SMT审核流程

1 SMT审核流程 一、相关工艺 1、单面组装; 2、双面组装; 3、单面混装工艺; 4、双面混装工艺 二、印刷制程 A、锡膏 1、经验公式:三球定律,至少有三个最大直径的锡珠能垂直排在模板 的厚度方向上,至少有三个最大直径的锡珠能水平排在模板的最小孔 的宽度方向上; 2、2、锡珠使用米制(Micron)度量; 3、判断锡膏具有正确粘度的方法: 搅拌锡膏30秒,挑起一些高出容器三、四英寸,锡膏自行下滴,如 果开始时象稠的糖浆一样滑落,然后分段断裂落下到容器内为良好, 反之粘度较差。 B、锡膏的主要成分及作用 1、焊料合金粉末:Sn\Pb或Sn\Pb\Ag用于SMD与电路的连接; 2、助焊剂:A、活化剂:松香,甘油硬脂酸脂,盐酸,联氨,三乙醇酸 用于金属表面的净化;B、增粘剂:松香,松香脂,聚丁烯用于将金 属表面,与SMD保持粘性; 3、溶剂:丙三醇,乙二醇用于对焊膏特性的适应性; 4、摇溶性附加剂:Castor石腊(腊乳化液)软膏基剂用于防离散,塌边 等焊接不良。 C、刮刀或刮板 1、分为菱形刮刀和拖裙形刮刀(聚乙烯材料或类似材料、金属)。 2、其中菱形刮刀45度角,拖裙形刮刀45-60度角。 3、压力设置: 1)在每50MM的刮刀长度上施加1KG的压力, 2)减少压力直到锡膏开始留在模板上刮不干净,在增加1KG的压力, 3)在锡膏刮不干净开始到挂班沉入丝孔内挖出锡膏之间有1-2KG的可 接受范围即可达到好的印制效果。 4、刮刀的硬度代号:very soft红色soft绿色hard蓝色very hard白色。 D、模板 1、按制造技术分: 1)、化学蚀刻模板:在金属箔上涂抗蚀保护剂用销钉定位感光工具将 图形曝光在金属箔两面,然后使用双面工艺同时从两面腐蚀金属 箔; 2)、电铸成行模板:通过在一个要形成开孔的基板上显影刻胶,然后 逐个原子,逐层地在光刻胶周围电镀出模板; 3)、激光切割模板:直接从客户的原始Gerber数据产生,在作必要修 改后传送到激光机,由激光光束进行切割。 按材质分:1、不锈钢、2、尼龙、3、聚脂,其性能包括:抗拉强 度、耐化学性、吸水率、网目范围、尺寸稳定性、耐磨性能、弹 性及延伸率、连续印次数、破坏点延伸率、油量控制、纤维粗细、 2 价格。 E 、主要缺陷分析 1、搭锡,锡粉量少、粘度低、粒度大、室温度、印膏太厚、放置压太 大(通常当两焊垫之间有少许印膏相连,于高温熔焊时常会被各垫 上的主锡体所拉回去,一旦无法拉回,将造成短路或锡球,对细密 间距都很危险。对策:高锡膏中金属成份比例(提高到88 %以上)。 增加锡膏的粘度(70万 CPS 以上)减小锡粉的粒度(例如由200 目降到300目)降低环境的温度(降至27OC 以下)降低所印锡膏 的厚度(降至架空高度SNAP-OFF ,减低刮刀压力及速度)加强印膏 的精准度。调整印膏的各种施工参数。减轻零件放置所施加的压力。 调整预热及熔焊的温度曲线。 2、发生皮层 CURSTING 由于锡膏助焊剂中的活化剂太强,环境温度太高 及铅量太多时,会造成粒子外层上的氧化层被剥落所致. 对策:避免 将锡膏暴露于湿气中.降低锡膏中的助焊剂的活性.降低金属中的铅 含量.3、膏量太多 EXCESSIVE PASTE 原因与“搭桥”相似.对策:减 少所印之锡膏厚度提升印着的精准度.调整锡膏印刷的参数. 3、膏量不足INSUFFICIENT PASTE 常在钢板印刷时发生,可能是网布的丝 径太粗,板膜太薄等原因.对策:增加印膏厚度,如改变网布或板膜等. 提升印着的精准度.调整锡膏印刷的参数. 4、粘着力不足 POOR TACK RETENTION 环境温度高风速大,造成锡膏中溶 剂逸失太多,以及锡粉粒度太大的问.对策:消除溶剂逸失的条件 (如降低室温、减少吹风等)。降低金属含量的百分比。降低锡膏粘 度。降低锡膏粒度。调整锡膏粒度的分配。坍塌SLUMPING 原因与 “搭桥”相似。对策:增加锡膏中的金属含量百分比。增加锡膏粘 度。降低锡膏粒度。降低环境温度。减少印膏的厚度。减轻零件放 置所施加的压力。 F 、表面封装对PCB 的要求 1、元件形状适合于自动化封装; 2、尺寸,形状在化后具有互换性; 3、有良好的尺寸精度; 4、适应于流水或非流水作业; 5、有一定的机械强度; 6、可承受有机溶液的洗涤; 7、可执行零散包装又适应编带包装; 8、具有电性能以及机械性能的互换性; 9、耐焊接热应符合相应的。 二、贴装过程 A 、来料检测的要求: 1、元件可焊性:润湿平衡实验,浸渍测试仪; 2、引线共面性:光学平面检查,<0.10mm 、贴片机共面检查装置 ; 3、使用性能:抽样检查; 4、PCB 尺寸,外观检查阻焊膜质量:目检,专用量具; 5、焊膜质量: 6、翘曲,扭曲:热应力测试; 3 7、可焊性:旋转浸渍测试,波峰焊料浸、渍测试焊料珠测试; 8、阻焊膜完整性:热应力测试; 9、材料、焊膏金属百分含量:加热分离称重法; 10、焊料球:再流焊; 11、粘度:旋转式粘度计; 12、粉末氧化均量:俄歇分析法; 13、焊锡金属污染量:原子吸附测试; 14、助焊剂活性:铜镜测试; 15、浓度:比重计; 16、变质:目测颜色; 17、贴片胶粘性:粘接强度试验; 18、清洗剂组成成分:气体包谱分析法。 B 、供应商贴片机的类型 1、拱架型; 2、转塔型。 C 、对元件位置的调整方法 拱架型: 1)、机械对中调整位置、吸嘴旋转调整方向,这种方法能达到的精度有 限,较晚的机型已再不采用。 2)、激光识别、X/Y 坐标系统调整位置、吸嘴旋转调整方向,这种方法可实现飞行过程中的识别,但不能用于球栅列陈元件BGA 。 3)、相机识别、X/Y 坐标系统调整位置、吸嘴旋转调整方向,一般相机固定,贴片头飞行划过相机上空,进行成像识别,比激光识别耽误一点时 间,但可识别任何元件,也有实现飞行过程中的识别的相机识别系统, 机械结构方面有其它牺牲。 转塔型: 1)、机械对中调整位置、吸嘴旋转调整方向,这种方法能达到的精度有 限,较晚的机型已再不采用。 2)、相机识别、X/Y 坐标系统调整位置、吸嘴自旋转调整方向,相机固定,贴片头飞行划过相机上空,进行成像识别。 D 、贴片过程能力的验证 1、第一步 :最初的24小时的干循环,期间机器必须连续无误地工作。 2、第二步:要求元件准确地贴装在两个板上,每个板上包括32个140引脚的玻璃心子元件。主板上有6个全局基准点,用作机器贴装前和 视觉测量系统检验元件贴装精度的参照。贴装板的数量视乎被测试机 器的特定头和摄像机的配置而定 3、第三步:用所有四个贴装芯轴,在所有四个方向:0°,90°,180°,270° 贴装元件。 4、第四步:用测量系统扫描每个板,可得出任何偏移的完整列表。每个 140引脚的玻璃心子包含两个圆形基准点,相对于元件对应角的引脚 布置精度为± 0.0001”,用于计算X 、Y 和q 旋转的偏移。所有32个 贴片都通过系统测量,并计算出每个贴片的偏移。这个预定的参数在 X 和Y 方向为± 0.003”,q 旋转方向为± 0.2,机器对每个元件贴装 都必须保持。 5、第五步:为了通过最初的“慢跑”,贴装在板面各个位置的32个元件 4 都必须满足四个测试规范:在运行时,任何贴装位置都不能超出± 0.003”或± 0.2的规格。另外,X 和Y 偏移的平均值不能超过± 0.0015”,它们的标准偏移量必须在0.0006”范围内, q 的标准偏移 量必须小于或等于0.047° ,其平均偏移量小于± 0.06° ,Cpk(过程 能力指数process capability index) 在所有三个量化区域都大于1.50。 这转换成最小4.5s 或最大允许大约每百万之3.4个缺陷(dpm, defects per million)。 E 、洄流焊技术定义 是通过重新熔化预先放置的焊料而形成焊点,在焊接过程中不再添加 任何焊料的一种焊接方法,通常是用红外线加热,波长在1.5-10微 米,使物体迅速加热。 F 、洄流焊与波峰相比的优点 1)、锡膏能定量分配,精度高,焊料受热次数少,不容易混入杂物, 使用量少; 2)、合适于焊接各种高精度,高要求的元件,0603、0805元件及各种 IC ; 3)、焊接缺陷少,不良焊点小于300PPM 。 G 、洄流焊基本结构 1、预热区:指室温升到150度的区域,在这个区域元件平稳升稳,升 稳速度为2度/S —3度/S ,在预热区焊膏中的部分溶剂能够及时挥 发掉; 2、保温区:温度维持在150-160度的区域,此时焊膏在的挥发性进一 步被去掉,活化剂开始激活,并有效去掉焊接表面的氧化物,此时 锡膏处于熔化之前; 3、再流区:贴片进入此区温度迅速升高,并超出锡膏溶点30-40度, 时间30-35S ,焊料爬到元件脚一定的高度,温度及时间是最关键 的,温度过高会坏元件,温度过低会产生冷焊; 4、冷脚区:出口处装风扇强行冷脚,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。 H 、再流方式 1、红外线焊接; 2、红外+热风(组合); 3、气相焊(VPS ); 4、热风焊接; 5、热型芯板(很少采用) I 、洄流焊速度的检测 1、工具:秒表,米尺,胶带,笔,纸; 2、操作:首先,在电脑中设定conveyor speed 并且运行系统,使之达 到设定速度,其次,打开炉盖,可以看到conveyor ,然后,在conveyor 上设定一点,做明显的标记。最后,使用秒表测定标记点通过一定距 离的时间, 最后,距离/时间=速度。 J 、温度器与温度线的检测 1、工具:温度计,热开水,测试线,测试器; 2、热风回流焊过程中,焊膏需经过以下几个阶段,溶剂挥发;焊剂清 5 除焊件表面的氧化物;焊膏的熔融、再流动以及焊膏的冷却、凝固。 三、焊接制程 A 、影响焊接性能的各种因素 1、工艺因素:焊接前处理方式,处理的类型,方法,厚度,层数。处 理后到焊接的时间内是否加热,剪切或经过其他的加工方式; 2、焊接工艺的设计:焊区:指尺寸,间隙,焊点间隙导带(布线):形 状,导热性,热容量被焊接物:指焊接方向,位置,压力,粘合状态 等; 3、焊接条件:指焊接温度与时间,预热条件,加热,冷却速度焊接加热 的方式,热源的载体的形式(波长,导热速度等); 4、焊接材料:焊剂:成分,浓度,活性度,熔点,沸点等焊料:成分, 组织,不纯物含量,熔点等母材:母材的组成,组织,导热性能等焊 膏的粘度,比重,触变性能基板的材料,种类,包层金属等 B 、几种焊接缺陷和解决方法 1、 回流焊中的锡球 : 回流焊接中出的锡球,常常藏于矩形片式元件两端之间的侧面或细距 引脚之间。在元件贴装过程中,焊膏被置于片式元件的引脚与焊盘之 间,随着印制板穿过回流焊炉,焊膏熔化变成液体,如果与焊盘和器 件引脚等润湿不良,液态焊锡会因收缩而使焊缝填充不充分,所有焊 料颗粒不能聚合成一个焊点。部分液态焊锡会从焊缝流出,形成锡球。 因此,焊锡与焊盘和器件引脚润湿性差是导致锡球形成的根本原因。 原因分析和控制方法: a) 回流温度曲线设置不当。焊膏的回流是温度与时间的函数,如果未 到达足够的温度或时间,焊膏就不会回流。预热区温度上升速度 过快,达到平顶温度的时间过短,使焊膏内部的水分、溶剂未完 全挥发出来,到达回流焊温区时,引起水分、溶剂沸腾,溅出焊 锡球。实践证明,将预热区温度的上升速度控制在1~4°C/s 是 较理想的。 b) 如果总在同一位置上出现焊球,就有必要检查金属板设计结构。 模板开口尺寸腐蚀精度达不到要求,对于焊盘大小偏大,以及表面 材质较 软(如铜模板),造成漏印焊膏的外形轮廓不清晰,互相桥 连,这种情况多出现在对细间距器件的焊盘漏印时,回流焊后必然 造成引脚间大量锡珠的产生。因此,应针对焊盘图形的不同形状和 中心距,选择适宜的模板材料及模板制作工艺来保证焊膏印刷质 量; c) 如果在贴片至回流焊的时间过长,则因焊膏中焊料粒子的氧化,焊 剂变质、活性降低,会导致焊膏不回流,焊球则会产生。选用工作 寿命长一些的焊膏(至少4小时),则会减轻这种影响。 d) 另外,焊膏印错的印制板清洗不充分,使焊膏残留于印制板表面 及通孔中。回流焊之前,被贴放的元器件重新对准、贴放,使漏 印焊膏变形。这些也是造成焊球的原因。因此应加强操作者和工 艺人员在生产过程的责任心,严格遵照工艺要求和操作规程行生 产,加强工艺过程的质量控制。 6 2、 立片问题(曼哈顿现象): 矩形片式元件的一端焊接在焊盘上,而另一端则翘立,这种现象就称 为曼哈顿现象。引起该种现象主要原因是元件两端受热不均匀,焊膏 熔化有先后所致。原因分析和控制方法: A) 有缺陷的元件排列方向设计:我们设想在再流焊炉中有一条横跨 炉子宽度的再流焊限线,一旦焊膏通过它就会立即熔化。片式矩形 元件的一个端头先通过再流焊限线,焊膏先熔化,完全浸润元件的 金属表面,具有液态表面张力;而另一端未达到183°C 液相温度, 焊膏未熔化,只有焊剂的粘接力,该力远小于再流焊焊膏的表面张 力,因而,使未熔化端的元件端头向上直立。因此,保持元件两端 同时进入再流焊限 线,使两端焊盘上 的焊膏同时熔化,形成均衡 的液态表面张力,保持元件位置不变。 B )在进行汽相焊接时印制电路组件预热不充分:汽相焊是利用惰性 液体蒸汽冷凝在元件引脚和PCB 焊盘上时,释放出热量而熔化焊 膏。汽相焊分平衡区和饱和蒸汽区,在饱和蒸汽区焊接温度高达 217°C ,在生产过程中我们发现,如果被焊组件预热不充分,经受 一百多度的温差变化,汽相焊的汽化力容易将小于1206封装尺寸 的片式元件浮起,从而产生立片现象。我们通过将被焊组件在高低 箱内以145°C-150°C 的温度预热1-2分钟,然后在汽相焊的平衡 区内再预热1分钟左右,最后缓慢进入饱和蒸汽区焊接消除了立片 现象。 C )焊盘设计质量的影响:若片式元件的一对焊盘大小不同或不对称, 也会引起漏印的焊膏量不一致,小焊盘对温度响应快,其上的焊 膏易熔化,大焊盘则相反,所以,当小焊盘上的焊膏熔化后,在 焊膏表面张力作用下,将元件拉直竖起。焊盘的宽度或间隙过大, 也都可能出现立片现象。严格按标准 规范进行焊盘设计是解决该 缺陷的先决条。 3、细间距引脚桥接问题 :导致细间距元器件引脚桥接缺陷的主要因素 有:a) 漏印的焊膏成型不佳;b) 印制板上有缺陷的细间距引线制 作;c) 不恰当的回流焊温度曲线设置等。因而,应从模板的制作、 丝印工艺、回流焊工艺等关键工序的质量控制入手,尽可能避免桥 接隐患。 四、检测制程 A 、自动光学检查AOI 1、运用高速高精度视觉处理技术自动检测PCB 板上各种不同帖装错误及 焊接缺陷.PCB 板的范围可从细间距高密度板到低密度大尺寸板,并 可提供在线检测,以提高生产效率,及焊接质量; 2、通过使用AOI 作为减少缺陷的工具,在装配工艺过程的早期查找和消除 错误,以实现良好的过程控制.早期发现缺陷将避免将坏板送到随后的 装配阶段,AOI 将减少修理成本将避免报废不可修理的电路板。 B 、AOI 主要特点 1)高速检测系统与PCB 板贴装密度无关; 2)快速便捷的编程系统- 图形界面下进行-运用帖装数据自动进行数据检测-运用元件数据库进行检测数据的快速编辑; 7 3)运用丰富的专用多功能检测算法和二元或灰度水平光学成像处理技术进行检测;4)根据被检测元件位置的瞬间变化进行检测窗口的自动化校正,达到高精度检测;5)通过用墨水直接标记于PCB 板上或在操作显示器上用图形错误表示来进行检测电 的核对。 C 、 可测元器件类型及项目 1、矩形chip 元件(0805或更大)、圆柱形chip 元件、钽电解电容、线圈、 晶体管、排组QFP ,SOIC (0.4mm 间距或更大)、连接器、异型元件; 2、无元件:与PCB 板类型无关、未对中:(脱离)、极性相反:元件板性 有标记、直立:编程设定、焊接破裂:编程设定、元件翻转:元件上 下有不同的特征、错帖元件:元件间有不同特征、少锡:编程设定、 翘脚:编程设定、连焊:可检测20微米、无焊锡:编程设定、多锡: 编程设定。 D 、影响AOI 检查的因素 1、外部因素:焊接质量、室内温度、部件、助焊剂含量、贴片质量; 2、内部因素:AOI 光度、机器内温度、图形分析运算法则 、机械系统 、 相机温度。 E 、不良原因分析及解决方法 1、元器件移位:安放的位置不对——校准定位坐标、焊膏量不够或定位 压力不够——加大焊膏量,增加安放元器件的压力、焊膏中焊剂含量 太高,在再流焊过程中焊剂的 流动导致元器件移动——减小锡膏中焊 剂的含量; 2、桥接:焊膏塌落——增加锡膏金属含量或黏度、焊膏太多——减小丝网 孔径,增加刮刀压力、加热速度过快——调整再流焊温度曲线; 3、虚焊:焊盘和元器件可焊性差——加强 PCB 和元器件的筛先、印刷参 数不正确——检查刮刀压力、速度,再流焊温度和升温速度不当—— 调整再流焊温度曲; 4、元器件竖立:安放的位置移位——调整印刷参数、焊膏中焊剂使元器 件浮起——采用焊剂较少的焊膏、印刷焊膏厚度不够——增加焊膏厚 度、加热速度过快且不均匀——调整再流焊温度曲线、采用Sn63/Pb37 焊膏——改用含 Ag 的焊膏; 5、焊点锡不足:焊膏不足——扩大丝网孔径、焊盘和元器件焊接性能差 ——改用焊膏或重新浸渍元件、再流焊时间短——加长再流焊时间; 6、焊点锡过多:丝网孔径过大——减小丝网孔径、焊膏黏度小——增加锡 膏黏度。 五、质量控制 A 、计算过程能力 1、定义:过程能力是指按标准偏差为单位来描述的过程均值与规范界 限的距离。Cp---(Capability of Precision) 规格界限与实际制程界限之 比值。公式:Cp =(规格上限 – 规格下限)\实际过程能力= T/6σ;Cp 的规格等級A —1.33 <= Cp —继续改善;B —1.00<= Cp< 1.33—尽快改 善为A 级;C —0.83<=Cp<1.00—立即检讨改善;D —Cp<0.83—全面检 讨,停产。 2、Ca--- (Capability of Accuracy)制程中心值与期望中心值间的差异;Ca = 8 (制程中心值–规格中心值)\(规格上限 – 规格下限) *0.5=(X ˉ - μ)\(T\2);Ca 的规格等級A -Ca<=12.5% -继续维持 现状;B -12.5%报告

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