SMT制程資料1
印刷电路板的清洁度 [pic] 　　本文介绍，印刷电路板及其装配的常见污染物，以及在处理印制电路板时减少表面 污染的一般原则。 　　以下是在印制电路板上发现的较常见的污染物： 1. 助焊剂残留 2. 颗粒状物体 3. 化学盐的残留物 4. 手印 5. 氧化物(被腐蚀) 6. 白色残留物 　　在处理印制电路板时，减少表面污染的一般原则： 1. 工作站(工作场所)应该保持干净和整洁 2. 在工作场所不应该吃/喝东西，或者吸烟，或者进行其它可能造成对板的表面产生污 染的活动 3. 不应该使用含有硅的护肤霜或护肤液，因为这些用品可能造成可焊性和其它的工艺问 题，可以购买专门配方的护肤液 4. 最好是通过边缘来拿电路板 5. 在处理空板时，应该使用不起毛的或者一次性的塑料手套。手套应该经常更换，因为 脏的手套可能造成污染问题 6. 除非有专门的搁物架，应该避免没有隔开保护地将板堆迭在一起 　　板的表面污染不仅会造成可焊性及其它工艺问题，而且对产品的使用可靠性产生潜 在的影响，因为污染是长期使用中产生腐蚀的根源。 　　那幺在PCB来料时和在电路装配完成之后，可以进行清洁度的测试来测定板面的有机 或无机、和离子与非离子的污染。 　　测定离子污染是按照《IPC-TM-650实验方法手册》中的方法2.3.25和2.3.26。 　　测定有机污染是按照《IPC-TM-650实验方法手册》中的方法2.3.38和2.3. 什幺造成组件竖立，怎样防止？ [pic] 　　本文介绍，装配工艺从一个好的设计开始，但是它要求可靠的可焊接材料和勤快的 设备维护。 　　问题：是什幺造成组件竖立(tombstoning)和怎样防止？ 　　答：在回流焊接期间，当片状组件的一端从相应的焊盘升起产生一个开路的时候， 所形成的缺陷叫做组件竖立(tombstoning, drawbridging)。这个缺陷的主要原因是在回流过程中的表面张力与起作用的不平衡湿润 (wetting)力。许多因素可以导致在焊接过程中片状组件两端的不平衡的湿润力。促进组 件竖立的两个主要因素是：1)在焊盘上不同的湿润力和 2)组件焊盘的不适当设计。 　　通常的疑点 　　在一些情况中，不平衡的湿润力可能是组件或电路板端子可焊性特征不足的直接结 果。锡膏沉淀块的体积不同，或者被氧化或者干燥的锡膏，也可能导致焊接条件不足。 锡膏印刷工艺和设备可能是多种组件竖立情况的原因。充分的模板(stencil)预防性维护 ，保证可再生的和所希望的锡膏体积，在所有情况中都是重要的 - 特别当小的、离散组件使用时。 　　 设计是制造过程的第一步，焊盘设计可能是组件竖立的主要原因。较短、较宽的焊 盘似乎比长而窄的焊盘更宽容。参阅IPC- 782《表面贴装设计与焊盘布局标准》得到更详细的解释。事实上，超过组件太多的焊盘可 能允许组件在焊锡湿润过程中滑动 - 把组件拉出一端的焊盘。 　　对于小型离散片状组件，为组件的一端设计不同的焊盘尺寸，或者将焊盘的一端连 接到地线板上，也可能导致组件竖立。不同焊盘尺寸的的使用可能造成不平衡的焊盘加 热和锡膏流动时间。在回流期间，组件简直是飘浮在液体的焊锡上，当焊锡固化时达到 其最终位置。焊盘上不同的湿润力可能造成附着力的缺乏和组件的旋转。在一些情况中 ，液化温度以上时间的延长可以减少组件竖立。演唱液化温度以上的时间可以在组件的 焊盘之间得到更加均匀的温度。 　　其它可能的疑点 　　组件竖立的其它被引证的原因包括制造板的情况。组件下面不均匀的阻焊(solder mask)层厚度，可能把组件一端升起离开焊盘。焊盘上的阻焊也可能减少一端焊盘上的湿 润。 　　贴装工艺也可能是组件竖立缺陷的根源。组件在焊盘上的旋转错误和误放可能造成 固化期间组件的移动。冲击式、加力的组件贴装可能不均匀地从下面的焊盘上挤压锡膏 ，在回流期间产生不均匀的湿润。例外，在贴装期间，装配的快速穿梭的加速与减速可 能是组件移位，造成组件端子在板的焊盘上的不充分接触。 　　结论 　　和电子焊接工艺的许多特征一样，要求不断进化的材料、组件和设备，解决或消除 一个缺陷不存在一个唯一的答案。对完善和持续的教育保持一个持之以恒的警觉态度才 是成功的关键。 回流焊接工艺的经典PCB温度曲线 [pic] 　　 本文介绍对于回流焊接工艺的经典的PCB温度曲线作图方法，分析了两种最常见的回流焊 接温度曲线类型：保温型和帐篷型...。 　　经典印刷电路板(PCB)的温度曲线(profile)作图，涉及将PCB装配上的热电偶连接到 数据记录曲线仪上，并把整个装配从回流焊接炉中通过。作温度曲线有两个主要的目的 ：1) 为给定的PCB装配确定正确的工艺设定，2) 检验工艺的连续性，以保证可重复的结果。通过观察PCB在回流焊接炉中经过的实际温度 (温度曲线)，可以检验和/或纠正炉的设定，以达到最终产品的最佳品质。 　　经典的PCB温度曲线将保证最终PCB装配的最佳的、持续的质量，实际上降低PCB的报 废率，提高PCB的生产率和合格率，并且改善整体的获利能力。 回流工艺 　　在回流工艺过程中，在炉子内的加热将装配带到适当的焊接温度，而不损伤产品。 为了检验回流焊接工艺过程，人们使用一个作温度曲线的设备来确定工艺设定。温度曲 线是每个传感器在经过加热过程时的时间与温度的可视数据集合。通过观察这条曲线， 你可以视觉上准确地看出多少能量施加在产品上，能量施加哪里。温度曲线允许操作员 作适当的改变，以优化回流工艺过程。 　　一个典型的温度曲线包含几个不同的阶段 - 初试的升温(ramp)、保温(soak)、向回流形成峰值温度(spike to reflow)、回流(reflow)和产品的冷却(cooling)。作为一般原则，所希望的温度坡度是 在2~4°C范围内，以防止由于加热或冷却太快对板和/或组件所造成的损害。 　　在产品的加热期间，许多因素可能影响装配的品质。最初的升温是当产品进入炉子 时的一个快速的温度上升。目的是要将锡膏带到开始焊锡激化所希望的保温温度。最理 想的保温温度是刚好在锡膏材料的熔点之下 - 对于共晶焊锡为183°C，保温时间在30~90秒之间。保温区有两个用途：1) 将板、组件和材料带到一个均匀的温度，接近锡膏的熔点，允许较容易地转变到回流区 ，2) 激化装配上的助焊剂。在保温温度，激化的助焊剂开始清除焊盘与引脚的氧化物的过程 ，留下焊锡可以附着的清洁表面。向回流形成峰值温度是另一个转变，在此期间，装配 的温度上升到焊锡熔点之上，锡膏变成液态。 　　一旦锡膏在熔点之上，装配进入回流区，通常叫做液态以上时间(TAL, time above liquidous)。回流区时炉子内的关键阶段，因为装配上的温度梯度必须最小，TAL必须保 持在锡膏制造商所规定的参数之内。产品的峰值温度也是在这个阶段达到的 - 装配达到炉内的最高温度。 　　必须小心的是，不要超过板上任何温度敏感组件的最高温度和加热速率。例如，一 个典型的钽电容具有的最高温度为230°C。理想地，装配上所有的点应该同时、同速率达 到相同的峰值温度，以保证所有零件在炉内经历相同的环境。在回流区之后，产品冷却 ，固化焊点，将装配为后面的工序准备。控制冷却速度也是关键的，冷却太快可能损坏 装配，冷却太慢将增加TAL，可能造成脆弱的焊点。 　　在回流焊接工艺中使用两种常见类型的温度曲线，它们通常叫做保温型(soak)和帐 篷型(tent)温度曲线。在保温型曲线中(图一)，如前面所讲到的，装配在一段时间内经 历相同的温度。帐篷型温度曲线(图二)是一个连续的温度上升，从装配进入炉子开始， 直到装配达到所希望的峰值温度。 |[pic] |[pic] | |图一、典型的保温型温度曲线 |图二、典型的帐篷型温度曲线 | 　　所希望的温度曲线将基于装配制造中使用的锡膏类型而不同。取决于锡膏化学组成 ，制造商将建议最佳的温度曲线，以达到最高的性能。温度曲线的信息可以通过联系锡 膏制造商得到。最常见的配方类型包括水溶性(OA)、松香适度激化型(RMA, rosin mildly activated)和免洗型(no-clean)锡膏。 温度曲线的机制 　　经典的PCB温度曲线系统组件 　　一个经典的PCB温度曲线系统由以下组件组成： o 数据收集曲线仪，它从炉子中间经过，从PCB收集温度信息。 o 热电偶，它附着在PCB上的关键组件，然后连接到随行的曲线仪上。 o 隔热保护，它保护曲线仪被炉子加热。 o 软件程序，它允许收集到的数据以一个格式观看，迅速确定焊接结果和/或在失控恶 劣影响最终PCB产品之前找到失控的趋势。 　　热电偶(Thermalcouples) 　　在电子工业中最常使用的是K型热电偶。有各种技术将热电偶附着于PCB的组件上。 使用的方法决定于正在处理的PCB类型，以及使用者的偏爱。 　　热电偶附着 　　高温焊锡，它提供很强的连接到PCB。这个方法通常用于可以为作曲线和检验工艺而 牺牲一块专门的参考板的运作。应该注意的是保证最小的锡量，以避免影响曲线。 　　胶剂，可用来将热电偶固定在PCB上。胶剂的使用通常得到热电偶对装配的刚性物理 连接。缺点包括胶剂可能在加热过程中失效的可能性、作完曲线后取下时在装配上留下 残留物。还有，应该注意使用最小的胶量，因为增加热质量可能影响温度曲线的结果。 　　开普顿(Kapton)或铝胶带，它最容易使用，但是最不可靠的固定方法。使用胶带作 温度曲线经常显示很参差不齐的曲线，因为热电偶连接点在加热期间从接触表面提起。 容易使用和不留下影响装配的残留物，使得开普顿或铝胶带成为一个受欢迎的方法。 　　压力型热电偶，夹持在线路板的边缘，使用弹力将热电偶连接点牢固地接触固定到 正在作温度曲线的装配上。压力探头快速、容易地使用，对PCB没有破坏性。 　　热电偶的放置 　　因为一个装配的外边缘和角上比中心加热更快，较大热质量的组件比较小热质量的 组件加热满，所以至少推荐使用四个热电偶的放置位置。一个热电偶放在装配的边缘或 角上，一个在小组件上，另一个在板的中心，第四个在较大质量的组件上。另外还可以 增加热电偶在板上其它感兴趣的零件上，或者温度冲击或温度损伤最危险的组件上。 　　读出与评估温度曲线数据 　　锡膏制造商一般对其锡膏配方专门有推荐的温度曲线。应该使用制造商的推荐来确 定一个特定工艺的最佳曲线，与实际的装配结果进行比较。然后可能采取步骤来改变机 器设定，以达到特殊装配的最佳结果(图三)。 [pic] 图三、典型的PCB回流温度曲线 　　对于PCB装配制造商，现在有新的工具，它使得为锡膏和回流炉的特定结合设计目标 曲线来得容易。一旦设计好以后，这个目标曲线可以由机器操作员机遇这个专门的PCB装 配简单地调用，自动地在回流焊接炉上运行。 　　何时作温度曲线 　　当开始一个新的装配时，作温度曲线是特别有用的。必须决定炉的设定，为高品质 的结果优化工艺。作为一个诊断工具，曲线仪在帮助确定合格率差和/或返工高的过程中 是无价的。 　　作温度曲线可以发现不适当的炉子设定，或者保证对于装配这些设定是适当的。许 多公司或工厂在标准参考板上作温度曲线，或者每天使用机器的品质管理曲线仪。一些 工厂在每个班次的开始作温度曲线，以检验炉子的运行，在问题发生前避免潜在的问题 。这些温度曲线可以作为一个硬拷贝或通过电子格式存储起来，并且可用作ISO计划的一 部分，或者用来进行对整个时间上机器性能的统计过程控制(SPC, statistical process control)的操作。 　　用于作温度曲线的装配应该小心处理。该装配可能由于处理不当或者重复暴露在回 流温度之下而降级。作曲线的板可能随时间过去而脱层，热电偶的附着可能松动，这一 点应该预计到，并且在每一次运行产生损害之前应该检查作曲线的设备。关键是要保证 测量设备能够得到精确的结果。 　　经典PCB温度曲线与机器的品质管理曲线 　　虽然温度曲线的最普遍类型涉及使用一个运行的曲线仪和热电偶，来监测PCB组件的 温度，作温度曲线也用来保证回流焊接炉以最佳的设定连续地工作运行。现有各种内置 的机器温度曲线仪，提供对关键回流炉参数的日常检测，包括空气温度、热流与传送带 速度。这些仪器也提供机会，在失控因素影响最终PCB装配质量之前，迅速找到任何失控 趋势。 总结 　　做温度曲线是PCB装配中的一个关键元素，它用来决定过程机器的设定和确认工艺的 连续性。没有可测量的结果，对回流工艺的控制是有限的。咨询一下锡膏供应商，查看 一下组件规格，为一个特定的工艺确定最佳的曲线参数。通过实施经典PCB温度曲线和机 器的品质管理温度曲线的一个正常的制度，PCB的报废率将会降低，而质量与产量都会改 善。结果，总的运作成本将减低。 |波峰焊接工艺的温度曲线作图 | |　　虽然本文重点放在回...
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