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(shí)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(xué)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(shí)，減少表面污染的一般原則： 1. 工作站(工作場(chǎng)所)應(yīng)該保持干凈和整潔 2. 在工作場(chǎng)所不應(yīng)該吃/喝東西，或者吸煙，或者進(jìn)行其它可能造成對(duì)板的表面產(chǎn)生污 染的活動(dòng) 3. 不應(yīng)該使用含有硅的護(hù)膚霜或護(hù)膚液，因?yàn)檫@些用品可能造成可焊性和其它的工藝問 題，可以購(gòu)買專門配方的護(hù)膚液 4. 最好是通過邊緣來拿電路板 5. 在處理空板時(shí)，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?yàn)?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(hù)地將板堆迭在一起 　　板的表面污染不僅會(huì)造成可焊性及其它工藝問題，而且對(duì)產(chǎn)品的使用可靠性產(chǎn)生潛 在的影響，因?yàn)槲廴臼情L(zhǎng)期使用中產(chǎn)生腐蝕的根源。 　　那幺在PCB來料時(shí)和在電路裝配完成之后，可以進(jìn)行清潔度的測(cè)試來測(cè)定板面的有機(jī) 或無機(jī)、和離子與非離子的污染。 　　測(cè)定離子污染是按照《IPC-TM-650實(shí)驗(yàn)方法手冊(cè)》中的方法2.3.25和2.3.26。 　　測(cè)定有機(jī)污染是按照《IPC-TM-650實(shí)驗(yàn)方法手冊(cè)》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(gè)好的設(shè)計(jì)開始，但是它要求可靠的可焊接材料和勤快的 設(shè)備維護(hù)。 　　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(dāng)片狀組件的一端從相應(yīng)的焊盤升起產(chǎn)生一個(gè)開路的時(shí)候， 所形成的缺陷叫做組件豎立(tombstoning, drawbridging)。這個(gè)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(rùn) (wetting)力。許多因素可以導(dǎo)致在焊接過程中片狀組件兩端的不平衡的濕潤(rùn)力。促進(jìn)組 件豎立的兩個(gè)主要因素是：1)在焊盤上不同的濕潤(rùn)力和 2)組件焊盤的不適當(dāng)設(shè)計(jì)。 　　通常的疑點(diǎn) 　　在一些情況中，不平衡的濕潤(rùn)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(dǎo)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(hù) ，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(dāng)小的、離散組件使用時(shí)。 　　 設(shè)計(jì)是制造過程的第一步，焊盤設(shè)計(jì)可能是組件豎立的主要原因。較短、較寬的焊 盤似乎比長(zhǎng)而窄的焊盤更寬容。參閱IPC- 782《表面貼裝設(shè)計(jì)與焊盤布局標(biāo)準(zhǔn)》得到更詳細(xì)的解釋。事實(shí)上，超過組件太多的焊盤可 能允許組件在焊錫濕潤(rùn)過程中滑動(dòng) - 把組件拉出一端的焊盤。 　　對(duì)于小型離散片狀組件，為組件的一端設(shè)計(jì)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(dǎo)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(dòng)時(shí)間。在回流期間，組件簡(jiǎn)直是飄浮在液體的焊錫上，當(dāng)焊錫固化時(shí)達(dá)到 其最終位置。焊盤上不同的濕潤(rùn)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(shí)間的延長(zhǎng)可以減少組件豎立。演唱液化溫度以上的時(shí)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(diǎn) 　　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(rùn)。 　　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(cuò)誤和誤放可能造成 固化期間組件的移動(dòng)。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(rùn)。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(jìn)化的材料、組件和設(shè)備，解決或消除 一個(gè)缺陷不存在一個(gè)唯一的答案。對(duì)完善和持續(xù)的教育保持一個(gè)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(duì)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(gè)裝配從回流焊接爐中通過。作溫度曲線有兩個(gè)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(yàn)工藝的連續(xù)性，以保證可重復(fù)的結(jié)果。通過觀察PCB在回流焊接爐中經(jīng)過的實(shí)際溫度 (溫度曲線)，可以檢驗(yàn)和/或糾正爐的設(shè)定，以達(dá)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(shí)際上降低PCB的報(bào) 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(dāng)?shù)暮附訙囟?，而不損傷產(chǎn)品。 為了檢驗(yàn)回流焊接工藝過程，人們使用一個(gè)作溫度曲線的設(shè)備來確定工藝設(shè)定。溫度曲 線是每個(gè)傳感器在經(jīng)過加熱過程時(shí)的時(shí)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(zhǔn)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(dāng)?shù)母淖?，以?yōu)化回流工藝過程。 　　一個(gè)典型的溫度曲線包含幾個(gè)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(duì)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(dāng)產(chǎn)品進(jìn)入爐子 時(shí)的一個(gè)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(diǎn)之下 - 對(duì)于共晶焊錫為183°C，保溫時(shí)間在30~90秒之間。保溫區(qū)有兩個(gè)用途：1) 將板、組件和材料帶到一個(gè)均勻的溫度，接近錫膏的熔點(diǎn)，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(gè)轉(zhuǎn)變，在此期間，裝配 的溫度上升到焊錫熔點(diǎn)之上，錫膏變成液態(tài)。 　　一旦錫膏在熔點(diǎn)之上，裝配進(jìn)入回流區(qū)，通常叫做液態(tài)以上時(shí)間(TAL, time above liquidous)?；亓鲄^(qū)時(shí)爐子內(nèi)的關(guān)鍵階段，因?yàn)檠b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(gè)階段達(dá)到的 - 裝配達(dá)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(gè)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(diǎn)應(yīng)該同時(shí)、同速率達(dá) 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(diǎn)，將裝配為后面的工序準(zhǔn)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(diǎn)。 　　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(shí)間內(nèi)經(jīng) 歷相同的溫度。帳篷型溫度曲線(圖二)是一個(gè)連續(xù)的溫度上升，從裝配進(jìn)入爐子開始， 直到裝配達(dá)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(xué)組成 ，制造商將建議最佳的溫度曲線，以達(dá)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(jī)制 　　經(jīng)典的PCB溫度曲線系統(tǒng)組件 　　一個(gè)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(hù)，它保護(hù)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(gè)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(shì)。 　　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(qiáng)的連接到PCB。這個(gè)方法通常用于可以為作曲線和檢驗(yàn)工藝而 犧牲一塊專門的參考板的運(yùn)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(duì)裝配的剛性物理 連接。缺點(diǎn)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(shí)在裝配上留下 殘留物。還有，應(yīng)該注意使用最小的膠量，因?yàn)樵黾訜豳|(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?yàn)闊犭娕歼B接點(diǎn)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(gè)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(diǎn)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(duì)PCB沒有破壞性。 　　熱電偶的放置 　　因?yàn)橐粋€(gè)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(gè)熱電偶的放置位置。一個(gè)熱電偶放在裝配的邊緣或 角上，一個(gè)在小組件上，另一個(gè)在板的中心，第四個(gè)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(xiǎn)的組件上。 　　讀出與評(píng)估溫度曲線數(shù)據(jù) 　　錫膏制造商一般對(duì)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(gè)特定工藝的最佳曲線，與實(shí)際的裝配結(jié)果進(jìn)行比較。然后可能采取步驟來改變機(jī) 器設(shè)定，以達(dá)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(duì)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(jì)目標(biāo) 曲線來得容易。一旦設(shè)計(jì)好以后，這個(gè)目標(biāo)曲線可以由機(jī)器操作員機(jī)遇這個(gè)專門的PCB裝 配簡(jiǎn)單地調(diào)用，自動(dòng)地在回流焊接爐上運(yùn)行。 　　何時(shí)作溫度曲線 　　當(dāng)開始一個(gè)新的裝配時(shí)，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(gè)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(jià)的。 　　作溫度曲線可以發(fā)現(xiàn)不適當(dāng)?shù)臓t子設(shè)定，或者保證對(duì)于裝配這些設(shè)定是適當(dāng)?shù)?。許 多公司或工廠在標(biāo)準(zhǔn)參考板上作溫度曲線，或者每天使用機(jī)器的品質(zhì)管理曲線儀。一些 工廠在每個(gè)班次的開始作溫度曲線，以檢驗(yàn)爐子的運(yùn)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(gè)硬拷貝或通過電子格式存儲(chǔ)起來，并且可用作ISO計(jì)劃的一 部分，或者用來進(jìn)行對(duì)整個(gè)時(shí)間上機(jī)器性能的統(tǒng)計(jì)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(dāng)或者重復(fù)暴露在回 流溫度之下而降級(jí)。作曲線的板可能隨時(shí)間過去而脫層，熱電偶的附著可能松動(dòng)，這一 點(diǎn)應(yīng)該預(yù)計(jì)到，并且在每一次運(yùn)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(cè)量設(shè)備能夠得到精確的結(jié)果。 　　經(jīng)典PCB溫度曲線與機(jī)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(gè)運(yùn)行的曲線儀和熱電偶，來監(jiān)測(cè)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(yùn)行?，F(xiàn)有各種內(nèi)置 的機(jī)器溫度曲線儀，提供對(duì)關(guān)鍵回流爐參數(shù)的日常檢測(cè)，包括空氣溫度、熱流與傳送帶 速度。這些儀器也提供機(jī)會(huì)，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(shì)。 總結(jié) 　　做溫度曲線是PCB裝配中的一個(gè)關(guān)鍵元素，它用來決定過程機(jī)器的設(shè)定和確認(rèn)工藝的 連續(xù)性。沒有可測(cè)量的結(jié)果，對(duì)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(gè)特定的工藝確定最佳的曲線參數(shù)。通過實(shí)施經(jīng)典PCB溫度曲線和機(jī) 器的品質(zhì)管理溫度曲線的一個(gè)正常的制度，PCB的報(bào)廢率將會(huì)降低，而質(zhì)量與產(chǎn)量都會(huì)改 善。結(jié)果，總的運(yùn)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(diǎn)放在回...
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