SMT制程问题的分析及处理-

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1、SMT制程问题分析及处理,SMT流程 印刷相关及印刷不良对策 回焊炉与炉温曲线简介 理解锡膏的回流过程 回焊工艺失效分析 Profile Board制作 Profile的设定和调整 焊接工艺失效分析 SMT检验标准,1.1 SMT的組成,送料机,印刷机,点胶机,高速机,(异型)泛用机,迴焊炉,收料机,1.2 SMT成功的三大要件,锡膏供給部品搭载迴焊&检查 1、锡膏供給 依据生产的基板及所需制程条件，选择合适锡膏及钢板，锡膏使用前回温，回温后充分搅拌，开封后尽快使用，避免锡膏的Flux在空氣中挥发，造成迴焊后的不良。 2、部品搭载 零件严格的控管，避免长时间暴露于空气中造成零件氧化，影响焊接性

2、，着裝时避免错件及精准度的控制。 3、迴焊&检查 Reflow炉温的调整及记录，迴焊后检查并找出缺点加以检讨改善以減少不良的产生。,Screen Printer,Mount,Reflow,AOI,1.3 SMT流程,2.1 印刷机的工作图,STENCIL PRINTING,Screen Printer 內部工作图,2.2 锡膏,Screen Printer 的基本要素：,Solder (锡膏） 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钢板的厚度方向上 至少有三个最大直径的锡珠能水平排在锡板的最小孔的宽度方向上 单位： 锡珠使用米制（Micron)度量，而钢板厚度工业标准是美国的专

3、用 单位Thou.(1m=1*10-3mm,1thou=1*10-3inches,25mm1thou) 判断锡膏具有正确粘度的一种经济和实际的方法： 搅拌锡膏30秒，挑起一些高出容器三，四英寸，锡膏自行下滴， 如果開始時象稠的糖浆一样滑落，然后分段断裂落下到容器內 为良好。反之，粘度较差。,2.3 锡膏的主要成分,锡膏的主要成分：,Squeegee(刮板或刮刀）,菱形刮刀,拖裙形刮刀,聚乙烯材料 或类似材料,金属,2.4 刮刀,2.5 印刷参数 1,为了使印刷机参数设定标准化,减少参数设定的错误 以下为产线松下印刷机参数设定的标准.,2.5 印刷参数 2,刮刀压力(down pressure)

4、: 主要作用在使钢网与PCB紧密和结合,以取得较好的印刷效果.并确保钢网表面的锡膏以刮的平整干净.因此对压力控制必须配合刮刀之特性.设备功能,角度等取得合适的压刀.以免压力太大或太小造成印刷不良现象. 印刷速度(Traverse speed): 理想的状况下是越慢越好,但会因此面影响到cycle time.因此在能够保持锡膏正常滚动的状态下可将速度提高,并配合压力的调整.(因速度局面压力变小,反则速度慢压力大) 印刷角度(Attack angle): 角度大小将决定印刷压力及流入钢网开孔锡膏量. 间隙(snap-off): 理论上是钢网越平贴于基板表面越好,Squeegee的压力设定：,第一步

5、：在每50mm的Squeegee长度上施加1kg的压力。 第二步：減少压力直到锡膏开始留在范本上刮不干净，在增加 1kg的压力 第三步：在锡膏刮不干净开始到刮刀沉入丝孔內挖出锡膏之間 有1-2kg的可接受范围即可达到好的印刷效果。,2.6 印刷压力的设定,Squeegee的硬度范围用顏色代号来区分： very soft 紅色 soft 綠色 hard 藍色 very hard 白色,2.7 印刷作业的几个检验重点,精度:必须对准pad的中央并不得偏移,因偏移将造成对位不准及锡珠,零件偏移等问题. 解析度:印刷后的形状必须为一近似块状的结构以免和临近的pad short 印刷厚度:必须一致对能控

6、制每个焊点的品质水准. 检验工具: 可用放大镜检验印刷后的精度及解析度. 可用微量天秤量测同一pcb上的印刷材料总量 可使用SPI来检测印刷后的状况 可使用印刷机上的2D/3D功能来检测.,2.8 钢板的材质,鋼板(Stencil)材料性能的比較:,2.9 锡锡膏印刷缺陷分析 1,锡膏印刷缺陷分析:,问题及原因 对 策,搭锡BRIDGING 锡粉量少、粘度低、粒度大、室温度、印膏太厚、放置压力太大等。（通常当两焊垫之间有少許印膏搭连，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）。,提高锡膏中金属比例（88 %以上）。 增加锡膏的粘度（70万CP

7、S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。,问题及原因 对 策,发生皮层 CURSTING 由于锡膏助焊剂中的活化剂太强,环境温度太高时,会造成粒子外层上的氧化层被剥落所致. 膏量太多 EXCESSIVE PASTE 原因與“搭桥”相似.,避免将锡膏暴露于湿气中. 降低锡膏中的助焊剂的活性. 调整各金属含量. 减少所印之锡膏厚度 提升印刷的精准度. 调整锡膏印刷的参数.,锡膏印刷缺陷分析,2.9 锡锡膏印刷缺陷分析 2,膏量不足

8、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. 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题.,增加印膏厚度,如改变网布或板膜等. 提升印刷的精准度. 调整锡膏印刷的参数. 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。 調整锡膏粒度的分配。,锡膏印刷缺陷分析,问题及原因 对 策,2.9 锡锡膏印刷缺陷分析 3,坍塌 SLUMPING 原因与“搭桥”相似。 模糊 SMEARING 形成的原因与搭桥或坍塌 很类似，但印刷

9、不善的原因居多，如压力太大、架空高度不足等。,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。 增加金属含量百分比。 增加锡膏粘度。 调整环境温度。 调整锡膏印刷的参数。,锡膏印刷缺陷分析,问题及原因 对 策,2.9 锡锡膏印刷缺陷分析 4,目前主流的炉子是氮气热风或IR(红外线）+氮气热风加热。 单纯的IR加热会造成阴影效应，在大元器件周围的小元器件由于处在大元器件的阴影下不能接收到足够的热量，从而使部分锡膏未融或冷焊的发生。 氮气热风的作用: （1）防止焊接过程中锡膏的氧化 （2) 使炉子均温,3.0 回焊炉,回流的

10、方式：,红外线焊接 红外+热风（组合） 气相焊（VPS） 热风焊接 热型芯板（很少采用）,回焊炉,回焊炉控制面板,3.1 回焊炉,目前公司所使用的回焊炉,HELLER .TAMURA,3.2 温度曲线的制定（无铅）,A: 预热升温速率13 /sec BC: 过渡区温度170 10 D: 回焊升温速率24 /sec E: 冷却速率34/sec FG: 峰值温度240 255 T1: 预热时间80 10 sec T2: 过渡时间80 10 sec T3: 液相温度上时间3050 sec,3.3 温度曲线制定说明 1,1、Preheat与Soak： （1）作用： 使助焊剂中的挥发性物质完全挥发； 避

11、免锡膏急速软化； 缓和正式加热时的热冲击 促进助焊剂的活化，以清洁Pad。 （2）影响： 预热不足(温度、时间),容易引起锡珠、墓碑及灯芯效应； 预热过度，将引起助焊剂老化和锡粉氧化； 在Soak区，若温度上升得过快，温度难以均匀分布,也易引 起墓碑和灯芯效应。,2、回焊区 回焊区若温度不足，就无法确保充足的熔融焊料与PAD的接触时间，很难获得良好的焊接状态，同时由于熔融焊料内部的助焊剂成份与气体无法排除，因而发生空洞和冷焊。 回焊区Peak温度太高或在液相线上停留时间过长，则熔融的焊料可能会被再次氧化而导致焊点可靠性的降低。氮气炉回焊中，二次氧化的危险性有所下降，但是温度过高或停留时间过长，

12、PCB与零件将承受更大的热冲击。 3、冷却区 冷却速度不宜过快也不宜过慢； 冷却速度过快，熔融焊料没有充足的时间凝固，会导致焊点外部凝固，而内部还处于熔融状态，随后整体凝固后会产生大量应力从而导致Crack。 冷却速度过慢，会导致IMC过度生长，尤其是Ag3Sn。另外，因为元件和PCB热容量的差异，将引起温度分布不均，焊料冷凝时间的差异会导致元件位置挪移，热膨胀率的差异将是板弯曲。,3.3 温度曲线制定说明 2,3.4 有铅与无铅温度曲线的主要区别 1,无铅与有铅的温度曲线之所以不同，主要是由于合金的不同，有铅是锡铅二元合金，而无铅主要是锡银铜三元合金。而且锡铅合金可以组成良好的共熔物。,3.

13、4 有铅与无铅温度曲线的主要区别 2,熔点的差异 典型的有铅焊料SnPb63/37的熔点为183，而无铅焊料SAC305熔点则是217 220 峰值温度的差异 有铅一般控制在235，无铅则需要更高的温度（ 240 255 ） 冷却速率的差异 有铅焊料因为熔点固定，凝固时不会因为凝固时间 的差异而产生内应力，因此冷却速率可以比较随意，只要能保证IMC生长足够就可以了。 无铅焊料因为是三元合金，熔点不固定，另还有其他IMC 杂质产生，可能会影响焊点可靠性，因此冷却速率不能太快也不能太慢，太快则造成焊点外部凝固而内部不能及时凝固而产生热应力，太慢则可能导致大量Ag3Sn的生成，导致焊点脆化。,首先，

14、用于达到所需粘度和丝印性能的溶剂开始蒸发，温度上升必需慢(大约每秒3 C)，以限制沸腾和飞溅，防止形成小锡珠，还有，一些元件对内部应力比较敏感，如果元件外部温度上升太快，会造成断裂。 助焊剂活跃，化学清洗行动开始，水溶性助焊剂和免洗型助焊剂都会发生同样的清洗行动，只不过温度稍微不同。将金属氧化物和某些污染从即将结合的金属和焊锡颗粒上清除。好的冶金学上的锡焊点要求“清洁”的表面。,4.1 理解锡膏的回流过程,当锡膏至于一个加热的环境中，锡膏回流分为五个阶段,当温度继续上升，焊锡颗粒首先单独熔化，并开始液化和表面吸锡的“灯草”过程。这样在所有可能的表面上覆盖，并开始形成锡焊点。 这个阶段最为重要，

15、当单个的焊锡颗粒全部熔化后，结合一起形成液态锡，这时表面张力作用开始形成焊脚表面，如果元件引脚与PCB焊盘的间隙超过4mil，则极可能由于表面张力使引脚和焊盘分开，即造成锡点开路。 冷却阶段，如果冷却快，锡点强度会稍微大一点，但不可以太快而引起元件内部的温度应力。,4.2 理解锡膏的回流过程,重要的是有充分的缓慢加热来安全地蒸发溶剂，防止锡珠形成和限制由于温度膨胀引起的元件内部应力，造成断裂痕可靠性问题。其次，助焊剂活跃阶段必须有适当的时间和温度，允许清洁阶段在焊锡颗粒刚刚开始熔化时完成。 时间温度曲线中焊锡熔化的阶段是最重要的，必须充分地让焊锡颗粒完全熔化，液化形成冶金焊接，剩余溶剂和助焊剂

16、残余的蒸发，形成焊脚表面。此阶段如果太热或太长，可能对元件和PCB造成伤害。锡膏回流温度曲线的设定，最好是根据锡膏供应商提供的数据进行，同时把握元件内部温度应力变化原则，即加热温升速度小于每秒3 C，和冷却温降速度小于5 C。,回流焊接要求总结：,4.3 理解锡膏的回流过程,焊锡球 许多细小的焊锡球镶陷在回流后助焊剂残留的周边上。通常是升温速率太快和太慢的结果，太慢时由于助焊剂载体在回流之前烧完，发生金属氧化。太快时由于溶剂的快速挥发导致锡膏塌陷.这个问题一般可通过曲线温升速率略微提高达到解决。 焊锡珠 经常与焊锡球混淆，焊锡珠是一颗或一些大的焊锡球，通常落在片状电容和电阻周围。虽然这常常是丝印时锡膏过量堆积的结果，但有时可以调节温度曲线解决。通常是升温速率太慢的结果。这种情况下，慢的升温速率引起毛细管作用，将未回流的锡膏从焊锡堆积处吸到元件下面。回流期间