smt貼裝工程培訓(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 Y坐標系統移動的工作臺上，貼片頭安裝在一個轉塔上，工作 時，料車將元件送料器移動到取料位置，貼片頭上的真空吸料嘴在 取料位置取元件，經轉塔轉動到貼片位置 (與取料位置成 180度 )，在 轉動過程中經過對元件位置與方向的調整，將元件貼放于基板上。 一般，轉塔上安裝有十幾到二十幾個貼片頭，每個貼片頭上安裝 2~4個真空吸嘴 (較早機型 )至 5~6個真空吸嘴 (現在機型 )。由于轉塔的 特點，將動作細微化，選換吸嘴、送料器移動到位、取元件、元件識 別、角度調整、工作臺移動 (包含位置調整 )、貼放元件等動作都可以 在同一時間周期內完成，所以實現真正意義上的高速度。目前最快的 時間周期達到 ~。 這類機型的優勢在于： 這類機型的缺點在于： 貼裝元件類型的限制，并且價格昂貴。 SMA Introduce MOUNT 對元件位置與方向的調整方法： 1)、機械對中調整位置、吸嘴旋轉調整方向，這種方法能達到的 精度有限，較晚的機型已再不采用。 2)、相機識別、 X/Y坐標系統調整位置、吸嘴自旋轉調整方向，相 機固定，貼片頭飛行劃過相機上空，進行成像識別。 SMA Introduce MOUNT 貼片機過程能力的驗證： 第一步 ： 最初的 24小時的干循環，期間機器必須連續無誤地工作。 第二步：要求元件準確地貼裝在兩個板上，每個板上包括 32個 140引腳的玻璃 心子元件。主板上有 6個全局基準點，用作機器貼裝前和視覺測量系 統檢驗元件貼裝精度的參照。貼裝板的數量視乎被測試機器的特定頭 和攝像機的配置而定 。 第三步：用所有四個貼裝芯軸，在所有四個方向： 0176。 , 90176。 , 180176。 , 270176。 貼裝元件。 一種用來驗證貼裝精度的方法使用了一種玻璃心子，它和一個“完美的”高引 腳數 QFP的焊盤鑲印在一起，該 QFP是用來機器貼裝的 (看引腳圖 )。通過貼裝一個 理想的元件，這里是 140引腳、 ”腳距的 QFP，攝像機和貼裝芯軸兩者的精度 都可被一致地測量到。除了特定的機器性能數據外，內在的可用性、生產能力和 可靠性的測量應該在多臺機器的累積數據的基礎上提供。 SMA Introduce MOUNT 貼片機過程能力的驗證： 第四步：用測量系統掃描每個板，可得出任何偏移的完整列表。每個 140引 腳的玻璃心子包含兩個圓形基準點，相對于元件對應角的引腳布 置精度為177。 ”，用于計算 X、 Y和 q 旋轉的偏移。所有 32個 貼片都通過系統測量，并計算出每個貼片的偏移。這個預定的參 數在 X和 Y方向為177。 ”， q 旋轉方向為177。 ，機器對每個 元件貼裝都必須保持。 第五步：為了通過最初的“慢跑”，貼裝在板面各個位置的 32個元件都必須 滿足四個測試規范：在運行時，任何貼裝位置都不能超出177。 ” 或177。 。另外， X和 Y偏移的平均值不能超過177。 ”， 它們的標準偏移量必須在 ”范圍內， q 的標準偏移量必須小 于或等于 176。 ，其平均偏移量小于177。 176。 ， Cpk(過程能力 指數 process capability index) 在所有三個量化區域都大于 。 這轉換成最小 或最大允許大約每百萬之 (dpm, defects per million)。 SMA Introduce MOUNT 貼片機過程能力的驗證： 3σ = 2,700 DPM 4σ = 60 DPM 5σ = DPM 6σ = 在今天的電子制造中，希望 cmk要大于 ，甚至還大得多。 cmk也 顯示已經達到 4σ 工藝能力。 6σ 的工藝能力，是今天經常看到的一個要求，意 味著 cmk必須至少為 。在電子生產中， DPM的使用是有實際理由的，因為每 一個缺陷都產生成本。統計基數 6σ 和相應的百萬缺陷率 (DPM)之間的 關系如下： 在實際測試中還有專門的分析軟件是 JMP專門用于數據分析，這樣簡化了 整個的過程，得到的數據減少了人為的錯誤。 SMA Introduce REFLOW 再流的方式： 紅外線焊接 紅外 +熱風（組合） 氣相焊（ VPS） 熱風焊接 熱型芯板（很少采用） SMA Introduce REFLOW Temperature Time (BGA Bottom) 13℃ /Sec 200 ℃ Peak 225 ℃ 177。 5 ℃ 6090 Sec 140170 ℃ 60120 Sec Preheat Dryout Reflow cooling 熱風回流焊過程中，焊膏需經過以下幾個階段，溶劑揮發；焊劑清除焊件 表面的氧化物 ；焊膏的熔融 、再流動以及 焊膏的冷卻、 凝固。 基本工藝： SMA Introduce REFLOW 工藝分區： （一）預熱區 目的： 使 PCB和元器件預熱 ，達到平衡，同時除去焊膏中的水份 、溶劑，以防焊膏發生塌落和焊料飛濺。要保證升溫比較 緩慢，溶劑揮發。較溫和，對元器件的熱沖擊盡可能小， 升溫過快會造成對元器件的傷害，如會引起多層陶瓷電容 器開裂。同時還會造成焊料飛濺，使在整個 PCB的非焊接 區域形成焊料球以及焊料不足的焊點。 SMA Introduce REFLOW 目的：保證在達到再流溫度之前焊料能完全干燥，同時還起 著焊劑活化的作用，清除元器件、焊盤、焊粉中的金 屬氧化物。時間約 60~120秒，根據焊料的性質有所差異。 工藝分區： （二）保溫區 SMA Introduce REFLOW 目的：焊膏中的焊料使金粉開始熔化，再次呈流動狀態，替代液態焊 劑潤濕 焊盤和元器件，這種潤濕作用導致焊料進一步擴展，對 大多數焊料潤濕時間為 60~90秒。再流焊的溫度要高于焊膏的熔 點溫度，一般要超過熔點溫度 20度才能保證再流焊的質量。有 時也將該區域分為兩個區，即熔融區和再流區。 （四）冷卻區 焊料隨溫度的降低而凝固，使元器件與焊膏形成良好的電接觸，冷卻速度要求同預熱速度相同。 （二）再流焊區 工藝分區： SMA Introduce REFLOW 影響焊接性能的各種因素： 工藝因素 焊接前處理方式，處理的類型，方法，厚度，層 數。處理后到焊接的時間內是否加熱，剪切或經過 其他的加工方式。 焊接工藝的設計 焊區：指尺寸，間隙，焊點間隙 導帶（布線）：形狀，導熱性，熱容量 被焊接物：指焊接方向，位置，壓力，粘合狀態等 SMA Introduce REFLOW 焊接條件 指焊接溫度與時間，預熱條件，加熱，冷卻速度 焊接加熱的方式，熱源的載體的形式（波長，導熱 速度等） 焊接材料 焊劑：成分，濃度，活性度，熔點，沸點等 焊料：成分，組織，不純物含量，熔點等 母材：母材的組成，組織，導熱性能等 焊膏的粘度，比重，觸變性能 基板的材料，種類，包層金屬等 影響焊接性能的各種因素： SMA Introduce REFLOW 幾種焊接缺陷及其解決措施 回流焊中的錫球 回流焊中錫球形成的機理 回流焊接中出的錫球，常常藏于矩形片式元件兩端 之間的側面或細距引腳之間。在元件貼裝過程中，焊膏 被置于片式元件的引腳與焊盤之間，隨著印制板穿過回 流焊爐，焊膏熔化變成液體，如果與焊盤和器件引腳等 潤濕不良，液態焊錫會因收縮而使焊縫填充不充分，所 有焊料顆粒不能聚合成一個焊點。部分液態焊錫會從焊 縫流出，形成錫球。因此，焊錫與焊盤和器件引腳潤濕 性差是導致錫球形成的根本原因。 SMA Introduce 原因分析與控制方法 以下主要分析與相關工藝有關的原因及解決措施： a) 回流溫度曲線設置不當。焊膏的回流是溫度與時間的函數，如果未到 達足夠的溫度或時間，焊膏就不會回流。預熱區溫度上升速度過快， 達到平頂溫度的時間過短，使焊膏內部的水分、溶劑未完全揮發出來 ，到達回流焊溫區時，引起水分、溶劑沸騰，濺出焊錫球。實踐證明， 將預熱區溫度的上升速度控制在 1～ 4176。 C/s是較理想的。 b) 如果總在同一位置上出現焊球，就有必要檢查金屬板設計結構。模板 開口尺寸腐蝕精度達不到要求，對于焊盤大小偏大，以及表面材質較 軟（如銅模板），造成漏印焊膏的外形輪廓不清晰，互相橋連，這種 情況多出現在對細間距器件的焊盤漏印時，回流焊后必然造成引腳間 大量錫珠的產生。因此，應針對焊盤圖形的不同形狀和中心距，選擇 適宜的模板材料及模板制作工藝來保證焊膏印刷質量。 REFLOW SMA Introduce c) 如果在貼片至回流焊的時間過長，則因焊膏中焊料粒子的氧化，焊劑 變質、活性降低，會導致焊膏不回流，焊球則會產生。選用工作壽命 長一些的焊膏（至少 4小時），則會減輕這種影響。 d) 另外，焊膏印錯的印制板清洗不充分，使焊膏殘留于印制板表面及通 孔中。回流焊之前，被貼放的元器件重新對準、貼放，使漏印焊膏變 形。這些也是造成焊球的原因。因此應加強操作者和工藝人員在生產 過程的責任心，嚴格遵照工藝要求和操作規程行生產，加強工藝過程 的質量控制。 REFLOW SMA Introduce REFLOW 立片問題（曼哈頓現象） 回流焊中立片形成的機理 矩形片式元件的一端焊接在焊 盤上，而另一端則翹立，這種現象 就稱為曼哈頓現象。引起該種現象 主要原因是元件兩端受熱不均勻， 焊膏熔化有先后所致。 SMA Introduce REFLOW 如何造成元件兩端熱不均勻： a) 有缺陷的元件排列方向設計。我們設想在 再流焊爐中有一條橫跨爐子寬度的再流焊 限線，一旦焊膏通過它就會立即熔化。片 式矩形元件的一個端頭先通過再流焊限線， 焊膏先熔化，完全浸潤元件的金屬表面， 具有液態表面張力 。而另一端未達到 183176。 C 液相溫度，焊膏未熔化，只有焊劑的粘接 力，該力遠小于再流焊焊膏的表面張力， 因而，使未熔化端的元件端頭向上直立。 因此，保持元件兩端同時進入再流焊限 線，使兩端焊盤上 的焊膏同時熔化，形 成均衡的液態表面張力，保持元件位置 不變。 SMA Introduce b) 在進行汽相焊接時印制電路組件預熱不充分。 c) 汽相焊是利用惰性液體蒸汽冷凝在元件引腳和 PCB焊盤上時，釋放出熱 d) 量而熔化焊膏。汽相焊分平衡區和飽和蒸汽區，在飽和蒸汽區焊接溫度 e) 高達 217176。 C，在生產過程中我們發現，如果被焊組件預熱不充分，經受 f) 一百多度的溫差變化，汽相焊的汽化力容易將小于 1206封裝尺寸的片式 g) 元件浮起，從而產生立片現象。我們通過將被焊組件在高低箱內以 h) 145176。 C150176。 C的溫度預熱 12分鐘，然后在汽相焊的平衡區內再預熱 1 i) 分鐘左右，最后緩慢進入飽和蒸汽區焊接消除了立片現象。 c) 焊盤設計質量的影響。 若片式元件的一對焊盤大小不同或不對稱，也會引起漏印的焊膏量不 一致，小焊盤對溫度響應快，其上的焊膏易熔化，大焊盤則相反，所 以，當小焊盤上的焊膏熔化后，在焊膏表面張力作用下，將元件拉直 豎起。焊盤的寬度或間隙過大，也都可能出現立片現象。嚴格按標準 規范進行焊盤設計是解決該缺陷的先決條件。 REFLOW SMA Introduce REFLOW 細間距引腳橋接問題 導致細間距元器件引腳橋接缺陷的主要因素有： a) 漏印的焊膏成型不佳； b) 印制板上有缺陷的細間距引線制作； c) 不恰當的回流焊溫度曲線設置等。 因而，應從模板的制作、絲印工藝、回流焊工藝等關鍵 工序的質量控制入手，盡可能避免橋接隱患。 SMA Intro