SMT组装流程介绍

•SMT组装流程介绍
3. SMT組裝及PCBA測試要求
•SMT组装流程介绍
Page 17 of 90
3-2. 鋼板(Stencil) 種類與比較：
鋼板種類 雷射鋼板 化學鋼板
製作 時間
快
製作 成本
較貴
板孔形狀
慢 較便宜
孔壁 Undercut 上錫性 較粗糙 較多 較差 較光滑 較少 較佳
•SMT组装流程介绍
★ 若冷卻速度太慢，也會引起焊錫組織之粗大化，因而導致接 合溫度的減低。
★ Main Board : PCB Tg=125 ℃, BGA Substrate Tg=175 ℃
•SMT组装流程介绍
(b) 影響：★若預烤(溫度、時間)不足，與其正式加熱之間溫差大 ，容易產生因流移而引起旁邊錫球產生，以及因溫度 分佈不均所導致的墓碑效應(Tomb effectiveness) 與 燈蕊效應(Lampwick effectiveness)。
★若預烤過度，則將引起助焊劑成份的老化以及錫粉的 氧化，進而導致微小錫球或未熔解的情形發生。
2. 若Flux 殘留，外觀較不美觀。
•SMT组装流程介绍
(3) 錫膏特性檢查項目：FLUX成分含量, 以及 顆粒大小與 黏度檢查。 (4) 錫膏管理：需保存4 ~ 8℃冷藏下，印刷錫膏過程在18℃~24 ℃, 40% ~ 50%RH
環境作業最好，不可有冷風或熱風直接對著吹，溫度超過26.6℃， 會影響錫膏性能。存貨儲存時間不超過3 個月，錫膏使用前攪拌 1~3分鐘。
(以厚度0.15mm,208pin pitch 0.5mm之鋼板為例)
★ 刮刀壓力: 愈小愈好 (0.05 mpa) ★ 印刷速度: 15 ~ 30mm/sec , 愈細線路要愈慢 ★ 印刷間隙/角度: 基板與印刷底板間距0.4 ~ 0.8mm ★ 錫膏 (Solder Paste) ★ 溫度 (Temperature):環境溫度18 ~ 24℃,溼度40 ~ 50%RH
2-1. IC 元件外形簡介 (IC Devices Introduction) :
Through Hole Package
•SMT组装流程介绍
Page 3 of 90
2-2.Surface Mounted Package -SOP -QF -LCC -PLCC -SOJ -P/C-BGA
K
L
•SMT组装流程介绍
DIP
SMD
PCB
•SMT组装流程介绍
PCBA(電路板組裝,#2)—Double Reflow&Dip Process EX: M.B. of Mobile-PC
錫膏印刷(1)
貼片機 迴焊爐
ICT
手插件
迴焊爐
迴焊爐
貼片機
錫膏印刷(2)
Touch-Up Test&Pack
入庫
•SMT组装流程介绍
2. SMT&DIP元件規格
(3)印刷錫膏厚度: 每2小時檢查1次(防止厚度不均，控制誤差在10 %之內) 。 (4)鋼板清潔保養: 在每班/日使用前清潔保養，防止鋼板污染及
塞孔及變形問題(如以IPA擦拭鋼板，須等乾再印)。 (5)鋼板工作壽命: 約印刷基板8萬~ 10萬片。
•SMT组装流程介绍
3-4. 鋼板印刷的製程參數有：
Reflow Zone Above 183C about 90 to 100 sec.
Time (sec)
Cooling Zone
220C to 100C (1 ~ 1.5 C /sec).
•SMT组装流程介绍
SMT迴焊條件
•SMT组装流程介绍
4-1. REFLOW 迴焊溫度控制技術說明：
(1) 預烤區(Preheat) & 熔錫加熱區(Soak) : (a) 作用：★ 避免錫膏中的助焊劑成份急速軟化。 ★使助焊劑中揮發物(Solvent) 完全發散。 ★緩和正式加熱時的熱衝擊。 ★促進助焊劑的活化，可清潔pad上以氧化物及髒污。
Component Types
Flip Chip Micro Tab Ceramic Super Plastic BGA/ CSP BGA BGA BGA BGA
•SMT组装流程介绍
1-1.PCBA(電路板組裝,#1)—Single Reflow&Dip Process EX: M.B. of DeskTop-PC
小時 降溫25℃(約40分鐘後取出) 真空熱縮袋包裝出貨 (b)包裝時亦可加放乾燥劑。(選擇性) ★ PCB上BGA/QFP IC位置設計:應避免設計在PCB對角線上。
•SMT组装流程介绍
4. REFLOW Profile (Alloy Sn63 Pb37) : For BGA chipset
Reflow Pro to calibrate considered from all the different factors in solder paste, component density,mother board layout, material properties and conveyor speed, etc..
(5)良好錫膏之焊錫性對錫球要求： ★ 愈圓愈好。(對錫球滾動較有幫助) ★ 愈小愈均勻愈好。 ★ 氧化層愈薄愈好。(所需要之FLUX活性就不需太強)
(6)錫膏使用前的準備：回溫。在錫膏回溫到室溫前切勿拆開容器或攪拌錫膏。 一般回溫時間約為 4~8小時(以自然回溫方式) 。如未回溫完全即使 用，錫膏會冷凝空氣中的水氣，造成slump, spatter等問題。
★迴焊區的Peak Temp. 溫度太高或183℃以上時間拉的 太長，則該熔解的焊錫將被再氧化而導致接合程度減 低等缺陷產生。
(3) 冷卻區(Cooling) :
影響：★ 焊接部位的冷卻不可緩慢，否則因元件與基板熱容量有別， 將引起溫度分佈不均，焊錫凝固時間的差異將導致元件位置 挪移，熱膨脹率的差異也將使基板彎曲，進而有局部應力集 中，使該部位的接合度的減低。
★若熔錫加熱區溫度上昇太急速，溫度分佈將難以均勻 ，容易發生墓碑效應與燈蕊效應。
•SMT组装流程介绍
(2) 迴焊區(Reflow) :
影響：★迴焊區若加熱溫度不足，則由於無法確保充足的熔融 焊錫與 Pad 的接觸時間，很難獲得良好的焊接狀態， 同時由於熔融焊錫內部的助焊劑成份和氣體無法被排 出，因而發生空洞 (Void) 與冷焊(Cold soldering)。
(7)錫膏使用時間不超過8小時，回收,隔夜之錫膏最好不要用。
•SMT组装流程介绍
Transformation of Solder Paste in Reflow
Pad
Solder Particles
Melted solder Flow of solder balls
Preheating dripping
3-3. SMT 鋼板: 厚度及開孔尺寸設計及使 用要領
(1)開孔尺寸: 一般I.C鋼板開口要比PCB pad小10μm，如此可避免因錫膏 就會形成錫球之不良現象。
(2)理想鋼板孔內品質： ★ 沒有undercut : undercut 在印刷時會阻抗錫膏前進，使印下去錫膏 的形狀不清晰，同時亦減少錫膏量。 ★ 孔壁平滑。 ★ 前中 後寬度相同。
Page 4 of 90
BGA ( Ball Grid Array)
Flip Chip
2-3. SMD 常用零件：
方形晶片電阻 晶片鉭質電容
同軸
超小型
平
板
積層陶瓷電容
型
(MLCC)
其他
晶片電阻
型 (2)
SOP(MFP)
VSOP
圓
(1)
型
被
動
元 件
複 合
型
陶瓷電容 晶片形陶瓷振盪器 電阻(排組) 晶片電容(排組) 積層晶片(薄膜形)
沸點(℃)
78℃ ~ 100℃ 170℃ ~ 172℃
183℃
(2) 水洗製程免/免洗製 洗程製製程程錫成本膏較特便宜 性，比亦符 較合:環保要求。
水洗製程 免洗製程
優點
1. Flux活性較強，其焊性較佳。
2. 清洗後，若Flux不殘留時，則Pin 與 Pin間漏電流小，PCB外觀較美觀。
製程成本較便宜，亦符合環保要求。
DIP
SMD
PCB
•SMT组装流程介绍
PCBA(電路板組裝,#1)—Single Reflow&Dip Process EX: M.B. of DeskTop-PC
錫膏印刷 貼片機 迴焊爐 ICT
手插件 迴焊爐 Touch-Up Test&Pack
入庫
•SMT组装流程介绍
1-2.PCBA(電路板組裝,#2)—Double Reflow&Dip Process EX: M.B. of Mobile-PC
半
腳距 : 1.27mm
腳距 : 0.65mm
導
QFP/VQFP 腳距
體
1mm
零 件
0.8mm
0.65mm
裸
PLCC/SOJ 0.5mm
晶 片
腳距 : 1.27mm COB
型
裸晶片 多點銲晶片
FFP
TAB
LCC
其他
鋁電解電容
晶片線圈
異
陶瓷微調
型
電容
開關
半固定可 變電阻
石英 振盪器
繼電器 測針 連接器
Printing
Preheating
•SMT组装流程介绍
Page 23 of 90
Melting
Temperature (C)
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 65% 75% 85% 95%
(7) Solder Alloy Curve :
SOLDER ALLOY CHART
350
* PC板翹曲度:規格要求及嚴格進料檢查(可避免QFP/BGA空焊) 。
★ PCB翹曲規格：不超過PCB對角線長度之0.7% (IPC-TM-650)。 ★ PCB 廠商針對不平或變形的PCB，會集中收集統一熱壓平後歸還。 ★ PCB板翹通常與PCB製程較無關係，而與Layout 與 密度關係較大
，例如 Pad (銅)與PCB Epoxy 熱膨脹係數不同，受熱後散熱速度亦 不同，若Layout 與密度不平均則易造成PCB翹曲。 ★ 若PCB 吸水率超過0.3%，且無烘乾，則會有脫層 (Delamination) 之不良。(正常PCB吸水率應在0.1%以下) ★ PCB烘烤溫度：(SMT前, PC板的重烤溫度，120℃, 2 hrs) ，一般 PCB廠出貨前PCB烘烤規格: (a) 步驟：25℃昇溫至130℃(約40分鐘) 130℃並以重物熱壓烘烤 2
缺點
1. 多 Pin 腳及平貼 PCB 之 SMT 零件， 因底下 Flux不易清洗乾淨，殘留Flux易 造成PCB腐蝕。 2.多 Pin 腳平貼 PCB或高密度之SMT 零 件，造成製程不易烘乾，易造成PCB腐 蝕與電路短路之功能不良。 3. 水洗設備貴，操作亦需大量用水及廢 水處理，對於業者是為一大負擔。 1. Flux活性較弱，其焊錫性較差。所以 對零件，鋼板及製程條件要求就特別注 意。
Temperature of
which solder
300
becomes PLASTIC
Temperature of
which solder
250
becomes LIQUID
200
150
The Percentage of TIN
•SMT组装流程介绍
Page 25 of 90
CASE Study: PC板翹曲度
•SMT组装流程介绍
STENCILLING
squeeze solder paste stencil
pad PCB
3-5. 錫膏種類與特性檢查：
(1) 錫膏成份:
錫膏成份
比例(%)
Solvent & Water (清潔溶劑 & 水)
Flux (助焊劑) Solder Ball(錫球)
2% ~ 5%
2% ~ 10% 85% ~ 95%
★ 常見印刷不良情形： (1) 印刷毛邊：刮刀壓力太大之結果。 (2) 印刷不完整：刮刀不利之結果。
★ 放置印刷機台之錫膏量，每次控制最好印10片，因為錫 膏多，溶劑容易揮發,吸水及氧化，對迴焊之品質不好。 印錫膏每片之間不要超過10分鐘，印刷之後，不要放置 超過1小時。印刷10次就要擦拭鋼板1次，可保持下次印 錫膏之形狀及量。
Peak Temperature 220 10C, 10 ~20 sec.
Temp. (C)
183 C to 220 C (2 ~ 3 C /sec)
About 183C
About 130C
Preheat Zone For 50 ~ 60 sec, Slope =1.5~2C/sec
Soak Zone Hold at 130C to 183C For 90 ~ 120 sec, Slope =0.5C/sec