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2-2.SMT流程介绍(二)


SMT流程介紹(二)


一 .回焊爐



二. REFLOW 常見的焊接不良及對策分析
三 . AOI 四 .波峰焊 五、 ICT

一 .回焊爐
1.1 回焊的目的

1.2 Reflow
1.3 工藝分區

1.1焊爐的目的︰
通過高溫焊料固化,從而達到將PCB和SMT的表 面貼裝元件連接在一起,形成電氣回路。

1.2 Reflow
1.2.1 焊錫原理 印刷有錫膏的PCB,在零件貼裝完成后,經過加熱, 錫膏 熔化, 冷卻后將PCB和零件焊接成一体. 從而達到既定的机 械性能 , 電器性能 . 1.2.2 焊錫三要素 焊接物 ----- PCB 零件 焊接介質 ----- 焊接用材料 : 錫膏 一定的溫度 ----- 加熱設備

1.2.3 回流的方式: 红外线焊接 红外+热风(组合) 气相焊(VPS) 热风焊接 热型芯板(很少采用)

1.3工艺分区
基本工艺:
热风回流焊过程中,錫膏需经过以下几个阶段: 溶 剂挥发;焊剂清除焊件表面的氧化物;錫膏的熔融、 再流动以及焊膏的冷却、凝固。
Peak 225 ℃± 5 ℃
200 ℃

60-90 Sec

140-170 ℃ 1-3℃ /Sec 60-120 Sec

預熱區

恆溫區
Time (BGA Bottom)

回焊區

冷卻區

(1)PRE-HEAT 預熱區
重點:預熱的斜率 預熱的溫度 目的: 使PCB和元器件预热 ,达到平衡,同时除 去錫膏中的水份﹑ 溶剂, 以防錫膏发生塌落和焊料飞 溅。要保证升温比较缓慢,溶剂挥发。较温和,对元器 件的热冲击尽可能小,升温过快会造成对元器件的伤害, 如会引起多层陶瓷电容器开裂。同时还会造成焊料飞溅, 使在整个PCB的非焊接区域形成焊料球以及焊料不足的 焊点。 作用及規格﹕是用來加熱PCB&零件;斜率為1-3℃/秒 ,占 總時間的30%左右,最高溫度控制在140℃以下,減少熱沖擊.

(2)SOAK 恆溫區
重點:均溫的時間 均溫的溫度 目的:保证在达到再流温度之前焊料能完全干燥, 同时还起着焊剂活化的作用,清除元器件、焊盘、焊 粉中的金属氧化 物。时间约60~120秒,根据焊料的性 质有所差异。 作用及規格﹕是使大小零件及PCB受熱完全均勻, 消除局部溫差;通過錫膏 成份中的溶劑清除零件電極 及PCB PAD及Solder Powder之表 面氧化物,減小表面張 力,為重溶作准備.本區時間約占45%左右,溫度在140183 ℃之間。

(3)REFLOW 回焊區 重點:回焊的最高溫度 回焊的時間 目的:錫膏中的焊料使金粉开始熔化,再次呈流 动状态,替代液态焊剂润湿焊盘和元器件,这种润湿 作用导致焊料进一步扩展,对大多数焊料润湿时间为 60~90秒。回流焊的温度要高于焊膏的熔点温度,一般 要超过熔点温度20度才能保证再流焊的质量。有时也 将该区域分为两个区,即熔融区和再流区。 作用及規格﹕為全面熱化重熔;溫度將達到峰值 溫度,峰值溫度通常控制在205-230℃之間,peak溫度過 高會導致PCB變形,零件龜裂及二次回流等現象出現.

(4)COOLING 冷卻區 重點:冷卻的斜率 目的:焊料随温度的降低而凝固,使元器件与 焊膏形成良好的电接触, 冷却速度要求同预热速度 相同。 作用及規格﹕為降溫,使PCB&零件均勻降溫;

回焊爐上下各有兩個區有降溫吹 風馬達,通常出爐
的PCB溫度控制在120 ℃以下.

二、REFLOW 常見的焊接不良及對策分析
2.1錫球與錫球間短路
2.2 有腳的SMD 零件空焊

2.3 無腳的SMD 零件空焊
2.4 SMD 零件浮動(漂移)

2.5 立碑 ( Tombstone) 效應
2.6 冷焊 ( Cold solder joints)

2.7 粒焊 (Granular solder joints)
2.8 零件微裂(Cracks in components)(龜裂)

2.1 錫球與錫球間短路

原因
1. 錫膏量太多 (≧ 1mg/mm) 2. 印刷不精確 3. 錫膏塌陷

對策
使用較薄的鋼板 (150μm) 開孔縮小(85% pad) 將鋼板調準一些 修正 Reflow Profile 曲線

4. 刮刀壓力太高
5. 鋼板和電路板間隙太大

降低刮刀壓力
使用較薄的防焊膜

6. 焊墊設計不當

同樣的線路和間距

2.2有腳的SMD 零件空焊

原因 1. 零件腳或錫球不平 2. 錫膏量太少 3. 燈蕊效應 4. 零件腳不吃錫

對策 檢查零件腳或錫球之平面度 增加鋼板厚度和使用較小的開孔 錫膏先經烘烤作業 零件必需符合吃錫之需求

2.3無腳的SMD 零件空焊

原因 1. 銲墊設計不當 2. 兩端受熱不均

對策 將錫墊以防焊膜分隔開,尺寸適切 同零件的錫墊尺寸都要相同

3. 錫膏量太少
4. 零件吃錫性不佳

增加錫膏量
零件必需符合吃錫之需求

2.4 SMD 零件浮動(漂移)

原因

對策

1. 零件兩端受熱不均
2. 零件一端吃錫性不佳 3. Reflow 方式

錫墊分隔
使用吃錫性較佳的零件 在Reflow 前先預熱到170℃

2.5 立碑 ( Tombstone) 效應
<註>立碑效應發生有三作用力: 1. 零件的重力使零件向下

2. 零件下方的熔錫也會使零件向下
3. 錫墊上零件外側的熔錫會使零件向上 原因 1. 銲墊設計不當 2. 零件兩端吃錫性不同 3. 零件兩端受熱不均 對策 銲墊設計最佳化 較佳的零件吃錫性 減緩溫度曲線升溫速率

4. 溫度曲線加熱太快

在Reflow 前先預熱到170℃

2.6冷焊 ( Cold solder joints)
<註> 冷焊是焊點未形成合金屬( Intermetallic Layer) 或是焊接物連接點阻抗較高, 焊接物間的剝離強度( Peel Strength ) 太 低,所以容易將零件腳由錫墊拉起。 原因 1. Reflow 溫度太低 2. Reflow 時間太短 對策 最低Reflow 溫度215℃ 錫膏在熔錫溫度以上至少10秒

3. Pin 吃錫性問題
4. Pad 吃錫性問題

查驗 Pin 吃錫性
查驗 Pad 吃錫性

2.7 粒焊 (Granular solder joints)

原因 1. Reflow 溫度太低

對策 較高的Reflow 溫度(≧215℃)

2. Reflow 時間太短

較長的Reflow 時間(>183℃以上
至少10秒

3. 錫膏污染 4. PCB 或零件污染

新的新鮮錫膏

2.8 零件微裂(Cracks in components)(龜裂)

原因 2. PCB板翹產生的應力 零件置放產生的應力 3. PCB Lay-out設計不當

對策 避免PCB彎折,敏感零件的方 向性,降低置放壓力 個別的焊墊,零件長軸與折板 方向平行

1. 熱衝擊(Thermal Shock) 自然冷卻,較小和較薄的零件

4. 錫膏量

增加錫膏量,適當的錫墊

三、 AOI(自动光学检查)
3.1 为 什 么 使 用 AOI
3.2 AOI 检 查 与 人 工 检 查 的 比 较

3.3 主 要 特 点
3.4 影 响 AOI 检 查 效 果 的 因 素

3.1 为 什 么 使 用 AOI
自动光学检查(AOI, Automated Optical Inspection) 运用高速高精度视觉处理技术﹐自动检测PCB板上 各种不同帖装错误及焊接缺陷﹔PCB板的范围可从细间 距高密度板到低密度大尺寸板﹐并可提供在线检测方 案﹐以提高生产效率及焊接质量 . 通过使用AOI作为减少缺陷的工具﹐在装配工艺过 程的早期查找和消除错误﹐以实现良好的过程控制﹔ 及早发现缺陷﹐避免不良品板流到随后的工站﹐减少 修理成本﹐避免报废品的產生.

由于电路板尺寸大小及零件向 小型化趨勢的發展﹐對產品的品質 提出了更高的要求﹐依靠傳統的人 工检查已不能再適應產品的需求﹐ 为了解決這一問題﹐人工作業檢查 的替代品------AOI便迎運而生. 通过使用AOI作为减少缺陷的工 具﹐在装配工艺过程的早期查找和 消除错误﹐以实现良好的过程控 制﹔及早发现缺陷﹐避免不良品板 流到随后的工站﹐减少修理成本﹐ 避免报废品的產生.

3.2 AOI 检 查 与 人 工 检 查 的 比 较
AOI? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ì é ¤ì é ? ?¤ì ? ??é AOI?? ìé ? ?? ¨?ì é ?ú ?? ? ?? ?? ?? pcb<18*20?§ ?? ??? ò ???ì ? ? ?pad?? ? ??? ò ???ì ? ?? ?? ??? ò ???ì ? ó ???? ? ?? ¨?ì é ?ú ?? ? ?? ¤ ? ? pcb<18*20?§ ?? ??? ? ? ?pad?? ? ??? ? ?? ?? ??? ò ???ì ? ó ???? pcb???¨??¤???ì ???????? ?? ? ? ?é ? ?

3.3 主 要 特 点 1)高速检测系统与PCB板帖装密度无关 2)快速便捷的编程系统 图形界面下进行 运用帖装数据自动进行数据检测 运用元件数据库进行检测数据的快速编辑

3)运用丰富的专用多功能检测算法和二元或灰度水平 光学成像处理技术进行检测
4)根据被检测元件位置的瞬间变化进行检测窗口的自 动化校正,达到高精度检测 5)通过用墨水直接标记于PCB板上或在操作显示器上 用图形错误表示来进行检测电的核对

3.4 影响AOI检查效果的因素
影响AOI检查效果的因素

外部因素 贴 片 质 量 助 部 焊 件 剂 含 量 室 内 温 度 焊 接 质 量 AOI 光 度

内部因素 机 器 内 温 度 图 形 分 析 运 算 法 则 机 械 系 统 相 机 温 度

四 .波峰焊
4.1 什么是波峰焊 4.2 波峰焊机的工位组成及其功能 4.3 波峰焊机中常见的预热方法 4.4 波峰焊工艺曲线解析 4.5 波峰焊工艺参数调节

4.1 什么是波峰焊
波峰焊是将熔融的液态焊料﹐借助葉泵的作用﹐在 焊料槽液面形成特定形状的焊料波﹐插装了元器件的 PCB置与传送链上﹐经过某一特定的角度以及一定的浸 入深度穿过焊料波峰而实现焊点焊接的过程。 移动方向

焊料 葉泵

4.2 波峰焊机的工位组成及其功能
4.2.1 波峰焊机的工位组成 裝板 涂布焊剂
冷却 4.2.2 波峰面

预热
卸板

焊接

热风刀

波的表面均被一层氧化皮覆盖﹐它在沿焊料波 的整个长度方向上几乎都保持静态﹐在波峰焊接过程 中﹐PCB接触到锡波的前沿表面﹐氧化皮破裂﹐PCB 前面的锡波无皲褶地被推向前进﹐这说明整个氧化皮 与PCB以同样的速度移动 。

4.2.3 焊点成型 当PCB进入波峰面前端(A)时﹐基板与引脚被 加热﹐并在未离开波峰面(B)之前﹐整个PCB浸在

焊料中﹐即被焊料所桥联﹐但在离开波峰尾端的瞬间
﹐少量的焊料由于润湿力的作用﹐粘附在焊盘上﹐并 由于表面张力的原因﹐会出现以引线为中心收缩至最

小状态﹐此时焊料与焊盘之间的润湿力大于两焊盘之
间的焊料的内聚力。因此会形成饱满﹐圆整的焊点﹐ 离开波峰尾部的多余焊料﹐由于重力的原因﹐回落到

锡锅中 。

A v B1 B2

v

焊料 沿深板

PCB離開焊料波時﹐分離點位與B1和B2之間的某 個地方﹐分離后形成焊點

4.2.4 防止桥联的发生 1﹑使用可焊性好的元器件/PCB 2﹑提高助焊劑的活性 3﹑提高PCB的预热温度﹐增加焊盘的湿润性能 4﹑提高焊料的温度

5﹑去除有害杂质﹐减低焊料的内聚力﹐以利于两焊点
之间的焊料分开

4.3 波峰焊机中常见的预热方法
波峰焊机中常见的预热方式有如下几种

1﹑空气对流加热
2﹑红外加热器加热 3﹑热空气和辐射相结合的方法加热

4.4 波峰焊工艺曲线解析
1、润湿时间:指焊点与焊料相接触后润湿开始的时间 2、停留时间:PCB上某一个焊点从接触波峰面到离开波峰 面的时间停留/焊接时间的计算方式是﹕

停留/焊接时间= 波峰宽/速度
3、预热温度预热温度是指PCB与波峰面接触前达到的温度 (詳見下表) SMA類型 元器件 預熱溫度
單面板組件 雙面板組件 雙面板組件 多層板 多層板 通孔器件與混裝 通孔器件 混裝 通孔器件 混裝 90~100 100~110 100~110 115~125 115~125

4、焊接温度

焊接温度是非常重要的焊接参数﹐通常高于焊料熔点 (183° C ) 50° C ~60° C大多数情况是指焊锡炉的温度实际运 行时﹐所焊接的PCB焊点温度要低于炉温﹐这是因为PCB吸 热的结果 。

4.5 波峰焊工艺参数调节
1﹑波峰高度 波峰高度是指波峰焊接中的PCB吃錫高度。其數值 通常控制在PCB板厚度的1/2~2/3,過大會導致熔融的焊料 流到PCB的表面﹐形成“橋連” 2﹑傳送傾角 波峰焊機在安裝時除了使機器水平外﹐還應調節傳 送裝置的傾角﹐通過傾角的調節﹐可以調控PCB與波峰 面的焊接時間﹐適當的傾角﹐會有助于焊料液與PCB更 快的剝離﹐使之返回錫鍋內

3﹑熱風刀
所謂熱風刀﹐是SMA剛離開焊接波峰后﹐在SMA的 下方放置一個窄長的帶開口的“腔體”﹐窄長的腔體能 吹出熱氣流﹐尤如刀狀﹐故稱“熱風刀” 4﹑焊料純度的影響

波峰焊接過程中﹐焊料的雜質主要是來源于PCB上 焊盤的銅浸析﹐過量的銅會導致焊接缺陷增多
5﹑助焊劑(將會在後面的課程裡詳細介紹) 6﹑工藝參數的協調 波峰焊機的工藝參數:鏈速﹐預熱時間﹐焊接時間和 傾角;這些參數之間需要互相協調反復調整。

五、 ICT
5.1 ICT 測詴機 5.2 ICT在线测试机的功能 5.3 ICT 測詴機夾治具 5.4 常見的ICT 測詴機 5.5 測詴機操作注意事項

5.1 ICT 測詴機
ICT (In-circuit tester)﹐在线测试机 在线测试属于接触式检测技朮﹐也是生产中测试最基 本的方法之一﹐由于它具有很强的故障诊断能力而广泛 使用。通常将PCBA放置在专门设计的针床夹具上﹐安装 在夹具上的弹簧测试探针与组件的引线或测试焊盘接触 ﹐由于接触了板子上所有网络﹐所有仿真和数字器件均 可以单独测试﹐并可以迅速诊断出故障器件。

5.2 ICT在线测试机的功能
1﹑焊接缺陷檢查能力
通常ICT能檢查的焊接缺陷如下表

缺陷名稱
焊點橋聯 焊錫量不足 焊點錫過量 空缺 虛焊 導線斷線

是否測出
可 否 否 可 可 可

顯示
顯示焊點位置

顯示焊點符號 顯示焊點符號 顯示焊點符號

2﹑元器件缺陷檢查能力 元器件缺陷檢查的焊接缺陷如下表

5.3 ICT 測詴機夾治具(單面)

透明压克力治具

铁制边框、纤维板面板

铝合金边框In Line治具

各類探針樣式

雙面夾治具

5.4 常見的ICT 測詴機
1、捷智的GET-300 JET-300在线测试机(IN CIRCUIT TESTER)是经由量测电 路板上所有零件,包括电阻、电 容、电感、二极体、电晶体、 FET、SCR、LED 和IC等,检测出 电路板产品的各种缺点诸如 : 线 路短路、断路、缺件、错件、 零件不良或装配不良等, 并明确 地指出缺点的所在位置, 帮助使 用者确保产品的品质, 并提高不 良品检修效率。

2、德率的TR-518F 短路、开路、组件值测试 应用CMOS切换技术,速度快且无使用寿命之限 制针对电路板残留电荷及制程中的静电,具有自动放 电保护功能应用TestJet Technology技术,可检测SMT 组件开路及空焊的问题,及电容极性反向之问题 个 人计算机控制,自动学习开路、短路、PinInformation 及IC 保护二极管自动隔离点选择功能,可自动选择信 号源及信号流入方向,自动隔离效果可达90%以上 可做 Crystal之频率测试,具备1MHz信号源,可精确量测 1pF电容及1uH电感 对晶体管、FET、SCR等组件提 供三点量测模式,并对photo-Coupler提供四点量测

模式可测出组件反插的错 误完整测试报表及测试统 计数据,数据可自动储存, 断电时不致遗失特殊测试 功能,具有50-60%的电容极 性反插检测率 具备计算 机网络联机及Bar Code Reader 功能,以加强制程 控管理Board View图形检 修辅助功能 ,让维修人员 轻易找寻不良元件位置及 针点,提升检修

效益具远程遥控功能,可在不同地点了解并控制测试 现场之状况,系统具有自我诊断功能,方便维修保养, 另具备Pin Contact Check 之功能 应用IC Clamping Diode 技术,检测BGA接脚开路及空焊问题模块化设 计,方便升级(Upgrade),可单压床、双压床、 OFF LINE、IN LINE操作可选用功能式切换电路板,以整 合功能测试 。
3、其他一些ICT測詴機廠商 HP3070 泰瑞達 GenRad 228X 岡野機電

5.5 測詴機操作注意事項:
1.作業者要帶靜電環或靜電手套測詴﹐不準佩戴戒 指﹒手表等飾物﹔ 2.机器要有專人操作﹐非指定人員﹐未經許可不得 操作或修改程序﹐禁止無關人員動用該机電腦﹔ 3.放板時要輕那輕放﹐以免損傷元件﹔ 4.禁止做過功能測詴( 未放電 )的板在ICT/ATE机上 測詴 5.若机器出現故障或連續三次出現同一不良情況﹐ 要立即通知TE進行處理﹒

课堂小结
? ? ? ? ? PCBA生產工藝流程 錫膏印刷和帖片的相关知识 回焊炉简介 回流焊的常見的焊接不良及對策分析 AOI 、波峰焊、 ICT 简介

作业
? 简述PCBA生產工藝流程 ? 回焊炉按温度分几个区?各有什么目的和作 用?


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