SMT新手入門 MADE BY SEAMAN LUO SMT的定義

SMT新手入門 MADE BY SEAMAN. LUO

SMT的定義

SMT的特点 1. 组装密度高、电子产品体积小、重 2. 3. 4. 5. 量轻，贴片元件的体积和重量只有传统插装元件的1/10左右，一般采用SMT之后，电子产品体积缩小 40%~60%，重量减轻 60%~80%。可靠性高、抗振能力强。焊点缺陷率低。高频特性好。减少了电磁和射频干扰。易于实现自动化，提高生产效率。降低成本达 30%~50%。节省材料、能源、设备、人力、时间等，

为什么要用表面贴装技术(SMT) ？ 1. 电子产品追求小型化，以前使用的穿孔插件 2. 3. 4. 5. 元件已无法缩小电子产品功能更完整，所采用的集成电路(IC) 已无穿孔元件，特别是大规模、高集成IC，不得不采用表面贴片元件，产品批量化，生产自动化，厂方要以低成本高产量，出产优质产品以迎合顾客需求及加强市场竞争力电子元件的发展，集成电路(IC)的开发，半导体材料的多元应用电子科技革命势在必行，追逐国际潮流

SMT有关的技术组成电子元件、集成电路的设计制造技术电子产品的电路设计技术电路板的制造技术自动贴装设备的设计制造技术电路装配制造艺技术装配制造中使用的辅助材料的开发生产技术

SMT表面贴装的步驟第一步为制造着想的产品设计（DFM, Design for Manufacture) 第二步艺流程的控制第三步焊接材料第四步丝印第五步黏合剂/环氧胶及滴胶第六步贴放元件第七步焊接第八步清洗第九步测试/检查第十步返与修理

第一步为制造着想的产品设计（ DFM, Design for Manufacture) 虽然对DFM有各种的定义，但有一个基本点是为大家所认同的，那就是在新产品开发的构思阶段， DFM就必须有具体表现，以求在产品制造的阶段，以最短的周期、最低的成本，达到尽可能高的产量。

第二步艺流程的控制随着作为销售市场上具有战略地位的英特网和电子商务的迅猛发展，OEM面临一个日趋激烈的竞争形势，产品开发和到位市场的时机正在戏剧性的缩短，边际利润的压力事实上已有增加。同时合约加商(CM)发现客户要求在增加：生产必须具有资格并持有执照，产品上的电子元件必需有效用和有可追溯性。这样，文件的存档已成为必不可少的了。

第三步焊接材料理解锡膏及其如何作，将对SMT过程的相互作用有更好的了解。适当的评估技术用来保证与锡膏相联系的生产线的最佳表现。

第四步丝印在表面贴片装配的回流焊接中，锡膏是元件引脚或端点和电路板上焊盘之间的连接介质。除了锡膏本身之外，丝印之中有各种因素，包括丝印机，丝印方法和丝印过程的各个参数。其中丝印过程是重点。

第五步黏合剂 /环氧胶及滴胶必须明确规定黏合剂的稠密度、良好的胶点轮廓、良好的湿态和固化强度、胶点大小。使用CAD或其它方法来告诉自动设备在什么地方滴胶点。滴胶设备必需有适当的精度、速度和可重复性，以达到应用成本的平衡。一些典型的滴胶问题必须在艺设计时预计到

第六步贴放元件今天的表面贴片设备不仅要能够准确贴放各种元件，而且要能够处理日益变小的元件包装。设备必须保持其机动性，来适应可能变成电子包装主流的新元件。设备使用者-OEM和CM-正面临激动人心的时刻，成功的关键在于贴片设备供应商满足顾客要求和在最短的时间内提交产品的能力。

第七步焊接批量回流焊接，过程参数控制，回流温度曲线的效果，氮气保护回流，温度测量和回流温度曲线优化。

第八步清洗清洗时常被描述成“非增值”过程，但这样现实吗？或者是太过简化，以致于阻碍了对复杂事物的仔细思考。没有可靠的产品和最低的成本，一个公司在今天的环球经济中无以生存。因此制造过程中的每一步都必须经过仔细检查以确保其有助于整个成功。

第九步测试 /检查选择测试和检查的策略是基于板的复杂性，包括许多方面：表面贴片或通孔插件，单面或双面，元件数量（包括密脚），焊点，电气与外观特性，这里，重点集中在元件与焊点数量。

第十步返与修理不把返看作“必须的不幸”，开明的管理者明白，正确的具和改进的技术员培训的结合，可使返成为整个装配序中一个高效和有经济效益的步骤。

錫膏 1. 前言 2. 錫膏的種類 3. 錫膏的成份 4. 錫膏的選擇 5. 錫膏的檢測標準規範 6. 錫膏的使用方法及操作程序 7. 表面黏著組裝實務之影響

前言 *PCB之組裝製程主要分為兩種，表面黏著技術(SMT solder)及傳統波銲過錫爐(wave solder)。在西元1992年前不論SMT或wave solder全部都使用CFC為溶劑將助銲劑洗掉，自從 1996年 1月1日禁產CFC後， wave solder製程已由CFC改用HCFC、水洗及免洗製程；但在SMT solder方面，超過7成以上業者已改成免洗製程。 *SMT技術之主要製程是在PCB銲墊(PAD)上印上錫膏後，將SMT零件放在錫膏上，再經過高溫reflow把SMT零件銲在PCB上面。以往用CFC溶劑清洗flux，如此不會影響銲點及電性；但在免洗製程中 SMT錫膏之助銲能力不能太強，否則會增加兩個相近零件之表面絕緣阻抗，而使漏電流變大，導致整個電子系統無法正常運作，嚴重者可能會腐食錫點，所以使用免洗flux之錫膏於SMT時必須要執行 S. I. R(表面絕緣阻抗)的測試。 *由此可知在免洗製程中，SMT所用於錫膏內flux之活性不能太強，因此為彌補SMT免洗製程中之flux助銲能力的不足，必須從其他方面著手才能使免洗製程的良率和以前使用CFC清洗flux的製程一樣好

錫膏的種類 *目前在SMT製程上所使用之錫膏主要分為RA(清洗型)及RMA(免洗型), 這兩種錫膏主要之最大差異, 在於錫膏當中之助銲劑其活性的強弱來區分, 一般來說, 由於RA 型錫膏需經過清洗之動作, 因此活性較強, 銲錫性也較好: 反之, RMA型錫膏因無需清洗, 而為了保持產品“可靠度”, 不被銲後殘留之殘渣所腐蝕, 所以其活性較弱, 銲錫性也較差, 因而需在N 2的環境下才能維持產品的良率。 *何謂活性的強弱, 其區別主要在於錫膏助銲劑當中添加了多少比例的活性劑, 也就是添加了多少的鹵素(氯、溴、氟)或有機酸, 依照目前現有的國際檢測之標準規範或研院測試所依照之規範, 皆以IPC-TM-650規範為基準, 但是由於各種規範並未明定錫膏當中鹵素添加量不得超過的比例, 因此所有RMA型錫膏皆須通過一些定性測試, 如“銅鏡試驗”、“銅板腐蝕試驗”、“鉻酸銀試驗”, 以上為迴銲前之測試, 而在迴銲後之基板, 更需要進行表面絕緣阻抗(S. I. R)測試。 *簡單來說, RA型的錫膏不論在“光澤度”、“銲錫性”都優於RMA型錫膏, 但是在“電器的信賴性(可靠度)”卻不如RMA型, 但由於環保意識的高漲, 因而不得不導入免洗製程, 也迫使錫膏廠商必須忍痛降低錫膏的活性(RMA型), 以確保產品的可靠度, 因此廠商在選擇錫膏的同時, 務必注意到“活性劑添加量”的數據。

錫膏的成份錫膏的組成主要是由特定的錫粉合金與助銲劑共同構築形成的物質。在此將以此二大類加以簡述如下: 錫粉合金: 目前市面上所用之錫粉合金主要以Sn 63: Pb 37、Sn 62: Pb 36: Ag 2的成份為主; 錫粉形狀為球形或橢圓形; 錫粉粒徑為 20 -45、25 -45或 20 -38µm; 選擇何種合金成份或粒徑之錫粉, 需依照產品零件的特性來決定。助銲劑: 由於各家廠商所使用之成份不同, 在此僅就其作用加以簡述。 1. 松香(rosin)/樹脂(Resin): 可分為天然及合成兩種 2. 溶劑(solvent): 用以調整(降低)錫膏黏度 3. 活性劑(activator): 用以清除待銲金屬表面上的氧化物 4. 增稠劑(thickeners): 用以調整(增加)錫膏黏度 5. 流變劑(rheological additives): 用以防止錫膏在印刷後發生崩塌現象 6. 其它添加劑: 各家廠牌錫膏之不同配方在廠商所提供之錫膏成份分析表中, 必須詳實記載的項目分別為: “錫粉合金之比例”、“金屬與助銲劑之比例”、“錫粉粒徑”、“錫膏黏度”以及最為重要的“鹵素(活性劑)含有量”。以下將以圖片及文字再輔助說明

何謂 Solder Paste

Solder Paste (Solder Powder) 錫粉的製造方式

Solder Paste (Solder Powder) 錫粉於顯微鏡底下的放大圖示(此為真球狀錫粉, 另外也有不定形狀的錫粉, 目前已經很少在使用)

錫膏的選擇 *在SMT製程中，欲製造出一項完美的產品，良率的提升，除了錫膏之外，有關印刷作業中各項設定數據. 鋼板的開法. 零件置取機. 迴銲爐. 溫度設定. . 等，都有密切關聯，但是在設備條件無法變動下，我們勢必要學習如何以錫膏的特性及數據設定的變更來解決問題。 *首先了解產品名稱，基板的種類，零件的種類，根據調查目前基板主要有：噴錫板. 鍍(化)金板. 鍍K金板. 鍍鎳板. 裸銅板. 軟板，其中前兩項較容易生產，後四項問題較多；零件上以SOP. QFP零件腳尾端及connector鍍金腳的吃錫狀態為常見問題，另外CHIP(0402)的立碑問題及BGA空銲問題也時常發生，因此初期可藉由這幾點來解決問題的所在。 *大部分RMA型錫膏，最主要的弱點，在於其銲錫性的表現較差，最大的關鍵點就是鹵素的含有量，所以我們必須向客戶強調，新產品的銲錫性在零件腳的爬升性、包覆性、光澤度…. 等，在未開啟N 2的情況下，絕對有把握達到RMA型在N 2情況下，所展現的吃錫狀態。 *以下圖示為SMT流程圖及錫膏使用上應注意事項的圖示, 若能確實做好, 將有助於提高產品的良率

Solder Paste ( Required Properties)

表面黏著製程之圖示

Solder Paste

錫膏的檢測標準規範目前較具公信力檢測錫膏之規範有許多種, 如IPC、JIS、QQ、MIL…. 等, 由於國內較具公信力的檢測單位“ 研院”主要是以IPC之標準規範為基準, 所以在此將就IPC規範當中所列舉之測試方法作一簡述如下: 1. 銅鏡試驗法: 本法是用以檢查助銲劑腐蝕性的強弱，其做法是在一長方型的玻璃片上，以真空蒸著方式塗上一層薄銅，再滴以標準的助銲劑及所欲檢測的助銲劑，然後置於環境控制的溫濕箱中 24小時，以比較各受檢者的腐蝕程度如何。(依IPC-TM-650, 2、3、 32) 2. 鉻酸銀試驗: 助銲劑或其抽出液之腐蝕性如何，可按IPC-TM-650中的2、3、33之試紙法去進行檢測。 3. 鹵化物含量: 助銲劑腐蝕性的程度如何，可透過鹵化物含量之檢測而加以評估。即以助銲劑固形物中氯的等值含量作為具體表達之方式。助銲劑之固形物須按4、3、2節加以測定，而鹵化物之檢測則可按IPC-TM-650中 2、3、35法去進行。 4. 表面絕緣組抗(SIR): 助銲劑殘渣在已清洗或未清洗的情況下, 需經過168 hr, 85℃ 85%RH 之測試條件下, 其最終測試之表面阻抗值要大於 100 MΩ, 可按IPC-TM-6505中 2、6、3、3 法去進行。重要說明：在JIS及QQ的規範中, 有另外測試水溶液抵抗這個項目, 其最初及最終的測試值均需大於 100, 000Ω CM

錫膏的使用方法及操作程序 (1)、保存方法成品保管要控制在 0 -10℃的環境下。使用期限為 5個月(未開封)。不可放置於陽光照射處。 (2)、操作注意事項非作業者不可操作使用。使用時須戴手套和眼鏡等保護用具。若與皮膚接觸時, 使用乙醇或IPA…等溶劑擦拭。 (3)、使用方法開封前須將溫度調回使用環境溫度上, 回溫時間 2 -3小時, 禁止使用其它加熱器使其溫度上昇的作法。開封後須充份攪拌, 使用攪拌機時間為 1 -3 min, 視攪拌機機種而定。當天未使用完之錫膏, 不可與尚未使用之錫膏共同置放, 應另外存放在別的容器之中, 以確保品質的穩定性。錫膏印刷在基板後, 建議於 6 -8小時內置放零件完成部品著裝。室內溫度請控制在 22 -28℃, 濕度RH 30 -60%為最好作業環境。欲擦拭印刷錯誤的基板, 建議使用乙醇、IPA或去漬油等。如需調整錫膏黏度時, 請使用專用稀釋劑SLOV-H。

表面黏著組裝實務之影響在實際組裝的情況下, 將朝向印刷性、銲錫性及信賴性三大類作一探討： 1、印刷性： a. 粉末粒徑與鋼版的開口大小的相關性 b. 黏度及黏著指數(Thixotropy)與鋼版脫模的關連性 c. 黏度與溫度的關連性 2. 、銲錫性： a. 活性劑的添加量 b. 活性劑的種類(鹵素及有機酸) c. Reflow的溫度 3. 、信賴性： a. 清洗或免清洗 b. SIR(表面絕緣阻抗) c. 活性劑的殘留量

印刷機(PRINTER) MPM 2000 MPM 3000

MPM 2000/3000印刷機比較 General Board Handling Print Head Stencil Squeegee Vision system Program

General Model Ultraprint 3000 Hi. E Ultraprint 2000 Hi. E Length 63 63 (inches) Width 63 46 (inches) Height 60 64 (inches) Automation Fully automatic

Board Handling

Print Head

Stencil

Squeegee

Vision system

Program

贴片机的種類拱架型(Gantry): QP 242, QP 341 转塔型(Turret): CP 642, CP 643, CP 742

拱架型(Gantry)的特點(一) 1. 元件送料器、基板(PCB)是固定的，贴片头(安装多个真 2. 空吸料嘴)在送料器与基板之间来回移动，将元件从送料器取出，经过对元件位置与方向的调整，然后贴放于基板上。由于贴片头是安装于拱架型的X/Y坐标移动横梁上，所以得名。对元件位置与方向的调整方法： 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。

拱架型(Gantry)的特點(二) 1. 这种形式由于贴片头来回移动的距离长，所以速度受到限制。现在一般采用多个真空吸料嘴同时取料(多达上十个)和采用双梁系统来提高速度，即一个梁上的贴片头在取料的同时，另一个梁上的贴片头贴放元件，速度几乎比单梁系统快一倍。但是实际应用中，同时取料的条件较难达到，而且不同类型的元件需要换用不同的真空吸料嘴，换吸料嘴有时间上的延误。 2. 这类机型的优势在于：系统结构简单，可实现高精度，适于各种大小、形状的元件，甚至异型元件，送料器有带状、管状、托盘形式。适于中小批量生产，也可多台机组合用于大批量生产。

转塔型(Turret)的特點(一) 1. 元件送料器放于一个单坐标移动的料车上，基板(PCB)放于一个X/Y坐标系统移动的作台上，贴片头安装在一个转塔上，作时，料车将元件送料器移动到取料位置，贴片头上的真空吸料嘴在取料位置取元件，经转塔转动到贴片位置(与取料位置成 180度)，在转动过程中经过对元件位置与方向的调整，将元件贴放于基板上。 2. 对元件位置与方向的调整方法： 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。

转塔型(Turret)的特點(二) 1. 一般，转塔上安装有十几到二十几个贴片头，每个贴片头上安装2~4个真空吸嘴(较早机型)至 5~6个真空吸嘴(现在机型)。由于转塔的特点，将动作细微化，选换吸嘴、送料器移动到位、取元件、元件识别、角度调整、作台移动(包含位置调整)、贴放元件等动作都可以在同一时间周期内完成，所以实现真正意义上的高速度。目前最快的时间周期达到 0. 08~0. 10秒钟一片元件。 2. 此机型在速度上是优越的，适于大批量生产，但其只能用带状包装的元件，如果是密脚、大型的集成电路(IC)，只有托盘包装，则无法完成，因此还有赖于其它机型来共同合作。这种设备结构复杂，造价昂贵，最新机型约在US$50万，是拱架型的三倍以上。