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SMT實(shí)用工藝基礎(chǔ)-SMT工藝概述

作者：博維科技時(shí)間：2018-07-25 13:30

第二章 SMT工藝概述

2.1 SMT工藝分類
一、按焊接方式，可分為再流焊和波峰焊兩種類型。
1、再流焊工藝――先將微量的錫鉛（SN/PB）焊膏施加到印制板的焊盤上，再將片式元器件貼放在印刷板表面規(guī)定的位置上，最后將貼裝好元器件的印制板放以再流焊設(shè)備的傳送帶上，從爐子入口到出口（大約5-6分鐘）完成干燥、預(yù)熱、熔化、冷卻全部焊接過程。
2、波峰焊工藝――先將微量的貼片膠（絕緣粘接膠）施加到印制板的元器件底部或連忙緣位置上，再將片式元器件貼放在印制表面規(guī)定的位置上，并進(jìn)行膠固化。片式元器件被牢固地粘接在印制板的焊接面，然后插裝分立元器件，最后對(duì)片式元器件與插裝元器件同時(shí)進(jìn)行波峰焊接。
二、按組裝方式，可分為全表組裝、單面混裝、雙面混裝三種方式（見表2-1）。

2.2 施加焊膏工藝
一、工藝目的――把適量的SN/PB焊膏均勻地施加在PCB焊盤上，以保證片式元器件與PCB相對(duì)應(yīng)的焊盤達(dá)到良好的電氣連接。
二、施加焊膏的要求
1、要求施加的焊膏量均勻，一致性好。焊膏圖形要清晰，相鄰的圖形之間盡量不要粘連，焊膏圖形與焊盤圖形要一致，盡量不要錯(cuò)位。
2、一般情況下，焊盤上單位面積的焊膏量應(yīng)為0.8mg/mm²左右，窄間距元器件應(yīng)為0.5mg/mm²左右。
3、焊膏應(yīng)覆蓋每個(gè)焊盤的面積，應(yīng)在75％以上；
4、焊膏印刷后，應(yīng)無嚴(yán)重塌落，邊緣整齊，錯(cuò)位不大于0.2mm；對(duì)窄間距元器件焊盤，錯(cuò)位不大于0.1mm。
5、基板不允許被焊膏污染。
三、施加焊膏的方法
施加焊膏的方法有三種：滴涂式（即注射式，滴除式又分為手工操作和機(jī)器制作）、絲網(wǎng)印刷和金屬模板印刷。
各種方法的適用范圍如下：
1、手工滴涂法――用于極小批量生產(chǎn)，或新產(chǎn)品的模型樣機(jī)和性能樣機(jī)的研制階段，以及生產(chǎn)過程中修補(bǔ)、更換元器件等。
2、絲網(wǎng)印刷――用于元器件焊盤間距較大，組裝密度不高的中小批量生產(chǎn)中。
3、金屬模板印刷――用于大批量生產(chǎn)以及組裝密度大，有多引線窄間距元器件的產(chǎn)品。
金屬模板印刷的質(zhì)量比較好，模板使用壽命長，因此一般應(yīng)優(yōu)先采用金屬模板印刷工藝。
2.3 施加貼片膠工藝
一、工藝目的
在片式元件與插裝元器件混裝采用波峰焊工藝時(shí)，需要用貼片膠把片式元件暫時(shí)固定在PCB的焊盤位置上，防止在傳遞過程或插裝元器件、波峰焊等工序中元件掉落。在雙面再流焊工藝中，為防止已焊好面上大型器件因焊接受熱熔化而掉落，也需要用貼片膠起輔助固定作用。
二、表面組裝工藝對(duì)貼片膠的要求及選擇方法
1、表面組裝工藝對(duì)貼片膠的要求
（1）具有一定粘度，膠滴之間不拉絲，在元器件與PCB之間有一定的粘接強(qiáng)度，元器件貼裝后在搬運(yùn)過程中不掉落。
（2）觸變性好，涂敷后膠滴不變形，不漫流，能保持足夠的高度；
（3）對(duì)印制板和元器件無腐蝕，絕緣電阻高和高頻特性好；
（4）常溫下使用壽命長（常溫下固化速度慢）；
（5）在固化溫度下固化速度快，固化溫度要求在150℃以下，5分鐘以內(nèi)完全固化；
（6）固化后粘接強(qiáng)度高，能經(jīng)得住波峰焊時(shí)260℃的高溫以及熔融的錫流波剪切刀的沖擊；在焊接過程中無釋放氣體現(xiàn)象，波峰焊過程中元件不掉落。
（7）有顏色，便于目視檢查和自動(dòng)檢測(cè)；
（8）應(yīng)無毒、無嗅、不可燃，符合環(huán)保要求；
2、片膠的選擇方法
用于表面組裝的貼片膠主要有兩種類型：環(huán)氧樹脂和聚丙烯。
環(huán)氧樹脂型貼片膠屬于熱固型，一般固化溫度在140±20℃/5min以內(nèi)；
聚丙烯型貼片膠屬于光固型，需要先用UV（紫外）燈照一下，打開化學(xué)鍵，然后再用150±10℃/1－2min完成完全固化。
（1）目前普通采用熱固型貼片膠，對(duì)設(shè)備和工藝的要求都比較簡單。由于光固型貼片膠比較充分，粘接牢度高，對(duì)于較寬大的元器件應(yīng)選擇光固型貼片膠。
（2）要考慮固化前性能、固化性能及固化后性能，應(yīng)滿足表面組裝工藝對(duì)貼片膠的要求。
（3）應(yīng)優(yōu)先選擇固化溫度較低、固化時(shí)間較短的貼片膠。目前較好的貼片膠的固化條件一般在120-130℃/60c-120s.
3、貼片膠的使用與保管
（1）必須儲(chǔ)存在5-10℃的條件下，并在有效期（一般3-6個(gè)月）內(nèi)使用；
（2）要求使用前一天從冰箱中取出貼片膠，待貼片膠達(dá)到室溫后才能打開容器蓋，防止水汽凝結(jié)；
（3）使用前用不銹鋼攪拌棒將貼片膠攪拌均勻，待貼片膠完全無氣泡狀態(tài)下裝入注射器，添加完貼片膠后，應(yīng)蓋好容器蓋；
（4）點(diǎn)膠或印刷操作工藝應(yīng)在恒溫條件下（23±3℃）進(jìn)行，因?yàn)橘N片膠的粘度隨溫度而變化，以防影響涂敷質(zhì)量。
（5）采用印刷工藝時(shí)，不能使用回收的貼片膠；
（6）為預(yù)防貼片膠硬化和變質(zhì)，攪拌后貼片膠應(yīng)在24小時(shí)內(nèi)使用完。剩余的貼片膠要單獨(dú)存放，不能與新貼片膠混裝一起；
（7）點(diǎn)膠或印刷后，應(yīng)在24小時(shí)內(nèi)完成固化；
（8）操作者盡量避免貼片膠與皮膚接觸，若不慎接觸，應(yīng)及時(shí)用乙醇擦洗干凈。
4、施加貼片膠的技術(shù)要求

（1）采用光固型貼片膠，元器件下面的貼片膠致少有一半的量處于被照射狀態(tài)；采用熱固型貼片膠，貼片膠可完全被元器件覆蓋，見圖2-1；

（2）小元件可涂一個(gè)膠滴，大尺寸元器件可涂敷多個(gè)膠滴；
（3）膠滴的尺寸與高度取決于元器件的類型，膠滴的高度應(yīng)達(dá)到元器件貼裝后膠滴能充分接觸到元器件底部的高度。膠滴量（尺寸大小或膠滴數(shù)量）應(yīng)根據(jù)元器件的尺寸和重量而定；尺寸和重量大的元器件膠滴量應(yīng)大一些，但也不宜過大，以保證足夠的粘接強(qiáng)度為準(zhǔn)。
（4）為了保護(hù)可焊接以及焊點(diǎn)的完整性，要求貼片膠在貼裝前和貼裝后都不能污染元器件端頭和PCB焊盤
三.施加貼片膠的方法和各種方法的適用范圍
施加貼片膠主要有三種方法：分配器滴涂、針式轉(zhuǎn)印和印刷。
5、分配器滴涂貼片膠
分配器滴涂可分為手動(dòng)和全自動(dòng)兩種方式。手動(dòng)滴涂用于試驗(yàn)或小批量生產(chǎn)中；全自動(dòng)滴涂用于大批量生產(chǎn)中。全自動(dòng)滴涂需要專門的全自動(dòng)點(diǎn)膠設(shè)備，也有些全自動(dòng)貼片機(jī)上配有點(diǎn)膠頭，具備點(diǎn)膠和貼片兩種功能。
手動(dòng)滴涂方法與焊膏滴涂相同，只是要選擇更細(xì)的針嘴，壓力與時(shí)間參數(shù)的控制有所不同。
6、針式轉(zhuǎn)印貼片膠
針式轉(zhuǎn)印機(jī)是采用針矩陣組件，先在貼片膠供料盤上蘸取適量的貼片膠，然后轉(zhuǎn)移動(dòng)PCB的點(diǎn)膠位置上同時(shí)進(jìn)行多點(diǎn)涂敷。此方法效率較高，用于單一品種大批量生產(chǎn)中。
7、印刷貼片膠
印刷貼片膠的生產(chǎn)效率較高，用于大批量生產(chǎn)中，有絲網(wǎng)和模板兩種印刷方法。印刷貼片膠的方法與焊膏印刷工藝相同，只是絲網(wǎng)和模板的設(shè)計(jì)要求，印刷參數(shù)的設(shè)置有所不同。
2.4貼裝元器件
一、定義
用貼裝機(jī)或人工將片式元器件準(zhǔn)確地貼放在印好焊膏或貼片膠的PCB表面上。
二、貼裝元器件的工藝要求
1、各裝配位號(hào)元器件的型號(hào)、標(biāo)稱值和極性等特征標(biāo)記要符合裝配圖和明細(xì)表要求。
2、貼裝好的元器件要完好無損。
3、元器件焊端或引腳不小于1/2的厚度要浸入焊膏。
元器件的端頭或引腳均應(yīng)與焊盤圖形對(duì)齊、居中。由于再流焊時(shí)有自定位效應(yīng)，因此元器件貼裝位置允許有一定的偏差。
2.5 再流焊
一、定義
再流焊是通過重新熔化預(yù)先分配到印制板焊盤上的膏狀軟纖焊料，實(shí)現(xiàn)表面組裝元器件焊端或引腳與印制板焊盤之間機(jī)械與電氣連接的軟釬焊。
二、再流焊原理
從溫度曲線（見圖2-2）分析再流焊的原理：當(dāng)PCB進(jìn)入升溫區(qū)（干燥區(qū)）時(shí)，焊膏中的溶劑、氣體蒸發(fā)掉，同時(shí)，焊膏中的助焊劑潤濕焊盤、元器件端頭和引腳，焊膏軟化、塌落、覆蓋了焊盤、元器件端頭和引腳與氧氣隔離→PCB進(jìn)入保溫區(qū)時(shí)，PCB和元器件得到充分的預(yù)熱，以防PCB突然進(jìn)入焊接高溫區(qū)而損壞PCB和元器件→當(dāng)PCB進(jìn)入焊接區(qū)時(shí)，溫度迅速上升使焊膏達(dá)到熔化狀態(tài)，液態(tài)焊錫對(duì)PCB的焊盤、元器件端頭和引腳潤濕、擴(kuò)散、漫流或回流混合形成焊錫接點(diǎn)→PCB進(jìn)入冷卻區(qū)，使焊點(diǎn)凝固。此時(shí)完成了再流焊。

一、再流焊特點(diǎn)
與波峰焊技術(shù)相比，再流焊有以下特點(diǎn)：
1、不像波峰焊尋樣，要把元器件直接浸漬在熔融的焊料中，所以元器件受到的熱沖小。
2、能控制焊料的施加量，避免了虛焊、橋接等焊接缺陷，因此焊接質(zhì)量好，可靠性高。
3、有自定位效應(yīng)（self alignment）――當(dāng)元器件貼放位置有一定偏離時(shí)，由于熔焊料表面張力的作用，當(dāng)基全部焊端或引腳與相應(yīng)焊盤同時(shí)被潤潤時(shí)，能在表面張力的作用下自動(dòng)被拉回到近似目標(biāo)位置的現(xiàn)象。
4、焊接中一般不會(huì)混入不純物，使用焊膏時(shí)，能正確地保證焊料的組分。
5、可以采用局部加熱熱源，從而可在同一基板上采用不同焊接工藝進(jìn)行焊接。
6、工藝簡單，修板的工作極小。
二、再流焊的分類
1、按再流焊加熱區(qū)域可分為兩大類：一類是對(duì)PCB整體加熱，另一類是對(duì)PCB局部加熱。
2、對(duì)PCB整體加熱再流焊可分為：熱板、紅外、熱風(fēng)、熱風(fēng)加紅外、氣相再流焊。
3、對(duì)PCB局部加熱再流焊可分為：激光再流焊、聚焦紅外再流焊、光束再流焊、熱氣流再流焊。
三、再流焊的工藝要求
1、要設(shè)置合理的再流焊溫度曲線――再流焊是SMT生產(chǎn)中的關(guān)鍵工序，不恰當(dāng)?shù)臏囟惹€設(shè)置會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)焊接不完全、虛焊、元件翅立、錫珠多等焊接缺陷，影響產(chǎn)品質(zhì)量。
2、要按照PCB設(shè)計(jì)時(shí)的焊接方向進(jìn)行焊接。
3、焊接過程中，嚴(yán)防傳送帶震動(dòng)。
4、必須對(duì)首塊印制板的焊接效果進(jìn)行檢查。檢查焊接是否完全、有無焊膏融化不充分的痕跡、焊點(diǎn)表面是否光滑、焊點(diǎn)開頭否呈半狀、焊料球和殘留物的情況、連焊和虛焊的情況等；此外，還要檢查PCB表面顏色變化情況。要根據(jù)檢查結(jié)果適當(dāng)調(diào)整溫度曲線。在批量生產(chǎn)過程中要定時(shí)檢查焊接質(zhì)量的情況，及時(shí)對(duì)溫度曲線進(jìn)行調(diào)整。

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作者：博維科技 時(shí)間：2018-07-25 13:30

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