保存於冷藏庫中(5~10℃)可降低活性，增長使壽命，避免放置於高溫處，易使錫膏劣質(zhì)化。二、回溫冷藏時活性大大降低，所以使用前一定要將錫膏置室溫中，恢復(fù)活性，方可表現(xiàn)最佳焊接狀態(tài)。三、攪拌1.攪拌是使錫粉末與Flux均勻混合，但如攪拌時間過長會破壞錫粉末形狀甚至黏度。2.如果攪拌前，錫膏表面產(chǎn)生硬塊，將表面硬塊除去方可使用。3.不同型號、廠牌錫膏請勿混合使用，以避免發(fā)生不良之現(xiàn)象。錫膏保存及使用注意事項(三)開罐後印刷作業(yè)環(huán)境溫度25±2℃,24小時內(nèi)用完超時報廢使用時建議作業(yè)環(huán)境：溫度25±2℃;相對濕度60%.印刷後2小時內(nèi)過Reflow2小時內(nèi)未能過迴焊爐完成焊接，刮除清洗重印。印刷機各種廠牌印刷機銲錫膏之間的關(guān)係都是為了得到良好的印刷品質(zhì),但往往忽略了印刷機的調(diào)整在一開始即可解決往後許多不必要的麻煩.以MPM為例:(1)Motherboard建議刮刀速度:30mm/s(2)先確定刮刀壓力在刮印的過程當(dāng)中是否均勻(3)若壓力均勻後,釋放壓力調(diào)整刮刀衝程控制錫膏膜厚,以0.15mm鋼板為例:控制膜厚在0.13m到0.19mm之間,求取最佳範(fàn)圍.0.13mm0.14mm0.15mm0.16mm0.17mm0.18mm0.19mm空焊好良好良好不短路短路短路印刷速度印刷速度如太快，會發(fā)生虛印、漏印或錫膏量不足(錫膏印刷時下降未完全)。相反印刷速度太慢，錫膏雖有充分時間下降，但鋼版與基板接觸時間過長，而使錫膏流至反面，造成錫膏拉絲而出現(xiàn)小錫珠。當(dāng)錫膏黏度太低，再連續(xù)印刷時易造成滲漏下塌而產(chǎn)生短路。良好印刷狀態(tài) 錫膏量不足印刷速度太快錫膏量過多印刷速度太慢印刷壓力印刷壓力過大時，鋼版前端會彎曲，易造成錫膏滲透，而產(chǎn)生小錫珠。相反如印刷壓力不足，也無法達到良好印刷效果，可能會造成漏印、虛印等等現(xiàn)象。適當(dāng)印刷壓力不但可保護鋼版、刮刀亦可確保產(chǎn)品良率穩(wěn)定。印壓過強造成滲漏易發(fā)生短路印壓不足鋼版上錫膏殘留易產(chǎn)生空焊基板與鋼版間隙所謂間隙是指基板與鋼版之間的間隔，如果間隙過大時很容易發(fā)生錫膏流進鋼版的反面，造成錫膏量過多，易產(chǎn)生短路。相反間隙過小容易發(fā)生印刷後錫膏量不足使印刷形狀崩潰，產(chǎn)生空焊現(xiàn)象。

間隙過大導(dǎo)致錫膏滲漏

間隙過小導(dǎo)致印刷量不足參考(1)在刮印的過程當(dāng)中,每一小時內(nèi)需將暴露在刮印衝程旁的錫膏刮回中間,以防止錫膏黏度上升.(2)刮印時設(shè)定離板間隙，就不設(shè)脫膜速度和脫膜距離.(3)刮印衝程需距離QFP(高密度)較多的一邊10cm以上,以避免QFP錫量不足.(4)錫膏在鋼版上的厚度保持1-2cm,以維持最佳黏度與流變性.錫膏印刷缺陷分析.缺陷類型可能原因改正行動錫膏對焊盤位移印刷鋼板未對準(zhǔn)，鋼板或電路板不良調(diào)整印刷機，測量鋼板或電路板錫膏橋接錫膏過多，絲孔損壞檢查鋼板錫膏模糊鋼板底面有錫膏、電路板面間隙太多清潔鋼板底面錫膏面積縮小開孔有乾錫膏、刮板速度太快清洗鋼板開孔、調(diào)節(jié)機器錫膏面積太大刮刀壓力太大、絲孔損壞調(diào)節(jié)機器、檢查鋼板錫膏量多太高鋼板變形、與電路板之間污濁檢查鋼板清潔鋼板底面錫膏下塌刮刀速度太快、錫膏溫度太高、吸入潮氣調(diào)節(jié)機器、更換錫膏錫膏量少刮刀速度太快、塑膠刮刀扣刮出錫膏調(diào)節(jié)機器錫膏V.S.置件(1)Pick&Place和錫膏之間的關(guān)係，只須注意置件的準(zhǔn)確度以及零件下壓的高度與力量.(2)Mount置件下壓的力量過重會產(chǎn)生短路及錫球.(3)MOUNT置件的高度過高，會造成拋料或偏斜。(3)Mount機器的離心力,及錫膏對零件的搭載能力.會造成零件的拋離。(4)印刷錫膏超過2小時以上,必須將錫膏清洗後重新印刷，包含在Mount機置件中的半成品。Mount機必須注意的製程條件（一）Pick&Place製程，對SMT的品質(zhì)影響程度低.（二）最容易發(fā)生品質(zhì)異常的現(xiàn)象如下：1.置件程式設(shè)定錯誤，與生產(chǎn)機型不符.2.置件程式定位點設(shè)定錯誤,置件偏移.3.Mount機定位點設(shè)定錯誤,置件偏移.4.備料、架料錯誤，5.零件吸頭不潔或磨損，拋料率偏高.6.傳送皮帶清潔保養(yǎng)不當(dāng),機板震動拋料.REFIOW種類VaporPhase:氣相法I.R:遠紅外線I.R+HOTAIR:遠紅外線+熱風(fēng)對流HOTAIR+N2:熱風(fēng)對流+氮氣I.RReflow：優(yōu)點加熱快,缺點均勻性差.HOTAIRReflow：優(yōu)點熱均勻佳,缺點加熱慢.錫膏的回流過程五個階段(1)1.預(yù)熱區(qū)，達到所需粘度和絲印性能的溶劑開始蒸發(fā)，溫度上升必需慢，以限制沸騰和飛濺，防止形成小錫珠，還有，一些元件對內(nèi)部應(yīng)力比較敏感，如果元件外部溫度上升太快，會造成斷裂。2.活化區(qū)，化學(xué)清洗行動開始，水溶性助焊劑和免洗型助焊劑都會發(fā)生同樣的清洗行動，只不過溫度稍微不同。將金屬氧化物和某些污染從即將結(jié)合的金屬和焊錫顆粒上清除。好的冶金學(xué)上的焊點要求“清潔”的表面。錫膏的回流過程五個階段(2)3.昇華區(qū)，溫度繼續(xù)上升，焊錫顆粒首先熔化，並開始液化和表面吸錫的過程。在所有可能的表面上覆蓋，並開始形成焊點。4.熔錫區(qū)，這個階段最爲(wèi)重要，當(dāng)單個的焊錫顆粒全部熔化後，結(jié)合一起形成液態(tài)錫，這時表面張力作用開始形成焊腳表面，如果元件引腳與PCB焊墊的間隙超過4mil，則極可能由於表面張力使引腳和焊墊分開，即造成錫點開路。5.冷卻階段，如果冷卻快，錫點強度會稍微大一點，但不可以太快而引起元件內(nèi)部的溫度應(yīng)力。關(guān)於REFLOW(迴焊)預(yù)熱段各種錫膏在預(yù)熱段要求的升溫速率及進入恆溫區(qū)的溫度並不盡相同,其主要取決於溶劑(Solvent)的揮發(fā)溫度以及松香(Rosin)的軟化點.因松香在進入恆溫區(qū)的建議溫度時開始軟化,此時錫膏裏的溶劑是液態(tài),錫膏為固態(tài),因此黏度最低,錫膏流動特性最佳.若預(yù)熱段升溫速率過高,錫膏黏度太低,流動特性太好,易造成錫膏Slump崩塌效應(yīng),進而產(chǎn)生短路及在CHIPR/C旁擠出錫球.此時可適度將預(yù)熱段溫度降低,將有助於減少短路及Solderboll的產(chǎn)生.溫昇速率過高,易造成SMC零件內(nèi)部產(chǎn)生裂痕.管制重點:溫昇速率2~3度C/sec.活化區(qū)

恆溫區(qū)其目的在於使PCB上所有的零件溫度達到均溫,減少零件熱衝擊.恆溫區(qū)的長度則取決於PCB面積的大小及零件的數(shù)量.此時錫膏內(nèi)溶劑不斷揮發(fā),活性劑持續(xù)作用去氧化,松香軟化並披覆在焊點上,具有熱保護及熱傳媒的作用.管制重點;溫度130~170度c.時間60~100sec活化區(qū)影響品質(zhì)的重點

活化區(qū)熱能量(溫度;時間)不足,由於和焊接區(qū)的溫差過大,易產(chǎn)生流移,造成SolderBall錫球,及因為溫度均勻度不足,導(dǎo)致墓碑效應(yīng)或燭蕊效應(yīng).活化區(qū)熱能量過度,將引起助焊劑成分老化,以及錫球的二次氧化現(xiàn)象,導(dǎo)致焊接品質(zhì)不良及錫球未完全熔解的現(xiàn)象.昇華區(qū)昇華區(qū)的主要目的,將

PCBA及零件的溫度,提昇至熔錫區(qū)範(fàn)圍.將錫膏中助焊劑內(nèi)的揮發(fā)劑加速昇華蒸發(fā),以降低在焊接區(qū)產(chǎn)生氣爆及錫珠.製程管制重點:溫昇速率:2~4度C/sec.溫度範(fàn)圍:160~200度c.熔錫焊接區(qū)將液態(tài)的免洗助焊劑滴入熔融狀態(tài)的焊錫爐的錫槽內(nèi),將發(fā)現(xiàn)助焊劑急速的作用,去除錫面上的氧化物.同理可證:在Reflow的熔錫狀態(tài)中,當(dāng)松香和焊錫皆為液態(tài)時,焊錫性最佳,去氧化物的效果最好,並產(chǎn)生介面合金層接合零件及焊點.各種錫膏的活性表現(xiàn)亦在此時獲得比較.製程管制重點:TOPTemp.210~240度CTime:over183度C30~60sec焊接區(qū)引響品值因素焊接區(qū)熱能量不足(時間太短;溫度太低)錫膏未能充分熔解,導(dǎo)致焊接品質(zhì)不良.熱均勻性差,易造成零件位移;墓碑效應(yīng).大型接腳零件因熱能不足,導(dǎo)致假焊;包焊.焊接區(qū)熱能量過量(時間太長;溫度太高).高精密度元件,遭受熱衝擊引起可靠度不穩(wěn)定.瞬間溫度提昇,錫膏內(nèi)揮發(fā)劑快速反應(yīng),造成焊接品質(zhì)異常.冷卻區(qū)一般設(shè)定為45~90秒溫升至peakTemp.後接著快速冷卻須考慮內(nèi)部應(yīng)力造成元件龜裂上升及冷卻率介於2.5~3.5c/sec.不可超過4.冷卻速度太慢會引起焊錫組織粗大化而導(dǎo)致接合強度的減低.關(guān)於REFLOW(迴焊)預(yù)熱昇溫預(yù)熱區(qū)熔錫加熱區(qū)冷卻區(qū)錫膏1.溶劑揮發(fā)2.水氣蒸發(fā)1.溶劑蒸發(fā)2.Flux軟化3.Flux活性化1.Flux活性作用2.錫膏溶融流動3.錫膏焊接1.接點接著2.焊點凝固焊接不良原因1.預(yù)熱時下塌2.預(yù)熱時的氧化(小錫珠)3.溫度不均1.短路2.跨橋3.立碑4.浮錫5.小錫珠1.焊接強度2.耐疲勞性copperSolderIntermetalliccopperIntermetallic助焊劑的作用1.焊錫與焊點金屬表面中有氧化膜包覆著。2.焊錫經(jīng)加熱後Sn與Pb原子便自由作動，同時Flux也將氧化膜除去。3.錫膏中Sn-Pb與焊點中金屬原子產(chǎn)生新的合金成長層。墓碑（直立）形成原因及改善對策

原因分析

改善對策零件兩端吃錫性不同或零件氧化 選用吃錫性較佳的零件REFLOW風(fēng)扇故障，造成零件受熱不均 定期檢查風(fēng)扇，並更換不良之