SMT焊接工艺

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QA部培训教材之十二 SMT焊接工艺

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一. SMT简介

1. SMT的起源与发展 2. SMT的工艺设备 3. SMT的安装形式 二. SMT的工艺过程简介 1. 表面印刷工艺

1.1印刷机 1.2模板 1.3 焊膏 1.4 PCB

1.5印刷不良分析 2.贴片工艺 2.1贴片机 2.2.元器件 2.3贴片不良分析 3.点胶工艺 3.1点胶工艺 3.2.点胶剂 3.3.点胶不良分析 4.回流焊工艺 4.1.回流焊炉 4.2.温控曲线 4.3.焊接不良分析 5.波峰焊接工艺

5.1.波峰机 5.2.助焊剂

5.3.波峰焊接不良分析 6.SMT工艺质量控制 6.1.印刷检测 6.2.贴片检测 6.3.焊锡检测 6.4.其它检测仪器 三.清洗. 四.返修

1. QFP的返修 2. BGA的返修 五.包装 六.附件:

1. 贴片质量检验标准示意图 2. 焊接质量检验标准示意图

一.SMT简介

1. SMT的起源与发展:

电子,电器产品的组装是通过电子元器件,印刷电路板(P.C.B)电线及五金,塑胶外壳的互相连接而实现的,其中电子元器件与印刷电路板的互联是其中最核心最关键的步骤.随着互连工艺不断改进和提高,电子元器件封装技术的发展,使互连(焊接)技术有了飞速的发展.到今天大约经历了四个阶段:手工焊接,浸锡焊接,波峰焊接及SMT焊接.前三种焊接方式都以是插装技术的方式进行.即THT.而SMT是按表面装贴技术的方式进行焊接,SMT的焊接,使得产品更为小型化,轻型化,容易实现自动装配,产品的性能更为优越,生产效益及经济效益显著提高,满足了人民对电子产品轻,薄,小的要求.

SMT技术至60年代问世以来,发展到今天,进入了高速发展时期,从民用产品到航空,航天,通讯,电子计算机,武器装备等领域都广泛采用了SMT.SMT/THT混合组装技术已在电路(组装中占据支配地位).随着电子元器件片式化率的提高,产品越来越多地使用SMT技术组装. SMT的发展趋势具体体现在以下几个方面:

1> 片式元件(电阻,电容,电感,滤波器)进一步向小型化,薄型化发展.片式电阻电容面积小到底0.3mmX0.2mm.

2> IC封装的引脚中心距继续缩小.IC引脚的中心距心由

FPD UFPD TCP

(细间距器件 ) (超细间距器件) (载带封装器件) 0.65~0.5m. 0.4~0.3mm. 0.25~0.15 mm. 3>.其他电子元件器件的表面化(SMD).如微电机,微开关,连接器.继电器等. 4>.组装工艺与设备,向精细定位,多功能,高效益,高成本率发展.

5>.微焊接/微连接工艺,焊接中心距小到0.3 mm ~0.25 mm ~0.15mm不用CFC(含氟焊膏),免清洗,保护焊接.非焊接的微连接技术如胶粘,直接印刷互连等. 6>.PCB(SMB)向分层化图形精细化发展.

SMB的发展从6~8层 20层 60层 80层. 线径从0.1 mm ~0.3mm 0.05mm ~0.1mm 线间距从0.2 mm ~0.3mm 0.1mm 7>.自动检测, 测试,修调技术.

8>.EDA(电子设计自动化)广泛应用;如电子模拟,仿真,布线电路设计,测试内形设计,MCM设

计等. 9>.标准化,规范化.

10>.微封装技术进一步发展如BGA,CSP等. ~ 1 ~

2.SMT的工艺设备

一条完整SMT生产线包括下列设备: 1>.涂布设备:

A. 点胶机(Dispenser) B. 印刷机(Screen Printer) 2>.装贴设备. 贴片机2~3台. 3>.插装设备. SMT/THT混装时使用. 4>.固化设备:

A. 固化炉 B. 再流焊炉 C. 紫外线照射. 5>. 焊接设备

A. 再流焊接机---SMT B. 波峰焊接机---THT 6>.返修设备 7>.清冼设备 8>.联装质量检测设备 A. 印刷检测设备

B. 表面安装材料测试设备 C. 焊点质量检测设备(ICT)

D. PCB组件中电性能和电功能测试设备. E. 清洗后洁净度检测设备 F. 防静电检测设备 9>.印刷板上下板机(Loader) 10>.传送带装置 3.SMT的安装形式:

根据PCB的设计形式不同,可分为单面安装和双面安装及混合安装等七种形式.如下图示. SMD

单面贴装

双面贴装

单面混装

一个双面混装的SMT生产线可放置为

A面 自动上板机

SMT丝印机 锡膏检查仪

SM贴片机 QFP/BGA贴片

位置测试仪 回流焊

在线测试仪

储板器

反板机

自动卸板机

双面混装(一)

双面混装(二)

面混装(三)

双面混装(四)

B面 自动上板机 点胶机 贴片机 GFP/BGA贴片机 目测 固化炉 反板机 手放元件 助焊剂 波峰 BGA检查仪 产品测试仪 维修站 ~ 3 ~

粘接剂 贴片 固化 翻板 焊膏 贴装

回流焊 插件 波峰 清洗

二.SMT的工艺过程简介

2. 表面印刷工艺 1.1. 印刷机

印刷机是决定印刷质量好坏的一个因素,印刷机是一种硬件载体,它通过印刷模板将锡膏印刷到PCB板上.

对印刷机的要求要做到:

1>.保证模板漏孔与PCB焊盘对准,即较高的定位精度. 2>.精确的PCB工作台,模板及刮刀运动相互平行. 3>.模板印刷,为接触式印刷,加顶针位,板不能弯曲… 4>.稳定性要高,不能经常变动.

对印刷机的设置,要控制下面几个因素.

A. 刮刀的压力:

从小到大,逐渐增加,一般设置在:7.5~12.5N/100mm B. 印刷的速度:

控制在10~25 mm/s

C. 刮刀分离的速度

控制在0.5~22 mm/s,以加速分离最好 D. 刮刀的角度:50°~ 65° E. 工作温度:20±2℃

F. 刮刀的下移量:应大于刮刀与模板之间的距离,小于刮刀和PCB之间的距离.

G.刮刀的类型:金属刮刀.

H.焊膏印刷厚度:8mil~630mil(0.02mm~1.6mm). 1.2模板:

模板的尺寸和精度是决定焊膏印刷位置和流入量的关键因素.特别是模板的开孔尺寸精度和光滑度影响到焊膏的流入量.通常模板的制作方式有三种:

~ 4 ~

化学蚀剂,激光切割和电成形

孔口形状为:

三种方法的各种特性比较如下:

特性项目 孔尺寸控制 孔壁光滑度 洞壁形状控制 台阶式模板可实现性 模板强度 备注:”*”越多越好.

模板孔尺寸的精度要求为:定位±15µm,孔粗糙度≤3 µm,间距≤250µm,

从上表中可以看出,电成形的方法最好,但成本较高,目前普通采用的是激光切割的方法作模板. 模板的结构如下:

1.外铝框 2.网板 3.张网材料

铝框厚度:除保证铝模不产生变形之外,还应给刮力的上下调节留有余地. 铝框的边宽度:应控制在50mm左右.

铝框支撑边槽深度:应略小于印制模板的厚度,使模板高出0.05mm左右.

支撑柱:对于拼装铝制板,铝模凹槽中应均匀地设置支撑柱,支撑柱位置应与印制板拼装定位

对应.

定位销:铝框上的定位销中心应与印制板定位孔的中心重合,定位直径应与印制定位孔的内径

相当,使二者紧密配合,有利于印制板装卸,又不能有明显松动.定位销的高度应略小于印制板的厚度.

张力材料:选用80目的尼龙网,张力控制在5~6kg/cm². 模板的材料:采用不锈钢制作.

~ 5 ~

激光切割 * * * * * * * * * * * * * * 电成形 * * * * * * * * * * * * * * * * 化学蚀剂 * * * * * * * * * * * * * * * * * * 模板的孔口尺寸:比焊盘尺寸小10%~20%即0.05~0.08mm左右. 模板的厚度:孔的窄边宽度与模板厚度之比应大于1.5.

模板的长宽:当PCB边长小于200mm时,网框内边尺寸取PCB尺寸的2倍以上,当PCB边长大

于或等于200mm时,网框内边尺寸距PCB每边至少应为100mm以上.

模板尺寸的网框每边应比PCB对应边缘大25mm以上.

模板的清洗:每小时至少应清洗一次,也有规定为5~10块清洗一次,防止锡膏粘在底面上.清洗时用酒精擦拭,再用抹布擦干,以防止其他杂质混入焊膏,影响焊接的质量. 1.3.焊膏

焊膏是决定印刷质量好坏的关键因素中的关键因素,焊膏中的合金含量,助焊剂成份直接影响

着焊接后的效果.焊膏是通过印刷模板印制到PCB板上相应位置的,应具有较好的可焊性,流动性及融变性. 焊膏的分类:

按活动性分:无活性,中等活性,活性,超活性.

按清洗方式分:免清洗(R)和清洗(RMA)两种;清洗方式可分为:溶剂清洗(RA)和水清洗(RSA). 按合金含量分:Sn63/Pb37焊膏;Sn62/Pb37/Ag1焊膏;Sn62/Pb36/Ag2焊膏.

焊膏的合金含量为:90%~92%之间,体积比为50%,低于此含量易产生焊膏不良现象. 焊膏中金属粉末的直径为:20-45µm,直径越小越好,但太小会增加面积, 含氧量增加则粘度增加,合适的直径是模板最小孔径的1/5为宜. 焊膏中氧含量不大于200PPM.

焊膏的粘度为:800~1300KCPS.(700~300Pa.S).

焊膏的熔点:Sn63 . 183℃(当Sn63/Pb37时,熔点最低). Sn62 179℃(当Sn62/Pb63/Ag2时熔点最低). 焊膏中各种成分的主要用料及功能:

组 成 含金焊料粉末 焊剂 焊 剂 系 统 粘接剂 活化剂 融度剂 溶剂 主要采用材料 Sn-Pb; Sn-Pb-Ag 松香,合成树脂 松香,松香脂聚丁烯 硬脂酸,盐酸联氨乙二醇 甘油, 乙二醇 功 能 机械和电气连接 净化金属表面,提高润湿性 提供元器件的所需粘性 净化金属表面 防止分散;防止塌边 调节烛焊膏特性 焊膏的包装:50g/塑料罐装

焊膏的储存:在5℃以下储存.超过储存期限60天外的焊膏要按7:3的比例与在储存期限内的焊膏 ~ 6 ~

混合使用,超过储存期限60天内的焊膏,按8:2比例混合使用.

焊膏的使用:在取出之后解冻2~4小时后开封使用,使用前要搅动6~10分钟,焊膏开封后必,须在24小时内用完,若超过24小时则应考虑报废,而要回收的,则在重新使用时必须试 用5~10块PCB,若合格才继续使用.焊膏应适当加在起刮阶段,起刮量为250g/次,起刮距离为50mm.(过长会更多的粉末被压碎,生产性停顿,重新开机要检查焊膏情况并搅动,温度上升10℃, 粘度下降一半. 1.4.PCB.

PCB是印刷电路板的简称,是用来固定电子元件组成电路的载体,焊盘设计的合理性,以及本身的

平整性是影响印刷贴片和焊接的一个重要因素. PCB的分类:

按层数分有单面板,多面板和多层之分,最高的层数达到86层. 按组成的材料分有:FR-4板,陶瓷基板和Cu-Invar-Cud板. 按焊接工艺分有:THT板和SMT板以及THT和SMT混合板. PCB板的材料特性:

材料 FR-4 AL203 Cu-Invar-Cu 印刷板安装方式分类和主要参数.

项目 导线宽 导线宽公差 导线间隙 标准网格 导线数 通孔 层数 板厚孔径比 装配元器件 装配方式 焊接方式 净洗方式 引脚插入PCB 0.2mm以上 ±0.05mm ≥导线宽 2.54或1.27 2根/2.54 mm 与引脚直径相同 2~8 ≤3 2.54或0.27 DIP.PGA.ZIP 手动插入 Wave Waver/Solvent. 表面贴装 0.2~0.1mm ±0.04mm ≥导线宽 1.27~0.5 2~4根/1.25 mm Φ0.5~0.25 mm 2~8 5~6 1.27,1.0,~0.8,0.65 SOP. CC. QFP 自动/SMT Reflower Solvent/Free-clean. 超高密度(FPT) 0.1~0.05mm ±0.03mm ≥导线宽 0.5~0.1 4~10根/2.54 mm ≤Φ0.4 mm ≥20 ≥10 QFP. TAB C.C. FC SMT Reflower Solvent/Free-clean 热膨胀系数CTE(10-6/K) 14 6.4 6 热导系数(W/M.K) 0.16~0.18 1.05 7.5 ~ 7 ~

表面安装对PCB板的要求:

1. 尺寸不大的印制板采用拼板,中间为V形槽;注意V形槽的方向应使槽两边的元件的径向排列一致,以免分离时由于应力作用,导致元件破裂. 2. 要有较高的平整度:0.3%~0.5%,刀弯翘不能超过2°

3. 焊盘部分焊料涂覆层均匀平整并保证热烘风整平过程中整板受热均一,采用化学镀镍/金,以

提高板面的平整度和光洁度.

3. 表面安装印刷板上的中继孔径使用更小的孔径采用多重孔,盲孔等技术,以扩大布线和安装空

间.

4. 表面安装印刷板上的阻焊图形精度要求高,譬如回淋涂液体感光阻焊剂比丝网印刷方法可以取

得更好的精细图形.

5. 印制板常用标准材料为:FR-4, CEM-3玻璃环氧板. 6. 多层化及小孔径. 7. 印制板加工的一般规范.

A.孔密度:800/dm².

B.基板厚:0.8, 1.0, 1.2, 1.6, 2.0mm C.铜箔厚:18, 35~70 mm D.最小孔径:0.3 mm

E.最小环宽:0.2 mm F.细间距:0.2 mm G.字符最小宽度:0.15 H.孔电阻:300~500μΩ I.元件密度:10~30Dip/dm².

9.定位孔,印制电路板角部的定位孔常用来作为焊膏印刷的定位基准,孔的公差应保持±0.065mm 内,不超过焊盘宽度的25%.

10.引脚焊盘的中心距应与器件引脚的中心距一致.焊盘表面应光泽平滑,字符和标志不能覆盖在焊盘内,印制板表面的油渍,手印及残留焊料等一切污染物必须在印刷准备工作中彻底地清洗干净.因为不光洁平滑的焊盘会减弱焊膏与焊盘之间的附着力;元件焊盘与外径区域应尽量不设置导通孔.焊盘表面不能氧化,焊盘的表面经过电镀略显弧形为最好.

11.阻焊膜的厚度应与所包围的焊盘相当,理想的阻焊膜稍微薄于焊盘.阻焊膜太厚或太薄都易导致

印刷时焊膏打散.焊盘表面不能有阻焊膜沾染.

12.印刷板上,凡位于阻焊膜下面的导电图形(如互连线,按地线,互导孔盘等).和所需要留用之铜箔之

外,均应为裸铜箔.绝不允许涂镀熔点低于焊接温度的金属涂层.以保证焊接质量和焊接外观质量.

~ 8 ~

13.焊盘的设计,须与所选的元器件封装外形,焊端引脚等焊接相关的尺寸相匹配. 14.焊盘设计应遵循的基本原则.

A. 所有焊点表面张力为零.

B. 焊接实践证明,表面贴装元件的焊接可靠性,主要取决于焊盘的长度而不是宽度.如图示:

焊盘的长度:B=T+b1+b2

焊盘的宽度:A=w+k(w为焊端的宽度,k为可正可负或零的修正量). 焊盘之间的距离G=L-2T-2b1

B=T+b1+b2 G=L-2T-2b1 A=w+k D=G+2B

对于矩形片状电阻,电容.

b1=0.05, 0.1, 0.15, 0.2, 0.3 b1=0.3, 0.4, 0.5, 0.6 b2=0.25, 0.35, 0.5, 0.6, 0.9, 1.0 b2=0.3, 0.4, 0.8, 1.0, 1.5 k=0, ±0.1, 0.2 k=0.0, 0.03, 0.05, 0.1, 0.2 B=1.5~3 mm

15.焊盘之间,焊盘与通孔之间以及焊盘与大面积接地(或屏蔽/铜箔之间)的连线,其宽度应等于或小

于焊盘宽度的二分之一.若用阻焊膜加以遮隔开者,其宽度可以等于焊盘宽度. 16.凡焊接无外引脚的元器件的焊盘,其焊盘之间不允许有通孔. ~ 9 ~

17.凡多引脚的元器件中(如SOIC QFP等).引脚焊盘之间的短接处不允许直通,应由相应的焊盘加引

出互连线之后再短接.

18.对于细间距引脚的元器件,应在其单个焊盘图形的对角线方向上增设两个对称的裸铜基准的标志,

即光学定位基准.

19.当采用波峰焊接工艺时,插引脚的通孔,一般应比其引脚线径大0.05~0.3 mm,并且焊盘的孔径大于

孔径的3倍.

20.凡用于焊接片状元器件的焊盘,绝不允许兼作测试点. 21.凡符合于再流焊工艺要求的焊盘,同样也能适用于波峰焊接. 23.各种焊盘之间的间距及性质如下图:

24.电路板的外形尺寸与定位孔尺寸的关系:

~ 10 ~

25.电路板贴片使用标记.

A.尺寸(2~1mm). B.尺寸(0.2mm). C. 尺寸(0.5~1.0mm).

26.焊膏的宽度尺寸比元件引脚的宽度要窄,但长度尺寸与IC引脚尺寸应保持一个适当的比例, 实践表明该比例应控制在2.5~3左右为宜.通常前端0.6 mm,后端0.8 mm. 1.5.印刷不良分析

现 象 1.焊锡球 *.焊膏氧化 *.焊膏有水份及焊剂过量 *.焊膏过多 *.加热速度过快. *.元件放置压力大 *.印刷位置偏移 *.焊盘之外有多余的焊膏 *.印刷时压力过大及非接触印制 2.桥接 *.焊膏塌落 *.网板背面有焊膏 *.加热速度过快 *.焊膏过多 *.网板质量不好 *.焊盘设计间隙小 *.印刷位置偏移 *.焊接时间过长或过短 3.碑林 *.加热速度过快及不均匀 *.63/37焊膏 *.元件可焊性差 *.焊盘设计不合理 *.印刷偏移 *.焊膏涂敷不均匀 原 因 #.增加活性 #.降低周围环境温度 #.减少网板开孔,降低刮刀力. #.调节温度-时间曲线4℃/S #.减少放置时压力 #.调整印刷位置及提高模板精度 #.用阻焊膜覆盖 #.调节刮刀压力及调整为接触式印刷 #.增加焊膏金属含量或粘性 #.降低刮刀压力及采用接触式印刷并不断清洗网板. #.调整温度-时间曲线 #.减少网板开孔,降低刮刀压力 #.采用激光切割法 #.更改电路板的设计 #.调整温度-时间曲线 #.调整温度-时间曲线 #.采用含银或铋的烛焊膏 #.选用可焊性好的焊膏 #.更改焊盘的设计 #.调整印刷的位置及提高模板精度 #.调整刮刀的速度 措 施 4.焊点不足, 虚焊 *.网板质量 *.焊膏不够 *.模板印刷板,定位 *.回流时间短 *.刮刀速度快,网板太厚 *.引线和焊盘氧化 *.焊剂活化差 *.焊接时元件擦伤 *.元件引线可焊层脱落 #.采用激光切割法作网板 #.增大网板开孔,降低压力,用金属刮刀 #.采用接触方式印刷 #.加长回流时间 #.降低刮刀的速度,减少网板厚度 #.避免引线和焊盘氧化 #.增加焊剂活性 #.固定焊接设备 #.增加元件引线可焊层 #.减少网板开孔 #.检查焊膏粘度 #.减少网板厚度 #.选择合适焊膏 #.控制环境温度 5.焊锡过多 *.网板开孔过大 *.焊膏粘度小 *.网板太厚 6.焊膏塌落 *.焊膏粘度低 *.环境温度高 2. 贴片工艺

2.1. 贴片机

是将片状的电子元件粘贴到PCB板上的设备.它分为:机械定位系统;感光定位系统; 送料器;软件控制系统几大部分.

贴片机其贴片速度可分为:低速机;中速机和高速机;其贴片速度可由:10000~40000片/小时,时间为:0.09S~0.18S/片. 按其元件识别方式分:

气控:气压方式识别元件的大小轻重.

光透射:通过透射光的方式来识别元件外形尺寸 光的反射:通过反射光的方式来识别元件的外形尺寸. 按贴装分:4头和8头两种. 2.2. 贴片元器件:

适用于贴片的元件要求具有较小的尺寸和较高的精细的外形,,和一定封装形式,才能满足贴片机的粘贴.这类元件通常为QFP(Quad Flat Package)方形, 扁平封装元件和BGA(Ball Grid Array).球珊阵列封装元件及CSP(Chip Size Package)芯片尺寸封装元件.SOP(Small Outline Package)小型封装等.片式化的元件有电阻,电容,电感,晶振,IC等. 2.3. 贴片不良分析:

~ 12 ~

现象 漏吸片子 1.片式元件飞: 原因分析 1.1.片式元件变圆 1.2.空穴的间隙大 1.3.送料振动大 2.吸不住元件: 2.1.元件粘在编带上 2.2.空穴太深,静电作用使元件不能吸取. 2.3.吸管变短 2.4部件程序中尺寸的设定与文件中有差异 2.5.被织带杂物夹住 2.6.送料器故障 2.7.片式元件的基体与电极色彩离散度大 2.8.吸管有异形物. 3.吸嘴原因: 3.1.吸嘴顶端形状与元件尺寸相差无几. 3.2.吸嘴顶部有异物 3.3.选择反射方式时,亮度小,背景暗,不能区别 有无. 片式元器件不能贴装在基板上以及贴装移位 1.吸片式元件开裂: 1.1.基板变形 1.2.印刷厚度不够 1.3.锡浆干 1.4.多锡渣 1.5.锡膏粘度不够 1.6.基板尺寸不稳定 1.7.吸嘴高低调节不当 吸着元件开裂 1.吸片式元件开裂: 1.1.元件强度低 1.2.元件的厚度设定有误 1.3.送料爪故障 1.4.热膨胀性故障 1.5.吸嘴高度太低 2.贴片时元件开裂 1.6.元件强度低 1.7.片式元件下有阻膜 装贴错误 1.程序错误: 1.1.程序识别错误 2.料带错误: 2.1元件尺寸与实际尺寸不符 贴片机工作时易出现的故障及排除方法: 故障现象 故障原因 1.机器不起动 1.机械的紧急开关处于关闭状态 2.电磁阀没有起动 3.互锁开关断开 4.气压不足 1.横向传输器或传感器接触不良 2.纵向传输器或传感器接触不良或短路 1.吸嘴开裂引起漏气 2.吸嘴下面不平有焊膏等脏物, 吸嘴孔内被堵塞 3.吸嘴孔径与元件不匹配 4.元件表面不平整 5.编织元件表面的塑料带太粘或不结实,塑胶带从边缘撕裂开. 6.供料器偏离中心位置 7.震动供料器滑道中器件的引脚变形,卡在滑道中. 8.不打INDEX,INDEX金属料杆与管之间,缺油或不灵活 9.由于编带供料器卷带轮松动送料时,塑料带没有卷绕 10.由于编带供料器卷带轮太紧,送料时,塑料胶带被拉断 1.贴装头吸嘴的气路有漏气 2.贴装头Z轴不灵活 3贴装头对中爪不在同一平面. 1.贴片编程错误 2.供料器编程错误 3.晶体管,电解电容器等有极性元器件,不同生产厂家编带时方向不一致. 4.经震动供料器滑道中加管装器件时与供料器编程方向不一致 排除故障方法 1.拉出紧急开关 2.修理电磁阀 3.接通互锁开关 4.检查气源开关使气压达到要求 1.检查并修复传输器或传感器 2.贴装头不动 3.贴装头吸嘴吸 不上元件 1.更换吸嘴 2.用细针通孔并将吸嘴底端面擦净更换吸嘴及更换合格元件. 3.重新安装供料器或更换元件 4.供料器重新编程. 5.取出滑道中变形元器件 6.在INDEX金属杆与管之间加油并擦 试调编织供料器卷带轮的松紧度. 4.贴装头吸嘴吸上元器件后贴装途中丢失 5.元器件贴装方向错 1.检查并修复气路 2.检查并擦拭Z轴 3.调整贴装头对中爪在同一平面 1.修改贴片程序 2.修改供料器程序 3.变更编带元器件时要注意极性方向 4.往震动供料器加料时,要注意器件方向 6.贴装头工具丢失 1.贴装头底部的传感器表面或吸嘴顶端面上接触传感器的顶针表面有脏物 2.贴装头传感器的外连接成短路 3.贴装头底端固定吸装的胶皮圈老化或开裂 7.贴装头拾取元件1.上供料器时,供料器顶端的顶针没有时砸坏吸嘴 插入供料架的定位孔内 2.编程时,按程序表在工具库内放了吸嘴而贴装上已装有吸嘴 8.贴装时元器件被1.贴装头高度不合适 砸坏 2.贴装压力过大 9.上板后,PCB不往1.PCB传输器的皮带松或断裂 前走 2.PCB传输器的传感器上有脏物或短路 10.带式供料器顶1.剪带机不工作或剪刀磨损,使纸带不端底部被底带或能正常排出. 塑料带堵塞 2.带式供料器装配不当或步进齿轮损 坏 11.贴装在PCB上1.个别元器件的贴片编程位置准确. 的元器件歪斜不2.编程后或贴装一段时间后整个PCB正 上的元 器件位置至少呈偏移 3.点胶工艺

1.用无水乙醇棉擦拭传感器和顶针 2.用电烙铁焊接传感器可外连接成 3.更换胶皮圈. 1.上供料器时,一定要将顶针插入供料器架的定位孔内, 2.编程时,必须先将贴装头上的吸嘴取下来,再按程序表设定放吸嘴 1.贴装头高度要随PCB厚度作调整 2.由元器件高度来重新调整贴装压力 1.更换PCB传输器, 2.擦拭PCB传输器的传感器 1.检查并修复剪带机 2.更换或重新装配供料器 1.修改个别位置的贴片程序 2.可用Offset修改X. Y. θ 3.1.点胶工艺在片状元器件过波峰焊时使用的,使用点胶工艺的元器件不再需要印刷工艺和回流焊

接，点胶工艺是通过点胶机加上合适贴片胶通过点胶针筒或印刷方式来实现的.当PCB板为双面混装时，需要用到此工艺.点胶完成后,必须进行红外或热风固化,以防止元件缺落。 3.2点胶剂

选择点胶剂必须保证: A.稳定的单组体系， B.快速固化,贴存稳定， C.合适的粘度及较好的融胶性， D.合适的粘性强度， E.较高的绝缘电阻， F.较好的化学稳定性，

G.无毒,无味,不燃烧,不挥发,并且有可监别的顔色.

3.3点胶不良分析 点胶不良通常表现为:

位置偏移:机械参数设定及印刷板的调整. 粘着力差:选择合适的粘胶剂.

~ 15

胶流淌:粘胶剂粘度不 4.回流焊工艺

回流焊工艺是直接影响焊接质量好坏的主要环节,回流焊温度及时间控制,以及是否加氮对锡珠,锡桥,以及碑林现象有直接的影响,虚焊和元件爆裂也和回流焊工艺有关,回流焊是通过回流焊炉来实现的. 4.1回流焊炉:

按加热方式分:热风回流焊和红外回流焊,以及热风红外回流焊. 按是否加氮气来分:加氮保护再流焊和非加氮保护再流焊. 全热风对流方式有:机械(电热鼓风)及气流放大器法. 充氮回流焊好处:

A.焊接润湿力提高0.4倍,

B.焊料不氧化,

C.焊料表面张力减少,桥接减少, D.避免PCB变色, E.适用于免清洗, F.焊珠减少,

G.对未贴正元件纠正力大, H.温度更稳定,

I.对金,镍镀层亲和力提高, J.适用于细间距和铜焊盘,

回流焊炉中,氧含量一般设定为10-100PPM, 加热的方式一般分为五段式加热和七段式加热.

红外加热的缺点是:器件的表面颜色不同对红外吸收率不同,焊脚被遮挡而造成阴影,以致被焊元器件受热不均.

回焊炉的结构：加热系统,传动机构,风冷机构和电气控制系统。

加热系统由上下加热体组成,共包括六个加热温区,从而组成两个预热区段和一个焊接区段,在预热区段使用特制不锈钢电热管加热,在焊接区段采用高效红外板和强制对流热风加热，风速可调传动系统,印制板的传动采用不锈钢单排长轴链条传送,传动速度可调和可显示.在入口处，设有轨道宽度调节装置，在出口处备有应急机构,以备紧急时刻将印制板摇出. 电气控制系统由传感器,执行器件,温控表,调速器及电机组成. 热电偶特性表

热电偶 最高温度 300℃时热电势 误差 灵敏度(100-300) ℃ 铂铑一铂(S) 1300℃(长期) 1600℃(短期) 1300℃ 2.323MV (I)±1℃ (II) 1±1.1℃ (I)±1.5℃ (II) ±2.5℃ ±3℃ (I)±1.5℃ (II) ±2.5℃ 8.39μV/℃ 镍铬一镍硅(K) 镍铬一考铜(EA2) 镍铬一铜镍 (E) 12.207MV 40.56μV/℃ 800℃ 22.880MV 79.9μV/℃ 900℃ 21.033MV 78.58μV/℃ 回焊炉的主要技术分析: 印制板宽度:XX-XX 传送速度:0.1-1.2M/MIN 允许元件高度:MAX XXmm 输送方式:链条式(网带式) 加热温区:2个预热区+一个焊接区 加热区长度:XXXX mm 控温精度: ±20C 温度均匀性: ±50C 电源:380±10%,50HZ 功率:XXW 重量:XXXKg 外形尺寸:XXXX 回流焊工艺流程: 回流焊工作原理：

当各温区按设定的温度值达到恒温后,可将印制板按一定的传输速度置于传送链或传送带上,自动进入并经过各个温区.印制板在炉膛内运行过程中,在预热区,主要是通过热空气对流换热的方式加热,流动的热空气与PCB及其上面的焊盘,焊膏,元器件引脚接触,在其上面发生热对流.同时由于热空气自身也有存在着热传导的作用,加上印制板与其上物体内部温度不同的各个部分之间也存在着热传导的能量交换,这样综合作用的结果使印制板的温度上升,最终达到预热阶段的温度,在焊接区,印制板在吸收热空气强制对流换热的同时,还要吸收红外辐射能量,当印制板及其上面的元器件 ~ 17 ~

电机 PCB装料 传送 预热1 预热2 焊接 风冷 卸料 温控表 引脚,焊盘,焊膏等在受到红外线的辐射时,当前处于基态下的质点中的一部分,由于其振动频率与 红外线的辐射频率相同时而吸收红外线,从而转入激发态,并很快形成跃迁,这跃迁过程伴有能量的释放,释放的方式就是将能量转化为热能,从而导致印制板,元器件引脚,焊膏,焊盘等温度迅速提高,这样,两者综合作用的结果,使得被焊件迅速达到焊接的温度,从而实现了再流焊.为了获得较好的焊接质量,再流焊工艺要求,印制板在炉膛内必须充分预热,使PCB温度逐渐上升到1500C-1600C并保持60-120分钟,以使焊膏内的助焊剂充分发挥出来,而不会引起焊料飞溅,同时使印制板温度均匀,在预热之后,迅速提高加热温度,使印制板达到焊料合金的润湿温度,考虑到表面组装器件(SMD)大小,焊膏量和PCB大小等因素,PCB峰值温度最高220-2300C为宜,并保持10-15秒钟,以便SMD在峰值温度下受热均匀,

4.2回流焊工艺温控曲线

50 250 200 150 1002~30C/Sec 2300 C 10~15Sec 140~160° 1~40C/Sec 60~120S 4.3再流焊不良分析

再流焊在初始阶段,如果温度上升太快会引起焊料飞溅形成锡珠和锡桥,温度过高会引起氧化,使焊接质量下降,引起虚焊,同时也可能对元器件性能造成影响,温度过低会形成锡球和虚焊,助焊剂不能有效挥发,残留在PCB板上,影响了清洗,特别是对免清洗焊膏更为重要,同时由于温差效应也会形成碑林现象和元件开裂,移位等不良. 5.波峰焊接工艺

5.1波峰机:和回焊炉一样是将元器件和PCB板通过加热的方式用焊锡连接成一个整体,波峰焊对插装焊接十分有用,对SMT焊接也可适用.目前波峰焊的发展方向是免清洗,充氮,免焊剂.

1949美国S,F,Danko和 Abramson发明了PCB浸焊法. 1956英国FRY’Smexat公司发明了PCB的波峰焊法. 波峰机的分类按工作方式分:单波峰机和双波峰机; 按工作动力分为: A.离心泵式 B.轴流泵式

C.齿轮泵式

D.MHD(magneto-Hyde Dynamic Pump)液体金属电磁泵

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电机泵波峰发生器,历史悠久,结构复杂,机件极易磨损,可靠性低,维修困难,由于机械泵的

强烈搅拌作用,铅料氧化厉害,必须使用防氧化物质,铅料槽容积大,铅料受其它金属杂质污染的可能性大,铅料槽中的铅料需定期更换,铅料浪费大.使用成本高.

直流传导 传导式 单交流传导

MHD泵分类 单相交流感应 感应式 双相交流感应

三相交流感应

波峰机的结构:

A.助焊剂喷涂系统:有发泡式,超低压免清洗助焊剂,喷雾系统,助焊剂.脉冲无气喷涂系统. B.印刷电路板夹送系统 C.印刷板预热系统 D.波峰发生系统 E.电气控制系 波峰焊工艺流程:

工艺参数表如下所示

项目 预热后助焊剂厚度 预热温度 输送带倾斜度 焊锡时电路板弯曲 焊锡温度 接触时间 第一波 第二波 浸锡深度 第一波 第二波 第二波锡流动向 单波 2~4μm 120±10℃ 2-6º 0 ~0.3mm 250±3℃ 与PCB同向 双波 4~6μm 120±10℃ 3-6º 0 ~0.3mm 250±3℃ 0.5±0.2Set 1.6+0.5,-0Set 1.6+0.5,-0mm 0.8+0.5,-0mm 与PCB同向 清洗 冷却 波峰焊接 准备 元件插装 喷射焊剂 预热 几种流动软焊接的特点比较

流动形式 热量 单波峰 机械泵双波峰 感应泵双波峰 初始投资 低 低中 高 中高 操作费用 高 中 中 低 生产量 低 中 高 高 装配形式 插装 插装 贴插混装 贴插混装 工装夹具 差 差 好 好 焊接错误 高 低 低 低 现代波峰焊机的技术持点：

1>.免清洗波峰焊接技术一三氯乙烷为主的清洗剂

2>.适应元器件小型化和印刷板高度密度化组装的需要,出现了双波峰,Ω波,空心波“O”形旋转

复合波 3>.工艺参数智能化 5.2助焊剂

波峰助焊剂应能清除焊接物表面的氧化物,并能防止高温下焊面的氧化.助焊剂还要有较好的润湿力对免清洗助焊剂而言,固体含量<2%卤化物含量,0%适合于泡沫喷雾和刷涂,其它一般7.5-8.5左右 5.3波峰焊接不良分析

影响波峰焊接质量的主要因素 1>.助焊剂及预热温度

波峰焊接工艺中,助焊剂是必不可少的辅料,良好的助焊剂应能清除焊接物表面的氧化物,并能,防止高温下焊膏面的氧化，助焊剂还具有较好的润湿力。

预热温度低,助焊剂活化差,溶剂未挥发尽,焊接时焊锡生孔.预热温度如下表所示：

印刷板层数 单层 双层 多层 （2）焊料槽温度和波峰

焊料槽焊料的温度对焊接质量影响较大.波峰温度过高会引起元件的损伤，温度低就会造成一些焊接缺陷,在贴装和插装的电路板时,通常用波峰焊接.为了防止桥接,在波形上采取了“O”形波.“O”形波是通过旋转叶片来实现的 (3)防氧化油的使用

流体状的焊料板容易氧化,这不仅锡的浪费量大,还会影响焊接质量,最好的办法是使用防氧化油,在焊料槽内喷一层防氧化油来减缓焊料的氧化,减少桥接现象,质量好的防氧化油含有适量 ~ 20 ~

预热温度 80°-90° 100°-120° 110°-130° 的激活剂，它会提高助焊剂的功效。

(4)印制板的传递速度

传送速度的实质,就是焊接时间的设置,当焊料槽温度在250℃左右时,焊区温度就在245℃左右。焊接时间应在3S左右。 (5)焊料的保护

焊料槽中各类物质汇集,是产生物理化学反应的地方,印制板以及元器件上的金银,铜,助焊剂残留物,防氧化油不断涌入焊料槽,形成了污染,这些污染会影响到焊接效果 金:使焊点变脆 银:使焊点粗糙 铜:使焊料的流动性差

锌：极微弱的锌元素（0.005%）可造成焊料缺少附着力. 以上各元素的允许水平如下表

元素名称 深度水平 焊接缺陷及原因见下表

焊接缺陷 垄焊 桥接 拉尖 放泡 焊点粗糙呈暗灰色 焊孔未满 PCB板有锡珠 虚焊 6.SMT工艺质量控制

一条完整的SMT生产线应设置的检查站为:印刷检查站,贴片检查站,焊接外观检查站,功能测试检查站等

6.1.印刷质量检测:分目测和在线检查两种,目测主要是检查印刷焊膏是否到位,有无塌陷和流淌现象,在线测试可检测焊膏的位置,厚度,粘度等项目.

6.2.贴片质量检测:分目测和在线自动位置检测两种,目测较慢,合格率低,自动检测合格率高,

速度快,检测的项目有,漏贴,错漏,移位等.

6.3.焊锡检测:分焊锡外观检测和焊接功能测试,外观检测主要是通过目测,检测的项目有锡 ~ 21~

原因 焊料过多 焊接温度偏低,助焊剂没有涂好,有害金属杂质超标 PCB板传送速度和焊料槽温度未调好,助焊剂活性下降 助焊剂涂覆过量,预热温度低,PCB板受潮严重 焊料槽内锡含量过低,金,铜等杂质含量过高 PCB板压锡不足,焊料槽温度偏低,被焊物可焊性差 助焊剂涂覆过量,预热温度低,PCB板受潮严重 引线和焊盘严重化,焊剂活性差,焊接温度低和焊料凝固时晃动所致 金 0.1-0.2 银 铜 0.30-0.35 锌 0.005 珠,锡桥,拉尖,碑林,开裂,放泡,多锡,少锡等容易看到的外观问题，而功能检测主要是针对眼不能看到的虚焊，元件错装，电路功能，元器件功能等， 6.4.常用的检测设备有：

ICT测试仪——焊接后焊点质量检测 X-RAY测试仪——针对BGA焊接检测焊点情况 贴片位置测试仪——检查贴片位置是否正确

印刷质量检测仪——检查印刷焊膏的厚度，位置，粘度 功能测试仪——检测PCB零件中电性功能和电功能 净度检测仪——检测清洗后清洁度

防静电测试器——测试各种静电电压防护情况 仿真测试仪——模拟电路功能进行检测

三.清洗

电子产品焊接之后,由于使用了助焊剂等辅助原料,形成了许多无用的污染物,对电子产品造成危害，所以必须予以清除这些污染物。

电子产品的清洗方式有：溶剂清洗;水清洗;免清洗三种类型;溶剂清洗主要是用CFC（氟磷溶剂）但CFC会损坏大气中的臭氧层,被禁止使用.因此免清洗就成了一个新的发展方向， 污染物的来源及分类: 1)元器件引线上的污染物 2)联装生产时的污染物

3)助焊剂的污染物——主要污染物 4)焊接过程中的污染 5)工作场所的污染

对于水溶性焊剂,可选用水清洗,皂化剂清洗,对于香型焊剂包括（R，RAW，RA，RSA等）,可选用HCFL免清洗或有机溶剂清洗,（乙醇）皂化清洗,半水溶性清洗.对于合成活性类焊剂,可选用有机溶剂清洗,半水溶剂清洗和HCFC清洗等,不能用水清洗和皂化清洗,对于低固焊剂,其固体含量低于5%,则可以不清洗或免洗. 四.返修

对于电性能测试不合格的产品需要进行修复,对于不同元件器件所用的修复工具是不相同的,特别是对SMT元件的维修工艺,常见的SMT元件封装类型有CHIP,SOIC,PLCC,QFP,BGA五种. CHIP元件的维修用一把外型像镊子的双头烙铁.另一种方法是用小型热风笔加热涂有助焊剂的元件管脚,所有焊点熔化后,用镊子取下.

焊接CHIP之前,先用吸锡枪或吸锡编带清理焊盘,向焊盘上涂焊膏,用镊子或真空吸笔把元件贴放到相应位置上,热风笔的风量调到将不把元件吹跑,加热元件,使所有焊点同时熔化.

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SOIC元件的维修工作,在取拔SOIC时,助焊剂使焊锡,管脚和焊盘不被迅速氧化,并在助焊剂沸腾时提示我们焊锡将要熔化,再过3-5秒钟就可以取下元件了,利用焊盘上原有焊锡进行焊接,助焊剂不但能减慢氧化速度,提示焊锡熔化,在贴放元件时,还能固定元件的位置,以防管脚从凸起的焊锡上滑落到焊盘与焊盘之间,并在回流时增加固体金属与熔化金属的浸润性,减少虚焊/连焊的发生,助焊剂的作用不但能够氧化,提高浸润性,同时也是贴接剂和最好的温度计.

取拔SOIC也可用小型热风笔,方法是先在元件引脚上与焊盘上涂助焊剂,热风笔沿元件四边做匀速圆周运动,助焊剂沸腾放出大量烟后经过3-5秒,用镊子取下IC.

助焊剂加热后会失去活性而在焊盘上结荚,所以利用原有焊锡焊接,要先用无纺布沾酒精清理焊盘,再涂助焊剂.用SMT镊子或真空吸笔将IC贴到相应位置上,热风笔温度在3500C左右,风量以不吹走元件为准,沿元件四边圆周运动,只要所有焊盘与管脚都一一对应的接触上,利用热风同时加热,元件就可以靠焊锡表面的张力自动调到最佳位置上.

如果要在一块新板上焊接元件,或原有的焊锡已经被清除,就需要重新涂焊膏,涂焊膏最好的工具就是运用注射器。

PLCC元件的拆和焊，目前大多数PLCC元件就是EEPROM,因为存储的软件内容一遇高温就消失贻尽了，所以只能预先在电路板上焊接PLCC专用卡座，如果有问题用专门的拔取器一拔即可取下元件，而不用加热方法，要拔取插座可用热风头加热方法QFP元件，因热风取拔和利用原有焊锡焊装的过程与PLCC相同，所以只利用新焊膏焊接的方法。

最简单的办法是用22AWG孔经可注射器在每列焊盘涂一条锡膏线，焊锡熔化时靠液体张力和焊盘阻焊膜的作用，将焊盘自动分配到每个焊点而不连焊。

BGA元件的焊点是无法用烙铁修补的，检查也非常困难，BGA元件的焊接有两个要素：一是对中贴放,二是回流焊接,利用专用维修回焊炉拆出BGA. 1.维修工作台 1>.安危性 2>..热网头形状

3>.加热方式：热风对流 4>.压力传感

在贴装元件时，最多采用的方法是补锡焊接，步骤是：清除焊盘 焊点补锡 加助焊剂放元件 加热。在焊接过程中热风头应给予元件适当的压力,通常为200-300g. 2.元件的放置精度,一般元件的放置偏差不允许超过管脚宽度25%,用侧向放大镜的方向可对准元

件.

3.其它小型维修品必须包括一些用于清除焊盘并有拆卸通孔的吸锡枪,一支可调温焊笔,一支拆卸 ~ 23 ~

小型SMT如贴片电容电阻的热夹工具,焊笔底面一个椭圆的凹槽. 4.对损坏的焊盘可用“干膜背胶”适当加以修复. 五.静电保护和包装

由于许多电子元器件是电压敏感元器件,由于磨擦而产生的静电电压(ESD)从几千伏到几万伏,当接触到元器件,会造成元器件永久性损坏,因此在生产过程中必须对人,设备,地面,环境进行静电保护,有关于静电保护的内容(ESD)请参看. 六.附件

1. 贴片质量检验标准示意图 2. 焊接质量检验标准示意图

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