SMT制程資料1
印刷電路板的清潔度 [pic] 　　本文介紹，印刷電路板及其裝配的常見污染物，以及在處理印制電路板時減少表面 污染的一般原則。 　　以下是在印制電路板上發(fā)現(xiàn)的較常見的污染物： 1. 助焊劑殘留 2. 顆粒狀物體 3. 化學鹽的殘留物 4. 手印 5. 氧化物(被腐蝕) 6. 白色殘留物 　　在處理印制電路板時，減少表面污染的一般原則： 1. 工作站(工作場所)應(yīng)該保持干凈和整潔 2. 在工作場所不應(yīng)該吃/喝東西，或者吸煙，或者進行其它可能造成對板的表面產(chǎn)生污 染的活動 3. 不應(yīng)該使用含有硅的護膚霜或護膚液，因為這些用品可能造成可焊性和其它的工藝問 題，可以購買專門配方的護膚液 4. 最好是通過邊緣來拿電路板 5. 在處理空板時，應(yīng)該使用不起毛的或者一次性的塑料手套。手套應(yīng)該經(jīng)常更換，因為 臟的手套可能造成污染問題 6. 除非有專門的擱物架，應(yīng)該避免沒有隔開保護地將板堆迭在一起 　　板的表面污染不僅會造成可焊性及其它工藝問題，而且對產(chǎn)品的使用可靠性產(chǎn)生潛 在的影響，因為污染是長期使用中產(chǎn)生腐蝕的根源。 　　那幺在PCB來料時和在電路裝配完成之后，可以進行清潔度的測試來測定板面的有機 或無機、和離子與非離子的污染。 　　測定離子污染是按照《IPC-TM-650實驗方法手冊》中的方法2.3.25和2.3.26。 　　測定有機污染是按照《IPC-TM-650實驗方法手冊》中的方法2.3.38和2.3. 什幺造成組件豎立，怎樣防止？ [pic] 　　本文介紹，裝配工藝從一個好的設(shè)計開始，但是它要求可靠的可焊接材料和勤快的 設(shè)備維護。 　　問題：是什幺造成組件豎立(tombstoning)和怎樣防止？ 　　答：在回流焊接期間，當片狀組件的一端從相應(yīng)的焊盤升起產(chǎn)生一個開路的時候， 所形成的缺陷叫做組件豎立(tombstoning, drawbridging)。這個缺陷的主要原因是在回流過程中的表面張力與起作用的不平衡濕潤 (wetting)力。許多因素可以導致在焊接過程中片狀組件兩端的不平衡的濕潤力。促進組 件豎立的兩個主要因素是：1)在焊盤上不同的濕潤力和 2)組件焊盤的不適當設(shè)計。 　　通常的疑點 　　在一些情況中，不平衡的濕潤力可能是組件或電路板端子可焊性特征不足的直接結(jié) 果。錫膏沉淀塊的體積不同，或者被氧化或者干燥的錫膏，也可能導致焊接條件不足。 錫膏印刷工藝和設(shè)備可能是多種組件豎立情況的原因。充分的模板(stencil)預(yù)防性維護 ，保證可再生的和所希望的錫膏體積，在所有情況中都是重要的 - 特別當小的、離散組件使用時。 　　 設(shè)計是制造過程的第一步，焊盤設(shè)計可能是組件豎立的主要原因。較短、較寬的焊 盤似乎比長而窄的焊盤更寬容。參閱IPC- 782《表面貼裝設(shè)計與焊盤布局標準》得到更詳細的解釋。事實上，超過組件太多的焊盤可 能允許組件在焊錫濕潤過程中滑動 - 把組件拉出一端的焊盤。 　　對于小型離散片狀組件，為組件的一端設(shè)計不同的焊盤尺寸，或者將焊盤的一端連 接到地線板上，也可能導致組件豎立。不同焊盤尺寸的的使用可能造成不平衡的焊盤加 熱和錫膏流動時間。在回流期間，組件簡直是飄浮在液體的焊錫上，當焊錫固化時達到 其最終位置。焊盤上不同的濕潤力可能造成附著力的缺乏和組件的旋轉(zhuǎn)。在一些情況中 ，液化溫度以上時間的延長可以減少組件豎立。演唱液化溫度以上的時間可以在組件的 焊盤之間得到更加均勻的溫度。 　　其它可能的疑點 　　組件豎立的其它被引證的原因包括制造板的情況。組件下面不均勻的阻焊(solder mask)層厚度，可能把組件一端升起離開焊盤。焊盤上的阻焊也可能減少一端焊盤上的濕 潤。 　　貼裝工藝也可能是組件豎立缺陷的根源。組件在焊盤上的旋轉(zhuǎn)錯誤和誤放可能造成 固化期間組件的移動。沖擊式、加力的組件貼裝可能不均勻地從下面的焊盤上擠壓錫膏 ，在回流期間產(chǎn)生不均勻的濕潤。例外，在貼裝期間，裝配的快速穿梭的加速與減速可 能是組件移位，造成組件端子在板的焊盤上的不充分接觸。 　　結(jié)論 　　和電子焊接工藝的許多特征一樣，要求不斷進化的材料、組件和設(shè)備，解決或消除 一個缺陷不存在一個唯一的答案。對完善和持續(xù)的教育保持一個持之以恒的警覺態(tài)度才 是成功的關(guān)鍵。 回流焊接工藝的經(jīng)典PCB溫度曲線 [pic] 　　 本文介紹對于回流焊接工藝的經(jīng)典的PCB溫度曲線作圖方法，分析了兩種最常見的回流焊 接溫度曲線類型：保溫型和帳篷型...。 　　經(jīng)典印刷電路板(PCB)的溫度曲線(profile)作圖，涉及將PCB裝配上的熱電偶連接到 數(shù)據(jù)記錄曲線儀上，并把整個裝配從回流焊接爐中通過。作溫度曲線有兩個主要的目的 ：1) 為給定的PCB裝配確定正確的工藝設(shè)定，2) 檢驗工藝的連續(xù)性，以保證可重復的結(jié)果。通過觀察PCB在回流焊接爐中經(jīng)過的實際溫度 (溫度曲線)，可以檢驗和/或糾正爐的設(shè)定，以達到最終產(chǎn)品的最佳品質(zhì)。 　　經(jīng)典的PCB溫度曲線將保證最終PCB裝配的最佳的、持續(xù)的質(zhì)量，實際上降低PCB的報 廢率，提高PCB的生產(chǎn)率和合格率，并且改善整體的獲利能力。 回流工藝 　　在回流工藝過程中，在爐子內(nèi)的加熱將裝配帶到適當?shù)暮附訙囟龋粨p傷產(chǎn)品。 為了檢驗回流焊接工藝過程，人們使用一個作溫度曲線的設(shè)備來確定工藝設(shè)定。溫度曲 線是每個傳感器在經(jīng)過加熱過程時的時間與溫度的可視數(shù)據(jù)集合。通過觀察這條曲線， 你可以視覺上準確地看出多少能量施加在產(chǎn)品上，能量施加哪里。溫度曲線允許操作員 作適當?shù)母淖?，以?yōu)化回流工藝過程。 　　一個典型的溫度曲線包含幾個不同的階段 - 初試的升溫(ramp)、保溫(soak)、向回流形成峰值溫度(spike to reflow)、回流(reflow)和產(chǎn)品的冷卻(cooling)。作為一般原則，所希望的溫度坡度是 在2~4°C范圍內(nèi)，以防止由于加熱或冷卻太快對板和/或組件所造成的損害。 　　在產(chǎn)品的加熱期間，許多因素可能影響裝配的品質(zhì)。最初的升溫是當產(chǎn)品進入爐子 時的一個快速的溫度上升。目的是要將錫膏帶到開始焊錫激化所希望的保溫溫度。最理 想的保溫溫度是剛好在錫膏材料的熔點之下 - 對于共晶焊錫為183°C，保溫時間在30~90秒之間。保溫區(qū)有兩個用途：1) 將板、組件和材料帶到一個均勻的溫度，接近錫膏的熔點，允許較容易地轉(zhuǎn)變到回流區(qū) ，2) 激化裝配上的助焊劑。在保溫溫度，激化的助焊劑開始清除焊盤與引腳的氧化物的過程 ，留下焊錫可以附著的清潔表面。向回流形成峰值溫度是另一個轉(zhuǎn)變，在此期間，裝配 的溫度上升到焊錫熔點之上，錫膏變成液態(tài)。 　　一旦錫膏在熔點之上，裝配進入回流區(qū)，通常叫做液態(tài)以上時間(TAL, time above liquidous)?；亓鲄^(qū)時爐子內(nèi)的關(guān)鍵階段，因為裝配上的溫度梯度必須最小，TAL必須保 持在錫膏制造商所規(guī)定的參數(shù)之內(nèi)。產(chǎn)品的峰值溫度也是在這個階段達到的 - 裝配達到爐內(nèi)的最高溫度。 　　必須小心的是，不要超過板上任何溫度敏感組件的最高溫度和加熱速率。例如，一 個典型的鉭電容具有的最高溫度為230°C。理想地，裝配上所有的點應(yīng)該同時、同速率達 到相同的峰值溫度，以保證所有零件在爐內(nèi)經(jīng)歷相同的環(huán)境。在回流區(qū)之后，產(chǎn)品冷卻 ，固化焊點，將裝配為后面的工序準備?？刂评鋮s速度也是關(guān)鍵的，冷卻太快可能損壞 裝配，冷卻太慢將增加TAL，可能造成脆弱的焊點。 　　在回流焊接工藝中使用兩種常見類型的溫度曲線，它們通常叫做保溫型(soak)和帳 篷型(tent)溫度曲線。在保溫型曲線中(圖一)，如前面所講到的，裝配在一段時間內(nèi)經(jīng) 歷相同的溫度。帳篷型溫度曲線(圖二)是一個連續(xù)的溫度上升，從裝配進入爐子開始， 直到裝配達到所希望的峰值溫度。 |[pic] |[pic] | |圖一、典型的保溫型溫度曲線 |圖二、典型的帳篷型溫度曲線 | 　　所希望的溫度曲線將基于裝配制造中使用的錫膏類型而不同。取決于錫膏化學組成 ，制造商將建議最佳的溫度曲線，以達到最高的性能。溫度曲線的信息可以通過聯(lián)系錫 膏制造商得到。最常見的配方類型包括水溶性(OA)、松香適度激化型(RMA, rosin mildly activated)和免洗型(no-clean)錫膏。 溫度曲線的機制 　　經(jīng)典的PCB溫度曲線系統(tǒng)組件 　　一個經(jīng)典的PCB溫度曲線系統(tǒng)由以下組件組成： o 數(shù)據(jù)收集曲線儀，它從爐子中間經(jīng)過，從PCB收集溫度信息。 o 熱電偶，它附著在PCB上的關(guān)鍵組件，然后連接到隨行的曲線儀上。 o 隔熱保護，它保護曲線儀被爐子加熱。 o 軟件程序，它允許收集到的數(shù)據(jù)以一個格式觀看，迅速確定焊接結(jié)果和/或在失控惡 劣影響最終PCB產(chǎn)品之前找到失控的趨勢。 　　熱電偶(Thermalcouples) 　　在電子工業(yè)中最常使用的是K型熱電偶。有各種技術(shù)將熱電偶附著于PCB的組件上。 使用的方法決定于正在處理的PCB類型，以及使用者的偏愛。 　　熱電偶附著 　　高溫焊錫，它提供很強的連接到PCB。這個方法通常用于可以為作曲線和檢驗工藝而 犧牲一塊專門的參考板的運作。應(yīng)該注意的是保證最小的錫量，以避免影響曲線。 　　膠劑，可用來將熱電偶固定在PCB上。膠劑的使用通常得到熱電偶對裝配的剛性物理 連接。缺點包括膠劑可能在加熱過程中失效的可能性、作完曲線后取下時在裝配上留下 殘留物。還有，應(yīng)該注意使用最小的膠量，因為增加熱質(zhì)量可能影響溫度曲線的結(jié)果。 　　開普頓(Kapton)或鋁膠帶，它最容易使用，但是最不可靠的固定方法。使用膠帶作 溫度曲線經(jīng)常顯示很參差不齊的曲線，因為熱電偶連接點在加熱期間從接觸表面提起。 容易使用和不留下影響裝配的殘留物，使得開普頓或鋁膠帶成為一個受歡迎的方法。 　　壓力型熱電偶，夾持在線路板的邊緣，使用彈力將熱電偶連接點牢固地接觸固定到 正在作溫度曲線的裝配上。壓力探頭快速、容易地使用，對PCB沒有破壞性。 　　熱電偶的放置 　　因為一個裝配的外邊緣和角上比中心加熱更快，較大熱質(zhì)量的組件比較小熱質(zhì)量的 組件加熱滿，所以至少推薦使用四個熱電偶的放置位置。一個熱電偶放在裝配的邊緣或 角上，一個在小組件上，另一個在板的中心，第四個在較大質(zhì)量的組件上。另外還可以 增加熱電偶在板上其它感興趣的零件上，或者溫度沖擊或溫度損傷最危險的組件上。 　　讀出與評估溫度曲線數(shù)據(jù) 　　錫膏制造商一般對其錫膏配方專門有推薦的溫度曲線。應(yīng)該使用制造商的推薦來確 定一個特定工藝的最佳曲線，與實際的裝配結(jié)果進行比較。然后可能采取步驟來改變機 器設(shè)定，以達到特殊裝配的最佳結(jié)果(圖三)。 [pic] 圖三、典型的PCB回流溫度曲線 　　對于PCB裝配制造商，現(xiàn)在有新的工具，它使得為錫膏和回流爐的特定結(jié)合設(shè)計目標 曲線來得容易。一旦設(shè)計好以后，這個目標曲線可以由機器操作員機遇這個專門的PCB裝 配簡單地調(diào)用，自動地在回流焊接爐上運行。 　　何時作溫度曲線 　　當開始一個新的裝配時，作溫度曲線是特別有用的。必須決定爐的設(shè)定，為高品質(zhì) 的結(jié)果優(yōu)化工藝。作為一個診斷工具，曲線儀在幫助確定合格率差和/或返工高的過程中 是無價的。 　　作溫度曲線可以發(fā)現(xiàn)不適當?shù)臓t子設(shè)定，或者保證對于裝配這些設(shè)定是適當?shù)?。許 多公司或工廠在標準參考板上作溫度曲線，或者每天使用機器的品質(zhì)管理曲線儀。一些 工廠在每個班次的開始作溫度曲線，以檢驗爐子的運行，在問題發(fā)生前避免潛在的問題 。這些溫度曲線可以作為一個硬拷貝或通過電子格式存儲起來，并且可用作ISO計劃的一 部分，或者用來進行對整個時間上機器性能的統(tǒng)計過程控制(SPC, statistical process control)的操作。 　　用于作溫度曲線的裝配應(yīng)該小心處理。該裝配可能由于處理不當或者重復暴露在回 流溫度之下而降級。作曲線的板可能隨時間過去而脫層，熱電偶的附著可能松動，這一 點應(yīng)該預(yù)計到，并且在每一次運行產(chǎn)生損害之前應(yīng)該檢查作曲線的設(shè)備。關(guān)鍵是要保證 測量設(shè)備能夠得到精確的結(jié)果。 　　經(jīng)典PCB溫度曲線與機器的品質(zhì)管理曲線 　　雖然溫度曲線的最普遍類型涉及使用一個運行的曲線儀和熱電偶，來監(jiān)測PCB組件的 溫度，作溫度曲線也用來保證回流焊接爐以最佳的設(shè)定連續(xù)地工作運行。現(xiàn)有各種內(nèi)置 的機器溫度曲線儀，提供對關(guān)鍵回流爐參數(shù)的日常檢測，包括空氣溫度、熱流與傳送帶 速度。這些儀器也提供機會，在失控因素影響最終PCB裝配質(zhì)量之前，迅速找到任何失控 趨勢。 總結(jié) 　　做溫度曲線是PCB裝配中的一個關(guān)鍵元素，它用來決定過程機器的設(shè)定和確認工藝的 連續(xù)性。沒有可測量的結(jié)果，對回流工藝的控制是有限的。咨詢一下錫膏供應(yīng)商，查看 一下組件規(guī)格，為一個特定的工藝確定最佳的曲線參數(shù)。通過實施經(jīng)典PCB溫度曲線和機 器的品質(zhì)管理溫度曲線的一個正常的制度，PCB的報廢率將會降低，而質(zhì)量與產(chǎn)量都會改 善。結(jié)果，總的運作成本將減低。 |波峰焊接工藝的溫度曲線作圖 | |　　雖然本文重點放在回...
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