SMT工艺介绍

SMT工艺介绍（http：// 010-********）第一步：电路设计计算机辅助电路板设计已经不算是什么新事物了。

我们一直是通过自动化和工艺优化，不断地提高设计的生产能力。

对产品各个重要的组成部分进行细致的分析，并且在设计完成之前排除错误，因此，事先多花些时间，作好充分的准备，能够加快产品的上市时间。

新产品引进（NPI）是针对产品开发、设计和制造的结构框架化方法，它可以保证有效地进行组织、规划、沟通和管理。

在指导制造设计（DFM）的所有文件中，都必须包含以下各项：•SMT和穿孔元件的选择标准；•印刷电路板的尺寸要求；•焊盘和金属化孔的尺寸要求；•标志符和命名规范；•元件排列方向；•基准；•定位孔；•测试焊盘；•关于排板和分板的信息；••对印刷线的要求;•对通孔的要求；•对可测试设计的要求；（http：// 010-********）•行业标准，例如，IPC-D-279、IPC-D-326、IPC-C-406、IPC-C-408和IPC-7351。

如要了解这方面的详细信息，请到网址：上查看相关的IPC技术规范。

在设计具有系统内编程（ISP）功能的印刷电路板时，需要做一些初步的规划，这样做能够减少电路板设计的反复次数。

工程师可以从几个方面对印刷电路板进行优化，以便在生产线上进行（ISP）编程。

工程师可以辨别电路板上的可编程元件。

不是所有的器件都可以进行系统内编程的，例如，并行器件。

设计工程师首先要仔细地阅读每个元件的编程技术规范，然后再布置管脚的连线，要能够接触到电路板上的管脚。

另一个步骤是，确定可编程元件在生产过程中是如何把电源加上去，而且还要弄清楚制造商比较喜欢使用哪些设备来编程。

此外，还应当考虑信息追踪，例如，关于配置的数据。

只要使用得当，电路板设计和DFM就可以有效地保证产品的制造和测试，缩短并且降低产品研发的时间、成本和风险。

不准确的电路板设计可能会危及最终产品的质量和可靠性，因此，设计工程师必须充分了解DFM的重要性。

第二步：工艺控制（http：// 010-********）工艺控制是防止出现缺陷最有效的手段，同时，它可以在整个组装生产线上进行追踪。

随着全球化趋势的发展，越来越多公司在世界各地建立了工厂，他们需要对生产进行有效的控制，更重要的是对供应链进行有效的管理。

尺寸更小、更精密的组件，无铅的使用，以及高可靠性的产品，这些因素综合起来，使工艺控制变得更复杂。

消除可能出现的人为错误就可以减少缺陷。

统计工艺控制（SPC）可以用来测试工艺和监测由于一般原因和特定原因而出现的变化。

需要使用若干SPC工具来发挥工艺控制的长处。

我们还应当使用SPC来稳定新工艺并改进现有的工艺。

工艺控制还可以实现并且保持预的工艺水平、稳定性和重复性。

它依靠统计工具进行测试、反馈和分析。

工艺控制的最基本内容是：•控制项目：需要监测的工艺或者机器；•监测参数：需要监测的控制项目；•检查频率：检查间隔的数量或者时间；•检查方法：工具和技术；•报告格式：SPC图表；•数据类型：属性或者易变的数据；•触发点：会发生变化的点。

随着无铅电子产品的出现，对工艺控制提出了新的要求：对材料进行追踪。

产品的价格越来越低、质量的要求越来越高，这要求在整个组装工艺中进行更严格的控制。

在各个领域，需要进行追踪。

关键的一环是材料的追踪。

通过材料追踪系统，我们可以了解车间中材料的状况和它们的位置，一目了然。

在合金混合使用的情况下，组件追踪也非常重要。

把无铅组件和锡铅组件错误地放在一起，可能会造成十分严重的后果。

工艺控制的其它内容包括：•设备的校准；（http：// ）•用好的电路板作为对照，找出缺陷；•机器的重复性；•系统之间的开放型软件接口；•生产执行系统（MES）；•企业资源规划。

工艺工程师必须在引进新产品（NPI）的过程中，研究制定完整有效的装配工艺和高质量的规划。

机器软件和数据结构的开发要同时进行，接口必须是开放的，这样，工程师就可以在多条生产线上同时设计、控制和监测SMT工艺。

要提高质量，首先需要一套计划，一组不同于具体标准的目标，各种测试工具，以及作出改变并且通过交流来提高最终产品质量的方法。

第三步：焊接材料（http：// ）多年来，我们在生产中一直使用锡铅焊料，现在，在欧盟和中国销售的产品要求改用无铅焊料合金。

虽然有许多无铅焊料可供选择，不过，锡银铜（SAC）焊料合金已经成为首选的无铅焊料。

焊料有很多种类型的产品，有焊钖条、焊锡块、焊锡丝、焊锡粉末、成型焊锡、焊锡球和焊膏。

焊接工艺使用各种不同的助焊剂，最常见的有：松香、轻度活性剂（RMA）和有机酸助焊剂。

助焊剂基本分为两种：一种需要用水或者清洗溶剂来清洗的助焊剂，另一种是免清洗助焊剂。

这个行业之所以选择（SAC），主要是从以下几个方面考虑：•低熔点：在加热时，低熔点合金在从固态变成液态，没有经过“糊状”阶段。

最初，正是这个原因使许多行业组织认为（SAC）是最适合的低熔点合金。

后来的工作表明，如果（SAC）合金的温度只要稍稍偏离这个低熔点，就可以大量地减少失效，例如，无源分立组件一端立起的问题。

最理想的合金是（SAC305），其中银占3.0%，铜占0.5%，其余是锡。

•熔点：焊料合金的熔点或者液相线会因它的金相成分而发生变化。

SAC305或者其他近低熔点无铅焊料的熔点大约是217℃。

•合金价格：由于银的价格很高，在合金中银的含量最好少一些。

对于焊膏来说，这并不是什么大问题因为焊膏制造工艺的价格远远高于材料的价格。

不过，对于波峰焊，无铅焊料的价格比较高。

•锡须：组件引脚上的无铅表面含的铅可能会引起锡须。

•湿润特性：与锡铅或者传统的低熔点焊料合金相比，无铅焊料合金的湿润能力较差。

自动对正：由于无铅合金的湿润能力明显不如锡铅合金，因此它们也无法自动对正。

因此，在再流焊中焊钖球对准的几率较低。

•流变性：焊料的粘性和表面张力是一个需要重视的问题，而且，在选择新的无铅焊膏时，首先要对粘性和表面张力进行评估。

•可靠性：焊点的可靠性是无铅技术需要考虑的一个紧迫问题。

无铅焊点比较脆，一旦受到撞击或者掉到地上很容易损坏。

不过，在压力较低的情况下，SAC的可靠性与锡铅合金相当，甚至更好。

另外，无铅焊料合金的长期可靠性很值得商榷，因为关于这种合金我们还没有象锡铅焊料合金那样的可靠性数据。

•IPC标准：J-ST D-002/003、JSTD-004/005/006、I PC-TP-1043/1044（关于所有IPC 标准的详细资料，请访问网址：）。

第四步：印刷（http：// ）焊膏印刷工艺包括一系列相互关联的变量，但是为了达到预期的印刷质量，印刷机起着决定性的作用。

对于一个应用，最好的办法是选择一台符合具体要求的丝网印刷机。

在手动或者半自动印刷机中，是通过手工用刮刀把焊膏放到模板/丝网的一端。

自动印刷机会自动地涂布焊膏。

在接触式印刷过程中，电路板和模板在印刷过程中保持接触，当刮刀在模板上走过时，电路板和模板是没有分开的。

在非接触式印刷过程中，丝网在刮刀走过之后剥离或者脱离电路板，在焊膏涂布完了之后回到最初的位置。

网板与电路板的距离和刮刀压力是两个与设备有关的重要变量。

刮刀磨损、压力和硬度决定了印刷质量。

它的边缘应当锋利而且是直的。

刮刀的压力较低，这会造成印刷遗漏和边缘粗糙；而刮刀的压力高或者刮刀软，印刷到焊盘上的焊膏会模糊不清，而且可能会损坏刮刀、模板或者丝网。

双倍厚度的模板可以把适当数量的焊膏加到微间距组件焊盘和标准焊表面安装组件焊盘。

这要用橡皮刮刀迫使焊膏进入模板上的小孔。

使用金属刮刀可以防止焊膏体积出现变化，但是需要修改模板上孔的设计，避免把过多的焊膏涂在微间距焊盘上。

模板孔的宽度与厚度之比最好是1:1.5，这样可以防止出现堵塞。

化学蚀刻模板：可以用化学蚀刻在金属模板和柔性金属模板的两侧进行蚀刻。

在这个工艺中，蚀刻是在规定的方向上（纵向和横向）进行。

这些模板的壁可能并不平整，需要电解抛光。

激光切割模板：这种削切工艺会生成一个模板，它直接使用G e r b e r文件产生激光。

我们可以调整文件中的数据来改变模板的尺寸。

电铸成型的模板：这是附加工艺，它把镍沉积到铜基板上，形成小孔。

在铜箔上形成一层光敏干薄膜。

在显影后，得到底片。

只有模板上的小孔会被光阻剂所覆盖。

光阻剂四周的镍电镀层会增加，直至形成模板。

在达到预定的厚度后，再把光阻剂从小孔中除去，电铸成型的镍箔与铜基板分离，然后再把铜基板拿开。

要想得到最理想的印刷效果，需要把正确的焊膏材料、工具和工艺妥善地结合起来。

最好的焊膏、设备和使用方法还不能保证得到最理想的印刷效果。

用户还必须控制好设备的变化。

第五步：粘合剂/环氧化树脂与点胶技术（http：// ）环氧化树脂粘合剂的涂敷能力好、胶点的形状和尺寸一致、湿润性和固化强度高、固化快、有柔性，而且能够抗冲击。

它们还适合高速涂敷非常小的胶点，在固化后电路板的电气特性良好。

粘接强度是粘合剂性能中最重要的参数。

组件和印刷电路板的粘接度，胶点的形状和大小，以及固化程度，这些因素将决定粘接强度。

流变性会影响环氧化树脂点的形成，以及它的形状和尺寸。

为了保证胶点的形状合乎要求，粘合剂必须具有触变性，意思是粘合剂在搅动时会越来越稀薄，而在静止时则越来越稠。

在建立可重复使用的粘合剂涂敷系统时，最重要的一点是如何把各种正确的流变特性结合起来。

粘合剂是按照电气、化学或者固化特性，以及它的物理特性分类。

导电性粘合剂和非导电性粘合剂用在表面安装上。

自动涂敷系统的适用范围很广，从简单的涂布胶水到要求严格的材料涂布，例如，涂布焊膏、表面安装粘合剂（SMA）、密封剂和底部填充胶。

注射式点胶机可以用手动或者气动的办法控制。

由注射技术发展而来的产品，具有精确、可重复和稳定的特点。

目前有几种不同类型的阀适合注射点胶机，包括扣管点胶笔，还有隔膜、喷雾、针、滑阀和旋转阀。

针在台式涂敷设备中也是一个重要的组件。

精确涂敷需要使用金属涂敷针。

针的直径在0.1mm到1.6mm之间，当然，还有其他规格的针可供选择。

喷涂技术非常适合对速度、精度要求更高或者要求对材料贴装进行控制的应用。

它的主要适用范围包括，芯片级封装（CSP）、倒装芯片、不流动和预先涂布的底部填充胶，以及传统的导电粘合剂和表面安装粘合剂。

喷涂技术使用机械组件、压电组件或者电阻组件迫使材料从喷嘴里射出去。

材料涂敷决定最终产品的成败。

充分了解并选出最理想的材料、点胶机和移动的组合，是决定产品成败的关键。

第六步：组件贴装（http：// ）分立组件变得越来越小，于是组件的贴装变得越来越难。

我们要求组件贴装准确，同时又要保证贴装可靠和重复，这是很困难的。

0201组件已经越来越普通；但是，我们很快就会在电路板上看到01005组件。

组件尺寸越来越小，电路板越来越复杂，需要在电路板上贴装各种各样的组件，而且组件的数量也越来越多。