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SMT基 本 知 識 簡 介

发表于:2009-02-17 15:14:31   点击: 356

  SMT基 本 知 識 簡 介

錫膏的組成成分以及特性﹕
大致來講錫膏的組成成分可分為兩大部分,即助焊劑和焊料粉(FLUX &SOLDER POWDER)
助焊劑的主要成分以及其作用﹕
活化劑: 該成分主要起去除PCB銅模焊盤表層及零件焊接部位的氧化物質的作用,同時具有降低 錫,鉛表面張力的功效 
觸變劑: 該成分主要是調節焊錫膏的粘度以及印刷能力,起到印刷過程中防止脫尾,粘連等現象作用 
樹 脂: 該成分主要是加大錫膏的粘附性,而且有保護和防止焊後PCB再度氧化的作用,該項成分對零件固定起到很好的作用
溶 劑﹕該成分是焊劑組成的溶劑,在錫膏的攪拌過程中起調節均勻作用,對焊膏的壽命有一定影 響 
焊料粉 ﹕
 焊料粉又稱為錫粉主要由錫鉛合金組成一般比例為63sn/37pb

錫膏的分類方式以及選擇標準
    一般情況下,首先選擇焊膏的大類,再根據合金組成,顆粒度以及粘度指標來選擇 
分類方式 ﹕
普通松香清洗型﹕此種類錫膏在焊接過程中表現出較好的上錫速度並能保證良好的焊接效果在焊 接工作完成後PCB表面殘留松香相對較多可以用清潔劑清洗,洗後PCB板面光潔無殘留保證了清洗後面具有良好的絕緣阻抗,並能通過各種電氣性能的檢測 .
免清洗型焊錫膏﹕此種錫膏焊接完成後,PCB板面較為光潔,殘留少,可以通過各種電氣性能技術檢測,無需要再次清洗,在保證焊接品質同時縮短生產流程加快了生產速度.
水溶性錫膏﹕早期生產的錫膏因技術問題PCB板殘留物較多,電氣性能不夠理想嚴重影響產品
品質
   錫膏的粘度
  在SMT工作流程中,因為從印刷完錫膏並貼上元器件,送至回焊爐加熱過程有一個移動,放置或搬運PCB過程,在這個過程中為保證已印刷好的焊膏不變形,已貼在PCB焊膏上元器件不移位,所以
要求焊膏在PCB進入回流焊加熱之前應有良好的粘性以及保持時間.
  對于錫膏的粘度程指標常用“pa . s”為單位表示印刷錫膏的粘度一般在600—1200 pa.s
     焊錫膏的保存要求
 焊膏應保存應該以密閉形態存放在恆溫,恆濕的冷柜內.保存溫度為0—10攝氏度假若溫度過高焊膏中合金粉末和焊劑起化學反應,從而使粘度,活性降低影響其性能;假若溫度過低焊劑中的樹脂會產生結晶現象,使焊膏形態變壞,故在保存過程中應注意恆溫這樣一問題.如果在較短的時間內使錫膏不斷
從各種環境下反復出現不同的溫度變化同樣會使焊膏中的焊劑能產生變化從而影響焊膏的焊接品質.
     錫膏使用前要求
  焊膏從冷櫃取出時應在密封狀態下回到室溫後再開封時間約為2—4小時;如果在冷櫃中取出就開封存在溫差會使焊膏結露凝成水分這樣會導致回流焊時產生錫珠;也不可用加熱的方式使錫膏回到室溫急速的什溫會導致錫膏中的焊劑的性能變壞從而影響焊接效果.
    錫膏的工作環境最佳狀態﹕溫度  20—25攝氏度  相對濕度50—70%清潔,無塵,防靜電 .  
     
     錫膏是一種合金金屬球狀顆粒與助焊劑的混合物,它根據粘度,鋼板壽命以及流動性來設計它的配方,當錫膏自然老化之後生產線使用時,這些特性將會改變,所以正確存儲及時使用可以盡量維持原有的特性如此就不會浪費錫膏,良率以及品質也會較好.
      
                     環境對錫膏的影響
錫膏對高低溫以及濕氣非常敏感,一旦受到這些環境因素的影響,錫膏的壽命以及性能就會大大的受到影響.
高溫﹕大部分錫膏所能短時間得忍受的最高溫度為26.6攝氏度,溫度過高會導致助焊劑與錫膏本體的脫離,然後在改變錫膏的流動性,進一步會造成錫膏的印刷不良
低溫﹕一般來講製造商不會建議冰凍錫膏,應為這樣灰造成催化劑的沉澱,降低焊接性能
濕氣﹕所有的錫膏都會有吸濕性能,所以應該要避免存放在高濕氣的環境中,如果錫膏吸入過多的濕氣,在使用過程中會造成許多問題  for example﹕slump ,solder balling ,flux/solder spatter
回流焊中元器件的移位,黏滯時間縮短焊接性不良等.

 錫膏的運輸
運送時間盡可能的要短,以降低錫膏暴露在環境中的時間,所以次日交貨是一般的做法.為了避免過熱通常會用絕緣材料和乾冰來運輸錫膏.

錫膏的存儲
錫膏運送到目的地後應該立即冰藏,儲存溫度應在2—10攝氏度,冷藏儲存壽命為室溫下的兩倍
若是必須以室溫存放則溫濕度必須小型控制溫度不得超過25.5攝氏度相對濕度應低于60%.

存貨管控﹕
水溶性錫膏一般冷藏的壽命為三到六個月,而免清洗的錫膏則為6—12個月,過期的錫膏在使用過程中特性可能會有所變異,因此存貨管理上應做到先進先出的原則.

使用前的ready﹕回溫
在錫膏回溫到室溫前切勿拆開容器或攪拌錫膏.一般的回溫時間約為4—8小時.但必須是自然回 
溫切勿強制加熱回溫因此會造成助焊劑析出.所以最簡單的回溫方式就是使用前一晚將錫膏拿出
冷藏柜即可
未回溫完全即使用的話,錫膏會冷凝空氣中的水分,造成slump,spatter等問題.除此之外還會有其他問題,例如﹕不易攪拌,無法在鋼板上滾動導致印刷不良,黏附在刮刀上面.

使用前的準備﹕攪拌
在回溫完成後,為確保錫膏內的所有成份是均勻混合的,利用抹刀或混合器攪拌錫膏時間約1—3分鐘攪拌時以固定一個方向攪拌.

印刷機的條件
在印刷機中錫膏滾動的區域的理想條件為相對濕度40%--50%,溫度 18—24攝氏度不可冷風熱風直接對著吹.
錫膏使用量﹕
錫膏首次涂抹在鋼板的量為印刷當中用量的2—3倍.涂抹的長度為印刷有效區域長度,直徑
5“最初幾次的印刷過程中,刮刀會代起一些錫膏,而且錫膏也會被刮出刮刀的長度以外,所以在印刷完最初3—4pcs  pcb以後,要再一次檢查鋼板表面錫膏的量,視狀況補充錫膏.
鋼板表面錫膏的量的control關係到印刷品質的好壞,另外補充錫膏時,以少量多次為原則,這樣可保證錫膏的新鮮度.

存儲已開啟的錫膏
千萬不要直接冷藏開啟的錫膏,如果回溫了過多的錫膏無法使用完那麼請直接將錫膏瓶密封後置于室溫下,等待下一次使用.

存儲使用過的錫膏
有時我們會需要存儲使用過的錫膏以留待下次使用,方法很簡單,只要將鋼板上對錫膏裝到空瓶中密封後放到室溫下即可.
下次再使用時,只要在鋼板上混合1 ﹕1的使用過與新鮮錫膏即可.

助焊劑的不穩定性可能由它的化學不穩定性和結晶學不穩定性兩方面的原因引起.從化學上講製造助焊劑的原料可能是不穩定的或者在這些原料存在著不穩定官能團,如果這些官能團存在在助焊劑中的話,一些反應可能發生for example﹕氧化反應,聚合反應,等等這些反應可能改變助焊劑和焊錫膏的性能,另一方面盡管所以的原料他們本身是穩定的,但在助焊劑系統中不同原料之間也可能發生一些反應,如果在這些反應在助焊劑製作過程中沒有完成,當攪拌成錫膏後他們將一直繼續下去.這也可能引起焊錫膏性能的變化.

從結晶學來講助焊劑並不一定是一個均勻的溶液或固熔體系統.他也可能是一種膠體分散系統.一些小晶體分散在系統中是可能的.在助焊劑產生的過程中由于助焊劑的冷卻速度較快,因而大晶體不容易生成,但他然有長大的趨勢.從這一點來看助焊劑是一個結晶學不穩定系統.如果在攪拌成焊
焊錫膏後這些小晶體成長成大晶體他將不可避免得望影響錫膏的印刷性能.

粉末的不穩定性
焊錫粉末是焊錫膏中的重要一個組成成份,它在焊錫膏中所佔比例大約為85%以上,然而,這個組分恰恰是不穩定的他的不穩定性包括四個方面﹕化學不穩定性 ,電化學不穩定性 ,表面不穩定性,以及相的不穩定性.
在化學上,錫--鉛合金在助焊劑中通過比較穩定,無鉛合金則是不太穩定,合金中的某些元素可能與助焊劑反應.例如,銀可以與ru素反應,其反應如下
                _
 Ag  +   X    =AgX  +  e
此處﹕
X----代表ru離子
這一反應如果不能被control的話,可能引起焊錫膏的性能的變化

在電化學方面,無鉛合金常常是不同于錫--鉛合金的.對于錫--鉛system,鉛的標準電極電位非常接近于錫.但對于無鉛system,一些物質的標準電極電位遠不同于錫。不同物質之間的電極電位差是電化學腐蝕的動力.

                    如何提高焊錫膏的穩定性
焊錫膏的不穩定性是由多種不穩定性因素造成的,在這些原因中一些因素可能被避免.for example﹕原料的不穩定性,化學不穩定性etc,這些不穩定因素在助焊劑和焊錫膏生產process中可以通過采取某些措施而排除.但還有一些因素是不可避免的.for example焊錫粉末的表面不穩定等等這些因素不能被排除.盡管如此如果這些作用被delay的話,焊錫膏的存儲壽命然可以延長,從熱烈學來講焊錫膏是一個不穩定system,so不能期望他有永久性壽命,but
從動力學原理來講一些因素可以通過合適的方法delay 因此可以希望有一個較長的存儲壽命.

改善助焊劑的穩定性
助焊劑的不穩定性歸于他的化學不穩定性以及結晶不穩定性,從化學來講原料的穩定性以及原料之間的反應起了一個很重要的作用.當然,在配方中使用穩定的材料可以提高助焊劑的穩定性,但更重要的是所有的不穩定性因素應該在助焊劑的生產過程中消除的.在某些status不穩定原料在助焊劑的生產過程中變成穩定的,因此他將不影響焊錫高對穩定性.此外原料之間的反應在助焊劑的生產過程中完成的話,他將不影響焊錫膏的穩定性,因此對于助焊劑的化學穩定性來講,穩定的工藝過程是非常important,某些原料如果在加熱之前加入的話他可以很快的與其他原料起反應,當這些反應在助焊劑的生產過程中完成時,他將不影響焊錫膏的穩定性,but如果這些原料在助焊劑冷卻的以後添加的話,反應不能在助焊劑生產過程中完成他將在焊錫膏中繼續進行,這些反應可能影響焊錫膏的黏度.
從結晶學方面來講當助焊劑或錫膏放置了幾天或者更長時間的話,在助焊劑中產生一些小晶體,如果這些小晶體生長成較大的晶體的話,將影響焊錫膏的黏度,so晶體的形成與生長是不穩定性因素中一個重要因素
根據結晶動力學原理,晶體顆粒的大小取決于兩個方面.一是在助焊劑中各原料的相溶性,特別是溶劑與其他原料的相容性,如果一些原料與所用的溶劑不相容,它在這種溶劑中的溶解度將非常低,因此在system中痕容易形成較大的飽和度,這是晶體的推動力,過飽和度越大晶體越容易形成。另一方面是黏度,粘度反應結晶阻力,如果黏度較高,盡管一些物質趨于結晶但他難以形成晶核並長大.
改善焊錫粉末不穩定性的方法
焊錫粉末具有較高的表面能,這是不可避免的,因為粉末的顆粒度是非常小的,同樣焊錫粉末的相的不穩定性也是不可避免的,因為在粉末的製作過程中,穩定的相不能形成,這意味作粉末的表面活性是不可克服的.這些因素使得焊錫粉末容易與助焊劑中的某些組成反應.因此在配方中應考慮盡量避免或延緩粉末與助劑的反應,反之焊錫膏存儲壽命將是短的.
  在化學上,無鉛粉末與助焊劑的反應是可能的,特別是含有銀的錫粉,銀能與ru離子反應,在共价型ru化物中,ru元素以共价鍵與碳結合.如果銀與ru元素反應,必須打破這個鍵,但是打破這個鍵是不容易的,對于含有銀的錫粉,共價型ru化物是較穩定的,but在離子型ru化物中,ru元素以離子鍵與其他基團集合,在助焊劑中ru元素以離子形態存在,ru離子與銀反應是比較容易的,對于含有銀的無鉛錫粉,離子型ru化物是不穩定。因此如果含有銀粉末的話,僅有共價型ru化物而沒有離子型ru化物對system常常容易達到較長的存儲壽命,而具有離子型ru化物system常常難以達到較長的存儲壽命.
          

                      表面黏著技術鋼板印刷技術
自蒙特婁議定書規定禁產cfc後,電子組裝業者受到相當大的影響,因此發展在電子組裝後段SMT制程使用免清洗制程以取代CFC清洗技術,其中最困難之一為SMT鋼板印刷技術,本篇主要利用檢測技術來分析制成變數,並且依據不良率分析,提出改善方案,以提高制成之良率.在制成變數中主要為鋼板種類,錫膏種類以及鋼板印刷次數,因此由變數尋找出印刷較為清晰的產品為其生產依據.在不良分析方面依據不良現象找出原因.如ic焊接不良或pcb
bonding pad焊錫性不良,改善其原因使產品焊錫性良好,相對將會提高產品之良率.對于smt制成不良亦提供完整的的分析,有助于工廠之不良頻分析,希望借此分析技術,協助電子資訊產業在禁產cfc及限用hcfc下將其損失減至最小.

鋼板印刷
鋼板要求除了尺寸大小正確之外,另外鋼板孔內壁要求有兩項一是沒有undercut,另一項是表面粗糙度要細.

清洗鋼板
如果以IPA(isopropy1 alcohol)作為清洗劑,然後又和印刷用的錫膏接觸的話,會引起反應造成錫膏干硬,所以錫膏供應商該要建議安全合適的清洗劑給使用者.
務碰觸錫膏
切勿吞食錫膏,因為錫膏中有鉛等重金屬有害物質.

              印刷設備各種設定因素及其最佳設定方法
壓入印刷网版開口部的工藝
通過刮刀移動焊膏在焊膏與网版面有摩擦利發揮作用該摩擦力作用與焊膏的移動方向相反,焊膏通過該摩擦力而旋轉此現象為滾動現象.一旦發生滾動現象,焊膏經常踫到刮刀前部改變方向通過該踫撞在刮刀的前部產生壓力,該壓力就是將焊膏壓入印刷网版的力.
刮刀速度與刮刀角度的最佳設定壓入力的control
一﹕刮刀速度變快相對地焊膏踫到刮刀前部的速度也變快所產生的壓力也變大考慮到焊膏壓入网版開口部位的實際情況,刮刀通過開口部位的時間.即﹕壓入焊膏的時間相反變短其結果是印刷中施加在整個開口部的壓力不變.因此通過刮刀速度可以辨別焊膏壓入印刷网版開口部的數量.
若印刷速度過快則會導致焊膏在网版上滑動而不是在网版上滾動因此刮刀速度的最佳設定就是將焊膏設定為使其在印刷网版上不滑動,滾動移動設定.
刮刀速度設定範圍20—40mm/s

刮刀角度的最佳設定的control
通過computer計算出的刮刀前部所產生的壓力分布在距刮刀前部僅2—3mm非常狹窄的範圍內,因此
刮刀角度對產生壓力的影響僅在該部分前部的角度上.當刮刀角度在80度以上時踫撞到刮刀的焊膏原狀跳回不發生滾動也不會產生壓力.
   由實驗得出刮刀角度的最佳設定應在45—60。範圍內進行.為了避免前端變形與磨損最好使用較硬一些材質(聚氨脂橡膠硬度為90以上,與其相比金屬刮刀更好)
      刮刀壓力最佳設定的control
  施加在刮刀上的力稱之為印刷壓力,當印刷壓力過小刮刀前部與印刷网版之間存在間隙,印刷後网版上會殘留焊膏;印刷壓力過大會導致刮刀前部變形並使壓入力起重要作用的刮刀角度發生變化.因此印刷壓力的最佳設定是與通過滾動所產生的壓力值相同.
      基版下降速度的最佳設定的control
  基板下降速度對脫離性的影響,如果加大基板下降速度由于焊膏的粘佐力使印刷网版變大形成饒曲,如果
印刷网版彎曲變大网版因饒曲的彈力要恢復到原來的位置网版因其彈力快速復位抬起焊膏兩端形成極端抬起的印刷狀態嚴重情況下刮掉焊膏 。由此可得通常基板的下降速度設定在0.3—3mm/S
    錫膏的搖溶性﹕當提高攪拌速度時,粘度便下降,此特性為錫膏的搖溶性
                          印刷缺陷以及解決方法
印刷不完整﹕即未印上部分應大于焊盤面積的25%         
產生原因1.漏孔堵塞或部分焊膏粘在模板底部               
           2.缺焊膏或者刮刀寬度方向焊膏不均勻
            3.焊膏粘度太大印刷性能不好
            4.焊膏中有較大尺寸的合金粉末顆粒
            5.焊膏滾動性不好
6.刮刀磨損                                                         

預防以及矯正措施1.清洗漏孔和模板底部,減慢離板速度
                2.加焊膏使均勻
                3.change 焊膏選擇粘度合適的焊膏
                4.change焊膏選擇顆粒大小合適的焊膏
                  5.減慢印刷速度合適增加刮刀的延時   
               6.換新刮刀
 
塌邊﹕圖形坍塌焊膏向四邊坍塌超出焊盤面積的25%或焊膏圖形粘連          
 產生原因 1.刮刀壓力過大
          2.PCB定位不到位
          3.焊膏粘度或合金粉末含量太低,觸變性不好
 預防以及矯正措施1.調整刮刀壓力
                 2. 從新固定PCB
                 3.change焊膏選擇顆粒度合適的焊膏
 
焊膏太薄﹕焊膏在焊盤上的厚度為0.15—0.2mm
 產生原因1.网版厚度不符合要求太薄
          2.刮刀壓力太大
          3.印刷速度太快
          4.焊膏流動性能差
預防以及糾正措施1.選擇厚度合適的模板
                2.調整刮刀壓力
                3.減慢印刷速度或增加印刷遍
               4.選擇顆粒度和粘度合適的焊膏

 焊膏厚度不一致﹕焊盤上焊膏厚度不一致
 產生原因1.网板與PCB不平行
          2.焊膏攪拌不均勻,使顆粒度不一致
  預防以及矯正措施1.調整模板與PCB的相對位置,調PCB工作台的水平
                  2.印刷前充分攪拌焊膏,使其顆粒度保持均勻一致
拉尖﹕ 焊盤上的焊膏形成小丘狀
產生原因1.焊膏粘度太大
        2.離板速度太快
  預防以及糾正措施1.換焊膏,選擇合適粘度的焊膏
                  2.調整模板分離速度
 焊膏圖形粘粘﹕相鄰焊盤上的焊膏連在一起
產生原因1.模板底部不乾淨
        2.印刷遍數多
        3.刮刀壓力過大
預防以及糾正措施1.清潔模板底部
                2.調整印刷遍數
              3.調整刮刀壓力
邊緣和表面上有毛刺﹕焊膏圖形邊緣不平整,表面有毛刺
產生原因1.焊膏粘度偏低
        2.模板孔壁粗糙
預防以及糾正措施1.換焊膏選擇粘度合適的焊膏
                2.印刷前檢查模板漏孔的腐刻質量

PCB表面贓污﹕PCB表面被錫膏沾污
產生原因 模板底部沾有錫膏
預防以及糾正措施1.清洗模板底部,在程序中增加清潔模板的頻率

PCB兩端沾污﹕PCB兩端被錫膏沾污
產生原因﹕個刮刀前後極限離圖形太盡
預防以及糾正措施1.調整刮刀前後的極限

模板清洗﹕在印刷過程中應對模板底部進行清洗,消除其底部的附著物以防止對PCB的污染通常採用無水乙醇作為清洗液.   清洗模式﹕一般設置為一濕一干或兩濕一干.
 

                        回流焊接溫度曲線的調節
    回流焊的目的﹕使表面電子元器件(SMD)與PCB正確可靠的焊接在一起

工藝原理﹕當焊料,元件與PCB的溫度達到焊料熔點溫度以上時,焊料熔化以填充元件與PCB 間的間隙然後隨著冷卻,焊料凝固,形成焊接頭.
工藝流程﹕
第一升溫區(預熱區)
將焊錫膏,PCB以及元器件的溫度從室溫提升到預定的預熱溫度;預熱溫度一定低于焊料的熔點
的溫度.
升溫段的一個重要參數“升溫速率”一般情況下其值應該在1—2.0攝氏度/秒.由于PCB及元器件吸熱速率不同,各元器件升溫速率也會有所從而導致PCB板面上的溫度分布出現階梯.應為此段
所有點的溫度均在焊料熔點以下,所以“溫度階梯”的存在並無大礙,第一升溫區結束時,溫度約為100—110攝氏度;時間約為30—90秒,以60秒為宜

保溫區(又稱乾燥滲透區)
“保溫”的目的是讓焊錫膏中的助焊劑有充足的時間來清理焊點,去除焊點表面的氧化膜同時使
PCB及元器件有充足的時間達到溫度均衡.消除“溫度階梯”;此段時間應設定在60—120秒;保溫時間結束,溫度應為140—150攝氏度

第二升溫區
溫度從150攝氏度左右上升到183攝氏度,這一溫區是活化劑的活化期,PCB板溫度均勻一致的區域,一般時間為30—45秒.時間不宜過長否則影響焊接效果.

四. 焊接區
在焊接區焊料熔化並達到PCB與元器件腳良好的嵌合在一起的目的.
在焊接區溫度開始迅速上升,元器件然然會有不同的速率吸熱,在一次產生溫差,所以要控制好溫度消除這一溫差.一般來講此段高溫一般要高于焊料熔點183攝氏度30—40攝氏度.時間30—60秒左右,但在225攝氏度以上的時間應控制在10秒以內,215攝氏度以上應控制在20秒以內.如果此段溫度過高會損壞元器件,溫度過低會造成部分焊點潤濕以及焊接不良.為了克服上述缺陷目前使用熱風回流焊效果更好.
五﹕冷卻區
使焊料凝固,形成焊接頭,並最大可能的消除焊點的內應力;降溫速率應小于4攝氏度/秒,降溫至75攝氏度即可.
總之回流溫度曲線建立的原則是焊接區以前上升速率要盡可能的小,進入焊接區後半段後,升溫速率要迅速提高,焊接區最高溫度的時間控制要短,使pcb,smd少受熱沖擊.生產前必須花大量時間調整好溫度曲線,同時應依據產品的特性以及批量來選擇用几個溫區的匯流焊設備.
                     匯流焊接主要不良表現以及原因分析
短路﹕錫膏在加熱過程中會產生塌邊,這個情況主要出現在預熱和匯流兩個區段,在預熱區作為錫膏中的成分之一的助焊劑就會降低粘度而流出.如果其流出的趨勢比較強烈,那就會同時將錫膏顆粒劑到焊盤外.熔融時錫膏的顆粒如不能返回到焊盤內.就會造成錫珠嚴重的會造成短路.
除上面的因素外元件電極是否平整良好,電路線路板布線設計與焊盤間距是否規範.錫膏的粘度大小,錫膏印刷的精密及貼片的精度等都是造成短路的原因.

墓碑﹕片式元件(chip件)在匯流焊過程中由于兩端電極受力不夠均勻而導致一端發生翹起的現象稱之為墓碑.
造成墓碑的原因
1.一個原因是由于置件偏移或chip元件兩端電極大小不對稱而使得元件在匯流過程中兩端受力不均勻;
2.由于元件在急熱過程中兩端存在溫差,電極兩端一邊錫膏完全熔化後獲得良好的潤濕,而另一邊的錫膏由于沒有完全的熔化而引起潤濕不良,這樣促進了元件的翹立.
因此加熱時要使與元件平行方向的加熱形成均衡的溫度分布避免有較大的溫差產生 .此外如果使用氮氣量過大的話也會產生過多的墓碑現象.

潤濕不良﹕指焊接過程中錫膏與PCB焊盤pad或元件的電極,經潤濕後不生成相互間的吻合而發生虛焊現象.
不良原因
1.PCB焊盤表面受到污染或沾上阻劑.或是結合物表面生成金屬氧化物層而引起的,譬如銀的表面有疏化物,錫的表面有氧化物都會產生潤濕不良.此外錫膏中殘留的鋅,鎘等超過0.005%以上時,由于錫膏的吸濕作用使活化程度降低也會發生潤濕不良,因此焊盤表面以及元件表面都要做好防污染措施.選擇合適的錫膏並設定合理的焊接溫度曲線.
元件移位
錫膏粘度不夠,經過搬運震蕩等造成元件移位
錫膏超過使用期限,其中助焊劑已變質
貼片時吸嘴的氣壓未調整好壓力不夠,或是貼片機的問題,造成元件安放位置不對
在印刷,貼片後的搬運過程中,發生震蕩或不正確的搬運動作
焊膏中焊劑含量太高,在匯流焊過程中焊劑流動導致元件移位.

焊後元件立碑
產生原因
匯流焊溫度曲線設定不合理,在進入焊接區前的乾燥滲透工作未做好,使pcb表面依然存在
“溫度階梯”在焊接區造成各焊點上錫膏熔化時間不一致.從而導致元件兩端所承受的應力大小不一致,這樣就導致立碑的現象了.
在匯流焊時預熱溫度過低
焊膏在使用前未充分攪拌,錫膏中助焊劑分布不均勻
進入匯流焊接區前有元件產生偏移錯位現象
smd元件可焊性差也會導致元件立碑現象出現


                           波峰焊接工藝
波峰焊接工藝主要從助焊劑在波峰焊爐中的涂布方式,以及波峰焊爐的錫波形態兩方面探討

助焊劑涂布
在波峰悍接工藝中助焊劑有三種涂布方式
發泡
噴霧
噴射
a﹕當使用發泡工藝時,應該注意助焊劑中稀釋劑的添加問題,因為助焊劑在使用過程中容易揮發,易造成助焊劑的溶度的升高,如果不即使添加稀釋劑將會影響悍接效果以及PCB表面的光潔度.
B﹕如果使用“噴霧”工藝,則無需添加或添加少量的稀釋劑,因為密封的噴霧罐能夠有效的防止助焊劑的揮發,只要根據需要調整噴霧量即可.並要選擇固含量較低的最好不含松香樹脂成份的,適合噴霧勇的助焊劑.
c.因為“噴射”時會造成助焊劑的涂布不均勻造成元材料的浪費等原因,目前使用噴射工藝的已經很少了.
錫波形態
主要分為單波峰和雙波峰.
A:單波峰是指錫液噴起的時候形成一個波峰,一般在過一次錫或只有插件的PCB使用
B:雙波峰如果PCB表面既有插件又有smd元器件,這時多用雙波峰,第一個波峰較高主要作用是悍接;第二個波峰相對較平,他主要是對焊點進行整形.

                               波峰焊接
波峰焊爐相關參數在使用過程中的常見參數主要有以下几個﹕預熱 ,錫爐溫度 ,鏈條傾角 ,風刀,雜質含量.

1.預熱﹕預熱溫度一般設定在90—110攝氏度,這里所指的“溫度”是指預熱後的PCB板焊接面的實際受熱溫度,而不是“表顯”溫度;如果預熱溫度達不到要求則易出現焊後殘留多,易產生錫珠,拉錫尖等現象
影響預熱溫度有以下几個因素
一﹕PCB板的厚度
二﹕走板速度
三﹕預熱長度
PCB板的厚度﹕關係到PCB受熱時吸熱以及熱傳導的這樣一系列的問題,如果PCB較薄時則容易受熱並使PCB“零件面”較快升溫,如果有不耐沖擊的部件,則應適當的調低預熱溫度;如果PCB較厚,悍接面吸熱後,並不會迅速傳導給零件面此類板能經過較高預熱溫度.

Pcb走板速度﹕一般情況下我們建議客戶把走板速度設定在1.1—1.2米/分鐘這樣一速度,但這不是絕對值
;如果要改變走板速度通常要改變預熱溫度作配合.  for example 要將走板速度加快為了保證pcb焊接面的預熱溫度能夠達到預定值,就應當將預熱溫度適當升高

預熱區長度﹕預熱區長度影響預熱溫度,這時容易理解的一個問題,我們在調試不同的波峰焊機時應該考慮到這一點對預熱的影響;預熱區較長溫度可調得較接近想要得到的板面實際溫度.如果預熱較短,則相應的提高其預熱溫度
   2.錫爐溫度
以使用63/37的錫條為例,一般來講此時錫液面溫度應調在245—255攝氏度為合適.盡量不要超出260攝氏度.因為新的錫液在260攝氏度以上的溫度時將會加快氧化物的產生量.

鏈條的傾角﹕這一傾角是指鏈條和錫液面的角度
當pcb走過錫液平面時,應保證pcb零件面與錫液面只有一個切點;而不能有一個較大的接觸面
當沒有傾角或傾角太易造成焊點拉尖,沾錫太多,連焊等現象;當傾角過大時很明顯易造成吃錫不良甚至不能上錫等不良現象.
 
風刀﹕在波峰焊爐使用中,“風刀”的主要作用是吹去pcb板面多余的助焊劑,並使助焊劑在pcb表面均勻涂布;一般風刀的傾角為10度左右.假若;“風刀”角度調整不合理,會造成pcb表面焊劑過多,或涂布不均勻在過預熱區 時易滴在發熱管上影響發熱管的壽命而且會影響焊接完後pcb表面的光潔度,甚至可能會造成部分元件上錫不良等狀況出現.

6.錫液中的雜質含量
當雜質含量過大時會嚴重影響到合金的特性,主要表現在合金中出現不熔物或半熔物,以及熔點不斷升高.並導致虛焊,假焊的產生;另外雜質含量的升高會影響焊接後合金晶格的產生.造成金屬晶格的枝狀結構,表現出來的癥狀有焊點表面發灰無金屬光澤,焊點粗糙等.
在波峰焊爐使用過程中,應重點注意對波峰爐中銅雜質的含量的control;一般情況下當錫液面銅雜質的含量查過0.03%時應做清爐處理.


                   波峰焊接常出現的問題以及解決方法
 焊點不飽滿,短路,pcb板面殘留,pcb板面有錫渣殘留,虛焊,假焊,焊後漏電等各種問題.
這些問題嚴重影響產品的品質問題與焊接效果.為了解決這些問題我們主要從以下几方面分析
檢查錫液面的工作溫度.因為錫液的儀表現實溫度總會與實際工作溫度有一定的誤差,故在解決此類問題時應掌握錫液的實際溫度,而不要過分依賴“表顯溫度”;一般情況下使用63/37比例的系鉛焊料時,建議波峰焊爐的工作溫度在245—255度之間即可.但這不是一個絕對的數值遇到特殊狀況時還要區別對待.
檢查pcb板浸錫前的預熱溫度.通常狀況下建議預熱溫度應在90—110攝氏度之間.如果pcb上有高精密度的不能受熱沖擊的元器件,可能相關參數作合適調整;這里要求的也是pcb焊接面實際受熱溫度,而不是表顯溫度.
檢查助焊劑的涂布是否有問題,無論其涂布方式是怎樣,關鍵要求pcb在經過助焊劑的涂布區域後,整個板面的助焊劑要均勻,如果出現部分零件管腳有未浸潤助焊劑的狀況.則應對助焊劑的涂布量,風刀角度等方面進行調整.
檢查助焊劑活性是否合適.如果注焊劑的活性過強就可能對焊接完後的pcb造成腐蝕,如果注焊劑的活性不夠,pcb板面焊點則會有吃錫不飽滿等狀況.如果錫腳間連錫太多或出現短路,則標明助焊劑的載體方面有問題,即潤濕性不夠,不能使錫液有較好的流動;出現以上問題時應與助焊劑的供應商尋求解決方案.對助焊劑的活性以及潤濕性作一定的調整.
檢查錫錄鏈條的工作狀態。其中包括鏈條的角度和速度兩個問題.建議通常將鏈條的傾角設定在5—6度之間.送板速度在每分鐘1.1—1.2米分鐘;就鏈條角度而言用經驗值來判定我們可以把pcb上板面比錫波最高處高處1/3左右,使pcb過錫時能夠推動錫液面向前走這樣可以保證焊點的可靠性,在不提高預熱溫度以及錫液的工作溫度的狀況下,如果提高pcb傳輸速度會影響焊點的焊接效果
錫液中的雜質含量是否超標,錫液中雜質含量超標將嚴重影響焊接質量.發現超標及時提純處理
為保證焊接質量,選擇合適的助焊劑也是很關鍵的問題.
如果pcb板面總是有少部分的零件腳吃錫不良.這時可檢查pcb板的過錫方向以及錫液高度.
並輔助調整輸送pcb的速度來調節;如果然解決不了此問題,可以檢查是否因為部分零件腳
已經氧化變形.
在保證上述使用條件都在合理範圍內,如果依然出現pcb不斷有虛焊,假焊或其他的焊接不良狀況.可檢查pcb是否有氧化現象,板孔與管腳是否成比例等,以及pcb板的設計,製造,保存是否合理.
 習慣上出現焊接不良狀況時大多數客戶的第一反應就是“焊料有問題”其實這種觀念是不完全正確的.經過以上的分析可看出,造成焊接不良的情況很多,不僅有焊料以及助焊劑的問題很多時候與客戶的自身工藝以及設備,生產工作環境,pcb板材,元器件等多種因素有關係.

                 波峰焊錫作業中問題點以及改善方法
一﹕沾錫不良 poor wetting
這種情況是不可接受的缺陷,在焊點上只有部分沾錫分析以及改善原因如下
外界污染物如油,脂,肭等.此類污染物可用溶劑清洗 ,此污油污有時是在印刷防焊劑時沾上的.
silicon oil通常用于脫模及潤滑作用,通常會在基板以及以及零件腳上發現,而silicon oil不易清理,因此使用他之前非常小心尤其是當他作為抗氧化油常會發生問題.因此他蒸發沾在基板上面造成沾錫不良.
通常因為存儲不良狀況或基板制程上的問題發生氧化,而助焊劑無法去除時會造成沾錫不良過二次錫或可解決此問題.
沾助焊劑方式不正確,造成原因為發泡氣壓不穩定或不足,致使泡沫高度不穩定或不均勻而使基板部分沒有沾到助焊劑
吃錫時間不足或錫溫不足會造成沾錫不良,因為熔錫需要足夠的溫度以及時間wetting,通常焊錫溫度高于熔點溫度50—80攝氏度之間,沾錫總時間為三秒.
局部沾錫不良de wetting﹕
此種情形與沾錫不良相似,不同的是局部沾錫不良不會漏出銅薄面,只有一薄薄一層錫無法形成飽滿的焊點

冷焊或焊點不亮
焊點看似碎裂,不平,大部分原因是零件在焊錫正面要冷卻形成焊點時振動造成的,注意錫爐輸送是否有異常振動

焊點破裂 cracks in solder fillet
此情形通常是焊錫,基板,導通孔,及零件膠之間形成膨脹係數,未配合而造成,應在基板材質,零件材料及設計上去改善。

焊點錫量太大
通常在評定一個焊點,希望能又大又圓又胖的焊點,事實上過大的焊點等對導電性以及抗拉強度未必有所幫助.
1.錫爐輸送角度不正確會造成焊錫點過大,傾斜角度應在1—7度之間角度越大沾錫量越薄,角度越小沾錫量越厚
提高錫槽溫度加長焊錫時間,使多余的錫再次匯流到錫槽
提高預熱溫度,可減少基板沾錫所需的熱量增加助焊效果
改變助焊劑比重合適減少助焊劑比重,通常比重越高吃錫厚度也越易短路,比重越低吃錫越薄但越易造成錫橋,錫尖.

 SMT常用述語
微組裝技術﹕MPT/Microelectronic Packaging echnology

混裝技術﹕Mixed Component Mounting Technology

封裝﹕    Package

貼片﹕   Pick and Place

拆焊﹕  Desoldering

再流﹕Reflow

浸焊﹕ Dip Soldering

拖焊﹕ Drag soldering

印制電路﹕Printed  Circuit

印制線路﹕ Printed Wiring

印制電路板﹕ printed circuit board

印制線路板﹕printed wiring board

層壓板﹕laminate

覆銅薄層壓板﹕copper-clad laminate

基材﹕base material

成品板﹕production board

印刷﹕printing

導電圖形﹕conductive pattern

印制元件﹕printed component

單面印制板﹕single-sided printed board

雙面印制板﹕double-sided printed board

多層印制板﹕multilayer printed board

電烙鐵﹕  Iron

熱風嘴﹕ hot air reflowing noozle

吸錫帶﹕soldering  wick

吸錫器﹕tin extractor

焊後檢驗﹕post-soldering inspection

目視檢驗﹕visual  inspection

機器檢驗﹕ machine inspection

焊點質量﹕ soldering joint quality

焊電缺陷﹕ soldering jont defect
錯焊﹕ solder wrong

漏焊﹕ solder skips

虛焊﹕ pseudo soldering
 
冷焊﹕ cold  soldering

橋焊﹕ solder bridge

脫焊﹕ open soldering

焊點剝離﹕ solder off

不潤濕焊點﹕ soldering nonwetting

錫珠﹕ solder ball

拉尖﹕ icicle ; solder projection

孔洞﹕ void

焊料爬越﹕ solder wicking

過熱焊點﹕ overheated solder connection

不飽和焊點﹕ insufficient solder connection

過量焊點﹕ excess solder connection

助焊劑剩余﹕ flux residue

焊料裂紋﹕ solder  crazeing

焊角翹起﹕ fillet-lifting ;lift-off
 
  
AI :Auto-Insertion 自動插件
AQL :acceptable quality level 允收水準
ATE :automatic test equipment 自動測試
ATM :atmosphere 氣壓
BGA :ball grid array 球形矩陣
CCD :charge coupled device 監視連接元件(攝影機)
CLCC :Ceramic leadless chip carrier 陶瓷引腳載具
COB :chip-on-board 晶片直接貼附在電路板上
cps :centipoises(黏度單位) 百分之一
CSB :chip scale ball grid array 晶片尺寸BGA
CSP :chip scale package 晶片尺寸構裝
CTE :coefficient of thermal expansion 熱膨脹系數
DIP :dual in-line package 雙內線包裝(泛指手插元件)
FPT :fine pitch technology 微間距技術
FR-4 :flame-retardant substrate 玻璃纖維膠片(用來製作PCB材質)
IC :integrate circuit 積體電路
IR :infra-red 紅外線
Kpa :kilopascals(壓力單位)
LCC :leadless chip carrier 引腳式晶片承載器
MCM :multi-chip module 多層晶片模組
MELF :metal electrode face 二極體
MQFP :metalized QFP 金屬四方扁平封裝
NEPCON :National Electronic Package and
Production Conference 國際電子包裝及生產會議
ppm:parts per million 指每百萬PAD(點)有多少個不良PAD(點)
psi :pounds/inch2 磅/英吋2
PWB :printed wiring board 電路板
QFP :quad flat package 四邊平坦封裝
SIP :single in-line package
SIR :surface insulation resistance 絕緣阻抗
SMC :Surface Mount Component 表面黏著元件
SMD :Surface Mount Device 表面黏著元件
SMEMA :Surface Mount Equipment
Manufacturers Association 表面黏著設備製造協會
SMT :surface mount technology 表面黏著技術
SOIC :small outline integrated circuit
SOJ :small out-line j-leaded package
SOP :small out-line package 小外型封裝
SOT :small outline transistor 電晶體
SPC :statistical process control 統計過程控制
SSOP :shrink small outline package 收縮型小外形封裝
TAB :tape automaticed bonding 帶狀自動結合
TCE :thermal coefficient of expansion 膨脹(因熱)係數
Tg :glass transition temperature 玻璃轉換溫度
THD :Through hole device 須穿過洞之元件(貫穿孔)
TQFP :tape quad flat package 帶狀四方平坦封裝
UV :ultraviolet 紫外線
uBGA :micro BGA 微小球型矩陣
cBGA :ceramic BGA 陶瓷球型矩陣
PTH :Plated Thru Hole 導通孔
IA Information Appliance 資訊家電產品
MESH 網目
OXIDE 氧化物
FLUX 助焊劑
LGA (Land Grid Arry)封裝技術 LGA封裝不需植球,適合輕薄短小產品
應用。
TCP (Tape Carrier Package)
ACF Anisotropic Conductive Film 異方性導電膠膜製程

Solder mask 防焊漆
Soldering Iron 烙鐵
Solder balls 錫球
Solder Splash 錫渣
Solder Skips 漏焊
Through hole 貫穿孔
Touch up 補焊
Briding 穚接(短路)
Solder Wires 焊錫線
Solder Bars 錫棒
Green Strength 未固化強度(紅膠)
Transter Pressure 轉印壓力(印刷)
Screen Printing 刮刀式印刷
Solder Powder 錫顆粒
Wetteng ability 潤濕能力
Viscosity 黏度
Solderability 焊錫性
Applicability 使用性
Flip chip 覆晶
Depaneling Machine 組裝電路板切割機
Solder Recovery System 錫料回收再使用系統
Wire Welder 主機板補線機
X-Ray Multi-layer Inspection System X-Ray孔偏檢查機
BGA Open/Short X-Ray Inspection Machine BGA X-Ray檢測機
Prepreg Copper Foil Sheeter P.P. 銅箔裁切機
Flex Circuit Connections 軟性排線焊接機
LCD Rework Station 液晶顯示器修護機
Battery Electro Welder 電池電極焊接機
PCMCIA Card Welder PCMCIA卡連接器焊接
Laser Diode 半導體雷射
Ion Lasers 離子雷射
Nd: YAG Laser 石榴石雷射
DPSS Lasers 半導體激發固態雷射
Ultrafast Laser System 超快雷射系統
MLCC Equipment 積層元件生產設備
Green Tape Caster, Coater 薄帶成型機
ISO Static Laminator 積層元件均壓機
Green Tape Cutter 元件切割機
Chip Terminator 積層元件端銀機
MLCC Tester 積層電容測試機
Components Vision Inspection System晶片元件外觀檢查機
高壓恆溫恆濕壽命測試機 High Voltage Burn-In Life Tester
電容漏電流壽命測試機 Capacitor Life Test with Leakage Current
晶片打帶包裝機 Taping Machine
元件表面黏著設備 Surface Mounting Equipment
電阻銀電極沾附機 Silver Electrode Coating Machine
TFT-LCD(薄膜電晶體液晶顯示器) 筆記型用
STN-LCD(中小尺寸超扭轉向液晶顯示器 行動電話用
PDA(個人數位助理器)
CMP(化學機械研磨)製程
研磨液(Slurry),
Compact Flash Memory Card (簡稱CF記憶卡) MP3、PDA、數位相機
Dataplay Disk(微光碟)。
交換式電源供應器(SPS)
專業電子製造服務 (EMS),


PCB
高密度連結板(HDI board, 指線寬/線距小於4/4 mil)微小孔板(Micro-via board),孔俓5-6mil以 下 水溝效應(Puddle Effect):早期大面積鬆寬線路之蝕刻銀貫孔(STH)銅貫孔(CTH)
組裝電路板切割機 Depaneling Machine

NONCFC=無氟氯碳化合物。
Support pin=支撐柱
F.M.=光學點

ENTEK 裸銅板上塗一層化學藥劑使PCB的pad比較不會生鏽
QFD:品質機能展開
PMT:產品成熟度測試
ORT:持續性壽命測試
FMEA:失效模式與效應分析
TFT-LCD(薄膜電晶體液晶顯示器) (Liquid-Crystal Displays Addressed by Thin-Film Transistors)
導線架(Lead Frame):單體導線架(Discrete Lead Frame)及積體線路導線架(IC Lead Frame)二種

ISP的全

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