光模块SMT工艺简介

光模块SMT工艺简介

陈军

海能达通信股份有限公司/SMT工艺团队

chenjun360501@ jun.chen-smt@

摘 要:本文介绍了用于光模块产品的PCB’A在SMT过程中的工艺难点及其解决方案,希望给业界的同行提供一些借鉴。

关键词:SMT（Surface Mount Technology）表面贴装技术

PCB（Printed Circuit Board）印制电路板

PCB’A（Printed Circuit Board Assembly）成品线路板

THR（Through Hole Reflow）通孔回流焊

FPC（Flexible Printed Circuit）柔性印刷线路板

FoB（FPC on Board）软、硬板结合（俗称“软板”贴片）

前言

光模块（Optical Module）作为目前光纤通信行业中最重要部件，由光电子器件、功能电路和光接口等构成。其中、光电子器件包括发射和接收两部分。发射部分是：输入一定码率的电信号经内部的驱动芯片处理后驱动半导体激光器（LD）或发光二极管（LED）发射出相应速率的调制光信号，其内部带有光功率自动控制电路，使输出的光信号功率保持稳定。接收部分是：一定码率的光信号输入模块后由光探测二极管转换为电信号，经前置放大器后输出相应码率的电信号。图1表示的是光模块在光纤通信过程中是如何实现信号的发射、接收以及传递的。光模块用PCB’A又成为实现上述功能的载体，因此，在涉及光模块的组装工艺时，就不得不着重谈表面组装，即SMT。

本文详细介绍了目前光模块SMT本身特点、光模块多样化及工艺难点解析。

图1、光纤通信示意图

1、光模块PCB’A的SMT工艺难点解析

光模块本身体积非常小，其对应PCB’A上的元件密度大,尺寸小。一般片式元件(Chip)大都采用0402封装，且0201封装也开始逐步推广。另外，由于光模块需要通过金手指（Golder Finger）与系统基站进行连接，因此，金手指在SMT过程中的“污染”问题也成为工艺难点之一。另外，由于集成度非常高，有些光模块PCB’A需要采用一些工艺创新方法：通孔接插件（THC：Through Hole Component）采用通孔回流焊新工艺（THR：Through Hole Reflow）；柔性线路板FPC（Flexible Printed Circuit）与硬制线路板PCB（Printed Circuit Board）之间采用软、硬板结合焊接新工艺（FoB：FPC on Board）；0402片式（电）阻、（电）容之间的三维实装焊接新工艺（CoC：Chip on Chip）。

具体见图2所示：

图2、光模块PCB’A SMT 工艺难点解析

2．光模块PCB’A 的SMT 常见问题点

2．1 THR 常见问题点

2.1.1 THR 少锡

¾ 插针引脚太长、当插针引脚面过长超出板面≥1.5mm 时，针尖插入后带有锡膏在回流时无法拉回造成通孔内少锡，如图3所示。通常针脚露出PCB 表面0.8-0.15mm ，如图4。

图3、插针引脚过长 图4、最佳引脚长度

¾ 印刷锡膏量不够与钢网开口、印刷参数有密切关联。常见的THR 开口方式有圆形、椭圆形、方形，分别如图5、6、7所示。建议THR 工艺采用阶梯(S tep Up )钢网。刮刀速度范围20mm/s-40mm/s ，刮刀压力范围5kg-8kg ，还可采用重复印刷两次的方式来增加通孔内填充的锡膏量。

图5、圆形开口 图6、 椭圆形开口

图7、方形开口

2．2 金手指（Golden Finger ）上锡

金手指上锡的可能原因是制程污染（如印刷、5S 等）、锡膏误印后的清洁不彻底、回流过程中“爆锡”等。目前比较成熟的解决方法为：在印刷前贴高温胶带进行保护，SMT 完成后撕开高温胶带。图8、9表示的是金手指贴高温胶带前后的对比效果。

图8、 未贴高温胶带的金手指 图9、已贴高温胶带的金手指

2．3 Microchip 0201常见问题

2.3.1 Microchip 0201元件空焊

¾ 印刷偏移

印刷偏移是影响到元件空焊的关键因素之一，印刷参数设定及PCB 本身布局直接影响到印刷效果，所以一般印刷偏移现象需对印刷参数和条件进行调整如（Mark 相似度、刮刀速度、刮刀压力、脱膜速度/距离、顶针摆放等），对一些特殊的PCB 可能需要制作夹具来保证印刷质量。从图10中可看出0201元件印刷锡膏偏移量控制在±0.05mm 以内，可以获得较好的品质。

图10、锡膏偏移量与焊接品质的关系

¾ 贴装偏移

贴装偏移可能为元件识别参数设置不当及元件坐标偏移等导致，需对元件参数重新进行设置及较正元件贴片坐标。图11、12分别表示元件识别和贴装效果。

图11、Microchip0201识别效果 图12、 Microchip 0201贴装效果

¾ 回流曲线设置不当

Microchip 0201器件回流曲线设置建议使用RTS 曲线，避免因使用RSS 曲线恒温区到回温区急促升温导致焊盘两端拉力不一致而产生不良。参考Profile 曲线如图13。

图13、参考 Profile 曲线

2.3.2 Microchip0201漏件

¾ 吸嘴发白、脏污

吸嘴发白、脏污可能是贴片过程中沾有锡膏或异物造成，针对此现象需要对吸嘴进行清洗并测试真空值是否OK 即可，同时需规范清洗的频度，一般生产两小时需对吸嘴进行清洗一次。

¾ 取料偏移

当物料取料偏移时，机器在高速运行状态物料吸附真空不够，造成偏移。针对此现象需对物料取料位置进行“Teach ”保证取料无偏移情况，并对元件识别参数进行调整。

2．4 FoB 常问题解析

2.4.1 FPC 通孔不透锡,如图14所示。

FPC 通孔不透锡通常是由锡膏量不足或FPC 变形导致。锡膏量不足可采用阶梯(Step Up )钢网的方式增加FoB 处的锡膏量,阶梯高度一般为0.05-0.1mm 。而FPC 变形则可以采用类似相片过塑的方式将其整平，达到变形量小于0.1mm 的工艺要求，FoB 通孔透锡OK 如图15。