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1、核心工艺能力建设知识讲义SMTSMT关键工序的工艺控制关键工序的工艺控制 1. 1.印刷工艺印刷工艺 2.2.贴装元件工艺贴装元件工艺 3.3.焊接原理和再流焊工艺焊接原理和再流焊工艺一一. .施加焊膏工艺施加焊膏工艺施加焊膏是施加焊膏是SMTSMT的关键工序的关键工序 施加焊膏是保证施加焊膏是保证SMTSMT质量的关键工序。目前一质量的关键工序。目前一般都采用模板印刷。般都采用模板印刷。 据资料统计，在据资料统计，在PCBPCB设计正确、元器件和印制设计正确、元器件和印制板质量有保证的前提下，表面组装质量问题中有板质量有保证的前提下，表面组装质量问题中有60%-80%60%-80%的质量问题
2、出在印刷工艺。的质量问题出在印刷工艺。了解印刷原理，提高印刷质量了解印刷原理，提高印刷质量1. 1. 印刷焊膏的原理印刷焊膏的原理 焊膏和贴片胶都是触变流体，具有粘性。当刮刀以焊膏和贴片胶都是触变流体，具有粘性。当刮刀以一定速度和角度向前移动时，对焊膏产生一定的压力，一定速度和角度向前移动时，对焊膏产生一定的压力，推动焊膏在刮板前滚动，产生将焊膏注入网孔或漏孔所推动焊膏在刮板前滚动，产生将焊膏注入网孔或漏孔所需的压力，焊膏的粘性摩擦力使焊膏在刮板与网板交接需的压力，焊膏的粘性摩擦力使焊膏在刮板与网板交接处产生切变，切变力使焊膏的粘性下降，使焊膏顺利地处产生切变，切变力使焊膏的粘性下降，使焊膏顺
3、利地注入网孔或漏孔。注入网孔或漏孔。刮板刮板 焊膏焊膏模板模板PCB PCB a a焊膏在刮板前滚动前进焊膏在刮板前滚动前进 b b产生将焊膏注入漏孔的压力产生将焊膏注入漏孔的压力 c c切变力使焊膏注入漏孔切变力使焊膏注入漏孔 X X Y F Y F 刮刀的推动力刮刀的推动力F F可分解为可分解为 推动焊膏推动焊膏前进分力前进分力X X和和 将焊膏注入漏孔的将焊膏注入漏孔的压力压力Y Y d d焊膏释放（脱模）焊膏释放（脱模）图图1-3 1-3 焊膏印刷原理示意图焊膏印刷原理示意图 焊膏在刮板前滚动，才能产生将焊膏注入开口的压力焊膏在刮板前滚动，才能产生将焊膏注入开口的压力刮板刮板 焊膏焊膏
4、 印刷时焊膏印刷时焊膏填充填充模板开口的情况模板开口的情况脱模焊膏滚动焊膏滚动2. 2. 影响焊膏脱模质量的因素影响焊膏脱模质量的因素(a) (a) 模板开口尺寸：开口面积模板开口尺寸：开口面积B B与开口壁面积与开口壁面积A A比比0.660.66时时焊膏释放焊膏释放（脱模）顺利。（脱模）顺利。 面积比面积比0.660.66，焊膏释放体积百分比焊膏释放体积百分比80%80% 面积比面积比0.50.5，焊膏释放体积百分比焊膏释放体积百分比 60%60%(b) (b) 焊膏黏度：焊膏与焊膏黏度：焊膏与PCBPCB焊盘之间的粘合力焊盘之间的粘合力FsFs焊膏与开口壁之焊膏与开口壁之间的摩擦力间的摩
5、擦力FtFt时时焊膏释放顺利。焊膏释放顺利。(c) (c) 开口壁的形状和光滑度：开口壁光滑、喇叭口向下或垂直时开口壁的形状和光滑度：开口壁光滑、喇叭口向下或垂直时焊焊膏释放顺利。膏释放顺利。 图图1-4 1-4 放大后的放大后的焊膏印刷脱模示意图焊膏印刷脱模示意图F Fs s焊膏与焊膏与PCBPCB焊盘之间的焊盘之间的粘合力：粘合力：与开口面积、焊膏黏度有关与开口面积、焊膏黏度有关F Ft t焊膏与开口壁之间的焊膏与开口壁之间的摩檫阻力：摩檫阻力：与开口壁面积、与开口壁面积、光滑度有关光滑度有关AA焊膏与模板焊膏与模板开口壁开口壁之间的接触之间的接触面积面积；BB焊膏与焊膏与PCBPCB焊盘
6、之间的接触面积焊盘之间的接触面积( (开口面积开口面积) )PCB开口壁面积A开口面积B (a) (a) 垂直开口垂直开口 (b) (b) 喇叭口向下喇叭口向下 (c) (c) 喇叭口向上喇叭口向上 易脱模易脱模 易脱模易脱模 脱模差脱模差图图1-5 1-5 模板模板开口形状示意图开口形状示意图3. 3. 刮刀材料、形状及印刷方式刮刀材料、形状及印刷方式(a) (a) 刮刀材料刮刀材料 橡胶（聚胺酯）刮刀橡胶（聚胺酯）刮刀 橡胶刮刀有一定的柔性，用于丝网印刷以及模板表面不太平整橡胶刮刀有一定的柔性，用于丝网印刷以及模板表面不太平整、例如经过减薄处理（有凹面）的模板印刷。、例如经过减薄处理（有凹
7、面）的模板印刷。 橡胶刮刀的硬度：橡胶刮刀的硬度： 肖氏（肖氏（shoreshore）7575度度 8585度。度。 金属刮刀金属刮刀 金属刮刀耐磨、使用寿命长（约金属刮刀耐磨、使用寿命长（约1010万次，是万次，是聚胺酯的聚胺酯的1010倍左右倍左右）。用于平整度好的金属模板印刷；适宜各种间距、密度的印刷，。用于平整度好的金属模板印刷；适宜各种间距、密度的印刷，特别对窄间距、高密度印刷质量比较高，而且使用寿命长，应用特别对窄间距、高密度印刷质量比较高，而且使用寿命长，应用最广泛。最广泛。 (b) (b) 刮刀形状和结构刮刀形状和结构 橡胶刮刀的形状有菱形和拖尾形两种。橡胶刮刀的形状有菱形和拖
8、尾形两种。 菱形刮刀菱形刮刀是将是将10mm10mm10mm10mm的方形聚胺脂夹在支架中间，的方形聚胺脂夹在支架中间，前后呈前后呈4545角。菱形刮刀可采用单刮刀作双向印刷。刮刀在每角。菱形刮刀可采用单刮刀作双向印刷。刮刀在每个行程末端可跳过焊膏。菱形刮刀的焊膏量不易控制，并容易个行程末端可跳过焊膏。菱形刮刀的焊膏量不易控制，并容易污染刮刀头。污染刮刀头。 拖尾形刮刀拖尾形刮刀一般都采用双刮刀形式。刮刀的角度一般为一般都采用双刮刀形式。刮刀的角度一般为4545 60 60。 RUB METRUB MET 橡胶刮刀橡胶刮刀 金属刮刀金属刮刀 图图2-7 2-7 各种不同各种不同形状的刮刀示意图
9、形状的刮刀示意图手动刮刀(d) (d) 印刷方式印刷方式 单向印刷单向印刷（刮刀只能作一个方向印刷）（刮刀只能作一个方向印刷） 单向印刷时有一块刮刀是印刷用的，另一块刮刀是作为回料单向印刷时有一块刮刀是印刷用的，另一块刮刀是作为回料用的；用的； 双向印刷双向印刷 双向印刷时两块刮板进行交替往返印刷。双向印刷时两块刮板进行交替往返印刷。4. 4. 影响印刷质量的主要因素影响印刷质量的主要因素 a a 首先是模板质量首先是模板质量模板印刷是接触印刷，因此模板厚度模板印刷是接触印刷，因此模板厚度与开口尺寸确定了焊膏的印刷量。焊膏量过多会产生桥接，焊与开口尺寸确定了焊膏的印刷量。焊膏量过多会产生桥接，
10、焊膏量过少会产生焊锡不足或虚焊。模板开口形状以及开口是否膏量过少会产生焊锡不足或虚焊。模板开口形状以及开口是否光滑也会影响脱模质量。光滑也会影响脱模质量。 b b 其次是焊膏质量其次是焊膏质量焊膏的黏度、印刷性（滚动性、转移焊膏的黏度、印刷性（滚动性、转移性）、触变性、常温下的使用寿命等都会影响印刷质量。性）、触变性、常温下的使用寿命等都会影响印刷质量。 c c 印刷工艺参数印刷工艺参数刮刀速度、刮刀压力、刮刀与网板的角刮刀速度、刮刀压力、刮刀与网板的角度以及焊膏的黏度之间都存在一定的制约关系，因此只有正确度以及焊膏的黏度之间都存在一定的制约关系，因此只有正确控制这些参数，才能保证焊膏的印刷质
11、量。控制这些参数，才能保证焊膏的印刷质量。 d d 设备精度方面设备精度方面在印刷高密度窄间距产品时，印刷机的印在印刷高密度窄间距产品时，印刷机的印刷精度和重复印刷精度也会起一定的作用。刷精度和重复印刷精度也会起一定的作用。 e e 环境温度、湿度、以及环境卫生环境温度、湿度、以及环境卫生环境温度过高会降低焊环境温度过高会降低焊膏黏度，湿度过大时焊膏会吸收空气中的水分，湿度过小时会加膏黏度，湿度过大时焊膏会吸收空气中的水分，湿度过小时会加速焊膏中溶剂的挥发，环境中灰尘混入焊膏中会使焊点产生针孔速焊膏中溶剂的挥发，环境中灰尘混入焊膏中会使焊点产生针孔。 （一般要求环境温度（一般要求环境温度233
12、233，相对湿度，相对湿度454570%70%） 从以上分析中可以看出，影响印刷质量的因素非常从以上分析中可以看出，影响印刷质量的因素非常多，而且印刷焊膏是一种多，而且印刷焊膏是一种动态工艺动态工艺。 焊膏的量随时间而变化，如果不能及时添加焊膏的焊膏的量随时间而变化，如果不能及时添加焊膏的量，会造成焊膏漏印量少，图形不饱满。量，会造成焊膏漏印量少，图形不饱满。 焊膏的黏度和质量随时间、环境温度、湿度、环境卫焊膏的黏度和质量随时间、环境温度、湿度、环境卫生而变化；生而变化； 模板底面的清洁程度及开口内壁的状态不断变化；模板底面的清洁程度及开口内壁的状态不断变化； 5. 5. 提高印刷质量的措施提
13、高印刷质量的措施 (1)(1)加工合格的模板加工合格的模板 (2)(2)选择适合工艺要求的焊膏并正确使用焊膏选择适合工艺要求的焊膏并正确使用焊膏 (3)(3)印刷工艺控制印刷工艺控制(1)(1)加工合格的模板加工合格的模板 模板厚度与开口尺寸基本要求模板厚度与开口尺寸基本要求: : （IPC7525IPC7525标准）标准） T WT W L L 宽厚比宽厚比: : 开口宽度开口宽度(W)/(W)/模板厚度模板厚度(T)(T)1.51.5 面积比面积比: : 开口面积开口面积(WL)/(WL)/孔壁面积孔壁面积2(L+W)T 2(L+W)T 0.660.66 蚀刻钢板：过度蚀刻或蚀刻不足蚀刻钢
14、板：过度蚀刻或蚀刻不足蚀刻钢板：过度蚀刻或蚀刻不足蚀刻钢板：过度蚀刻或蚀刻不足过度蚀刻过度蚀刻开口变大开口变大蚀刻不足蚀刻不足开口变小开口变小孔壁粗糙影响焊膏释放孔壁粗糙影响焊膏释放窄间距时可采用激光窄间距时可采用激光+ +电抛光工艺电抛光工艺模板开口方向与刮刀移动方向模板开口方向与刮刀移动方向 与刮刀移动方向垂直的模板开口，因刮刀通过的时间短与刮刀移动方向垂直的模板开口，因刮刀通过的时间短，焊膏难以被填入，常造成焊膏量不足。因此，焊膏难以被填入，常造成焊膏量不足。因此，为了使为了使与刮刀移动方向垂直与平行的模板开口的焊膏量相等，与刮刀移动方向垂直与平行的模板开口的焊膏量相等，应应加大垂直方向
15、的模板开口尺寸加大垂直方向的模板开口尺寸。 模板开口长度方向与刮刀移动方向垂直模板开口长度方向与刮刀移动方向平行平行垂直(2)(2)焊膏的选择方法焊膏的选择方法 不同的产品要选择不同的焊膏。不同的产品要选择不同的焊膏。（a a）根据产品本身的价值和用途，高可靠产品选择高质量的焊膏。）根据产品本身的价值和用途，高可靠产品选择高质量的焊膏。（b b）根据）根据PCBPCB和元器件存放时间和表面氧化程度选择焊膏的活性。和元器件存放时间和表面氧化程度选择焊膏的活性。 一般采用一般采用RMARMA级；高可靠性产品选择级；高可靠性产品选择R R级；级；PCB PCB 、元器件存放时间长、元器件存放时间长，
16、表面严重氧化，应采用，表面严重氧化，应采用RARA级，焊后清洗。级，焊后清洗。（c c）根据组装工艺、印制板、元器件的具体情况选择合金组分。）根据组装工艺、印制板、元器件的具体情况选择合金组分。 一般镀铅锡印制板采用一般镀铅锡印制板采用63Sn/37Pb63Sn/37Pb；钯金或钯银厚膜端头和引脚可；钯金或钯银厚膜端头和引脚可焊性较差的元器件、要求焊点质量高的印制板采用焊性较差的元器件、要求焊点质量高的印制板采用62Sn/36Pb/2Ag62Sn/36Pb/2Ag；水金板一般不要选择含银的焊膏；水金板一般不要选择含银的焊膏；( (金与焊料中的锡形成金锡间共价金与焊料中的锡形成金锡间共价化合物化合物AuSn4AuSn4，焊料中金的含量超过，焊料中金的含量超过3%3%会使焊点变脆，用于焊接的金会使焊点变脆，用于焊接的金层厚度层厚度 1m1m。) )（d d）根据产品对清洁度的要求来选择是否采用免清洗。）根据产品对清洁度的要求来选择是否采用免清洗。 免清洗工艺要选用不含卤素或其它强腐蚀性化合物的免清洗工艺要选用不含卤素或其它强腐蚀性化合物的焊膏；焊膏； 高可靠、航天、军工、仪器仪表以及涉及生
