SMT就是表面組裝技術(shù)1

1、SMT 就是表面組裝技術(shù)(Surface Mounted Technology的縮寫,是目前電子組裝行業(yè) 里最流行的一種技術(shù)和工藝。SMT 有何特點(diǎn):組裝密度高、 電子產(chǎn)品體積小、 重量輕, 貼片元件的體積和重量只有傳統(tǒng)插裝元件的 1/10左右,一般采用 SMT 之后,電子產(chǎn)品體積縮小 40%60%,重量減輕 60%80%?？煽啃愿?、抗振能力強(qiáng)。焊點(diǎn)缺陷率低。高頻特性好。減少了電磁和射頻干擾。易于實(shí)現(xiàn)自動化, 提高生產(chǎn)效率。 降低成本達(dá) 30%50%。 節(jié)省材料、 能源、 設(shè)備、 人力、 時間等。為什么要用 SMT :電子產(chǎn)品追求小型化,以前使用的穿孔插件元件已無法縮小電子產(chǎn)品功能更完整, 所

2、采用的集成電路 (IC已無穿孔元件, 特別是大規(guī)模、 高集成 IC , 不得不采用表面貼片元件產(chǎn)品批量化,生產(chǎn)自動化,廠方要以低成本高產(chǎn)量,出產(chǎn)優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品以迎合顧客需求及加 強(qiáng)市場競爭力電子元件的發(fā)展,集成電路 (IC的開發(fā),半導(dǎo)體材料的多元應(yīng)用電子科技革命勢在必行,追逐國際潮流 SMT工藝流程 -雙面組裝工藝A :來料檢測PCB 的 A 面絲印焊膏(點(diǎn)貼片膠貼片烘干(固化A 面回流焊接清 洗翻板PCB 的 B 面絲印焊膏(點(diǎn)貼片膠貼片烘干回流焊接(最好僅對 B 面清洗檢測返修此工藝適用于在 PCB 兩面均貼裝有 PLCC 等較大的 SMD 時采用。B :來料檢測PCB 的 A 面絲印焊膏(點(diǎn)貼

3、片膠貼片烘干(固化A 面回流焊接清 洗翻板PCB 的 B 面點(diǎn)貼片膠貼片固化B 面波峰焊清洗檢測返修此工藝適用于在 PCB 的 A 面回流焊, B 面波峰焊。 在 PCB 的 B 面組裝的 SMD 中, 只有 SOT 或 SOIC (28引腳以下時,宜采用此工藝。助焊劑產(chǎn)品的基本知識一 . 表面貼裝用助焊劑的要求具一定的化學(xué)活性具有良好的熱穩(wěn)定性具有良好的潤濕性對焊料的擴(kuò)展具有促進(jìn)作用留存于基板的焊劑殘渣 , 對基板無腐蝕性具有良好的清洗性氯的含有量在 0.2%(W/W以下 .二 . 助焊劑的作用焊接工序 :預(yù)熱 /焊料開始熔化 /焊料合金形成 /焊點(diǎn)形成 /焊料固化作 用 :輔助熱傳異 /去

4、除氧化物 /降低表面張力 /防止再氧化說 明 :溶劑蒸發(fā) /受熱 , 焊劑覆蓋在基材和焊料表面 , 使傳熱均勻 /放出活化劑 與基材表面的離子狀態(tài)的氧化物反應(yīng) , 去除氧化膜 /使熔融焊料表面張力小 , 潤濕良好 /覆蓋在高溫焊料表面 , 控制氧化改善焊點(diǎn)質(zhì)量 .三 . 助焊劑的物理特性助焊劑的物理特性主要是指與焊接性能相關(guān)的溶點(diǎn) , 沸點(diǎn) , 軟化點(diǎn) , ?；瘻囟?, 蒸 氣 壓 , 表面張力 , 粘度 , 混合性等 .四 . 助焊劑殘渣產(chǎn)生的不良與對策助焊劑殘渣會造成的問題對基板有一定的腐蝕性降低電導(dǎo)性 , 產(chǎn)生遷移或短路非導(dǎo)電性的固形物如侵入元件接觸部會引起接合不良樹脂殘留過多 , 粘連

5、灰塵及雜物影響產(chǎn)品的使用可靠性使用理由及對策選用合適的助焊劑 , 其活化劑活性適中使用焊后可形成保護(hù)膜的助焊劑使用焊后無樹脂殘留的助焊劑使用低固含量免清洗助焊劑焊接后清洗五 .QQ-S-571E 規(guī)定的焊劑分類代號代號 焊劑類型S 固體適度 (無焊劑 R 松香焊劑RMA 弱活性松香焊劑RA 活性松香或樹脂焊劑AC 不含松香或樹脂的焊劑美國的合成樹脂焊劑分類 :SR 非活性合成樹脂 , 松香類SMAR 中度活性合成樹脂 , 松香類SAR 活性合成樹脂 , 松香類SSAR 極活性合成樹脂 , 松香類六 . 助焊劑噴涂方式和工藝因素噴涂方式有以下三種 :1. 超聲噴涂 : 將頻率大于 20KHz 的

6、振蕩電能通過壓電陶瓷換能器轉(zhuǎn)換成機(jī) 械能 , 把焊劑霧化 , 經(jīng)壓力噴嘴到 PCB 上 .2. 絲網(wǎng)封方式 :由微細(xì) , 高密度小孔絲網(wǎng)的鼓旋轉(zhuǎn)空氣刀將焊劑噴出 , 由產(chǎn) 生的噴霧 , 噴到 PCB 上 .3. 壓力噴嘴噴涂 :直接用壓力和空氣帶焊劑從噴嘴噴出噴涂工藝因素 :設(shè)定噴嘴的孔徑 , 烽量 , 形狀 , 噴嘴間距 , 避免重疊影響噴涂的均勻性 . 設(shè)定超聲霧化器電壓 , 以獲取正常的霧化量 .噴嘴運(yùn)動速度的選擇PCB 傳送帶速度的設(shè)定焊劑的固含量要穩(wěn)定設(shè)定相應(yīng)的噴涂寬度七 . 免清洗助焊劑的主要特性可焊性好 , 焊點(diǎn)飽滿 , 無焊珠 , 橋連等不良產(chǎn)生無毒 , 不污染環(huán)境 , 操作安

7、全焊后板面干燥 , 無腐蝕性 , 不粘板焊后具有在線測試能力與 SMD 和 PCB 板有相應(yīng)材料匹配性焊后有符合規(guī)定的表面絕緣電阻值 (SIR適應(yīng)焊接工藝 (浸焊 , 發(fā)泡 , 噴霧 , 涂敷等助焊劑常見狀況與分析一、焊后 PCB 板面殘留多板子臟 :1. 焊接前未預(yù)熱或預(yù)熱溫度過低 (浸焊時,時間太短 。2. 走板速度太快 (FLUX未能充分揮發(fā) 。3. 錫爐溫度不夠。4. 錫液中加了防氧化劑或防氧化油造成的。5. 助焊劑涂布太多。6. 元件腳和板孔不成比例(孔太大使助焊劑上升。9. FLUX 使用過程中,較長時間未添加稀釋劑。二、 著 火:1. 波峰爐本身沒有風(fēng)刀 , 造成助焊劑涂布量過多

8、 , 預(yù)熱時滴到加熱管上。2. 風(fēng)刀的角度不對 (使助焊劑在 PCB 上涂布不均勻 。3.PCB 上膠條太多 , 把膠條引燃了。4. 走板速度太快 (FLUX未完全揮發(fā) ,FLUX 滴下 或太慢 (造成板面熱溫度太高 。5. 工藝問題 (PCB板材不好同時發(fā)熱管與 PCB 距離太近 。三、腐 蝕(元器件發(fā)綠,焊點(diǎn)發(fā)黑1預(yù)熱不充分(預(yù)熱溫度低,走板速度快造成 FLUX 殘留多,有害物殘留太多。 2使用需要清洗的助焊劑,焊完后未清洗或未及時清洗。四、連電,漏電(絕緣性不好PCB 設(shè)計不合理,布線太近等。PCB 阻焊膜質(zhì)量不好,容易導(dǎo)電。五、漏焊,虛焊,連焊FLUX 涂布的量太少或不均勻。部分焊盤或

9、焊腳氧化嚴(yán)重。PCB 布線不合理(元零件分布不合理。發(fā)泡管堵塞,發(fā)泡不均勻,造成 FLUX 在 PCB 上涂布不均勻。 手浸錫時操作方法不當(dāng)。鏈條傾角不合理。波峰不平。六、焊點(diǎn)太亮或焊點(diǎn)不亮1.可通過選擇光亮型或消光型的 FLUX 來解決此問題;2.所用錫不好(如:錫含量太低等。七、短 路1錫液造成短路:A 、發(fā)生了連焊但未檢出。B 、錫液未達(dá)到正常工作溫度,焊點(diǎn)間有“錫絲”搭橋。C 、焊點(diǎn)間有細(xì)微錫珠搭橋。D 、發(fā)生了連焊即架橋。2 PCB的問題:如:PCB 本身阻焊膜脫落造成短路八、煙大,味大:1.FLUX 本身的問題A 、樹脂:如果用普通樹脂煙氣較大B 、溶劑:這里指 FLUX 所用溶劑

10、的氣味或刺激性氣味可能較大C 、活化劑:煙霧大、且有刺激性氣味2. 排風(fēng)系統(tǒng)不完善九、飛濺、錫珠:1工 藝A 、預(yù)熱溫度低(FLUX 溶劑未完全揮發(fā)B 、走板速度快未達(dá)到預(yù)熱效果C 、鏈條傾角不好,錫液與 PCB 間有氣泡,氣泡爆裂后產(chǎn)生錫珠D 、手浸錫時操作方法不當(dāng)E 、工作環(huán)境潮濕2 P C B板的問題A 、板面潮濕,未經(jīng)完全預(yù)熱,或有水分產(chǎn)生B 、 PCB 跑氣的孔設(shè)計不合理,造成 PCB 與錫液間窩氣C 、 PCB 設(shè)計不合理,零件腳太密集造成窩氣十、上錫不好 , 焊點(diǎn)不飽滿使用的是雙波峰工藝,一次過錫時 FLUX 中的有效分已完全揮發(fā)走板速度過慢,使預(yù)熱溫度過高FLUX 涂布的不均勻

11、。焊盤 , 元器件腳氧化嚴(yán)重,造成吃錫不良FLUX 涂布太少;未能使 PCB 焊盤及元件腳完全浸潤PCB 設(shè)計不合理;造成元器件在 PCB 上的排布不合理,影響了部分元器件的上錫 十一、 FLUX 發(fā)泡不好FLUX 的選型不對發(fā)泡管孔過大或發(fā)泡槽的發(fā)泡區(qū)域過大氣泵氣壓太低發(fā)泡管有管孔漏氣或堵塞氣孔的狀況 , 造成發(fā)泡不均勻稀釋劑添加過多十二、發(fā)泡太好氣壓太高發(fā)泡區(qū)域太小助焊槽中 FLUX 添加過多未及時添加稀釋劑 , 造成 FLUX 濃度過高十三、 FLUX 的顏色有些無透明的 FLUX 中添加了少許感光型添加劑,此類添加劑遇光后變色,但不影響 FLUX 的焊接效果及性能;十四、 PCB 阻焊

12、膜脫落、剝離或起泡1、 80%以上的原因是 PCB 制造過程中出的問題A 、清洗不干凈B 、劣質(zhì)阻焊膜C 、 PCB 板材與阻焊膜不匹配D 、鉆孔中有臟東西進(jìn)入阻焊膜E 、熱風(fēng)整平時過錫次數(shù)太多2、錫液溫度或預(yù)熱溫度過高3、焊接時次數(shù)過多4、手浸錫操作時, PCB 在錫液表面停留時間過錫膏印刷本文介紹:“即使是最好的錫膏、設(shè)備和應(yīng)用方法,也不一定充分保證得到可接受的結(jié) 果。使用者必須控制工藝過程和設(shè)備變量,以達(dá)到良好的印刷品質(zhì)。”在表面貼裝裝配的回流焊接中, 錫膏用于表面貼裝元件的引腳或端子與焊盤之間的 連接。 有許多變量, 如錫膏、 絲印機(jī)、 錫膏應(yīng)用方法和印刷工藝過程。 在印刷錫膏的過程中

13、, 基板放在工作臺上,機(jī)械地或真空夾緊定位,用定位銷或視覺來對準(zhǔn)?；蛘呓z網(wǎng) (screen或 者模板(stencil用于錫膏印刷。本文將著重討論幾個關(guān)鍵的錫膏印刷問題,如模板設(shè)計和印 刷工藝過程。印刷工藝過程與設(shè)備在錫膏印刷過程中, 印刷機(jī)是達(dá)到所希望的印刷品質(zhì)的關(guān)鍵。今天可購買到的絲印 機(jī)分為兩種主要類型:實(shí)驗(yàn)室與生產(chǎn)。每個類型有進(jìn)一步的分類,因?yàn)槊總€公司希望從實(shí)驗(yàn) 室與生產(chǎn)類型的印刷機(jī)得到不同的性能水平。例如,一個公司的研究與開發(fā)部門 (R&D使用實(shí) 驗(yàn)室類型制作產(chǎn)品原型,而生產(chǎn)則會用另一種類型。還有,生產(chǎn)要求可能變化很大,取決于產(chǎn) 量。因?yàn)榧す馇懈钤O(shè)備是不可能分類的,最好是選擇與所希望的

14、應(yīng)用相適應(yīng)的絲印機(jī)。在手工或半自動印刷機(jī)中,錫膏是手工地放在模板 /絲網(wǎng)上,這時印刷刮板 (squeegee處于模板的另一端。在自動印刷機(jī)中,錫膏是自動分配的。在印刷過程中,印刷刮板向下 壓在模板上,使模板底面接觸到電路板頂面。當(dāng)刮板走過所腐蝕的整個圖形區(qū)域長度時,錫膏 通過模板 /絲網(wǎng)上的開孔印刷到焊盤上。在錫膏已經(jīng)沉積之后,絲網(wǎng)在刮板之后馬上脫開 (snap off,回到原地。這個間隔 或脫開距離是設(shè)備設(shè)計所定的,大約 0.0200.040。脫開距離與刮板壓力是兩個達(dá)到良好 印刷品質(zhì)的與設(shè)備有關(guān)的重要變量。如果沒有脫開,這個過程叫接觸 (on-contact印刷。當(dāng)使用全金屬模板和刮刀時,

15、 使用接觸印刷。非接觸 (off-contact印刷用于柔性的金屬絲網(wǎng)。刮板 (squeegee類型刮板的磨損、壓力和硬度決定印刷質(zhì)量,應(yīng)該仔細(xì)監(jiān)測。對可接受的印刷品質(zhì),刮 板邊緣應(yīng)該鋒利和直線。 刮板壓力低造成遺漏和粗糙的邊緣, 而刮板壓力高或很軟的刮板將 引起斑點(diǎn)狀的 (smeared印刷,甚至可能損壞刮板和模板或絲網(wǎng)。過高的壓力也傾向于從寬的 開孔中挖出錫膏,引起焊錫圓角不夠。常見有兩種刮板類型:橡膠或聚氨酯 (polyurethane刮板和金屬刮板。 當(dāng)使用橡膠刮板 時,使用 70-90橡膠硬度計 (durometer硬度的刮板。當(dāng)使用過高的壓力時,滲入到模板底 部的錫膏可能造成錫橋,

16、要求頻繁的底部抹擦。為了防止底部滲透,焊盤開口在印刷時必須提供 密封 (gasketing 作用。這取決于模板開孔壁的粗糙度。金屬刮刀也是常用的。隨著更密間距元件的使用,金屬刮刀的用量在增加。它們由 不銹鋼或黃銅制成,具有平的刀片形狀,使用的印刷角度為 3045。一些刮刀涂有潤滑材 料。因?yàn)槭褂幂^低的壓力,它們不會從開孔中挖出錫膏,還因?yàn)槭墙饘俚?它們不象橡膠刮板 那樣容易磨損,因此不需要鋒利。它們比橡膠刮板成本貴得多,并可能引起模板磨損。使用不同的刮板類型在使用標(biāo)準(zhǔn)元件和密腳元件的印刷電路裝配 (PCA中是有區(qū)分 的。錫膏量的要求對每一種元件有很大的不同。 密間距元件要求比標(biāo)準(zhǔn)表面貼裝元件少

17、得多的 焊錫量。焊盤面積和厚度控制錫膏量。一些工程師使用雙厚度的模板來對密腳元件和標(biāo)準(zhǔn)表面貼裝焊盤施用適當(dāng)?shù)腻a膏 數(shù)量。其它工程師采用一種不同的方法 - 他們使用不需要經(jīng)常鋒利的更經(jīng)濟(jì)的金屬刮刀。用 金屬刮刀更容易防止錫膏沉積量的變化, 但這種方法要求改良的模板開孔設(shè)計來防止在密間距 焊盤上過多的錫膏沉積。這個方法在工業(yè)上變得更受歡迎,但是,使用雙厚度印刷的橡膠刮板 也還沒有消失。模板 (stencil類型重要的印刷品質(zhì)變量包括模板孔壁的精度和光潔度。 保存模板寬度與厚度的適當(dāng)?shù)?縱橫比 (aspect ratio是重要的。推薦的縱橫比為 1.5。這對防止模板阻塞是重要。一般, 如果縱橫比小于

18、 1.5,錫膏會保留在開孔內(nèi)。除了縱橫比之外,如 IPC-7525模板設(shè)計指南 所推薦的,還要有大于 0.66的面積比 (焊盤面積除以孔壁面積 。 IPC-7525可作為模板設(shè)計的 一個良好開端。制作開孔的工藝過程控制開孔壁的光潔度和精度。有三種常見的制作模板的工藝:化學(xué)腐蝕、激光切割和加成 (additive工藝。化學(xué)腐蝕 (chemically etched模板金屬模板和柔性金屬模板是使用兩個陽性圖形通過從兩面的化學(xué)研磨來蝕刻的。 在 這個過程中,蝕刻不僅在所希望的垂直方向進(jìn)行,而且在橫向也有。這叫做底切 (undercutting- 開孔比希望的較大,造成額外的焊錫沉積。因?yàn)?50/50

19、從兩面進(jìn)行蝕刻,其結(jié)果是幾 乎直線的孔壁,在中間有微微沙漏形的收窄。因?yàn)殡娢g刻模板孔壁可能不平滑,電拋光,一個微蝕刻工藝,是達(dá)到平滑孔壁的一 個方法。 另一個達(dá)到較平滑孔壁的方法是鍍鎳層 (nickel plating。 拋光或平滑的表面對錫 膏的釋放是好的, 但可能引起錫膏越過模板表面而不在刮板前滾動。這個問題可通過選擇性地 拋光孔壁而不是整個模板表面來避免。鍍鎳進(jìn)一步改善平滑度和印刷性能。可是,它減小了開 孔,要求圖形調(diào)整激光切割 (laser-cut模板激光切割是另一種減去 (subtractive工藝, 但它沒有底切問題。 模板直接從 Gerber 數(shù)據(jù)制作,因此開孔精度得到改善。數(shù)據(jù)

20、可按需要調(diào)整以改變尺寸。更好的過程控制也會改 善開孔精度。激光切割模板的另一個優(yōu)點(diǎn)是孔壁可成錐形?；瘜W(xué)蝕刻的模板也可以成錐形,如 果只從一面腐蝕,但是開孔尺寸可能太大。板面的開口稍微比刮板面的大一點(diǎn)的錐形開孔 (0.0010.002 ,產(chǎn)生大約 2的角度 ,對錫膏釋放更容易。激光切割可以制作出小至 0.004 的開孔寬度, 精度達(dá)到 0.0005 ,因此很適合于超 密間距(ultra-fine-pitch的元件印刷。激光切割的模板也會產(chǎn)生粗糙的邊緣,因?yàn)樵谇懈钇?間汽化的金屬變成金屬渣。這可能引起錫膏阻塞。更平滑的孔壁可通過微蝕刻來產(chǎn)生。激光切 割的模板如果沒有預(yù)先對需要較薄的區(qū)域進(jìn)行化學(xué)腐蝕

21、, 就不能制成臺階式多級模板。激光一 個一個地切割每一個開孔,因此模板成本是要切割的開孔數(shù)量而定。電鑄成型 (electroformed模板制作模板的第三種工藝是一種加成工藝,最普遍地叫做電鑄成型。在這個工藝中, 鎳沉積在銅質(zhì)的陰極心上以形成開孔。一種光敏干膠片疊層在銅箔上 (大約 0.25 厚度 。膠 片用紫外光通過有模板圖案的遮光膜進(jìn)行聚合。經(jīng)過顯影后,在銅質(zhì)心上產(chǎn)生陰極圖案,只有 模板開孔保持用光刻膠 (photoresist覆蓋。然后在光刻膠的周圍通過鍍鎳形成了模板。在達(dá) 到所希望的模板厚度后,把光刻膠從開孔除掉。電鑄成型的鎳箔通過彎曲從銅心上分開 - 一 個關(guān)鍵的工藝步驟?，F(xiàn)在箔片準(zhǔn)

22、備好裝框,制作模板的其它步驟。電鑄成型臺階式模板可以做得到,但成本增加。由于可達(dá)到精密的公差,電鑄成型 的模板提供良好的密封作用, 減少了模板底面的錫膏滲漏。這意味著模板底面擦拭的頻率顯 著地降低,減少潛在的錫橋。結(jié)論化學(xué)腐蝕和激光切割是制作模板的減去工藝。 化學(xué)蝕刻工藝是最老的、 使用最廣的。 激光切割相對較新,而電鑄成型模板是最新時興的東西。為了達(dá)到良好的印刷結(jié)果,必須有正確的錫膏材料 (黏度、金屬含量、最大粉末尺 寸和盡可能最低的助焊劑活性 、 正確的工具 (印刷機(jī)、 模板和刮刀 和正確的工藝過程 (良好的 定位、清潔拭擦 的結(jié)合。印刷的相關(guān)術(shù)語1開孔面積百分率 open mesh ar

23、ea percentage絲網(wǎng)所有網(wǎng)孔的面積與相應(yīng)的絲網(wǎng)總面積之比,用百分?jǐn)?shù)表示。2 模版開孔面積 open stencil area絲網(wǎng)印刷模版上所有圖像區(qū)域面積的總和。3 網(wǎng)框外尺寸 outer frame dimension在網(wǎng)框水平位置上,測得包括網(wǎng)框上所有部件在內(nèi)的長與寬的乘積。4 印刷頭 printing head印刷機(jī)上通過靠著印版動作、為焊膏或膠水轉(zhuǎn)移提供必要壓力的部件。5 焊膏或膠水印刷過程中敷附于 PCB 板上的物質(zhì)。6 印刷面 printing side(lower side絲網(wǎng)印版的底面,即焊膏或膠水與 PCB 板相接觸的一面。7 絲網(wǎng) screen mesh一種帶有排

24、列規(guī)則、大小相同的開孔的絲網(wǎng)印刷模版的載體。8 絲網(wǎng)印刷 screen printing使用印刷區(qū)域呈篩網(wǎng)狀開孔印版的漏印方式。9 印刷網(wǎng)框 screen printing frame固定并支撐絲網(wǎng)印刷模版載體的框架裝置。10 離網(wǎng) snap-off印刷過程中,絲網(wǎng)印版與附著于 PCB 板上的焊膏或膠水的脫離。11 刮刀 squeegee在絲網(wǎng)印刷中,迫使絲網(wǎng)印版緊靠 PCB 板,并使焊膏或膠水透過絲網(wǎng)印版的開孔轉(zhuǎn) 移到 PCB 板上,同時刮除印版上多余焊膏或膠水的裝置。12 刮刀角度 squeegee angle刮刀的切線方向與 PCB 板水平面或與壓印輥接觸點(diǎn)的切線之間的夾角,在刮刀定位

25、后非受力或非運(yùn)動的狀態(tài)下測得。13 刮刀 squeegee blade刮刀的刀狀部分,直接作用于印版上的印刷焊膏或膠水,使焊膏或膠水附著在 PCB 板上。14 刮區(qū) squeegeeing area刮刀在印版上刮墨運(yùn)行的區(qū)域。15 刮刀相對壓力 squeegee pressure, relative刮刀在某一段行程內(nèi)作用于印版上的線性壓力除以這段行程的長度。16 絲網(wǎng)厚度 thickness of mesh絲網(wǎng)模版載體上下兩面之間的距離。錫膏印刷質(zhì)量控制在表面貼裝裝配的回流焊接中,錫膏用于表面貼裝元件的引腳或端子與焊盤之間的連 接。有許多變量,如錫膏、絲印機(jī)、錫膏應(yīng)用方法和印刷工藝過程。在印刷

26、錫膏的過程中,基 板放在工作臺上,機(jī)械地或真空夾緊定位,用定位銷或視覺來對準(zhǔn)。或者絲網(wǎng) (screen或者模 板 (stencil 用于錫膏印刷。 本文將著重討論幾個關(guān)鍵的錫膏印刷問題,如模板設(shè)計和印刷工 藝過程。印刷工藝過程與設(shè)備在錫膏印刷過程中, 印刷機(jī)是達(dá)到所希望的印刷品質(zhì)的關(guān)鍵。今天可購買到的絲印 機(jī)分為兩種主要類型:實(shí)驗(yàn)室與生產(chǎn)。每個類型有進(jìn)一步的分類,因?yàn)槊總€公司希望從實(shí)驗(yàn) 室與生產(chǎn)類型的印刷機(jī)得到不同的性能水平。例如,一個公司的研究與開發(fā)部門 (R&D使用實(shí) 驗(yàn)室類型制作產(chǎn)品原型,而生產(chǎn)則會用另一種類型。還有,生產(chǎn)要求可能變化很大,取決于產(chǎn) 量。因?yàn)榧す馇懈钤O(shè)備是不可能分類的,最

27、好是選擇與所希望的應(yīng)用相適應(yīng)的絲印機(jī)。在手工或半自動印刷機(jī)中,錫膏是手工地放在模板 /絲網(wǎng)上,這時印刷刮板 (squeegee處于模板的另一端。在自動印刷機(jī)中,錫膏是自動分配的。在印刷過程中,印刷刮板向下 壓在模板上,使模板底面接觸到電路板頂面。當(dāng)刮板走過所腐蝕的整個圖形區(qū)域長度時,錫膏 通過模板 /絲網(wǎng)上的開孔印刷到焊盤上。在錫膏已經(jīng)沉積之后,絲網(wǎng)在刮板之后馬上脫開 (snap off,回到原地。這個間隔 或脫開距離是設(shè)備設(shè)計所定的,大約 0.0200.040。脫開距離與刮板壓力是兩個達(dá)到良好 印刷品質(zhì)的與設(shè)備有關(guān)的重要變量。如果沒有脫開,這個過程叫接觸 (on-contact印刷。當(dāng)使用全

28、金屬模板和刮刀時, 使用接觸印刷。非接觸 (off-contact印刷用于柔性的金屬絲網(wǎng)。刮板 (squeegee類型刮板的磨損、壓力和硬度決定印刷質(zhì)量,應(yīng)該仔細(xì)監(jiān)測。對可接受的印刷品質(zhì),刮 板邊緣應(yīng)該鋒利和直線。 刮板壓力低造成遺漏和粗糙的邊緣, 而刮板壓力高或很軟的刮板將 引起斑點(diǎn)狀的 (smeared印刷,甚至可能損壞刮板和模板或絲網(wǎng)。過高的壓力也傾向于從寬的 開孔中挖出錫膏,引起焊錫圓角不夠。常見有兩種刮板類型:橡膠或聚氨酯 (polyurethane刮板和金屬刮板。 當(dāng)使用橡膠刮板 時,使用 70-90橡膠硬度計 (durometer硬度的刮板。當(dāng)使用過高的壓力時,滲入到模板底 部的

29、錫膏可能造成錫橋,要求頻繁的底部抹擦。為了防止底部滲透,焊盤開口在印刷時必須提供 密封 (gasketing 作用。這取決于模板開孔壁的粗糙度。金屬刮刀也是常用的。隨著更密間距元件的使用,金屬刮刀的用量在增加。它們由 不銹鋼或黃銅制成,具有平的刀片形狀,使用的印刷角度為 3045。一些刮刀涂有潤滑材 料。因?yàn)槭褂幂^低的壓力,它們不會從開孔中挖出錫膏,還因?yàn)槭墙饘俚?它們不象橡膠刮板 那樣容易磨損,因此不需要鋒利。它們比橡膠刮板成本貴得多,并可能引起模板磨損。使用不同的刮板類型在使用標(biāo)準(zhǔn)元件和密腳元件的印刷電路裝配 (PCA中是有區(qū)分 的。錫膏量的要求對每一種元件有很大的不同。 密間距元件要求比

30、標(biāo)準(zhǔn)表面貼裝元件少得多的 焊錫量。焊盤面積和厚度控制錫膏量。一些工程師使用雙厚度的模板來對密腳元件和標(biāo)準(zhǔn)表面貼裝焊盤施用適當(dāng)?shù)腻a膏 數(shù)量。其它工程師采用一種不同的方法 - 他們使用不需要經(jīng)常鋒利的更經(jīng)濟(jì)的金屬刮刀。用 金屬刮刀更容易防止錫膏沉積量的變化, 但這種方法要求改良的模板開孔設(shè)計來防止在密間距 焊盤上過多的錫膏沉積。這個方法在工業(yè)上變得更受歡迎,但是,使用雙厚度印刷的橡膠刮板 也還沒有消失。模板 (stencil類型重要的印刷品質(zhì)變量包括模板孔壁的精度和光潔度。 保存模板寬度與厚度的適當(dāng)?shù)?縱橫比 (aspect ratio是重要的。推薦的縱橫比為 1.5。這對防止模板阻塞是重要。一般

31、, 如果縱橫比小于 1.5,錫膏會保留在開孔內(nèi)。除了縱橫比之外,如 IPC-7525模板設(shè)計指南 所推薦的,還要有大于 0.66的面積比 (焊盤面積除以孔壁面積 。 IPC-7525可作為模板設(shè)計的 一個良好開端。制作開孔的工藝過程控制開孔壁的光潔度和精度。有三種常見的制作模板的工藝:化學(xué)腐蝕、激光切割和加成 (additive工藝?；瘜W(xué)腐蝕 (chemically etched模板金屬模板和柔性金屬模板是使用兩個陽性圖形通過從兩面的化學(xué)研磨來蝕刻的。 在 這個過程中,蝕刻不僅在所希望的垂直方向進(jìn)行,而且在橫向也有。這叫做底切 (undercutting- 開孔比希望的較大,造成額外的焊錫沉積

32、。因?yàn)?50/50從兩面進(jìn)行蝕刻,其結(jié)果是幾 乎直線的孔壁,在中間有微微沙漏形的收窄。因?yàn)殡娢g刻模板孔壁可能不平滑,電拋光,一個微蝕刻工藝,是達(dá)到平滑孔壁的一 個方法。 另一個達(dá)到較平滑孔壁的方法是鍍鎳層 (nickel plating。 拋光或平滑的表面對錫 膏的釋放是好的, 但可能引起錫膏越過模板表面而不在刮板前滾動。這個問題可通過選擇性地 拋光孔壁而不是整個模板表面來避免。鍍鎳進(jìn)一步改善平滑度和印刷性能。可是,它減小了開 孔,要求圖形調(diào)整激光切割 (laser-cut模板激光切割是另一種減去 (subtractive工藝, 但它沒有底切問題。 模板直接從 Gerber 數(shù)據(jù)制作,因此開孔

33、精度得到改善。數(shù)據(jù)可按需要調(diào)整以改變尺寸。更好的過程控制也會改 善開孔精度。激光切割模板的另一個優(yōu)點(diǎn)是孔壁可成錐形。化學(xué)蝕刻的模板也可以成錐形,如 果只從一面腐蝕,但是開孔尺寸可能太大。板面的開口稍微比刮板面的大一點(diǎn)的錐形開孔 (0.0010.002 ,產(chǎn)生大約 2的角度 ,對錫膏釋放更容易。激光切割可以制作出小至 0.004 的開孔寬度, 精度達(dá)到 0.0005 ,因此很適合于超 密間距(ultra-fine-pitch的元件印刷。激光切割的模板也會產(chǎn)生粗糙的邊緣,因?yàn)樵谇懈钇?間汽化的金屬變成金屬渣。這可能引起錫膏阻塞。更平滑的孔壁可通過微蝕刻來產(chǎn)生。激光切 割的模板如果沒有預(yù)先對需要較薄

34、的區(qū)域進(jìn)行化學(xué)腐蝕, 就不能制成臺階式多級模板。激光一 個一個地切割每一個開孔,因此模板成本是要切割的開孔數(shù)量而定。電鑄成型 (electroformed模板制作模板的第三種工藝是一種加成工藝,最普遍地叫做電鑄成型。在這個工藝中, 鎳沉積在銅質(zhì)的陰極心上以形成開孔。一種光敏干膠片疊層在銅箔上 (大約 0.25 厚度 。膠 片用紫外光通過有模板圖案的遮光膜進(jìn)行聚合。經(jīng)過顯影后,在銅質(zhì)心上產(chǎn)生陰極圖案,只有 模板開孔保持用光刻膠 (photoresist覆蓋。然后在光刻膠的周圍通過鍍鎳形成了模板。在達(dá) 到所希望的模板厚度后,把光刻膠從開孔除掉。電鑄成型的鎳箔通過彎曲從銅心上分開 - 一 個關(guān)鍵的工

35、藝步驟。現(xiàn)在箔片準(zhǔn)備好裝框,制作模板的其它步驟。電鑄成型臺階式模板可以做得到,但成本增加。由于可達(dá)到精密的公差,電鑄成型 的模板提供良好的密封作用, 減少了模板底面的錫膏滲漏。這意味著模板底面擦拭的頻率顯 著地降低,減少潛在的錫橋。結(jié)論化學(xué)腐蝕和激光切割是制作模板的減去工藝。 化學(xué)蝕刻工藝是最老的、 使用最廣的。 激光切割相對較新,而電鑄成型模板是最新時興的東西。為了達(dá)到良好的印刷結(jié)果,必須有正確的錫膏材料 (黏度、金屬含量、最大粉末尺 寸和盡可能最低的助焊劑活性 、 正確的工具 (印刷機(jī)、 模板和刮刀 和正確的工藝過程 (良好的 定位、清潔拭擦 的結(jié)合。絲印(或點(diǎn)膠 貼裝 (固化 回流焊接

36、清洗 檢測 返修絲印:其作用是將焊膏或貼片膠漏印到 PCB 的焊盤上,為元器件的焊接做準(zhǔn)備。所用設(shè) 備為絲印機(jī)(絲網(wǎng)印刷機(jī),位于 SMT 生產(chǎn)線的最前端。點(diǎn)膠:它是將膠水滴到 PCB 的的固定位置上,其主要作用是將元器件固定到 PCB 板上。 所用設(shè)備為點(diǎn)膠機(jī),位于 SMT 生產(chǎn)線的最前端或檢測設(shè)備的后面。貼裝:其作用是將表面組裝元器件準(zhǔn)確安裝到 PCB 的固定位置上。所用設(shè)備為貼片機(jī), 位于 SMT 生產(chǎn)線中絲印機(jī)的后面。固化:其作用是將貼片膠融化,從而使表面組裝元器件與 PCB 板牢固粘接在一起。所用 設(shè)備為固化爐,位于 SMT 生產(chǎn)線中貼片機(jī)的后面?；亓骱附?其作用是將焊膏融化,使表面組

37、裝元器件與 PCB 板牢固粘接在一起。所用設(shè) 備為回流焊爐,位于 SMT 生產(chǎn)線中貼片機(jī)的后面。清洗:其作用是將組裝好的 PCB 板上面的對人體有害的焊接殘留物如助焊劑等除去。所 用設(shè)備為清洗機(jī),位置可以不固定,可以在線,也可不在線。檢測:其作用是對組裝好的 PCB 板進(jìn)行焊接質(zhì)量和裝配質(zhì)量的檢測。 所用設(shè)備有放大鏡、 顯微鏡、在線測試儀(ICT 、飛針測試儀、自動光學(xué)檢測(AOI 、 X-RAY 檢測系統(tǒng)、功能 測試儀等。位置根據(jù)檢測的需要,可以配置在生產(chǎn)線合適的地方。返修:其作用是對檢測出現(xiàn)故障的 PCB 板進(jìn)行返工。所用工具為烙鐵、返修工作站等。 配置在生產(chǎn)線中任意位置。焊接材料 默認(rèn)字

38、體 9pt 10pt 11pt 12pt 13pt 14pt 15pt 16pt 17pt 18pt 20pt 25pt30pt 35pt 40pt 45pt 50pt 60pt 70pt 80pt 90pt 100pt焊錫作為所有三種級別的連接:裸片 (die、包裝 (package和電路板裝配(board assembly 的連接材料。另外,錫 /鉛 (tin/lead焊錫通常用于元件引腳和 PCB 的表面涂層。 考慮到鉛(Pb在技術(shù)上已存在的作用與反作用,焊錫可以分類為含鉛或不含鉛。現(xiàn)在,已經(jīng)在無 鉛系統(tǒng)中找到可行的、代替錫 /鉛材料的、元件和 PCB 的表面涂層材料?？墒菍B接材料,對

39、 實(shí)際的無鉛系統(tǒng)的尋找仍然進(jìn)行中。這里,總結(jié)一下錫 /鉛焊接材料的基本知識,以及焊接點(diǎn)的 性能因素,隨后簡要討論一下無鉛焊錫。焊錫通常定義為液化溫度在 400C(750F 以下的可熔合金。裸片級的 (特別是倒 裝芯片錫球的基本合金含有高溫、高鉛含量,比如 Sn5/Pb95或 Sn10/Pb90。共晶或臨共晶合 金,如 Sn60/Pb40, Sn62/Pb36/Ag2和 Sn63/Pb37,也成功使用。例如,載體 CSP/BGA板層底面 的錫球可以是高溫、高鉛或共晶、臨共晶的錫 /鉛或錫 /鉛 /銀材料。由于傳統(tǒng)板材料,如 FR-4, 的賴溫水平, 用于附著元件和 IC 包裝的板級焊錫局限于共晶

40、, 臨共晶的錫 /鉛或錫 /鉛 /銀焊錫。 在某些情況,使用了錫 /銀共晶和含有鉍 (Bi或銦 (In的低溫焊錫成分。焊錫可以有各種物理形式使用,包括錫條、錫錠、錫線、 錫粉、預(yù)制錠、錫球與柱、 錫膏和熔化狀態(tài)。焊錫材料的固有特性可從三個方面考慮:物理、冶金和機(jī)械。物理特性對今天的包裝和裝配特別重要的有五個物理特性:冶金相化溫度 (Metallurgical phase-transition temperature有實(shí)際的暗示, 液相線 溫度可看作相當(dāng)于熔化溫度,固相線溫度相當(dāng)于軟化溫度。對給定的化學(xué)成分,液相線與固 相線之間的范圍叫做塑性或粘滯階段。 選作連接材料的焊錫合金必須適應(yīng)于最惡劣條

41、件下的最 終使用溫度。因此,希望合金具有比所希望的最高使用溫度至少高兩倍的液相線。當(dāng)使用溫度 接近于液相線時,焊錫通常會變得機(jī)械上與冶金上“脆弱”。焊錫連接的導(dǎo)電性 (electrical conductivity描述了它們的電氣信號的傳送性能。從 定義看, 導(dǎo)電性是在電場的作用下充電離子 (電子 從一個位置向另一個位置的運(yùn)動。電子導(dǎo)電 性是指金屬的,離子導(dǎo)電性是指氧化物和非金屬的。焊錫的導(dǎo)電性主要是電子流產(chǎn)生的。 電阻 與導(dǎo)電性相反 隨著溫度的上升而增加。這是由于電子的移動性減弱,它直 接與溫度上升時電子運(yùn)動的平均自由路線 (mean-free-path成比例。 焊錫的電阻也可能受塑 性變形

42、的程度的影響 (增加 。金屬的導(dǎo)熱性 (thermal conductivity通常與導(dǎo)電性直接相關(guān), 因?yàn)殡娮又饕菍?dǎo)電和 導(dǎo)熱。 (可是,對絕緣體,聲子的活動占主要。 焊錫的導(dǎo)熱性隨溫度的增加而減弱。 自從表面貼裝技術(shù)的開始,溫度膨脹系數(shù) (CTE, coefficient of thermal expansion問題是經(jīng)常討論到的, 它發(fā)生在 SMT 連接材料特性的溫度膨脹系數(shù) (CTE通常相差較大的時候。 一個典型的裝配由 FR-4板、焊錫和無引腳或有引腳的元件組成。它們各自的溫度膨脹 系數(shù) (CTE 為,16.0 10-6/C(FR-4; 23.0 10-6/C(Sn63/Pb37;

43、 16.5 10-6/C(銅引 腳 ; 和 6.4 10-6/C(氧化鋁 Al2O3無引腳元件 。在溫度的波動和電源的開關(guān)下, 這些 CTE 的差別增加焊接點(diǎn)內(nèi)的應(yīng)力和應(yīng)變,縮短使用壽命,導(dǎo)致早期失效。兩個主要的材料特性決定 CTE 的大小,晶體結(jié)構(gòu)和熔點(diǎn)。當(dāng)材料具有類似的晶格結(jié)構(gòu), 它們的CTE 與熔點(diǎn)是相反的聯(lián)系。熔化的焊錫的表面張力 (surface tension是一個關(guān)鍵參數(shù),與可熔濕性和其后的可焊 接性相關(guān)。 由于在表面的斷裂的結(jié)合, 作用在表面分子之間的吸引力相對強(qiáng)度比焊錫內(nèi)部的分 子力要弱。因此材料的自由表面比其內(nèi)部具有更高的能量。對熔濕焊盤的已熔化的焊錫來說,焊盤的表面必須具

44、有比熔化的焊錫表面更高的能量。 換句話說,已熔化金屬的表面能量越低 (或金屬焊盤的表面能量越高 ,熔濕就更容易。 冶金特性在焊錫連接使用期間暴露的環(huán)境條件下,通常發(fā)生的冶金現(xiàn)象包括七個不同的改變。 塑性變形 (plastic deformation。當(dāng)焊錫受到外力,如機(jī)械或溫度應(yīng)力時,它會發(fā)生 不可逆變的塑性變形。通常是從焊錫晶體結(jié)合的一些平行平面開始,它可能在全部或局部 (焊 錫點(diǎn)內(nèi)進(jìn)行,看應(yīng)力水平、應(yīng)變率、溫度和材料特性而定。連續(xù)的或周期性的塑性變形最終 導(dǎo)致焊點(diǎn)斷裂。應(yīng)變硬化 (strain-hardening, 是塑性變形的結(jié)果,通常在應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系中觀察得 到?；貜?fù)過程 (reco

45、very process是應(yīng)變硬化的相反的現(xiàn)象,是軟化的現(xiàn)象,即,焊錫傾向 于釋放儲存的應(yīng)變能量。該過程是熱動力學(xué)過程,能量釋放過程開始時快速,其后過程則較 慢。對焊接點(diǎn)失效敏感的物理特性傾向于恢復(fù)到其初始的值。僅管如此,這不會影響微結(jié)構(gòu)內(nèi) 的可見的變化。再結(jié)晶 (recrystallization是經(jīng)常在使用期間觀察到的焊接點(diǎn)內(nèi)的另一個現(xiàn)象。它通 常發(fā)生在相當(dāng)較高的溫度下, 涉及比回復(fù)過程更大的從應(yīng)變材料內(nèi)釋放的能量。 在再結(jié)晶期間, 也形成一套新的基本無應(yīng)變的晶體結(jié)構(gòu),明顯包括晶核形成和生長過程。再結(jié)晶所要求的溫 度通常在材料絕對熔點(diǎn)的三分之一到二分之一。溶液硬化 (solution-ha

46、rdening,或固體溶液合金化過程,造成應(yīng)力增加。一個例子就 是當(dāng)通過添加銻 (Sb來強(qiáng)化 Sn/Pb成分。如圖一所示。沉淀硬化 (precipitaion-hardening包括來自有充分?jǐn)嚢璧奈⒊恋斫Y(jié)構(gòu)的強(qiáng)化效果。 焊錫的超塑性 (superplasticity出現(xiàn)在低應(yīng)力、高溫和低應(yīng)變率相結(jié)合的條件下。 機(jī)械特性焊錫的三個基本的機(jī)械特性包括應(yīng)力對應(yīng)力特性、懦變阻抗和疲勞阻抗。雖然應(yīng)力可通過張力、 壓力或剪切力產(chǎn)生, 大多數(shù)合金的剪切力比張力或壓力要弱。 剪切強(qiáng)度是很重要的,因?yàn)榇蠖鄶?shù)焊接點(diǎn)在使用中經(jīng)受剪切應(yīng)力。懦變是當(dāng)溫度和應(yīng)力 (負(fù)荷 都保持常數(shù)時的一種全面塑性變形。 這個依靠時間的

47、變 形可能在絕對零度以上的任何溫度下發(fā)生?？墒?懦變只是在“活躍”溫度才變得重要。疲勞是在交變應(yīng)力下的合金失效。 在循環(huán)負(fù)荷下合金所能忍受的應(yīng)力比靜態(tài)負(fù)荷下 小得多。因此,屈服強(qiáng)度,焊錫阻抗永久變形的靜態(tài)應(yīng)力,經(jīng)常與疲勞強(qiáng)度無關(guān)。通常疲勞 斷裂開始于幾個微小的裂紋,在重復(fù)應(yīng)力作用下增長,造成焊接點(diǎn)截面的承載能力下降。電子包裝與裝配應(yīng)用中等焊錫一般經(jīng)受低頻疲勞 (疲勞壽命小于 10,000周期 和高 應(yīng)力。溫度機(jī)械疲勞是用來介定焊錫特性的另一個測試模式。材料受制于循環(huán)的溫度極限,即 溫度疲勞測試模式。每個方法都有其獨(dú)特的特性和優(yōu)點(diǎn),兩者都影響焊錫上的應(yīng)變循環(huán)。性能與外部設(shè)計人們都認(rèn)識到焊錫點(diǎn)的可

48、靠性不僅依靠內(nèi)在的特性, 而且依靠設(shè)計、要裝配的元件 與板、用以形成焊接點(diǎn)的過程和長期使用的環(huán)境。還有,焊接點(diǎn)表現(xiàn)的特性是有別于散裝的 焊錫材料。因此,一些已建立的散裝焊錫與焊接點(diǎn)之間的機(jī)械及溫度特性可能不完全相同。主 要地,這是由于電路板層表面對焊錫量的高比率,在固化期間造成大量異相晶核座,以及當(dāng)焊 錫點(diǎn)形成時元素或冶金成分的濃度變化。 任何一種情況都可能導(dǎo)致反應(yīng)缺乏均勻性的結(jié)構(gòu)。隨 著焊錫點(diǎn)厚度的減少,這種界面衰歇將更明顯。因此,焊接點(diǎn)的特性可能改變,失效機(jī)制可能 與從散裝的焊錫得出的不一樣。元件與板的設(shè)計也會對焊錫點(diǎn)特性有重要影響。例如,和焊盤有聯(lián)系的阻焊的設(shè)計 (如限定的或非限定的阻焊

49、 ,將影響焊錫點(diǎn)的性能以及失效機(jī)制。對每一種元件包裝類型,觀察和介定各自的焊接點(diǎn)失效模式。例如,翅形 QFP 的焊 接點(diǎn)裂紋經(jīng)常從焊點(diǎn)圓角的腳跟部開始,第二條裂紋在腳趾區(qū)域; BGA 的焊點(diǎn)失效通常在焊錫 球與包裝的界面或焊錫球與板的界面發(fā)現(xiàn)。另一個重要因素是系統(tǒng)溫度管理。 IC 芯片的散熱要求在不斷增加。 運(yùn)行期間產(chǎn)生的 熱量必須有效地從芯片帶出到包裝表面,然后到室溫。 在出現(xiàn)由于過熱而引起的系統(tǒng)失效之 前, IC 的性能可能變得不穩(wěn)定,和前面所說的溫度與導(dǎo)電性之間的關(guān)系一樣。元件的包裝與 電路板的設(shè)計都會影響到散熱過程的效率。焊錫節(jié)點(diǎn)比其替代品聚合膠的傳導(dǎo)熱量要有效得多。當(dāng)焊錫點(diǎn)通過一個品

50、質(zhì)過程適當(dāng)?shù)匦纬珊?與其使用壽命相聯(lián)系的是懦變 /疲勞的 交互作用、金屬化合的發(fā)展和微結(jié)構(gòu)的進(jìn)化。失效模式隨系統(tǒng)的構(gòu)成而變化,比如包裝類型 (PBGA、CSP 、 QFP 電容,等 、溫度和應(yīng)變水平、使用的材料、圓角體積焊錫點(diǎn)幾何形狀以及其 它設(shè)計因素。 更高功率的芯片和現(xiàn)在設(shè)計不斷增加密度的電路更加要求焊點(diǎn)的更好的溫度疲勞 強(qiáng)度。無鉛焊錫對無鉛焊錫的興趣隨著時間發(fā)生變化,有激動也有冷漠。雖然還沒有立法的影響, 開發(fā)無鉛焊錫的另一個、可能更重要的目標(biāo)是把焊錫提高到一個新的性能水平。典型的 PCB 裝配共晶錫 /鉛 (Sn63/Pb37焊錫點(diǎn)通常遇到累積的退化, 造成溫度疲勞。 這個退化經(jīng)常與焊

51、點(diǎn)界面的金相粗糙有關(guān),如圖二所示,而它又與鉛 (Pb或富鉛 (Pb-rich金相更密切。如果取消鉛, 那無鉛焊錫經(jīng)受溫度循環(huán)的損害機(jī)制會改變嗎?在沒有其它主要失效 (金屬間化合、粘合差、過多空洞,等 的條件下,溫度疲勞環(huán)境中無鉛焊錫點(diǎn)的失效機(jī)制很 可能不會涉及與錫 /鉛相同程度的金相粗糙。實(shí)際上應(yīng)該設(shè)計無鉛合金以防止金相粗糙,因而 提供更高的疲勞阻抗,因?yàn)橛羞m當(dāng)?shù)奈⒔Y(jié)構(gòu)進(jìn)化。圖三比較受溫度疲勞的無錫焊錫點(diǎn)的強(qiáng)度, 顯示兩種無鉛合金沒有金相粗糙。已介紹各種無鉛成分。多數(shù)似乎至少在一個區(qū)域失效:例如,可能缺少本身的性能 來顯示焊接期間即時流動和良好的熔濕性能;熔化溫度可能太高,超出同用 PCB 的

52、溫度忍耐 水平;或者可能展示機(jī)械性能不足。 只有那些結(jié)合所希望的物理和機(jī)械特性與滿足制造要求的 能力的無鉛焊錫才被認(rèn)做可利用的材料。SMT 中表面安裝元器件的選取 默認(rèn)字體 9pt 10pt 11pt 12pt 13pt 14pt 15pt 16pt 17pt 18pt 20pt 25pt 30pt 35pt 40pt 45pt 50pt 60pt 70pt 80pt 90pt 100pt摘要:本文主要從元器件的特性、封裝形式及材料介紹各類元器件的選取,結(jié)合實(shí)際生 產(chǎn)設(shè)備分析各種封裝的優(yōu)缺點(diǎn), 對產(chǎn)品設(shè)計者在 SMT 設(shè)計階段確定表面組裝元器件的封裝形 式和結(jié)構(gòu)具有一定的參考價值。關(guān)鍵詞:SM

53、T 元器件 封裝 選取一、概述表面安裝元器件的選擇和設(shè)計是產(chǎn)品總體設(shè)計的關(guān)鍵一環(huán), 設(shè)計者在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和詳 細(xì)電路設(shè)計階段確定元器件的電氣性能和功能, 在 SMT 設(shè)計階段應(yīng)根據(jù)設(shè)備及工藝的具體情 況和總體設(shè)計要求確定表面組裝元器件的封裝形式和結(jié)構(gòu)。 表面安裝的焊點(diǎn)既是機(jī)械連接點(diǎn)又 是電氣連接點(diǎn),合理的選擇對提高 PCB 設(shè)計密度、可生產(chǎn)性、可測試性和可靠性都產(chǎn)生決定性 的影響。表面安裝元器件在功能上和插裝元器件沒有差別,其不同之處在于元器件的封裝。 表面安裝的封裝在焊接時要經(jīng)受奶高的溫度其元器件和基板必須具有匹配的熱膨脹系數(shù)。 這 些因素在產(chǎn)品設(shè)計中必須全盤考慮。選擇合適的封裝,其優(yōu)點(diǎn)主要是:

54、1 . 有效節(jié)省 PCB 面積; 2 . 提供更好的電學(xué)性能; 3 . 對元器件的內(nèi)部起保護(hù)作用,免受潮濕等環(huán)境影響; 4 . 提供良好的通信聯(lián)系; 5 . 幫助 散熱并為傳送和測試提供方便。二、表面安裝元器件的選取表面安裝元器件分為有源和無源兩大類。按引腳形狀分為鷗翼型和“ J ”型。下面 以此分類闡述元器件的選取。1無源器件元源器件主要包括單片陶瓷電容器、鉭電容器和厚膜電阻器,外形為長方形或園柱 形。園柱形無源器件稱為“ MELF ”,采用再流焊時易發(fā)生滾動,需采用特殊焊盤設(shè)計,一般 應(yīng)避免使用。長方形無源器件稱為“ CHIP ”片式元器件,它的體積小、重量輕、抗菌素沖擊性 和抗震性好、寄

55、生損耗小,被廣泛應(yīng)用于各類電子產(chǎn)品中。為了獲得良好的可焊性,必須選擇 鎳底阻擋層的電鍍。表面安裝電阻器的電容器封裝有各種外形尺寸。在選取時應(yīng)避免選擇過小尺寸: 0英寸 X0.12英寸以避免使用 環(huán)氧玻璃基板 FR-4時產(chǎn)生熱膨脹系數(shù)(CTE 失配片式元件要求能在 260溫度下承受 5-10S 的 焊接時間。(1片式電阻器片式電阻器分為兩大類:厚膜型和薄膜型。額定功率為 1/16、 1/8、 1/4瓦,電阻 值從 1歐到 1兆歐的電阻器具有各種尺寸規(guī)格, 按外形尺寸分為 0805(0。 08英寸 X0.05英寸 、 1206(0.12英寸 X0.06英寸、 1210(0.12英寸 X0.10英寸

56、等。一般來說 1/16、 1/8和 1/4瓦的電阻器相應(yīng)于 0805、 1206及 1210。選取時應(yīng)首選 1/8瓦、外形尺寸為 1206的元件。(2陶瓷電容器陶瓷電容器有三種不同的介質(zhì)類型:COG 或 NPO 、 X7R 和 Z5U 。它們的電容范圍各不 相同。COG 或 NPO 用于在很寬的溫度、電壓和頻率范圍內(nèi)有高穩(wěn)定性的電路; X7R 和 Z5U 介質(zhì) 電容器的溫度和電壓特性較差,主要應(yīng)用于旁路和去耦場合。陶瓷電容器在波峰焊時容易開裂,原因是 CTE 失配。在焊接時電極和端接頭的 CTE 高,受熱比陶瓷快以致失配產(chǎn)生裂紋。 解決的工藝辦法是波峰焊之前預(yù)熱電路板, 減少熱沖擊。 Z5U陶瓷電容器比 X7R