SMT制程问题的分析及处理

问题及原因
对
策
1. 搭锡BRIDGING
• 提高锡膏中金属比例（88 %以上）。
锡粉量少、粘度低、粒度大、 • 增加锡膏的粘度（70万CPS以上）
室温度、印膏太厚、放置压力 • 减小锡粉的粒度（例如由200目降到
太大等。（通常当两焊垫之间 有少許印膏搭连，于高温熔焊 时常会被各垫上的主锡体所拉 回去，一旦无法拉回，将造成 短路或锡球，对细密间距都很
300目） • 降低环境的温度（降至27OC以下） • 降低所印锡膏的厚度（降至架空高度
SNAP-OFF，减低刮刀压力及速度）
危险）。
• 加强印膏的精准度。
• 调整印膏的各种施工参数。
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2.9 锡锡膏印刷缺陷分析 2
锡膏印刷缺陷分析
问题及原因
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Squeegee(刮板或刮刀）
2.4 刮刀
菱形刮刀 拖裙形刮刀
聚乙烯材料 或类似材料
金属
Squeegee Stencil
10mm
45度角
菱形刮刀
Squeegee Stencil
拖裙形刮刀
45-60度角
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SMT制程问题分析及处理
➢ SMT流程 ➢ 印刷相关及印刷不良对策 ➢ 回焊炉与炉温曲线简介 ➢ 理解锡膏的回流过程 ➢ 回焊工艺失效分析 ➢ Profile Board制作 ➢ Profile的设定和调整 ➢ 焊接工艺失效分析 ➢ SMT检验标准
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2.9 锡锡膏印刷缺陷分析 3
锡膏印刷缺陷分析
问题及原因
对策
4. 膏量不足 INSUFFICIENT PASTE
• 增加印膏厚度,如改变网布或板膜 等.
常在钢板印刷时发生,可能是网 • 提升印刷的精准度.
布的丝径太粗,板膜太薄等原因. • 调整锡膏印刷的参数.
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3.4 有铅与无铅温度曲线的主要区别 2
➢ 熔点的差异
– 典型的有铅焊料SnPb63/37的熔点为183℃，而无铅焊料SAC305熔 点则是217 ℃ ~220℃
2.9 锡锡膏印刷缺陷分析 4
锡膏印刷缺陷分析
问题及原因
6. 坍塌 SLUMPING 原因与“搭桥”相似。
对策
• 增加锡膏中的金属含量百分比. • 增加锡膏粘度。 • 降低锡膏粒度。 • 降低环境温度。 • 减少印膏的厚度。 • 减轻零件放置所施加的压力。
• 模糊 SMEARING 形成的原因与搭桥或坍塌 很 类似，但印刷不善的原因居 多，如压力太大、架空高度 不足等。
➢ 印刷速度(Traverse speed):
理想的状况下是越慢越好,但会因此面影响到cycle time.因此在 能够保持锡膏正常滚动的状态下可将速度提高,并配合压力的调 整.(因速度局面压力变小,反则速度慢压力大)
➢ 印刷角度(Attack angle):
角度大小将决定印刷压力及流入钢网开孔锡膏量.
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1.1 SMT的組成
收料机 迴焊炉
(异型)泛用机 高速机 点胶机 送料机 印刷机
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1.2 SMT成功的三大要件
锡膏供給→部品搭载→迴焊&检查
1、锡膏供給
依据生产的基板及所需制程条件，选择合适锡膏及钢板，锡膏使用前 回温，回温后充分搅拌，开封后尽快使用，避免锡膏的Flux在空氣中 挥发，造成迴焊后的不良。
大元器件的阴影下不能接收到足够的热量，从而使部分锡膏未融或冷 焊的发生。 ➢ 氮气热风的作用: （1）防止焊接过程中锡膏的氧化 （2) 使炉子均温
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3.1 回焊炉
目前公司所使用的回焊炉 HELLER .TAMURA
回焊炉控制面板
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2、部品搭载
零件严格的控管，避免长时间暴露于空气中造成零件氧化，影响焊接 性，着裝时避免错件及精准度的控制。
3、迴焊&检查
Reflow炉温的调整及记录，迴焊后检查并找出缺点加以检讨改善以減 少不良的产生。
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1.3 SMT流程
Screen Printer
第三步：在锡膏刮不干净开始到刮刀沉入丝孔內挖出锡膏之間 有1-2kg的可接受范围即可达到好的印刷效果。
Squeegee的硬度范围用顏色代号来区分：
very soft
紅色
soft
綠色
hard
藍色
very hard
白色
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2.7 印刷作业的几个检验重点
对策
2. 发生皮层 CURSTING 由于锡膏助焊剂中的活化剂太 强,环境温度太高时,会造成粒 子外层上的氧化层被剥落所致.
• 避免将锡膏暴露于湿气中. • 降低锡膏中的助焊剂的活性. • 调整各金属含量.
3. 膏量太多 EXCESSIVE PASTE 原因與“搭桥”相似.
• 减少所印之锡膏厚度 • 提升印刷的精准度. • 调整锡膏印刷的参数.
➢ 间隙(snap-off):
理论上是钢网越平贴于基板表面越好
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2.6 印刷压力的设定
Squeegee的压力设定：
第一步：在每50mm的Squeegee长度上施加1kg的压力。
第二步：減少压力直到锡膏开始留在范本上刮不干净，在增加 1kg的压力
作用
焊料合 金粉末
Sn/Pb
Sn/Ag/CU
SMD与电路的连接
助
活化剂
松香，甘油硬脂酸脂 鹽酸，聯氨，三乙醇酸
增粘剂 松香，松香脂，聚丁烯
焊
金属表面的净化
净化金属表面，与SM焊膏特性的适应性
剂 摇溶性 Castor石腊（腊乳化液）
附加剂 软膏基剂
防离散，塌边等焊接不良
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3.3 温度曲线制定说明 1
➢ 1、Preheat与Soak：
（1）作用： • 使助焊剂中的挥发性物质完全挥发； • 避免锡膏急速软化； • 缓和正式加热时的热冲击 • 促进助焊剂的活化，以清洁Pad。
（2）影响： • 预热不足(温度、时间),容易引起锡珠、墓碑及灯芯效应； • 预热过度，将引起助焊剂老化和锡粉氧化； • 在Soak区，若温度上升得过快，温度难以均匀分布,也易引 起墓碑和灯芯效应。
2.5 印刷参数 1
为了使印刷机参数设定标准化,减少参数设定的错误 以下为产线松下印刷机参数设定的标准.
Panasonic 印刷机 刮刀压力（Squeegee pressure） 印刷速度（Printing speed） 脱模速度（Snap off speed） 脱模距离（Snap off height）
S/S
C/S
25-60N
25-60N
40-100mm/s 40-100mm/s
1-5mm/s
1-5mm/s
0.1-5mm
0.1-5mm
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2.5 印刷参数 2
➢ 刮刀压力(down pressure):
主要作用在使钢网与PCB紧密和结合,以取得较好的印刷效果.并确 保钢网表面的锡膏以刮的平整干净.因此对压力控制必须配合刮刀 之特性.设备功能,角度…等取得合适的压刀.以免压力太大或太小 造成印刷不良现象.
2.2 锡膏
Screen Printer 的基本要素：
Solder (锡膏） 经验公式：三球定律 至少有三个最大直径的锡珠能垂直排在钢板的厚度方向上 至少有三个最大直径的锡珠能水平排在锡板的最小孔的宽度方向上 单位： 锡珠使用米制（Micron)度量，而钢板厚度工业标准是美国的专用 单位Thou.(1m=1*10-3mm,1thou=1*10-3inches,25mm>>1thou)
材質
尼龍
中等 好 24% 16-400 差 中等 極佳（2%） 4萬 20-24% 好 較粗 低
聚脂
高 好 0.4% 60-390 中等 中等 佳（2%） 4萬 10-14% 好 粗 中
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2.9 锡锡膏印刷缺陷分析 1
锡膏印刷缺陷分析:
➢ 3、冷却区
冷却速度不宜过快也不宜过慢； – 冷却速度过快，熔融焊料没有充足的时间凝固，会导致焊点外
部凝固，而内部还处于熔融状态，随后整体凝固后会产生大量应 力从而导致Crack。 – 冷却速度过慢，会导致IMC过度生长，尤其是Ag3Sn。另外，因 为元件和PCB热容量的差异，将引起温度分布不均，焊料冷凝时 间的差异会导致元件位置挪移，热膨胀率的差异将是板弯曲。
➢ 精度:必须对准pad的中央并不得偏移,因偏移将造成对位不准及锡珠, 零件偏移…等问题.
➢ 解析度:印刷后的形状必须为一近似块状的结构以免和临近的pad short
➢ 印刷厚度:必须一致对能控制每个焊点的品质水准. ➢ 检验工具:
可用放大镜检验印刷后的精度及解析度. 可用微量天秤量测同一pcb上的印刷材料总量 可使用SPI来检测印刷后的状况 可使用印刷机上的2D/3D功能来检测.
回焊炉
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3.2 温度曲线的制定（无铅）
A: 预热升温速率1~3 ℃/sec B~C: 过渡区温度170 ±10 ℃ D: 回焊升温速率2~4 ℃/sec E: 冷却速率3~4℃/sec F~G: 峰值温度240 ℃ ~255℃ T1: 预热时间80± 10 sec T2: 过渡时间80 ± 10 sec T3: 液相温度上时间30~50 sec
• 增加金属含量百分比。 • 增加锡膏粘度。 • 调整环境温度。 • 调整锡膏印刷的参数。
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3.0
回流的方式：
•红外线焊接 •红外+热风（组合） •气相焊（VPS） •热风焊接 •热型芯板（很少采用）
回焊炉
➢ 目前主流的炉子是氮气热风或IR(红外线）+氮气热风加热。 ➢ 单纯的IR加热会造成阴影效应，在大元器件周围的小元器件由于处在
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3.3 温度曲线制定说明 2
➢ 2、回焊区
– 回焊区若温度不足，就无法确保充足的熔融焊料与PAD的接触时 间，很难获得良好的焊接状态，同时由于熔融焊料内部的助焊剂 成份与气体无法排除，因而发生空洞和冷焊。
– 回焊区Peak温度太高或在液相线上停留时间过长，则熔融的焊料 可能会被再次氧化而导致焊点可靠性的降低。氮气炉回焊中，二 次氧化的危险性有所下降，但是温度过高或停留时间过长，PCB 与零件将承受更大的热冲击。
5. 粘着力不足
• 消除溶剂逸失的条件(如降低室温、
POOR TACK RETENTION
减少吹风等）。
环境温度高风速大,造成锡膏中 • 降低金属含量的百分比。
溶剂逸失太多,以及锡粉粒度太 大的问题.
•
降低锡膏粘度。
• 降低锡膏粒度。
• 調整锡膏粒度的分配。
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判断锡膏具有正确粘度的一种经济和实际的方法： 搅拌锡膏30秒，挑起一些高出容器三，四英寸，锡膏自行下滴， 如果開始時象稠的糖浆一样滑落，然后分段断裂落下到容器內 为良好。反之，粘度较差。
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2.3 锡膏的主要成分
锡膏的主要成分：
成分
主要材料
Mount
AOI
Reflow
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2.1 印刷机的工作图
Screen Printer 內部工作图
Squeegee
Solder paste
STENCIL PRINTING
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Stencil
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2.8 钢板的材质
鋼板(Stencil)材料性能的比較:
性能
抗拉強度 耐化學性 吸水率 網目範圍 尺寸穩定性 耐磨性能 彈性及延伸率 連續印次數 破壞點延伸率 油量控制 纖維粗細 價格
不鏽鋼
極高 極好 不吸水 30-500 極佳 極佳 差(0.1%) 2萬 40-60% 差 細 高