SMT工艺基本知识介绍

FoxconnTechnologyGroupSMTTechnologyDevelopmentCommitteeSMTTechnologyCenterSMT技術中心Company:富士康科技集团(深圳总部)Department:工程部Name:罗辉Education:本科/機械電子工程Experience:六年SMT經驗Telephone:[phone]-83493E-mail：[e-mail]一.SMT概述二.表面貼裝技術(SMT)三.SMT設備四.小結PCBPad引腳電极一.SMT概述表面貼裝技術,最早源自二十世紀六十年代。就是在PCB上直接裝配SMD的零件，最大的優點是其每一零件之單位面積上都有極高的佈線密度,並且縮短連接線路，從而提高電氣性能。1.1.SMT:SurfaceMountingTechnology.1.2.什么叫SMT一.SMT概述1.3.SMT工藝流程PCB投入錫膏印刷印刷檢查貼片焊接後檢查回流焊接貼片檢查SMT產線:印刷機貼片機回流焊一.SMT概述SMT的制程種類I類:印刷锡膏贴装元件回流焊清洗锡膏——回流焊工艺简单，快捷涂敷粘接剂加热表面安装元件固化翻转插通孔元件波峰焊清洗贴片——波峰焊工艺价格低廉，但要求设备多，难以实现高密度组装一.SMT概述通常先作B面再作A面印刷锡膏贴装元件回流焊翻转贴装元件印刷锡膏回流焊翻转清洗双面回流焊工艺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II類:一.SMT概述混合安装工艺多用于消费类电子产品的组装，如電腦主板波峰焊插通孔元件清洗印刷锡膏贴装元件回流焊翻转印刷锡膏贴装元件回流焊先作B面：再作A面：插通孔元件后再过波峰焊：III類:一.SMT概述1.4.為什麼要用表面貼裝技術(SMT)1.電子產品追求小型化，以前使用的穿孔插件元件已無法縮小2.電子產品功能更完整，所採用的積體電路(IC)已無穿孔元件，特別是大規模、高集成IC，不得不採用表面貼片元件3.產品批量化，生產自動化，廠方要以低成本高產量，出產優質產品以迎合顧客需求及加強市場競爭力一.SMT概述1.5.SMT之優點•1.能節省空間50~70%.•2.大量節省元件及裝配成本.•3.可使用更高腳數之各種零件.•4.具有更多且快速之自動化生產能力.•5.減少零件貯存空間.•6.節省製造廠房空間.•7.總成本降低.一.SMT概述表面貼裝技朮是錫膏印刷﹑元件貼裝﹑回流焊接及其衍生的相關工藝的總和﹐下面以此三大主要部分的工藝論述﹕二.表面貼裝技術(SMT)2.1錫膏印刷2.1.1.錫膏(Solderpaste)2.1.2.鋼板(Stencil)2.1.3.刮刀(Squeegee)2.1.1錫膏a.成份:二.表面貼裝技術(SMT)錫膏的基本成分是由助焊劑和錫粉均勻混合而成,錫粉通常是由氮氣霧化或轉碟法製造,後經絲網篩選而成.而助焊劑則是由粘結劑(樹脂),溶劑,活性劑,觸變劑及其它添加劑組成,它對錫膏從絲網印刷到焊接整個過程起著至關重要的作用2.1.1錫膏a.成份:二.表面貼裝技術(SMT)原材料重量(%)功效金屬合金85--92元件與電路板間電氣性和機械性的接合助焊劑松香(Rosin)2--8給以黏性﹐黏著力﹐金屬氧化物的去除黏著劑1--2防止滴下﹐防止焊料表面氧化活性劑0--1金屬氧化物的去除溶劑1--7黏性﹐印刷性的調整附表一列出了錫膏的基本成份配合合成比例。二.表面貼裝技術(SMT)•金屬成分-有铅錫膏Sn63Pb37,SnPb36Ag2,Sn60Pb40-无鉛錫膏SnAgCu(305,405),SnCu0.7,Sn42Bi58,SnZn9•助焊劑的成分成份功能松香焊接能力/防止塌陷/黏滯力/殘留物之顏色/印刷能力/ICT測試能力活性劑活化強度/信賴度/保存期限溶劑防止塌陷/黏滯時間/黏度控制抗垂流劑黏度/印刷能力/防止塌陷325表示:325孔/平方英寸說明︰網眼大小325400500(-325/+400)(-400/+500)20-38微米-400~+635TYPE425-45微米-325~+500TYPE345-75微米-200~+325TYPE2顆粒球經大小網眼大小顆粒等級20-38微米-400~+635TYPE425-45微米-325~+500TYPE345-75微米-200~+325TYPE2顆粒球經大小網眼大小顆粒等級二.表面貼裝技術(SMT)錫粉顆粒大小:說明︰顆粒等級二.表面貼裝技術(SMT)Lessthan1%80%minimum10%MaximumLargerthanBetweenLessthanType1150μm150-75μm75μmType275μm75-45μm45μmType345μm45-20μm20μmType438μm38-20μm20μmType525μm25-15μm15μmType615μm15-5μm5μmb.錫膏管理:保存：需在0~10℃的冰箱里冷藏,否則會影響錫膏性能.儲存時間不超過6個月.回溫:在錫膏回溫到室溫前切勿拆開容器或攪拌錫膏,一般回溫時間約為4~12小時(以自然回溫方式）;如未回溫完全就使用錫膏,會冷凝空氣中的水氣.錫膏使用前一般需用攪拌機攪拌約1~3分鐘.使用:時間不超過8小時,回收的錫膏最好不要用,印刷錫膏過程在21~25℃,35%~65%RH環境作業最好,不可有冷風或熱風直接對著吹.二.表面貼裝技術(SMT)c.錫膏使用流程:二.表面貼裝技術(SMT)進料入庫回溫攪拌開封1錫膏依不同批號,自序號較小之瓶先取用,保證先進先出2回溫完成後,打開錫膏,登記“開封”時間及開封后使用“期限”3已開封的錫膏在使用後不得再放入冰箱中冷藏,在鋼板上印刷超過8個小時以及錫膏開封後超過24小時,尚未用完的,必須報廢.4锡膏领料员需拿已用完锡膏的空瓶去交换新的锡膏.领取锡膏时,需对锡膏的回温时间,搅拌时间进行檢查.二.表面貼裝技術(SMT)○錫膏進出管制卡存儲溫度:入庫時間:回溫時間:回溫失效時間:開封時間:序號失效時間:錫膏品牌型號回溫時間攪拌時間冰凍有效期限室溫有效期限保存條件備注TUPNL-005S42B4~12Hrs2Min6Mon3Mon0~10℃開封前機器攪拌,並用筆在燈點上劃“v”2.1.2鋼板(Stencil)二.表面貼裝技術(SMT)從制作方式和發展歷程分為三類﹕化學蝕刻﹐鐳射切割﹐電鑄成型。從黏結方式分為金屬鋼板和柔性鋼板成型的金屬鋼片直接粘接在框架上,稱為金屬鋼板,若是通過金屬絲網與框架進行粘接,則稱為柔性鋼板。我們通常用的是柔性鋼板。2.1.2鋼板(Stencil)2.1.2.1.鋼板的功能鋼板的主要功能是幫助錫膏沉積到PCB的Pad上﹐目的是將准確數量的錫膏轉移到PCB上准確的位置二.表面貼裝技術(SMT)2.1.2鋼板(Stencil)2.1.2.2.鋼板的結構網框鋼片絲網A.鋼片﹕鋼片材質的好壞直接影響鋼板使用壽命和印刷效果﹐選用鋼片材質﹕SUS304H﹐使用寿命达到20万次以上特點﹕硬度高﹐無磁性﹐耐腐蝕。B.絲網﹕絲網選用100目鋼絲網﹐張力大、平整度好﹐熱膨脹系數與不銹鋼片相匹配不易變形。二.表面貼裝技術(SMT)2.1.2.2.鋼板的結構網框鋼片絲網繃網采用红胶+铝胶带方式，在铝框与胶粘接处，须均匀刮上一层保护漆（S224）。同时，應保证网板有足够的张力(不小于35N/cm)和良好的平整度C.網框:框架尺寸根据印刷机的要求而定，以DEK265和MPMUP2000机型为例，框架尺寸为29*29inch,采用铝合金,框架型材规格为1.5*1.5inch二.表面貼裝技術(SMT)2.1.2鋼板(Stencil)2.1.2.3.鋼板的發展歷程主要經過三種制作方式二.表面貼裝技術(SMT)a.化學腐蝕是在一块一定厚度的金屬鋼板上通过图形转移和化学药液腐蚀形成开孔;具體方法﹕取薄铜板或不锈钢板，在两面涂盖光敏耐酸物，正趋光性(黑色焊盘)模版分别叠放在两面，用强力紫外光曝光﹐曝光区域变硬，而软的焊盘区域可以被冲洗掉。然后将板放入酸中洗浴，从两面腐蚀掉所希望孔。如圖所示﹕二.表面貼裝技術(SMT)2.1.2.3.鋼板技朮的發展歷程b.鐳射切割是在一块一定厚度的不锈钢片上用电脑控制的CO2或YAG激光从板的一面切割出開孔，激光切割形成V形开口；激光将熔化的金属切割出開孔的同时也容易熔化模板表面，造成表面粗糙。因此需要用沙抛光或用化学方法(電拋光)来清洗表面。二.表面貼裝技術(SMT)2.1.2.3.鋼板技朮的發展歷程C.電鑄模板是利用电沉积方法﹐在芯模上沉积要求厚度的镍金属后﹐剥离芯模形成薄板的有孔的图形﹐具體方法﹕用光敏绝缘乳胶埋盖住芯板(基板)，通过负趋光性模版(焊盘区透明，非焊盘区不透明)用紫外光曝光﹐使焊盘区域变硬，而其它软的非焊盘区被清洗掉，然后将芯板浸浴在酸性电解溶液内，作为阴极联接在电源上，阳极为耗损性镍。经过几个小时，镍就沉淀在导电区域(非焊盘)，并可以象一张纸一样撕下，形成網孔。二.表面貼裝技術(SMT)2.1.2.3.鋼板技朮的發展歷程2.1.2鋼板(Stencil)2.1.2.4兩個附加工藝拋光和鍍鎳﹐是用來進一步提高表面光潔度﹐消除表面不規則﹔這可以改善錫膏的釋放﹐提高鋼板的性能。二.表面貼裝技術(SMT)2.1.2鋼板(Stencil)2.1.2.5.三種工藝流程的比較﹕二.表面貼裝技術(SMT)2.1.2鋼板(Stencil)2.1.2.5.三種工藝流程的比較﹕二.表面貼裝技術(SMT)2.1.2鋼板(Stencil)1.开口的宽厚比/面积比2.开口侧壁的几何形状3.孔壁的光洁度后两个因素由模板的制造技朮决定的，前一个我们設計時考虑的更多。2.1.2.6.锡膏从内孔壁释放的能力主要决定于三个因素:二.表面貼裝技術(SMT)2.1.2鋼板(Stencil)若L＞5W,则考虑宽厚比(開口的寬度L除以鋼板的厚度T)；否则考虑面积比(開口的表面積除以鋼板開口側壁的面積)二.表面貼裝技術(SMT)2.1.3刮刀(Squeegee)的結構A.刀片﹕刀片材質的好壞直接影響鋼板使用壽命和印刷效果﹐選用鋼片,特點﹕硬度高﹐無磁性﹐耐腐蝕,常用硬度為80~85肖氏回跳硬度（Shore）;也有聚胺酯刮刀.二.表面貼裝技術(SMT)2.1.3刮刀(Squeegee)的結構B.刀座﹕是固定刮刀片,並起調整刮刀的角度,常用得角度為45o或60o二.表面貼裝技術(SMT)刮刀菱形刮刀拖裙形刮刀聚乙烯材料或类似材料金属10mm45度角SqueegeeStencil菱形刮刀拖裙形刮刀SqueegeeStencil45-60度角二.表面貼裝技術(SMT)C.刮刀壓力﹕刮刀壓力設定是剛好將鋼板表面的錫膏刮干淨為准刮刀壓力设定：第一步：在每50mm的刮刀长度上施加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。第三步：在锡膏刮不干净开始到刮刀沉入開孔内挖出锡膏之间，增加1～2kg的可接受范围即可達到好的印制效果。D.刮刀的硬度范围用颜色代号来区分：很軟红色軟绿色硬蓝色很硬白色三.表面貼裝設備3.1印刷機︰是將焊料（錫膏或膠水等）通過鋼板和刮刀印刷到PCB板上的設備印刷机类型︰按功能可分为三种类型：A手動印刷機,B半自動印刷機，C全自動印刷機三.表面貼裝設備A.手動印刷機︰適用于印刷精度要求不高的大型貼裝元件；B.半自動印刷機︰適用于小批量離線式生產，及較高精度的貼裝元件；C.全自動印刷機︰適用于大批量在線式生產，及高精度的貼裝元件；贴片机类型︰按功能可分为兩种类型：A高速機,B泛用機3.2贴片机:將電子元件貼裝到已經印刷了錫膏或膠水的PCB上的設備。三.表面貼裝設備A.高速機︰適用于貼裝小型大量的元件；如電容，電阻等，也可貼裝一些IC元件，但精度受到限制。B.泛用機︰適用于貼裝異型的或精密度高的元件；如QFP,BGASOT,SOP,PL