SMT工艺与制程.docx

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SMT工艺与制程

一SMT生产环境

二生产排序

三焊膏部分

四胶水部分

五组件（SMD）的基本知识

六PCB板的基本要求

七SMT基本工艺、制程文件

唐海

2013/4/29

一SMT生产环境

1.无尘:

SMT设备气动部件很多,清洁的环境有利于气路的顺畅,与稳定运行;

SMT贴片设备的组件认识系统主要为相机识别或激光识别,它们镜头是否清洁无尘直接影响到设备的装着率和贴片精度;

SMT设备的功率电器部件较多,无尘与良好的通风环境能保证其寿命;

无尘能保证PCB板的清洁,保证印刷质量与点胶质量；

无尘的其体等级要求根据生产品的类型与精度要求来确定。

2.温度:

（20---28℃）设备的机械、电器部件在高速、长时间运转下都会发热,要较低的环境温度保证其正常运行;

在此温度范围内能保证锡膏的性能与点胶的质量;

SMT的作业人员为防静电而穿了防静电衣帽,需要合适的温度环境.

3.湿度:

（40---70%RH）湿度对静电的影响非常大;

湿度对锡膏的印刷有很大影响;

湿度对设备机械、电器部件有影响.

4.防静电:

A.静电物质由于受外力的作用,会产生电子的得失,物质中电子的得失破坏了电平衡,产生了静电.静电能击穿很多电子器件,是IC等电子器件的头号杀手.

B.影响静电的产生因素

●物质的材料特性,有的容易产生静电,有的不容易产生静电;

●物质摩擦的作用力的大小与方向;

●环境湿度会影响静电产生的大小,越干燥,越易产生静电;

●环境空间的交变电场,磁场也是产生静电的重要来源.

C.静电的防护

●所有元器件的操作都必需在静电安全工作台上进行;

●SMD采用防静电包装,SMD物料仓要有更严的防静电保护;

●SMT的作业人员必须有静电防护,穿防静电工作服或戴防静电手腕带,接触芯片时避免接触它的引脚或端子,根据要求再作静电防护;

●SMT的各种设备必须有良好的防静电保护,做防静电油漆,加防静电皮,和设备良好的接地;

●控制好SMT生产环境的湿度,工作场地做防静电油漆,加防静电地皮;

●PCBA的存放与搬运也要注意防静电,用防静电胶盆等来装PCB.

5.通风:

SMT回流焊会排出很多废气,需要良好的通风保持生产环境.

6.照明:

方便目检员检测半成品,作业人员观察与作业.

7.振动:

小的振动有利于保护贴片精度,设备的正常使用.

8.地板的承载能力:

SMT设备一般都有较大振动,如果生产车间不在一楼应考虑楼板的承受能力和防止共振.

9.设备的布局:

主要考虑设备的振动是否会相互影响,是否方便作业与正体的美观,产品的升级伴随的辅助设备的增加.

二生产排序

1.先生产锡膏面,再生产胶水面

2.先生产少料面,再生产多料面

PCB胶水贴片回焊炉目检ICTIPQC

PCB印刷IPQC抽检贴片IPQC抽检回焊炉

IPQCICT目检

三焊膏部分

有铅焊膏

有铅焊膏的组成与其对性能的影响

1.锡铅合金锡球（SolderBall）

●比重85---90%：

合金锡球比重高低将会影响焊点锡量的多少与爬升性，因为焊接时锡球合金不会挥发，相同体积的锡膏膜，锡铅合金球的比重越高焊点就会越饱满。

●球径25---55um：

生产机板上的最小印刷间距决定了被选用锡膏锡球球径的范围。

一般要求球径要小于最小印刷间距的1/3。

如球径太大在印刷时网孔易堵塞,锡膏粘度会变小，不易均匀涂布;球径太小易塌边,锡球易氧化,焊接时易起锡珠.

●锡铅比63/37：

锡球的锡铅比例将决定锡膏的熔点,Sn/Pb为63/37的锡膏熔点约为183℃，近年来由于环保的要求多用无铅锡球.

2.助焊剂（Flux）

●比重9—12%一般在10%左右

●种类RSA、RA、RMA、R现一般采用RMA型

RMA弱活化性卤素含有量小于0.5‰，腐蚀性很小

●作用与要求:

清除PCB表面PAD上的氧化层,并保护其不再被氧化.

降低焊接中焊料的表面张力,促进焊料的流动与分散.

加强了锡膏的润湿性.

要求助焊剂无腐蚀,低残留,免清洗.

3.粘度、流变动调节剂,溶剂（Solvent）

*比重2---3%

*粘度调节剂控制锡膏的粘度与沉积特性，是影响粘度的主要因素。

影响粘度的其它因素：

Ⅰ锡球颗粒外形尺寸与形状,外形尺寸越小粘度就越大;

Ⅱ助焊剂所占锡膏的比重,含有助焊剂越多，粘度就小；

Ⅲ锡球颗粒的形状越圆，粘度越大

粘度对印刷质量的影响：

粘度太大:

不易穿过网孔,不利脱网,印出的线残缺不全,滚动性差.粘度太小:

易流淌和塌边,影响印刷的分辨变率和线条的平整性,不利于组件的贴片.

一般的粘度要求：

生产普通SMD时要求粘度500—900Pa.S；

生产细间距SMD时要求粘度800--1200Pa.S

*流变动调节剂在焊接时，调节锡水的流动，保证焊接质量

*溶剂保证锡膏润湿性,改变锡膏的存贮期限.要求其沸点较高,常温下不易挥发,在Reflow中快速挥发.

锡膏选用的性能检查项目

1.印刷前贮存稳定性粘度测试

2.印刷时脱网性滚动性塌边性润湿性连续印刷性

3.焊接后光泽度（低助焊剂残留）爬升性（焊点爬升高）

光滑性（加工美观性）最佳条件下的锡珠情况

最佳条件下的短路、虚焊情况

4.焊点电气项目焊接强度焊点的导通性

焊点与焊点的绝缘性抗腐蚀性

锡膏的选用依据

1焊点质量

主要焊点的爬升性焊点的光泽度短路情况空焊情

2印刷质量

主要脱网性塌边性连续印刷性

3采购价格考虑锡膏的性能价格比

4采购周期从定货到到货所需的时间，最好是国内采购，不需报关

5售后服务情况

锡膏的保存条件:

低温冷藏2—10℃,保存期不超过3个月,使用时先进先出

锡膏的使用准备:

先回温4—8小时,拌3—5分钟

回温：

锡膏的保存为低温冷藏如不回到室温就生产，易使锡膏周围的水蒸汽液化，而吸收水分，破坏锡膏的组成，影响锡膏的性能；锡膏品牌不同回温时间稍有差异，最佳的回温时间可咨询供应商

搅拌：

锡膏长期存放，由于组成成份的比重不同而分层，搅拌有利于锡膏成份的均匀，控制好锡膏的粘度，便于印刷；锡膏品牌不同搅拌时间稍有差异，最佳的搅拌时间可咨询供应商；也有些锡膏不用机器搅拌

钢网（Stencil）

1.加工方式

化学蚀刻（Etching）便宜精度差

激光加工（Laser）价格适中精度较好现普遍采用

电铸加工（Additive）加工费高周期长易脱网精度好

2.钢网的制作对锡膏印刷的影响（主要考虑锡球的流入与脱网）

*网孔的长或宽L/W,深度（网的厚度）H与锡球直径D的关系

W/L＞＝5DH＞＝3D

*STENCIL的厚度：

决定了锡膏的涂布量（0.12mm/0.15mm）影响开口比例.

*网孔的开口比例：

起到锡量的调控作用。

为减少空焊，有些地方要加大开口；为减少短路或起锡珠,部分组件相应于PAD的尺寸缩小开孔.

*网孔的开口形状：

为了便于锡膏膜的脱网，减少网孔残留锡膏，网孔应尽量保证面积的情况下减小其周长，方形网孔四角倒圆角R（0.2mm），IC焊盘两端做成半圆。

*为确保印刷精度,网上应有Mark点,通常采用半刻方式.

3.钢网制作要求与指针

要求:

A.开孔的位置精度B.开孔尺寸的精度

C.孔壁的粗糙度D.孔壁呈小梯形（有利于锡膏的脱网）

E.钢网的张力要求

指标:

A.框架尺寸B.模板在框架中的位置和方向

C.模板材料D.模板厚度

E.定位边或定位孔F.Mark点

例：

松下SPP印刷机钢网制作标准

一外框尺寸

宽600mm×长550mm

二Stencil厚度选择

如有ICPitch<0.5mm的元件Stencil厚度选用0.12mm

如有CSPPitch<1.0mm的元件Stencil厚度选用0.12mm

无上述元件的Stencil厚度选用0.15mm

三制作方式

ICPitch<0.5mm的元件位置采用Electropolsh

CSPPitch<1.0mm的元件位置采用Electropolsh

四开口形状

Chip元件等四方直角焊盘网孔四直角均做成R=0.2mm的倒角如图1

SOPQFP等长方形焊盘网孔两端开成P=Pitch/2的半圆如图2

CSP元件如CSPPitch<1.0mm网孔开成方形

图1

图2

五开口比例（特殊异形元件根据实际情况而定）

A．选用0.15mm的钢板时

Chip元件（1005或以下尺寸）元件按焊盘面积100%开孔

Chip元件（1005以上尺寸）元件按焊盘面积95%开孔

SOP，QFP等元件元件按焊盘宽度95%开孔、长度100%开孔

BGA/CSP等到元件元件按焊盘面积105%开孔

B．选用0.12mm的钢板时

Chip元件（1005或以下尺寸）元件按焊盘面积110%开孔

Chip元件（1005以上尺寸）元件按焊盘面积100%开孔

SOP，QFP（Pitch>=0.5mm）元件按焊盘宽度、长度100%开孔

SOP，QFP（Pitch<0.5mm〉元件按焊盘宽度100%、长度110%开孔

BGA/CSP（Pitch>=1.0mm）元件按焊盘面积115%开孔

BGA/CSP（Pitch<1.0mm）元件按焊盘面积120%开孔

六Mark的制作

底面半刻深度：

网板厚度1/2图形：

圆形尺寸：

1.0mm

七钢网方向

以定位孔为正方向

八钢网标记

A．PCBNO.PCB板板号

B．Stencil厚度

C．生产方式，生产日期注明

D．在外框上刻箭头标明钢网投入方向

E．标记位置钢网正方向右下角

4.钢网的正常使用寿命3万—5万片板

刮刀

直接接触模板的生产工具，要求耐磨，边缘平整

1不锈钢刮刀

印刷品质良好，在细间距，超细间距模板的印刷时，大多采用钢刮刀，寿命较长，每天24小时使用，寿命一般有三四个月；

对钢网的磨损较快，要注意刮刀压力

*有PITCH小于0。

65IC或BGA/CSP组件的钢网印刷时必需采用钢刮刀

2聚亚氨酯橡胶刮刀

刮刀形状有V形，棱形；由于橡胶有弹性，能压到模板的网孔中，刮走一部分锡膏，使锡膏膜不平整，印刷质量较差，一般在手工印刷时采用；寿命较短，易磨损，每日24小时使用，寿命一般在一月内

印刷的主要参数

1.刮刀的运行速度PrintSpeed15---50mm/s

2.刮刀压力PrintPressure取决于所用机型与刮刀的材质与角度

3.脱网速度SeparateSpeed0.1---1mm/s

4.脱网距离SeparationDistance1---1.5mm

5.印刷间隙PrintGap0mm

6.印刷角度PrintDegree45---75度（推荐使用60度刮刀）

7.清洁钢网模式CleaningScreenMode干擦、溶剂擦、真空擦

8.清洁钢网间隔CleaningScreenInterval2---8PCS

影响印刷质量的几大因素

1.锡膏A.流动性（滚动性）B.粘度

C.焊剂的含量（润湿性）D.锡球的尺寸

2.钢网A.钢网厚度B.钢网材质C.钢网的张力

D.钢网成形方式E.网孔开孔比例

3.印刷参数同上4.刮刀材质

锡膏板的温度曲线（Profile）

1.回焊炉的种类

A.红外线炉较古老,隧道加热,受热不均匀,由于红外线不能不穿透物体，在生产PLCCBGA/CSP等焊点在组件本体下面的组件时，会产生“阴影效应”；且光波易反射，受反射面积，颜色，平整性的影响较大，已较少使用

B.热风强制性炉耐热风扇或者对流喷射管来迫使气流循环,能使PCB板均匀受热,温差较小，焊接性能较佳；但在高温下易助长焊点氧化，PCB板上的板香挥发严重。

现普遍采用

C.气相焊炉较先进,一般采用氮气,可以防止氧化,减少锡珠等优点,但较贵，在军工产品和无铅焊锡的生产中，已大量采用

2.回焊炉的要求

A.相邻加热区温度不相干扰

B.区内加热均匀准确

C.速度精确，传送链传送平稳

D.具有冷却风扇且温区不应太少

E.有良好的排气系统，松香回收系统

3.温度曲线的设定

温度曲线（Profile）指PCB通过回焊炉时,PCB上某焊点的温度随时间变化的曲线.锡膏板一般分为预热区、恒温区、回流区、冷却区四个阶段.

温度曲线的设定要考虑的四大因素：

●所选用锡膏的特性，锡铅合金、助焊剂的种类与比重。

每种锡膏也都会推荐一种温度曲线，主要参考依据

●所用回焊炉的种类、温区数、长度，每种回焊炉都会推荐一种温度曲线，可作参考

●所生产的PCB板的板材、变形情况、外形尺寸，单面板还是双面板，板上组件的种类与分布情况，是否有特别温度要求的组件

●印刷锡膏膜的厚度与锡量的多少

A.预热区（室温---120℃）:

时间上一般无要求;温升太快,由于热冲击,PCB和组件都可能受损;温升太慢,助焊剂挥发,不利于焊接;温升应为1---3℃/S

B.恒温区（120℃---160℃）:

使PCB板上的组件均匀受热,助焊剂充分活化,让溶剂完全挥发，温升一般为0.5---2℃/S;根据锡膏的不同,时间一般在60S---120S

C.回流区（183℃---183℃）:

在此区内锡膏将完全熔化,为防止对PCBA造成不良,时间不易过长,PCBA无BGA、CSP、大QFP组件一般30---60S,有此类组件40---80S;峰值一般为锡膏熔点加20---40℃,在210---230℃内;由于时间不易太长,温升一般为2---3.5℃/S

D。

冷却区:

应尽可能快的速度冷却,为防止冷焊温降不超过4℃/S

℃

无铅锡膏的简单介绍

根据欧洲的EU有害物质规定（ROHS）,预定从2006年1月1日开始,禁止在电气机器中使用铅（Pb）,以此为背景,无铅锡膏将在未来几年内得到飞速发展,逐步、全面取代有铅锡膏.由于现阶段无铅锡膏的生产工艺还不成熟,应密切的关注其发展动态,积极的参与准备.

无铅锡膏的基本特性:

（相对与现普遍采用的Sn/Pb63/37锡膏）

A.锡焊溶点温度高（高出10度以上）B.锡焊熔析面差（85﹪）

C.焊点质量差（短路漏焊洞锡）D.结合强度较强

E.使用范围小,比重轻F.材料费高（是有铅的2.5倍）

G.过回焊炉时,PCBA的焊点光泽度较差

现试验较多的无铅锡膏按类分为A.二元系B.三元系C.四元系

三元系正逐渐成为行业的主流.

无铅锡膏的温度特性

锡膏种类

熔点（大约值）

Reflow温度

Sn-Ag-Cu（96.5-3-0.5）

216℃

235---245℃

Sn-Ag-Bi-Cu（96-2.5-1-0.5）

217℃

235---245℃

Sn-Cu

227℃

245---255℃

Sn-Zn

195℃

215---235℃

Sn-Ag

221℃

240---250℃

Sn-Pb（63-37）有铅

183℃

210---230℃

温度曲线的设定（Sn-Ag-Cu96.5-3-0.5）

无铅锡膏的温度曲线与有铅锡膏的温度曲线一样分为四区

A.预热区（室温---150℃）：

时间上一般无要求;温升一般为1---3℃/S

B.恒温区（150℃---190℃）：

时间在60---120S

C.回流区（216℃---216℃）：

最高温度在245℃左右，时间在50---90S，用增长时间来降低最高温度的要求，确保PCB板、物料能程受此温度

D。

冷却区:

应尽可能快的速度冷却,为防止冷焊温降不超过4℃/S

绿色无铅环保型

℃

四胶水部分

SMT生产设备中用以固化胶水的设备以回流焊为主，属于热固化，所以一般选用热固化胶水环氧型胶水

环氧型胶水的组成（比重为大概值）

1.环氧树脂63%有很强的粘附性和柔韧性，优异的稳定性，电气性能良好

2.无机填料30%添加固化剂后，胶水的粘度非常强，不利于生产工艺，填料的添加有利于降低胶水的固化点，调控粘度

3.固化剂4%控制固化温度，一般采用胺系固化剂

4.其它添加济3%润湿剂，阻燃剂，颜料等

胶水的特性要求

1.固化时间短,固化温度低.

2.固化前有一定的粘合力,固化后有足够的粘合强度.

3.点胶时无拉丝,无塌边.

4.有良好的绝缘特性,对PCBA的高频特性无影响.

5.有良好的耐热性,可靠的有效寿命.

影响点胶质量的因素

点胶嘴的尺寸：

*点胶嘴直径的大小直接影响胶水的出胶量；

*止动高度ND决定了胶点的成形。

ND太小胶点漫流，图形不完；ND太大胶点易拖尾拉丝；

*两点胶柱之间的距离P。

P太小胶点易相连，安装组件时易溢胶；P太大安装小尺寸组件易飞料

点胶头的气压：

直接影响胶水的出胶量

出胶时间：

出胶时间的长短将影响出胶量，也会影响点胶效率

温度设置：

温度能明显的影响胶水的粘度，温度降低，粘度升高，易产生漏点胶水，其它外部条件相同下出胶量也会减小；温高太高，粘度降低，胶点易拖尾易漫流

推荐Chip组件33℃IC30℃

Z轴（头上下的轴）的回程高度：

回程高度太小，点胶嘴从一个胶点移到另一个胶点是易拖尾、拉丝；回程高度太大又会影响点胶效率

推荐Chip组件3.5mm㎜IC5.5mm㎜

Z轴的运动速度：

Z轴运动速度太快（头上下运动）会影响点胶图形的完美，容易拉丝、拖尾；太慢又影响点胶效

推荐Chip组件快速㎜IC慢速㎜

点胶嘴（双点）的主要参数

以下单位：

1608

2125

3216

点胶嘴直径

0.3

0.4

0.6

松下专用点胶嘴

0.31

0.41

0.6

胶嘴与保护针的距离止动高度ND

0.1

0.15

0.3

两点胶柱的距离P

0.8

1-1.2

1-1.3

点胶面积电阻

0.55

0.65

0.75

点胶面积电容

0.6

0.7

0.85

胶水板的温度曲线（Profile）

胶水固化的温度曲线的要求较为简单：

一般胶水固化要求超过120℃的时间超过120S;

最高温度超过140℃，不易超过160℃；

温度太高的坏处：

AI组件不一定能承受

PCB表面保护松香挥发太多

PCB上的PAD易氧化

电力消耗太多.

℃160℃

120℃

组件的推力要求

1608R1608C1.2KgfB:

2125R2125C2.0Kgf

3216R3216C2.0KgfD:

TRD2.0Kgf

IC2.5Kgf

胶水的保存条件:

低温冷藏0—10℃,保存期不超过3个月,使用时先进先出

胶水的使用条件:

使用前回温2小时,机上使用时温度30--35℃

五组件（SMD）的基本知识

SMT组件的包装

1.带装TAPE（Paper/Emboss）

包装带的宽度W组件与组件的距离P有以下尺寸种类的包装W×P

W=8121624324456

P=2481216244×N

N为整数单位:

管装STICK

盘装TARY

托盘的热温度可达125℃,不超过140℃

4.散装BULK

SMT组件的认识

1.标准的Chip电阻、电容、电感按照外形尺寸为:

1005型（L×W:

1.0×0.5英制0402）

1608型（L×W:

1.6×0.8英制0603）

2125型（L×W:

.2.0×1.25英制0805）

3216型（L×W:

3.2×1.6英制1206）

3025型（L×W:

3.0×2.5）

4532型（L×W:

4.5×3.2）

2.异形组件

电容A.TantalumCapacitor钽电容

B.AIElectrolyticCapacitor电解电容

C.TrimmerResistor可调电容

电阻A.TrimmerResistor可调电阻

B.ChipResistorNetwork网络电阻

连接器Connector

二极管A.MELF圆柱形二极管3.5×?

1.452.0×?

1.25

B.贴片形二极管,发亮二极管

三极管A.三个引脚的三极管本体:

2.8×1.62.0×1.2

B.四个引脚的三极管

C.功率三极管

SOP（SmallOutlinePackage）小形的外形封装IC,引脚向本体两边’L’形延伸.常见封装宽度5.729.5311.43

SOJ（SmallOutlineJ-LeadPackage）小形的外形封装IC,引脚向本体底侧’J’形弯曲.

L形脚J形脚

QFP（QuadFlatPackage）四方扁平封装IC,引脚向本体四边’L’形延伸.

PLCC（QuadFlatPackage）四方扁平封装IC,引脚向本体底侧’J’形弯曲.

引脚间距:

PITCH

1.0

0.8

0.64

0.5

0.4

0.3

引脚宽度:

WIDTH

0.4

0.35

0.29

0.21

0.16

0.1

对应的PAD宽度:

0.5

0.4

0.35

0.25

0.2

钢网网孔的宽度:

建议与引脚宽度一致

BGA/CSP一种高密度的IC,没有引脚,端子在本体下成球形列阵分布

BGA/CSP的一些主要参数

焊球间距

1.5

1.27

1.0

0.8

0.65

球的直径

0.74

0.65

0.5

0.4

常见厚度

2.35/2.15

2.43

1.7/1.2/1.0

1.0

以上单位:

六PCB板的基本要求

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