回流焊技术培训教材ppt课件.ppt

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1、电子工艺实训课程回流焊接教学课件,湖南科瑞特科技股份有限公司,什么叫SMT？,這就是SMT !,SMT定义,表面贴装技术(Surface Mounting Technology简称SMT)是新一代电子组装技术,它将传统的电子元器件压缩成为体积只有几十分之一的器件,从而实现了电子产品组装的高密度、高可靠、小型化低成本，以及生产的自动化。这种小型化的元器件称为:SMD器件（或称SMC、片式器件)。将组件装配到印刷线路板或其它基板上的工艺方法称为SMT工艺。相关的组装设备则称为SMT设备。目前，先进的电子产品，特别是在计算机及通讯类电子产品，已普遍采用SMT技术。国际上SMD器件产量逐年上升，而传统

2、器件产量逐年下降，因此随着时间的推移，SMT技术将越来越普及。,为什么要用表面贴装技术(SMT)?,电子产品追求小型化，以前使用的穿孔插件组件已无法缩小。电子产品功能更完整，所采用的集成电路(IC)已无穿孔组件，特别是大规模、高集成IC，不得不采用表面贴片组件。产品批量化，生产自动化，厂方要以低成本高产量，出产优质产品以迎合顾客需求及加强市场竞争力。,SMT之优点,能节省空间5070%；大量节省组件及装配成本；可使用更高脚数之各种零件；具有更多且快速之自动化生产能力；减少零件贮存空间；节省制造厂房空间；总成本降低。,贴片技术组装流程图,SMT的制程种类,贴片波峰焊工艺价格低廉，但要求设备多，难

3、以实现高密度组装,锡膏回流焊工艺简单，快捷,双面回流焊工艺A面布有大型IC器件B面以片式组件为主充分利用 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。,混合安装工艺多用于消费类电子产品的组装,III 类:,锡膏印刷,A.手动印刷机（面临淘汰）适用于印刷精度要求不高的大型贴装组件；,B.半自动印刷机适用于小批量 离线式生产，及较高精度的贴装组件；,C.全自动印刷机（目前用的最广泛）适用于大批量在线式生产，及高精度的贴装组件。,刮刀,钢板制作方式,蚀刻（目前应用减少） 激光切割 （普遍应用） 电铸（成本太高，较少）-应用于精密的印刷,蚀刻钢板,普通

4、激光切割钢板,电抛光激光切割钢板,锡膏,锡膏的基本成分是由锡粉和助焊剂均匀混合而成,其焊膏金属粉末通常是由氮气雾化或转碟法制造,后经丝网筛选而成。而助焊剂则是由粘结剂(树脂),溶剂,活性剂,触变剂及其它添加剂组成,它对焊膏从丝网印刷到焊接整个过程起着至关重要的作用。,A. PCB组成成份电脑板卡常用的是FR-4型号由环氧树脂和玻璃纤维复合而成。B. PCB作用： 提供组件组装的基本支架； 提供零件之间的电性连接利用铜箔线； 提供组装时安全方便的工作环境。C. PCB分类 根据线路层的多少分为双面板多层板;双面板指PCB两面有线路而多层板除PCB两面有线路外中间亦布有线路目前常用的多层板为四层板

5、中间有一层电源和一层地线。根据焊盘镀层可分为喷锡板和金板；喷锡板因生产工艺复杂故价钱昂贵但其上锡性能优于金板。,PCB (Printed Circuit Board)即印刷电路板,按功能可分为两种类型： A.高速机 B.泛用机,将电子组件贴装到已经印刷了锡膏或胶水的PCB上的设备。,贴片机类型,A.高速机：适用于贴装小型大量的组件；如电容，电阻等，也可贴装一些IC组件，但精度受到限制。,B.泛用机：适用于贴装异性的或精密度高的组件；如QFP,BGASOT,SOP,PLCC等。,A. 带装TapeB. 管装 StickC. 托盘 TrayD. 散装 Bulk,Tray 盘,胶带,管装,SMD件的

6、包装形式,A.带装供料器 带装零件供料器依料带的宽度可分为8mm/12mm/ 16mm/24mm /32mm/44mm/56mm等种类B. 管装供料器 高速管装代料器/高精度多重管装供料器/高速层式 管装供料器 C. Tray Feeder 托盘代料器 手动换盘式/自动换盘式/自动换盘拾取式换盘送料 D.散装供料器 目前较少使用种类振动式和吹气式,供料器的类型,选择料架1.不同包装方式的料应装不同类型的料架上。(如胶带或纸带)2.不同本体大小的料应装在不同之料架上。装所需物料到料架上1.要仔细检查料架内的物料是否到位,料架扣有无扣 好, 以及料带齿轮是否相吻合。,备料,上料步骤与要求,根据料单

7、确认所备之料架所示意之站别与所放斜槽 之站别相一致。1.作好备料记录并由相邻工位确认;2.对于托盘装BGA或IC只有半盘或大半盘时应将物料置 于托盘的后面部分,而空出前部分。 Tray盘的摆放方式请按Tray盘上箭头所指的方向，进行放置3.上线前之备料应特别留意BGA及IC的方向,以及一些 有极性之组件的极性,对于温湿度敏感性的组件的管制请参照管制规范。,确认换料站别1.应时刻留意物料的使用状况2.当听到机器发出缺料报警后,巡视核实缺料信息,并 确认好换料站别 取备用料放于机器平台相应位置1.从料车斜槽内拿取备用料时不能错拿其它站别之料2.在工作TABLEL里放入物料时决不可能放错站别3.放入

8、后应使料架与其它的相平4.在换料后勿忘记将插上料架的电源与气管联机。,换料:,关安全门，按RESET键盘:1.安全门一定要关严，以免机器故障；2.不可直接按START,而应先RESET键,等绿灯亮后方 可按START进行贴片；按START键进行贴片作业 将所换的站别以及料单上站别以及料车斜槽内的站别进行比照，进行最终确认，保证不拿错料，不上错料。同时作好上料记录。相邻工位在10分钟内对料进行核对。,红灯亮:在生产中机器发生Error停机 黄灯闪:机器待机状况中发生警告讯息 黄灯亮:机器生产中发生警告讯息 绿灯闪:机器正常待机状态 绿灯亮:机器正在置件中,警示灯的提示:,SMT元器件,按照特性一

9、般分为：被动组件和主动组件1.被动组件：当施以电信号时不改变本身特性的组件(电容电阻等)。 例如：,2.主动组件：当施以电信号时可以改变本身特性的组件(IC,晶体管等)。例如：,QFP,BGA,通过高温焊料固化，从而达到将PCB和SMT的表面贴装组件连接在一起，形成电气回路。,焊炉的目的：,焊锡原理印刷有锡膏的PCB，在零件贴装完成后，经过加热，锡膏熔化，冷却后将PCB和零件焊接成一体。从而达到既定的机械性能，电器性能。,焊锡三要素焊接物 - PCB 零件焊接介质 - 焊接用材料:锡膏一定的温度 - 加热设备,Reflow,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

10、芯板（很少采用）,热风回流焊过程中，锡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；锡膏的熔融、再流动以及焊膏的冷却、凝固。,基本工艺：,工艺分区,目的：使PCB和元器件预热 ，达到平衡，同时除去锡膏中的水份溶剂，以防锡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。,PRE-HEAT 预热区,重点：预热的斜率预热的温度,作用及规格是用来加热PCB斜率为1-3/秒 ,占总时间的30%左右,最高温度控制在140

11、以下,减少热冲击。,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60120秒，根据焊料的性质有所差异。,SOAK 恒温区,作用及规格是使大小零件及PCB受热完全均匀,消除局部温差;通过锡膏 成份中的溶剂清除零件电极及PCB PAD及Solder Powder之表 面氧化物,减小表面张力,为重溶作准备。本区时间约占45%左右,温度在140-183 之间。,重点：均温的时间均温的温度,目的：锡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6090秒

12、。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。,作用及规格为全面热化重熔；温度将达到峰值温度,峰值温度通常控制在205-230之间,peak温度过高会导致PCB变形,零件龟裂及二次回流等现象出现。,重点：回焊的最高温度回焊的时间,REFLOW 回焊区,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。,重点：冷却的斜率,作用及规格：为降温,使PCB&零件均匀降温；回焊炉上下各有两个区有降温吹 风马达,通常出炉的PCB温度控制在120以下。,COOLING 冷却区,REFLOW

13、 常见的焊接不良及对策分析,锡球与锡球间短路有脚的SMD 零件空焊无脚的SMD 零件空焊SMD零件浮动(漂移)立碑( Tombstone)效应冷焊( Cold solder joints)粒焊(Granular solder joints)零件微裂(Cracks in components)（龟裂）,锡球与锡球间短路,原因 对策锡膏量太多 ( 1mg/mm) 使用较薄的钢板 (150m) 开孔缩小(85% pad)2. 印刷不精确 将钢板调准一些3. 锡膏塌陷 修正 Reflow Profile 曲线4. 刮刀压力太高 降低刮刀压力5. 钢板和电路板间隙太大 使用较薄的防焊膜6. 焊垫设计不当

14、 同样的线路和间距,有脚的SMD零件空焊,原因 对策1. 零件脚或锡球不平 检查零件脚或锡球之平面度2. 锡膏量太少 增加钢板厚度和使用较小的开孔3. 灯蕊效应 锡膏先经烘烤作业4. 零件脚不吃锡 零件必需符合吃锡之需求,无脚的SMD 零件空焊,原因 对策1. 焊垫设计不当 将锡垫以防焊膜分隔开，尺寸适切2. 两端受热不均 同零件的锡垫尺寸都要相同3. 锡膏量太少 增加锡膏量4. 零件吃锡性不佳 零件必需符合吃锡之需求,SMD零件浮动(漂移),原因 对策1. 零件两端受热不均 锡垫分隔2. 零件一端吃锡性不佳 使用吃锡性较佳的零件3. Reflow 方式 在Reflow 前先预热到170,立碑

15、 ( Tombstone) 效应,原因 对策1. 焊垫设计不当 焊垫设计最佳化2. 零件两端吃锡性不同 较佳的零件吃锡性3. 零件两端受热不均 减缓温度曲线升温速率4. 温度曲线加热太快 在Reflow 前先预热到170,立碑效应发生有三作用力:1. 零件的重力使零件向下2. 零件下方的熔锡也会使零件向下3. 锡垫上零件外侧的熔锡会使零件向上,冷焊 ( Cold solder joints),原因 对策1. Reflow 温度太低 最低Reflow 温度2152. Reflow 时间太短 锡膏在熔锡温度以上至少10秒3. Pin 吃锡性问题 查验 Pin 吃锡性4. Pad 吃锡性问题 查验

16、Pad 吃锡性, 冷焊是焊点未形成合金属( Inter metallicLayer) 或是焊接物连接点阻抗较高，焊接物间的剥离强度(Peel Strength)太低，所以容易将零件脚由锡垫拉起。,粒焊 (Granular solder joints),原因 对策1. Reflow 温度太低 较高的Reflow 温度(215)2. Reflow 时间太短 较长的Reflow 时间(183 以上至少10秒3. 锡膏污染 新的新鲜锡膏4. PCB 或零件污染,零件微裂(Cracks in components)（龟裂）,原因 对策1. 热冲击 自然冷却，较小和较薄的零件2. PCB板翘产生的应力 避

17、免PCB弯折，敏感零件的方 零件置放产生的应力 向性，降低置放压力3. PCB Lay-out设计不当 个别的焊垫，零件长轴与折板 方向平行 4. 锡膏量 增加锡膏量，适当的锡垫,焊接的检查,一 检查的目的,在生产中，我们需要利用各种方法和设备(如AOIICT等)来检查产品的焊接质量，不过实际上所有的检查都不能100%的发现不良，但为了保证不良的及时发现和维修，只流良品到下一个工程，提高工作效率，在成本等因素的考虑下，我们就需要不断的研究和改善检查方法。,焊接的检查方法大致分为以下二类,外观检查在焊接检查中，狭义的外观检查定义是指作业员通过目视对基板外观进行的以下检查焊接状态未焊接，焊接不良(

18、桥接虚焊等)组件贴装状态缺件贴装方向错误组件偏位等,目视检查是作业者直接用眼睛进行检查，随着组件的小型化，焊接部分也变小，特别是VQFP等组件，目视很难判断焊接部分是否良好，这时就只有借助于放大镜来进行检查。外观自动检查设备，常用的类型如下图所示，其简单的原理是摄像头采取信号转换成电气组件及焊接部分的图像，图像处理系统根据图象的浓度形状来判断焊接状态及组件贴装状态的良否。,电气的检查电气检查通过接触电路板上的测试点，利用电气导通检查下列项目：焊接状态未焊接，桥接等组件贴装状态缺件，贴装方向错误等电气组件的状态有无故障或特性的劣化检查使用的检查机按检查项目区分为在线检查和功能测试两种,外观检查和

19、ICT检查,ICT检查是通过电气特性来判断不良，如下图所示的少锡的不良，Land和组件间电气仍然导通，因此此类不良较难被检查出，此时就需通过目视来检查出不良。,少锡,外观检查可以判断组件浮起，少锡等不良，还可以判断焊锡倒角不良，而ICT测试是用探头接触组件La点。能判断组件表示不良，但是实际检查中几乎不识别组件规格表示，因此不要期待能检查出规格表示不良。,组件浮起和组件偏位都是组件相对于Land位置偏移，但是如果组件和Land间仍有连接，则会误判断为品。,ICT不能检测出不良品,焊接的修理方法,小型封装组件的拆脚方法。,若不同时加热两个管脚,就不能取下组件,因此要事先在两个端子间熔化焊锡形成桥

20、接。,使用2个电烙铁,同时熔化组件两侧的焊锡烙铁头。,若焊锡熔化,则用烙铁夹持组件,迅速提起组件。,特殊烙铁方式:使用下面图示的适合QFP和SOP的形成的烙铁取下焊接上的组件。 用烙铁取下IC时,如果不能很快取下,有可能会因为烙铁的热量而破坏IC。(原则上取下的IC不可能再次使用),取下平面封装IC的方法,热风方式:A.便携型,对平面封装的IC进行维修作业时,采用热风或较特殊烙铁头维修方式的破坏性小。因此推荐使用。一般采用如下图所示的便携式热风修理装置。,B.半自动型。大量折取相同组件时可以使用半自动型装置。下图是常用的半自式修理装置。,选用与要取下的组件形状符合的吸嘴。,半自动型修理装置的动

21、作顺序吸嘴,吸嘴下降,IC的引线部分(焊接部分)被热风加热。,焊接熔化,吸嘴吸附组件上升。,BGA Ball Grid Array,球栅数组(门数组式球型封装),BGA的定义,PBGA: plastic BGA 塑料封装的BGACBGA: ceramic BGA 陶瓷封装的BGACCGA: ceramic column BGA 陶瓷柱状封装的BGATBGA: tape BGA 载带球栅数组,BGA的分类,313接脚PBGA封装与304接脚PQFP,BGA的优点BGA和QFP相比较同样的引脚情况下其占用面积小高度低。散热特性好芯片工作温度低。电气性能优于常用的QFP和 PGA封装器件。组件设计和

22、制造,装配相对容易I/O引线间距大。封装可靠性高。,BGA的优缺点,BGA的缺点印刷电路板的成本增加焊后检测困难反修困难PBGA对潮湿很敏感封装件和衬底裂开。PBGA潮湿敏感等级,PAD 防焊垫BGA 烘烤,BGA的使用,何谓NSMD及SMD ?SMD : Solder Mask DefinedNSMD : Non Solder Mask Defined,PAD 防焊垫,NSMD及SMD有何差异&优缺 ?,Self Alignment 在SMD及NSMD 之差别?,为何使用BGA之前需经烘烤 ? 因BGA 本身属于湿气敏感组件,根据 JEDEC 水气含量件分级表,湿气敏感组件曝露的时间超过其表

23、上时间时,在烘烤过程中易产生爆米花(POPCORN)效应,BGA 烘烤,BGA之烘烤条件及方式为何?BGA之烘烤共分两种,即高温及低温烘烤高温烘烤目的在上线作业前去除BGA内之湿气,其条件为125,时间624hr低温烘烤目的在避免烘烤完却未及上线之BGA,于开放环境中二次受潮,其条件为555,时间不限严谨正常之高温烘烤条件应为125,时间24hr,BGA 组装时常发生何问题VOID 效应POPCORN 效应自行对位回焊曲线之探讨BGA 平整度BGA 二次回焊可靠度试验,BGA组装问题,BGA 组装时常发生何问题 ?Solder Bump VoidSolder Bump ShortPopcorn

24、Placement ShiftSolder Land OpenReliability Aging,BGA 组装时常发生何问题,2D X-Ray of 6224M 扫瞄结果,Solder Bump VOID 现象(6224M),VOID 效应,何谓VOID及效应 ? 现象原因为何 ?,VOID效应在PBGA及CBGA等有何差异 ?,如何避免VOID效应 ?提高助焊剂活性与助焊剂含量调整回焊曲线缩短作用时间避免PCB Land 受潮氧化 (tumbling time)避免Solder Ball 受潮氧化,何谓爆米花 POPCORN 效应 ?因BGA内含之水气造成爆米花现象,POPCORN 效应,何

25、谓Self Alignment 效应 ?所谓自行对准效应,即Solder Bump在对位时的偏移 会因锡球达熔点时的表面张力而自行对准NSMD PBGA 对位限制为1/2 球径,SMD小于 1/2 球径,但以CSP则仅容许2o之误差,自行对位,回焊曲线之探讨,Solder Side在经 SMT Reflow 时产生向下之弯曲变形 ,导致BGA上之Solder Bump产生应力集中而易剥离PCB上之Pad,BGA 平整度,经 SMT Reflow 时产生向上变形之PCB再经Wave Soldering产生PCB软化而向下弯曲,此时BGA端电极已经历二次应力破坏,最易剥离,BGA 二次回焊,可承受之 Applied Force 愈大,可靠度愈佳?,Fig 3.1 PCB 可靠度试验三点检测法,BGA 组装后变形之可靠度试验,可靠度试验,