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1、SMT关键工序的工艺控制,顾霭云,SMT关键工序的工艺控制,1.印刷工艺 2.贴装元件工艺 3.焊接原理和再流焊工艺,一.施加焊膏工艺,施加焊膏是SMT的关键工序,施加焊膏是保证SMT质量的关键工序。目前一般都采用模板印刷。据资料统计，在PCB设计正确、元器件和印制板质量有保证的前提下，表面组装质量问题中有70%的质量问题出在印刷工艺。,了解印刷原理，提高印刷质量,1.印刷焊膏的原理,焊膏和贴片胶都是触变流体，具有粘性。当刮刀以一定速度和角度向前移动时，对焊膏产生一定的压力，推动焊膏在刮板前滚动，产生将焊膏注入网孔或漏孔所需的压力，焊膏的粘性摩擦力使焊膏在刮板与网板交接处产生切变，切变力使焊膏
2、的粘性下降，使焊膏顺利地注入网孔或漏孔。,刮板 焊膏模板PCB a焊膏在刮板前滚动前进 b产生将焊膏注入漏孔的压力 c切变力使焊膏注入漏孔 X Y F 刮刀的推动力F可分解为 推动焊膏前进分力X和 将焊膏注入漏孔的压力Y d焊膏释放（脱模）图1-3 焊膏印刷原理示意图,焊膏在刮板前滚动，才能产生将焊膏注入开口的压力刮板 焊膏,印刷时焊膏填充模板开口的情况,脱模,焊膏滚动,2.影响焊膏脱模质量的因素,(a)模板开口尺寸：开口面积B与开口壁面积A比0.66时焊膏释放（脱模）顺利。面积比0.66，焊膏释放体积百分比80%面积比0.5，焊膏释放体积百分比 60%(b)焊膏黏度：焊膏与PCB焊盘之间的粘
3、合力Fs焊膏与开口壁之间的摩擦力Ft时焊膏释放顺利。(c)开口壁的形状和光滑度：开口壁光滑、喇叭口向下或垂直时焊膏释放顺利。,图1-4 放大后的焊膏印刷脱模示意图Ft焊膏与PCB焊盘之间的粘合力：与开口面积、焊膏黏度有关Fs焊膏与开口壁之间的摩檫阻力：与开口壁面积、光滑度有关A焊膏与模板开口壁之间的接触面积；B焊膏与PCB焊盘之间的接触面积(开口面积),PCB,开口壁面积A,开口面积B,(a)垂直开口(b)喇叭口向下(c)喇叭口向上 易脱模 易脱模 脱模差图1-5 模板开口形状示意图,3.刮刀材料、形状及印刷方式,(a)刮刀材料 橡胶（聚胺酯）刮刀 橡胶刮刀有一定的揉性，用于丝网印刷以及模板表
4、面不太平整、例如经过减薄处理（有凹面）或印制板上已经做好倒装片的（模板上加工了凸起保护）模板印刷。橡胶刮刀的硬度：肖氏（shore）75度 85度。金属刮刀 金属刮刀耐磨、使用寿命长（约10万次，是聚胺酯的10倍左右）。用于平整度好的金属模板印刷；适宜各种间距、密度的印刷，特别对窄间距、高密度印刷质量比较高，而且使用寿命长，应用最广泛。,(b)刮刀形状和结构 橡胶刮刀的形状有菱形和拖尾形两种。菱形刮刀是将10mm10mm的方形聚胺脂夹在支架中间，前后呈45角。菱形刮刀可采用单刮刀作双向印刷。刮刀在每个行程末端可跳过焊膏。菱形刮刀的焊膏量不易控制，并容易污染刮刀头。拖尾形刮刀一般都采用双刮刀形式
5、。刮刀的角度一般为45 60。,RUB MET 橡胶刮刀 金属刮刀 图2-7 各种不同形状的刮刀示意图,手动刮刀,(d)印刷方式 单向印刷（刮刀只能作一个方向印刷）单向印刷时有一块刮刀是印刷用的，另一块刮刀是作为回料用的；双向印刷 双向印刷时两块刮板进行交替往返印刷。,传统的印刷方式都是开放式印刷，焊膏暴露在空气中，在刮刀的推动下在模板表面来回滚动。有单向印刷和双向印刷两种印刷方式。新型的印刷方式随着SMT向高密度、窄间距、无铅焊接的发展，对印刷精度、速度以及印刷质量有了进一步的要求。印刷设备和技术也在不断地改进和发展。出现了各种密封式的印刷技术。最初有英国DEK公司和美国MPM公司推出的刮刀
6、旋转45以及密封式ProFlow（捷流）导流包印刷技术。最近日本Minami公司和Hitachi公司相继推出了单向旋转和双向密闭型印刷技术，见图2-8。这些新技术适合免清洗、无铅焊接、高密度、高速度印刷的要求。,(a)传统开放式(b)单向旋转式(c)固定压入式(d)双向密闭型图2-8 各种不同形式的印刷技术示意图,4.影响印刷质量的主要因素,a 首先是模板质量模板印刷是接触印刷，因此模板厚度与开口尺寸确定了焊膏的印刷量。焊膏量过多会产生桥接，焊膏量过少会产生焊锡不足或虚焊。模板开口形状以及开口是否光滑也会影响脱模质量。b 其次是焊膏质量焊膏的黏度、印刷性（滚动性、转移性）、触变性、常温下的使用
7、寿命等都会影响印刷质量。c 印刷工艺参数刮刀速度、刮刀压力、刮刀与网板的角度以及焊膏的黏度之间都存在一定的制约关系，因此只有正确控制这些参数，才能保证焊膏的印刷质量。,d 设备精度方面在印刷高密度窄间距产品时，印刷机的印刷精度和重复印刷精度也会起一定的作用。e 环境温度、湿度、以及环境卫生环境温度过高会降低焊膏黏度，湿度过大时焊膏会吸收空气中的水分，湿度过小时会加速焊膏中溶剂的挥发，环境中灰尘混入焊膏中会使焊点产生针孔。（一般要求环境温度233，相对湿度4570%）,从以上分析中可以看出，影响印刷质量的因素非常多，而且印刷焊膏是一种动态工艺。焊膏的量随时间而变化，如果不能及时添加焊膏的量，会造
8、成焊膏漏印量少，图形不饱满。焊膏的黏度和质量随时间、环境温度、湿度、环境卫生而变化；模板底面的清洁程度及开口内壁的状态不断变化；,5.提高印刷质量的措施,(1)加工合格的模板(2)选择适合工艺要求的焊膏并正确使用焊膏(3)印刷工艺控制,(1)加工合格的模板 模板厚度与开口尺寸基本要求:（IPC7525标准）T W L 宽厚比:开口宽度(W)/模板厚度(T)1.5 面积比:开口面积(WL)/孔壁面积2(L+W)T 0.66,蚀刻钢板：过度蚀刻或蚀刻不足,过度蚀刻开口变大,蚀刻不足开口变小,孔壁粗糙影响焊膏释放,窄间距时可采用激光+电抛光工艺,模板开口方向与刮刀移动方向,与刮刀移动方向垂直的模板开
9、口，因刮刀通过的时间短，焊膏难以被填入，常造成焊膏量不足。因此，为了使与刮刀移动方向垂直与平行的模板开口的焊膏量相等，应加大垂直方向的模板开口尺寸。,模板开口长度方向与刮刀移动方向垂直,模板开口长度方向与刮刀移动方向平行,平行,垂直,(2)焊膏的选择方法 不同的产品要选择不同的焊膏。（a）根据产品本身的价值和用途，高可靠产品选择高质量的焊膏。（b）根据PCB和元器件存放时间和表面氧化程度选择焊膏的活性。一般采用RMA级；高可靠性产品选择R级；PCB、元器件存放时间长，表面严重氧化，应采用RA级，焊后清洗。（c）根据组装工艺、印制板、元器件的具体情况选择合金组分。一般镀铅锡印制板采用63Sn/3
10、7Pb；钯金或钯银厚膜端头和引脚可焊性较差的元器件、要求焊点质量高的印制板采用62Sn/36Pb/2Ag；水金板一般不要选择含银的焊膏；(金与焊料中的锡形成金锡间共价化合物AuSn4，焊料中金的含量超过3%会使焊点变脆，用于焊接的金层厚度1m。),（d）根据产品对清洁度的要求来选择是否采用免清洗。免清洗工艺要选用不含卤素或其它强腐蚀性化合物的焊膏；高可靠、航天、军工、仪器仪表以及涉及生命安全的医用器材要采用水清洗或溶剂清洗的焊膏，焊后必须清洗干净。（e）BGA和CSP一般都需要采用高质量的免清洗焊膏；（f）焊接热敏元件时，应选用含铋的低熔点焊膏。,（g）根据PCB的组装密度（有无窄间距）来选择
11、合金粉末颗粒度。常用焊膏的合金粉末颗粒尺寸分为四种粒度等级，窄间距时一般选择2045m。SMD引脚间距和焊料颗粒的关系,焊膏的合金粉末颗粒尺寸与印刷性的关系,焊膏的合金粉末颗粒尺寸直接影响填充性和脱膜性 细小颗粒的焊膏印刷性比较好，特别对于高密度、窄间距的产品，由于模板开口尺寸小，必须采用小颗粒合金粉末，否则会影响印刷性和脱摸性。小颗粒合金粉的优点：印刷性好，印刷图形的清晰度高。缺点：易塌边，表面积大，易被氧化。,合金粉末颗粒直径选择原则,a 焊料颗粒最大直径模板最小开口宽度的1/5；b 圆形开口时，焊料颗粒最大直径开口直径的1/8。长方形 圆形开口c 模板开口厚度（垂直）方向，最大颗粒数应3
12、个。焊膏 焊盘 PCB,（h）合金粉末的形状也会影响焊膏的印刷性和脱膜性 球形颗粒的特点：焊膏粘度较低，印刷性好。球形颗粒的表面积小，含氧量低，有利于提高焊接质量，但印刷后焊膏图形容易塌落。适用于高密度窄间距的模板印刷，滴涂工艺。目前一般都采用球形颗粒。不定形颗粒的特点：合金粉末组成的焊膏粘度高，印刷后焊膏图形不易塌落，但印刷性较差。不定形颗粒的表面积大，含氧量高，影响焊接质量和焊点亮度。只适用于组装密度较低的场合。因此目前一般都不采用不定形颗粒。可用于穿心电容等较大焊接点场合。,（i）根据施加焊膏的工艺以及组装密度选择焊膏的黏度 例如模板印刷工艺应选择高黏度焊膏、点胶工艺选择低黏度焊膏，高密
13、度印刷要求高黏度。焊膏粘度,粘度 焊膏是一种触变性流体，在外力的作用下能产生流动。粘度是焊膏的主要特性指标，它是影响印刷性能的重要因素：粘度太大，焊膏不易穿出模板的漏孔，印出的图形残缺不全。粘度太小，印刷后焊膏图形容易塌边。影响焊膏粘度的主要因素：合金焊料粉的百分含量：（合金含量高，粘度就大；焊剂百分含量高，粘度就小。）粉末颗粒度（颗粒大，粘度减小；颗粒减小，粘度增加）温度（温度增加，粘度减小；温度降低，粘度增加）,(a)合金焊料粉含量与黏度的关系(b)温度对黏度的影响(c)合金粉末粒度对黏度的影响,粘度,粘度,粘度,合金粉末含量（wt%）,T（）粒度（m）,(a)(b)(c),触变指数和塌落
14、度 焊膏是触变性流体，焊膏的塌落度主要与焊膏的粘度和触变性有关。触变指数高，塌落度小；触变指数低，塌落度大。影响触变指数和塌落度主要因素：合金焊料与焊剂的配比，即合金粉末在焊膏中的重量百分含量；焊剂载体中的触变剂性能和添加量；颗粒形状、尺寸。,工作寿命和储存期限 工作寿命是指在室温下连续印刷时，焊膏的粘度随时间变化小，焊膏不易干燥，印刷性（滚动性）稳定；同时焊膏从被涂敷到PCB上后到贴装元器件之前保持粘结性能；再流焊不失效。一般要求在常温下放置1224小时，至少4小时，其性能保持不变。储存期限是指在规定的保存条件下，焊膏从生产日期到使用前性能不严重降低，能不失效的正常使用之前的保存期限，一般规
15、定在210下保存一年，至少36个月。,(2)焊膏的正确使用与管理a)必须储存在510的条件下；b)要求使用前一天从冰箱取出焊膏（至少提前2小时），待焊膏达到室温后才能打开容器盖，防止水汽凝结；c)使用前用不锈钢搅拌棒将焊膏搅拌均匀，搅拌棒一定要清洁；d)添加完焊膏后，应盖好容器盖；e)免清洗焊膏不能使用回收的焊膏，如果印刷间隔超过1小时，须将焊膏从模板上拭去。将焊膏回收到当天使用的容器中；f)印刷后尽量在4小时内完成再流焊。g)免清洗焊膏修板后不能用酒精檫洗；h)需要清洗的产品，再流焊后应当天完成清洗；i)印刷操作时，要求拿PCB的边缘或带手套，以防污染PCB。j)回收的焊膏与新焊膏要分别存放
16、,搅拌前,搅拌后,(3)印刷工艺控制 图形对准通过人工对工作台或对模板作X、Y、的精细调整，使PCB的焊盘图形与模板漏孔图形完全重合。刮刀与网板的角度角度越小，向下的压力越大，容易将焊膏注入漏孔中，但也容易使焊膏污染模板底面，造成焊膏图形粘连。一般为4560。目前自动和半自动印刷机大多采用60。,焊膏的投入量（滚动直径）焊膏的滚动直径h 915mm较合适。h 过小不利于焊膏漏印（印刷的填充性）h 过大，过多的焊膏长时间暴露在空气中不断滚动，对焊膏质量不利。焊膏的投入量应根据刮刀的长度加入。根据PCB组装密度（每快PCB的焊膏用量），估计出印刷100快还是150快添加一次焊膏。刮刀运动方向,h
17、焊膏高度（滚动直径）,刮刀压力刮刀压力也是影响印刷质量的重要因素。刮刀压力实际是指刮刀下降的深度，压力太小，可能会发生两种情况：第种情况是由于刮刀压力小，刮刀在前进过程中产生的向下的Y分力也小，会造成漏印量不足；第种情况是由于刮刀压力小，刮刀没有紧贴模板表面，印刷时由于刮刀与PCB之间存在微小的间隙，因此相当于增加了印刷厚度。另外压力过小会使模板表面留有一层焊膏，容易造成图形粘连等印刷缺陷。因此理想的刮刀压力应该恰好将焊膏从模板表面刮干净。,金属刮刀的压力应比橡胶刮刀的压力大一些，一般大1.21.5倍。橡胶刮刀的压力过大，印刷时刮刀会压入开口中，造成印刷量减少，特别是大尺寸的开口。因此加工模板
18、时，可将大开口中间加一条小筋。注意：紧固金属刮刀时，紧固程度要适当。用力过大由于应力会造成刮刀变形，影响刮刀寿命。,金属刮刀,橡胶刮刀,新型封装MLF散热焊盘的模板开口设计,再流焊时，由于热过孔和大面积散热焊盘中的气体向外溢出时容易产生溅射、锡球和气孔等各种缺陷，减小焊膏覆盖面积可以得到改善。对于大面积散热焊盘，模板开口应缩小2050%。焊膏覆盖面积5080%较合适。,印刷速度由于刮刀速度与焊膏的粘稠度呈反比关系，有窄间距，高密度图形时，速度要慢一些。速度过快，刮刀经过模板开口的时间太短，焊膏不能充分渗入开口中，容易造成焊膏图形不饱满或漏印的印刷缺陷。在刮刀角度一定的情况下，印刷速度和刮刀压力
19、存在一定的关系，降速度相当于增加压力，适当降低压力可起到提高印刷速度的效果。,网板（模板与PCB）分离速度 有窄间距、高密度图形时，网板分离速度要慢一些。为了提高窄间距、高密度印刷质量，日立公司推出“加速度控制”方法随印刷工作台下降行程，对下降速度进行变速控制。,模板与PCB分离速度,分离速度增加时，模板与PCB间变成负压，焊膏与焊盘的凝聚力小，使部分焊膏粘在模板底面和开口壁上，造成少印和粘连。分离速度减慢时，PCB与模板间的负压变小，焊膏的凝聚力大，而使焊膏很容易脱离模板开口壁，印刷状态良好。模板分离PCB的速度2mm/s以下为宜。,粘着力,凝聚力,清洗模式和清洗频率经常清洗模板底面也是保证
20、印刷质量的因素。应根据焊膏、模板材料、厚度及开口大小等情况确定清洗模式和清洗频率。（1湿1干或2湿1干等，印20块清洗一次或印1块清洗一次等）模板污染主要是由于焊膏从开口边缘溢出造成的。如果不及时清洗，会污染PCB表面，模板开口四周的残留焊膏会变硬，严重时还会堵塞开口。手工清洗时，顺开口长度方向效果较好。,建立检验制度 必须严格首件检验。有BGA、CSP、高密度时每一块PCB都要检验。一般密度时可以抽检。,印刷焊膏取样规则,印刷缺陷举例,少印,粘连,塌边,错位,表1 不良品的判定和调整方法,6 SMT不锈钢激光模板制作外协程序及工艺要求,印刷模板，又称漏板、钢板，它是用来定量分配焊膏，是保证焊
21、膏印刷质量的的关键工装。金属模板的制造方法:（1）化学腐蚀法（减成法）锡磷青铜、不锈钢板。（2）激光切割法不锈钢、高分子聚脂板。（3）电铸法（加成法）镍板。,三种制造方法的比较,在表面组装技术中，焊膏的印刷质量直接影响表面组装板的加工质量。在焊膏印刷工艺中不锈钢模板的加工质量又直接影响焊膏的印刷质量，模板厚度与开口尺寸决定了焊膏的印刷量。而不锈钢激光模板均需要通过外协加工制作，因此在外协加工前必须正确填写“激光模板加工协议”和“SMT模板制作资料确认表”，选择恰当的模板厚度和设计开口尺寸等参数，以确保焊膏的印刷质量。,下面介绍不锈钢激光模板制作的外协程序及模板制作工艺要求中各种参数的确定方法：
22、8.4.1 向模板加工厂索取“激光模板加工协议”和“SMT模板制作资料确认表 目前国内不锈钢激光模板加工厂主要有以下几个厂家：*深圳允升吉电子有限公司（联系电话：0755-7500005）北京四方利华科技发展有限公司（联系电话：010-62710509）*深圳光韵达实业有限公司（联系电话：0755-6610641）*深圳光宏电子有限公司（联系电话：0755-6403268）*台湾正中印刷器材有限公司（天津联系电话022-86321201）,5.2 给模板加工厂发E-Mail(用CAD软盘)或邮寄胶片5.2.1 要求E-Mail传送的文件：a 纯贴片的焊盘层（PADS）；b 与贴片元件的焊盘相对
23、应的丝印层（SILK）；c 含PCB边框的顶层（TOP）；d 如果是拼板，需给出拼板图；5.2.2 邮寄黑白胶片的要求（当没有CAD文件时，可以邮寄黑白胶片）a 含PCB边框纯贴片的焊盘层（PADS）黑白胶片，如果是拼板，需给出拼板胶片。b 必须注明印刷面,5.3 按照模板加工厂的要求填写“激光模板加工协议”和“SMT模板制作资料确认表”，并传真给模板加工厂，还可以打电话说明加工要求。“SMT模板制作资料确认表”填写方法（即模板制作工艺要求的确定方法）：5.3.1 确认印刷面；模板加工时要求喇叭口向下，有利于印刷后焊膏脱模，以保证印刷的焊膏图形完整，边缘清晰，从而提高印刷质量。因此要求与模板加
24、工厂确认印刷面。（如果喇叭口向上，脱模时容易从倒角处带出焊膏，使焊膏图形不完整）。确认方法：将含PCB边框的顶层（TOP）或丝印层（SILK）的图形发传真给对方，在确认表上确认该面是否印刷面。也可在图纸上标明该面是否印刷面。5.3.2 确认焊盘图形是否正确如有不需要开口的图形，应在确认表上确认，并在传真的图纸上注明。,5.3.3.模板的厚度；模板印刷是接触印刷，印刷时不锈钢模板的底面接触PCB表面，因此模板的厚度就是焊膏图形的厚度，模板厚度是决定焊膏量的关键参数，因此必须正确选择模板厚度。另外，可以通过适当修改开口尺寸来弥补不同元器件对焊膏量的不同需求。总之，模板的厚度与开口尺寸决定了焊膏的印
25、刷量。模板厚度应根据印制板组装密度、元器件大小、引脚（或焊球）之间的间距进行确定。大的Chip元件以及PLCC要求焊膏量多一些,则模板厚度厚一些；小的Chip元件以及窄间距QFP和窄间距BGA（BGA）、CSP要求焊膏量少一些,则模板厚度薄一些。,但通常在同一块PCB上既有1.27mm以上一般间距的元器件，也有窄间距元器件，1.27mm以上间距的元器件需要0.2mm厚，窄间距的元器件需要0.150.1mm厚，这种情况下可根据PCB上多数元器件的的情况决定不锈钢板厚度，然后通过对个别元器件焊盘开口尺寸的扩大或缩小进行调整焊膏的漏印量。如果在同一块PCB上元器件要求焊膏量悬殊比较大时，可以对窄间距
26、元器件处的模板进行局部减薄处理，但减薄工艺的加工成本高一些，因此可以采用折中的方法，不锈钢板厚度可取中间值。例如同一块PCB上有的元器件要求0.2mm厚，另一些元器件要求0.150.12mm厚，此时不锈钢板厚度可选择0.18mm。填写确认表时对一般间距元器件的开口可以1:1，对要求焊膏量多的大Chip元件以及PLCC的开口面积应扩大10%。对于引脚间距为0.65 mm、0.5mm的QFP等器件，其开口面积应缩小10%。,5.3.4 网框尺寸；网框尺寸是根据印刷机的框架结构尺寸确定的。一般情况下网框尺寸应与印刷机网框尺寸相同，特殊情况下例如当印制板尺寸很小或印刷面积很小时，可以使用小于设备网框尺
27、寸的小尺寸网框，但设备必须配有网框适配器，否则不可使用小尺寸网框。举例：DEK260印刷机的印刷面积及网框尺寸：a 最大PCB尺寸：420 mm450mm；b 最大印刷面积：420 mm420mm；c 模板边框尺寸：23英寸23英寸（584mm584mm）；d 边框型材规格：25.4mm38.1mm；e 边框钻孔尺寸和位置见图1。图1 DEK260印刷机模板边框钻孔尺寸和位置示意图,另外考虑到刮刀起始位置和焊膏流动，在不锈钢板漏印图形四围应留有刮刀和焊膏停留的尺寸，一般情况漏印图形四周与网板粘接胶的边缘之间至少要留有40mm以上距离，见图2。具体留多少尺寸应根据不同印刷机确定。有些印刷机需要留
28、有65mm。网框不锈钢丝网 40mm 粘接胶 不锈钢板漏印图形区域 图2 漏印图形位置要求示意图,5.3.5 PCB位置 指印刷图形放在模板的什么位置：以PCB外形居中；或以焊盘图形居中；或有特殊要求，如在同一块模板上加工两种以上PCB的图形等。（a）一般情况下应以焊盘图形居中，以焊盘图形居中印刷时能选用小尺寸的刮刀，可以节省焊膏，还可以减少焊膏铺展面积，从而减少焊膏与空气接触面积，有利于防止焊膏中溶剂挥发。（b）当印制板尺寸比较大，而焊盘图形的位置集中在PCB的某一边时，应采用以PCB外形居中，如果以焊盘图形居中，印刷时可能会造成印制板超出印刷机工作台的工作范围。,c 当PCB尺寸很小或焊盘
29、图形范围很小时，可将双面板的图形或几个产品的漏印图形加工在同一块模板上，这样可以节省模板加工费。但必须给加工厂提供几个产品图形在模板上的布置要求，用文字说明或用示意图说明，见图3。两个产品的图形间距 产品1（1020mm即可）产品2图3 几个产品的漏印图形加工在同一块模板上示意图,5.6 Mark的处理方式（是否需要Mark,放在模板的哪一面等）；模板上的Mark图形是全自动印刷机在印刷每一块PCB前进行PCB基准校准用的，因此半自动印刷机模板上不需要制作Mark图形；全自动印刷机必须制作Mark图形，至于放在模板的哪一面，应根据印刷机具体构造（摄象机的位置）而定。5.3.7 是否拼板，以及拼
30、板要求如果是拼板应给出拼板的PCB文件。5.3.8 插装焊盘环的要求；由于插装元器件采用再流焊工艺时，比贴装元器件要求较多的焊膏量，因此如果有插装元器件需要采用再流焊工艺时，可提出特殊要求。5.3.9 测试点的开口要求根据设计要求提出测试点是否需要开口等要求。,5.3.10 对焊盘开口尺寸和形状的修改要求 引脚间距、元件尺寸、焊盘尺寸、模板开口尺寸与模板厚度之间是存在一定关系的。焊膏的印刷量与模板厚度、开口尺寸成正比，各种元器件对模板厚度与开口尺寸有不同要求，参考表1。表1 各种元器件对模板厚度与开口尺寸要求参考表,BGA/CSP、Flip Chip采用方形开口比圆形开口的印刷质量好。在没有高
31、密度、窄间距情况下，模板开口宽度与开口面积都比较大，在印刷过程中，刮刀在模板上刮动时，焊膏被挤压到模板的开孔中，当印制板脱离模板的过程中，挤压到开孔中的焊膏能完全从开孔壁上释放出来，焊膏流入印制板的焊盘上，形成完整的焊料图形，因此能保证焊膏的印刷量和焊膏图形的质量。但在高密度、窄间距印刷时，由于开口尺寸极小，在正常的刮刀压力和移动速度下，焊膏经过模板开口处时不能完全、甚至不能从开孔壁上释放出来与PCB的焊盘接触，造成漏印或焊膏量不足。虽然增加刮刀压力和减慢刮刀移动速度能提高印刷质量，但这样做会影响印刷效率，同时也不能完全保证印刷质量。,5.3.10 为了正确控制焊膏的印刷量和焊膏图形的质量，高
32、密度、窄间距情况下还必须首先保证模板开口宽度与模板厚度的比率1.5，模板开口面积与开口四周孔壁面积的比率0.66（IPC7525标准），这是模板开口设计最基本的要求，见图4。T L W 图4 高密度、窄间距印刷时模板开口尺寸基本要求示意图 开口宽度(W)/模板厚度(T)1.5 开口面积(WL)/孔壁面积2(L+W)T 0.66（IPC7525标准）,实际生产中，在同一块印制板上往往有各种不同的元器件，它们对焊膏量的要求也不同。因此，确定了模板厚度以后，针对不同的印制板的具体情况，对焊盘开口形状和尺寸应提出不同的修改要求，例如：a 当没有窄间距情况下模板的开口形状和尺寸与其相对应的焊盘相同即可；
33、b 当使用免清洗焊膏，采用免清洗工艺时，为了提高印刷质量，模板的开口尺寸应缩小510%；c 当在同一块PCB上元器件要求焊膏量悬殊比较大时，例如在同一块PCB上既有1.27mm以上一般间距的元器件，也有窄间距元器件，首先根据PCB上多数元器件的的情况决定不锈钢板厚度，然后根据PCB上元器件的具体情况应说明哪些元件1:1开口；哪些元件需要扩大或缩小开口，并给出扩大或缩小百分比；,d 适当的开口形状可改善贴装效果，例如当Chip元件尺寸小于1005、0603时，由于两个焊盘之间的距离很小，贴片时两端焊盘上的焊膏在元件底部很容易粘连，再流焊后很容易产生元件底部的桥接和焊球。因此加工模板时可将一对矩形
34、焊盘开口的内侧修改成尖角形或梯形，减少元件底部的焊膏量，这样可以改善贴片时元件底部的焊膏粘连，见图5。具体修改方案可参照模板加工厂的“印焊膏模板开口设计”资料来确定。矩形焊盘 将焊盘开口内侧修改成尖角形或弓形 图5 Chip元件模板开口修改方案示意图,窄间距模板开口设计,用钢板的开口尺寸和形状来减少印刷缺陷,贴片前,贴片后易粘连,修改方法1,修改方法2,0201模板开口设计,用钢板的开口尺寸和形状来调整錫量和元件位置,0201（0.6mm0.3mm）焊盘设计,模板开口设计,0.26,0.30,0.24,0.15,0.31,0.20,0.15,0.60,0.08,0.23,0.35,0.26,5
35、.3.11 有无电抛光工艺要求 电抛光工艺用于开口中心距0.5mm以下的模板，用于去除激光加工的毛刺。当引脚间距为0.4mm、0.3mm的QFP和CSP等情况时需要采用电抛光工艺。电抛光工艺不是每个模板加工厂都具备的，如果有此项要求，应在加工前与模板加工厂确认。5.3.12 用途（说明加工的模板用于印刷焊膏还是印刷贴片胶）5.3.13 是否需要模板刻字（可以刻PCB板的产品代号、模板厚度、加工日期等信息，不刻透）；以上要求可以在“SMT模板制作资料确认表”中填写，有些特殊要求，如在同一块模板上加工两种以上PCB的图形时可以画示意图，又如不需要开口的图形可以打印出含PCB边框的纯贴片元件焊盘图并
36、在图上标注，也可以用文字说明。,5.4 模板加工厂收到E-Mail和传真后根据需方要求发回“请需方确认”的传真5.5 如有问题再打电话或传真联系，直到需方确认后即可加工。,5.6 一般情况36天左右（不同加工厂的交货时间略不同）即可收到由模板加工厂特快专递寄来的模板。收到模板后应检查模板的加工质量，检查内容和方法如下。5.6.1 检查网框尺寸是否符合要求，将模板平放在桌面上，用手弹压不锈钢网板表面，检查绷网质量，绷网越紧印刷质量越好。另外还应检查网框四周粘接质量。5.6.2 举起模板对光目检，检查模板开口的外观质量，有无明显的缺陷，如开口的形状、IC引脚相邻开口之间距离有无异常。,5.6.3
37、用放大镜或显微镜检查焊盘开口的喇叭口是否向下，开口四周内壁是否光滑、有无毛刺，重点检查窄间距IC引脚开口的加工质量；5.6.4 将该产品的印制板放在模板下底面，用模板的漏孔对准印制板焊盘图形，检查图形是否完全对准，有无多孔（不需要的开口）和少孔（遗漏的开口）。5.7 如果发现问题，首先应检查是否我方确认错误，然后检查是否加工问题，如果发现质量问题，应及时反馈给模板加工厂，协商解决。,二.贴装元器件工艺,内容,1 保证贴装质量的三要素2 自动贴装机贴装原理3 如何提高自动贴装机的贴装质量4 如何提高自动贴装机的贴装效率5 0201的贴装问题,1.保证贴装质量的三要素,a 元件正确b 位置准确c
38、压力（贴片高度）合适。,a 元件正确要求各装配位号元器件的类型、型号、标称值和极性等特征标记要符合产品的装配图和明细表要求，不能贴错位置；,b 位置准确元器件的端头或引脚均和焊盘图形要尽量对齐、居中，还要确保元件焊端接触焊膏图形。两个端头的Chip元件自定位效应的作用比较大，贴装时元件宽度方向有3/4以上搭接在焊盘上,长度方向两个端头只要搭接到相应的焊盘上并接触焊膏图形，再流焊时就能够自定位，但如果其中一个端头没有搭接到焊盘上或没有接触焊膏图形，再流焊时就会产生移位或吊桥；正确 不正确,BGA贴装要求,BGA的焊球与相对应的焊盘一一对齐；焊球的中心与焊盘中心的最大偏移量小于1/2焊球直径。,D
39、,D1/2焊球直径,c 压力（贴片高度）贴片压力（Z轴高度）要恰当合适 贴片压力过小，元器件焊端或引脚浮在焊膏表面，焊膏粘不住元器件，在传递和再流焊时容易产生位置移动，另外由于Z轴高度过高，贴片时元件从高处扔下，会造成贴片位置偏移；贴片压力过大，焊膏挤出量过多，容易造成焊膏粘连，再流焊时容易产生桥接，同时也会由于滑动造成贴片位置偏移，严重时还会损坏元器件。,2.自动贴装机贴装原理,2.1 自动贴装机的贴装过程2.2 PCB基准校准原理2.3 元器件贴片位置对中方式与对中原理,2.1 自动贴装机的贴装过程 输入PCBPCB定位并基准校准贴装头拾取元器件元器件对中（通过飞行或固定CCD与标准图象比
40、较）贴装头将元件贴到PCB上 No 完成否？Yes松开PCB输出PCB,贴装机顶视图,供料器吸嘴库贴装头传送带,2.2 PCB基准校准原理 自动贴装机贴装时，元器件的贴装坐标是以PCB的某一个顶角（一般为左下角或右下角）为源点计算的。而PCB加工时多少存在一定的加工误差，因此在高精度贴装时必须对PCB进行基准校准。基准校准采用基准标志（Mark）和贴装机的光学对中系统进行。基准标志（Mark）分为PCB基准标志和局部基准标志。局部 Mar PCB MarK,a PCB MarK的作用和PCB基准校准原理 PCB MarK是用来修正PCB加工误差的。贴片前要给PCB Mark照一个标准图像存入图
41、像库中，并将PCB MarK的坐标录入贴片程序中。贴片时每上一块PCB，首先照PCB Mark，与图像库中的标准图像比较：一是比较每块PCB Mark图像是否正确，如果图像不正确，贴装机则认为PCB的型号错误，会报警不工作；二是比较每块PCB Mark的中心坐标与标准图像的坐标是否一致，如果有偏移，贴片时贴装机会自动根据偏移量（见图5中X、Y）修正每个贴装元器件的贴装位置。以保证精确地贴装元器件。,利用PCB Mar修正PCB加工误差示意图,b 局部Mark的作用 多引脚窄间距的器件，贴装精度要求非常高，靠PCB Mar不能满足定位要求，需要采用24个局部Mark单独定位，以保证单个器件的贴装
42、精度。,2.3 元器件贴片位置对中方式与对中原理 元器件贴片位置对中方式有机械对中、激光对中、全视觉对中、激光与视觉混合对中。(1)机械对中原理（靠机械对中爪对中）(2)激光对中原理（靠光学投影对中）(3)视觉对中原理（靠CCD摄象，图像比较对中）,元器件贴片位置视觉对中原理 贴片前要给每种元器件照一个标准图像存入图像库中，贴片时每拾取一个元器件都要进行照相并与该元器件在图像库中的标准图像比较：一是比较图像是否正确，如果图像不正确，贴装机则认为该元器件的型号错误，会根据程序设置抛弃元器件若干次后报警停机；二是将引脚变形和共面性不合格的器件识别出来并送至程序指定的抛料位置；三是比较该元器件拾取后
43、的中心坐标X、Y、转角T与标准图像是否一致，如果有偏移，贴片时贴装机会自动根据偏移量修正该元器件的贴装位置。,元器件贴片位置光学对中原理示意图,3.如何提高自动贴装机的贴装质量,(1)编程(2)制作Mark和元器件图像(3)贴装前准备(4)开机前必须进行安全检查，确保安全操作。(5)安装供料器(6)必须按照设备安全技术操作规程开机(7)首件贴装后必须严格检验(8)根据首件试贴和检验结果调整程序或重做视觉图像(9)设置焊前检测工位或采用AOI(10)连续贴装生产时应注意的问题(11)检验时应注意的问题,(1)编程,贴片程序编制得好不好，直接影响贴装精度和贴装效率。贴片程序由拾片程序和贴片程序两部
44、分组成。拾片程序就是告诉机器到哪里去拾片、拾什么样封装的元件、元件的包装是什么样的等拾片信息。其内容包括：每一步的元件名、每一步拾片的X、Y和转角T的偏移量、供料器料站位置、供料器的类型、拾片高度、抛料位置、是否跳步。贴片程序就是告诉机器把元件贴到哪里、贴片的角度、贴片的高度等信息。其内容包括：每一步的元件名、说明、每一步的X、Y坐标和转角T、贴片的高度是否需要修正、用第几号贴片头贴片、采用几号吸嘴、是否同时贴片、是否跳步等，贴片程序中还包括PCB和局部Mark的X、Y坐标信息等。,贴装程序表,拾片程序表,元件库,编程方法编程有离线编程和在线编程两种方法。对于有CAD坐标文件的产品可采用离线编
45、程，对于没有CAD坐标文件的产品，可采用在线编程。a 离线编程 离线编程是指利用离线编程软件和PCB的CAD设计文件在计算机上进行编制贴片程序的工作。离线编程可以节省在线编程时间，减少贴装机停机时间，提高设备的利用率，离线编程对多品种小批量生产特别有意义。离线编程软件由两部分组成：CAD转换软件和自动编程并优化软件。离线编程的步骤：PCB程序数据编辑 自动编程优化并编辑 将数据输入设备 在贴装机上对优化好的产品程序进行编辑 校对检查并备份贴片程序。,b 在线（自学）编程（又称为示教编程）,在线编程是在贴装机上人工输入拾片和贴片程序的过程。拾片程序完全由人工编制并输入，贴片程序是通过教学摄象机对
46、PCB上每个贴片元器件贴装位置的精确摄象，自动计算并记录元器件中心坐标（贴装位置），然后通过人工优化而成。,编程注意事项,a PCB尺寸、源点等数据要准确；b 拾片与贴片以及各种库的元件名要统一；c 凡是程序中涉及到的元器件，必须在元件库、包装库、供料器库、托盘库、托盘料架库、图像库建立并登记，各种元器件所需要的吸嘴型号也必须在吸嘴库中登记；d 建立元件库时，元器件的类型、包装、尺寸等数据要准确；e 在线编程时所输入元器件名称、位号、型号等必须与元件明细和装配图相符；编程过程中，应在同一块PCB上连续完成坐标的输入，重新上PCB或更换新PCB都有可能造成贴片坐标的误差。输入数据时应经常存盘，以
47、免停电或误操作而丢失数据；,f 在线编程时人工优化原则 换吸嘴的次数最少。拾片、贴片路径最短。多头贴装机还应考虑每次同时拾片数量最多。g 对离线编程优化好的程序复制到贴装机后根据具体情况应作适当调整，例如：对排放不合理的多管式振动供料器根据器件体的长度进行重新分配，尽量把器件体长度比较接近的器件安排在同一个料架上。并将料站排放得紧凑一点，中间尽量不要有空闲的料站，这样可缩短拾元件的路程；把程序中外形尺寸较大的多引脚窄间距器件例如160条引脚以上的QFP，大尺寸的PLCC、BGA以及长插座等改为Single Pickup单个拾片方式,这样可提高贴装精度。,h 无论离线编程或在线编程的程序，编程结
48、束后都必须按工艺文件中元器件明细表进行校对检查，校对检查完全正确后才能进行生产。主要检查以下内容：校对程序中每一步的元件名称、位号、型号规格是否正确。对不正确处按工艺文件进行修正；检查贴装机每个供料器站上的元器件与拾片程序表是否一致；将完全正确的产品程序拷贝到备份软盘中保存；,(2)制作Mark和元器件图像,制作Mark图像 Mark图像做得好不好，直接影响贴装精度和贴装效率，如果Mark图像做得虚，也就是说，Mark图像与Mark的实际图形差异较大时，贴片时会不认Mark而造成频繁停机，因此对制作Mark图像有以下要求：a Mark图形尺寸要输入正确；b Mark的寻找范围要适当，过大时会把
49、PCB上Mark附近的图形划进来，造成与标准图像不一致，过小时会造成某些PCB由于加工尺寸误差较大而寻找不到Mark；c 照图像时各光源的光亮度一定要恰当，显示OK以后还要仔细调整；d 使图像黑白分明、边缘清晰；e 照出来的图像尺寸与Mark图形的实际尺寸尽量接近。,制作Mark图像,制作元器件视觉图像 元器件视觉图像做得好不好，直接影响贴装效率，如果元器件视觉图像做得虚（失真），也就是说，元器件视觉图像的尺寸与元器件的实际差异较大时，贴片时会不认元器件出现抛料弃件现象，从而造成频繁停机，因此对制作元器件视觉图像有以下要求：a 元器件尺寸要输入正确；b 元器件类型的图形方向与元器件的拾取方向一
50、致；c 失真系数要适当；d 照图像时各光源的光亮度一定要恰当，显示OK以后还要仔细调整；e 通过仔细调整灯光，使图像黑白分明、边缘清晰；f 照出来的图像尺寸与元器件的实际尺寸尽量接近。g 做完元器件视觉图像后应将吸嘴上的元器件放回原来位置，尤其是用固定摄象机照的元器件，否则元器件会掉在镜头内损坏镜头。h ADA（自动数据处理）功能的应用CCD照相后自动记录元件数据。,制作元器件视觉图像,制作QFP视觉图像,(3)贴装前准备,贴装前准备工作是非常重要的，一旦出了问题，无论在生产过程中或产品检验时查出问题，都会造成不同程度的损失。贴装前应特别做好以下准备：a 根据产品工艺文件的贴装明细表领料（PC
