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貼片技術與貼片機

點擊次數:  更新時間:2016/7/21 17:35:21 

貼片精度達60um,光學定位的精度高于機械定位,但定位時間稍長。
(一)X-Y 與Z/
· X-Y 定位系統是評價貼片機精度的主要指標,它包括傳動機構和伺服系統;貼片速度的提高意味著X-Y 傳動機構運行速度的提高而發熱,而滾珠絲桿是主要的熱源,其熱量的變化會影響貼裝精度,最新研制的X-Y 傳動系統在導軌內設有冷卻系統;在高速機中采用無磨擦線性馬達和空氣軸承導軌傳動,運行速度做得更快。
西門子貼片機采用同步帶-直線軸承驅動,該系統運行噪聲低,工作環境好。
X-Y 伺服系統(定位控制系統)
由交流伺服電機驅動,并在傳感器及控制系統指揮下實現精確定位,因此傳感器的精度起關鍵作用。位移傳感器有園光柵編碼器、磁柵尺和光柵尺。
1. 園光柵編碼器
園光柵編碼器的轉動部位上裝有兩片園光柵,園光柵由玻璃片或透明塑料制成,并在片上鍍有明暗相間的放射狀鉻線,相鄰的明暗間距稱為一個柵節,整個園周總柵節數為編碼器的線脈沖數。鉻線的多少也表示精度的高低。
其中一片光柵 固定在轉動部位作指標光柵,另一片則隨轉動軸同眇運動并用來計數,因此指標光柵與轉動光柵組成一對掃描系統,相當于計數傳感器。園光柵編碼器裝在伺服電機 中,它可測出轉動件的位置、角度及角加速度,它可以將這些物理量轉換為電信號輿給控制系統。編碼器能記錄絲桿的放置數并將信息反饋給比較器,直至符合被線 性量。
該系統抗干擾性強,測量精度取決于編碼器中光柵盤上的光柵數及溢珠絲桿導軌的精度。
2.磁柵尺
由磁柵尺和磁頭檢測電路組成,利用電磁特性和錄磁原理對位移進行測量。磁柵尺是在非導磁性標尺基礎上采用化學涂覆或電鍍工藝在非磁性標尺上沉積一層磁性膜(一般10~20um)在磁性膜上錄制代
表一定年度具有一定波長的方波或正弦波磁軌跡信號。磁頭在磁柵尺上移動和讀取磁恪,并轉變成電信號輸入到控制電路,最終控制AC伺服電機的運行。
磁柵尺的優點是制造簡單、安裝方便、穩定性高、量程范圍大,測量精度高達1~5um,貼片精度一般在0.02mm。
3.光柵尺
由光柵尺、光柵讀數頭與檢測電路組成。光柵尺是在透明下班或金屬鏡面上真空沉積鍍膜,利用光刻技術制作均勻密集條紋(每毫米100~300 條),條紋 距離相等且平等。光柵讀數頭由指示光柵、光
源、透鏡及光敏器件組成,光柵尺有相同的條紋,光柵尺是根據根據物理學的莫爾條紋形成原理進行位移測量,精度高達0.1~1um,其定位精度比磁柵尺還要高1~2 個數量級。
光柵尺對環境要求比較高,特別是防塵,塵埃落在光尺上會引起貼片機故障。
上述三種測量方法僅能對單軸向運動位置的偏差進行檢測,而對導軌的變形、彎曲等因素造成的正交或旋轉誤差卻無能為力。
4.Y 軸方向運行的同步性
新型貼片機X軸運行采取完全同步控制回路的雙AC伺服電機驅動系統,將內部震動降至最低,從而保證了Y 軸方向同步運行,其速度快、口音低、貼片頭運行流暢輕松。
5.X-Y 運動系統的速度控制
調整機運行速度高達150mm/s,瞬時的啟動和停止都會產生震動和沖擊。最新的X-Y 運動系統采用模糊控制技術,運行過程中分三段控制“慢--快――慢”(“S”型)從而使運動變得柔和,也有利于貼片精度的提高,降低噪音。
6.Z 軸伺服、定位系統
在泛用機中,支撐貼片頭的基座固定在X 導軌上,Z 軸控制系統的形式有:
1. 園光柵編碼器――AC/DC 馬達伺服2. 系統與X-Y 伺服定位類似,采用園光柵編碼器的AC/DC 伺服馬達-濂珠絲桿或同步機構,馬達可安裝在側位,通過齒輪轉換機構實現吸嘴在
Z 軸方向的控制。
3. 圓筒凸輪控制系統
在松下MVB 型貼片機中,吸嘴Z 方向運動就是這類,貼片時在PCB裝載臺的配合下完成貼片程序。
7.Z 軸的旋轉定位
早期采用氣缸和擋塊來實現,只能做到0、90 度控制,現在的貼片機已直接將微型脈沖馬達安裝在貼片頭內部,以實現旋轉方向高精度控制。MSR 型的分辨率為0.072 度/脈沖,它通過高精度的詣波驅
動器(減速比為30:1),直接驅動吸嘴裝置,由于詣波驅動器具有輸入軸與輸出軸同心度高、間隙小、振動低等優點,故放置方向分辨率高達0.0024 度/脈沖。
(二)光學對中系統
指貼片機在吸取元件時要保證吸嘴吸在元件中心。
原理:貼裝頭吸取元件后,CCD 攝像機對元器件成像,并轉化成數字圖象信號,經計算機分析出元器件的幾何中心和幾何尺寸,并與控制程序中的數據進行比較,計算出吸嘴中心與元器件中心在X、Y、
O 的誤差,并及時反饋給控制系統進行修正,以保證元器件引腳與焊盤重合。
組成:光源、CCD、顯示器以及數模轉換與圖像處理系統組成。CCD在給定的視野范圍內將實物圖像的光強度分布轉換成模擬電信號,模擬電信號再通過A/D 轉換成數字量,經圖像系統處理后再轉換為模
擬圖像,最后由顯示器瓜出來。
CCD 的分辨率:灰度分辯率和窨分辯率
灰度值分辯率是利用圖像多級高密度來表示分辯率,機器能分辨給定點的測量光強度,所需光強度越小則其分辯率就越高,一般采用256級灰度值(人眼處理的灰度值僅在50~60 左右)。
空間分辯率是指CCD 分辯精度的能力,通常用像元素來表示,即規定覆蓋原始圖像的柵網的大小,柵網越細,網點和像元素越高,分辨精度越高。
通常在分辯率高的場合下,CCD 能見到的視野小,而大視野的情況下分辯率較低,故在高速、高精度的場合下裝有兩種不同視野的
CCD。
CCD 的光源
為了配合貼片機貼好BGA、CSP 之類的器件,在以往元件照明(周圍、同軸)基礎上增加了BGA 照明。BGA 照明是LED 比以往更加水平。
光學系統的作用:
(1) 對PCB 的位置的確認,(2) 識別定位標(3) 志,(4) 通過BUS 反饋計算機,(5) 計算出貼片機原點位置誤差,(6) 反饋給運動控制系統
(7) 對元器件的確認:元件外形、元件中心、元件引腳的共面性和形變
在PCB 設計時還增加了小范圍幾何位置識別,即在要貼裝的細間距QFP 位置上再增加元器件圖像識別標志,確保細間距器件貼裝準確無誤
飛行對中技術――在運動中就將位置校正好
(1) CCD 安裝在貼片頭上,
(2) 用此方法QFP 的貼裝速度由原來的0.7s 下降到0.3s;
(3) CCD 采用懸掛式安裝,
(4) 有利于SMC/SMD 運動中校正位置。
(三)貼片頭
固定式貼片頭――通用型貼片機
(1) 吸嘴的真空系統:吸片時必須達到一定的真空度方能判別拾起元件是否正常,
(2) 當元件側立或因元件“卡帶”時會發出報警信號。
(3) 吸嘴的軟著陸:貼件時吸嘴會根據元件與PCB 接觸的瞬間產生的反作用力,
(4) 在壓力傳感器的作用下實現軟著陸,
(5) 又-稱為Z 軸的軟著陸
(6) 吸嘴的材料與結構:陶瓷材料、金剛石旋轉式多頭――高速機

(1) 水平旋轉/轉塔式(松下、三洋、富士)
有16 個貼片頭,每個頭上有4~6 個吸嘴,可以吸放多種大小不同的元件,16 個頭只能做水平方向旋轉,貼片頭從一號位從送料器吸件在運動過程中完成校正、測試直到完成貼片
(2) 垂直旋轉/轉盤式貼片頭(西門子)
旋轉頭上有12 個吸嘴,工作時每個吸嘴都吸取元件,并在CCD 處調整角誤差,吸嘴中均裝有真空傳感器。通常此類貼片機安裝有二組或四組旋轉頭,其中一組在吸件,另一組在貼片,然后交換功能。
組合式貼片頭――安必昂FCM 型貼片機由16 個獨立貼征頭組合而,每小時可貼9.6 萬片,但每個貼片頭只貼6000 個,因此精度高、故障率低、噪音低。

供料器
通常有帶狀(TAPE)、管狀(STICK)、秀狀(WAFFLE)和散料傳感器――用得越多,表示其智能化水平越高
(1) 壓力傳感器――監視壓力變化
(2) 負壓傳感器――由負壓發生器和真空傳感器組成(貼片頭),
(3) 出現吸不
(4) 到元器件或吸不
(5) 住元器件時,
(6) 它能及時報警
(7) 位置傳感器――PCB 的傳輸定位及計數、貼片頭和工作臺運動檢測、輔助機構的運動
(8) 圖像傳感器――PCB 位置、器件尺寸的圖像信號。CCD 圖像傳感器
(9) 激光感器――差別元件腳 的共面性(識別缺陷),
(10) 當反射光束與發射光束年度相同
(11) 時。器件共面性合格
(12) 區域傳感器――利用光電原理監控運行空間以保護貼片頭的安全
(13) 元件檢查――包括供料器供料以及元件的型號與精度檢查
(14) 貼片頭壓力傳感器――通過霍
(15) 爾壓力傳感器及伺服
(16) 電機的負載特性實現,
(17) 有效防止立碑,
(18) 無此傳感器則會出現成錯位及飛片現象

計算機控制系統
使用Windows 可通過因特網與機器制造商進行聯系,維修工程師能很快判斷故障原因。

貼片機的技術參數
1. 基本參數:PCB 尺寸、貼片速度、貼片精度、標2. 準8mm 供料器數量、貼裝元件尺寸、機器動力參數(電壓、氣壓、功率)
3. 技術參數解析
貼片精度:
定位精度(Placement Accuracy)-實際貼片位置與設定貼片位置的偏差X、Y、重復精度Replacability-描述貼片機重復地返回貼片位置的能力,貼片精度通常以之代替,與中心的離散度
分辨率(Resolution)-指貼片機機械位移的最小當量,它取決于伺服電機和軸驅動機構上的哉線性編碼器的分辨率
實際生產中的貼片精度/貼片準確度
貼片精度除了重復精度外,還應包括PCB/焊盤定位誤差、焊盤尺寸誤差、PCB 光繪誤差(CAD)以及片式元器件制造誤差
貼片機的過程能力指數Cp/Cpk
Cp=T/B=(Tu-Tl)/6q=(Tu-Tl)/6S T 為公差范圍;上限和下限的中心為公差中心(設計中心)Tm,分布中心u,公差中心和分布中心重合時u=Tm,過程無偏移;不重合時出現偏移量,此時應對過
程能力指數的計算進行修正。修正后的過程能力指數記為Cpk,Cpk
=(1-k)Cp
對貼片機來說為單向偏差,Cpk=Zmin/3q
1.331<=Cpk<=1.33 能力因素尚可
1>Cpk 能力因素欠缺
4. 貼片速度:實際貼片速度通常為理論貼片速度的65%~70%
5.
貼片機簡介
1. MSR 型:16 個貼片頭的旋轉頭組成,2. 貼片速度為4.5 萬3. 片/小時,4. 它由MK、MQ 型發展而5. 來,6. 1 站吸件,7. 2 站檢測元件高度,8. 3 站根據2 站檢測進行自動調焦并通過CCD 識別三
個偏差,9. 4 站校正角度偏差,10. 5 站對位置念頭和高度念頭進行校正并在瞬間完成貼片過程,11. 在3 站判別不12. 合格的元件將不13. 貼裝,14. 11 站吸嘴選擇,15. 12 站吐料,16. 13 站吸嘴返回,17. 15 站吸嘴伸出吸起ON。采用雙吸嘴位置,18. 兩處交替拴取元件,19. 使行程減少一半(使貼片速率提高30%)
20. 西六子HS-50
21. Assembleon-22. FCM
23. 多功能一體機SPARK 400

第十章 波峰技術與設備
基本知識:
傳熱方式:傳導、對流、輻射
二、波峰技術
也稱群焊或滾動焊接。
1. 波峰焊機
工位:裝板-涂布焊劑-預熱-焊接-熱風刀-冷卻-卸板
波峰面:Chip 波,
解決橋聯的辦法:
(1) 使用可焊性好的元器件/PCB;
(2) 提高助焊劑的活性;
(3) 提高PCB 的預熱溫度,
(4) 增加焊盤的潤濕性能;
(5) 提高焊料的溫度;
(6) 去除有害雜質,
(7) 減低焊料的內聚力,
(8) 以利于兩焊點之間的焊料分離。

焊劑涂布方法有:發泡法、浸漬法、噴霧法和刷涂法。
(1) 發泡法涂布焊劑:在液態焊劑槽內埋有一根管狀多孔陶瓷,
(2)且在管內裝接有低壓壓縮空氣,
(3) 迫使焊劑流出陶瓷管并產生均勻的微小泡沫,
(4) 當SMA 焊接面經過噴嘴時就均勻地附著上焊劑的涂布。焊劑 的質量主要由多孔陶瓷微孔的均勻性及焊劑的密謀決定。
焊劑發泡工藝參數:
a. 焊劑的液面必須高于多孔陶瓷管頂部10~25mm;
b. 空氣壓力必須根據多孔陶瓷管孔徑來調節,
c. 一般在0.3~0.5Mpa 左右;
d. 壓縮空氣必須嚴格去水、去油,
e. 以免污染焊劑;
f. 噴嘴上部的泡沫高度應在0~15mm 之間調整,
g. 即保證SMA
通過時不h. 應浸漬i. 到SMA 頂層。
(5) 浸漬
(6) 涂布法
這種方法就是把SMA 的焊接面浸到液態焊劑中,但焊劑不應浸到元件面。適于間歇性小批量生產。
(7) 刷涂法涂布
在焊槽中放置一個園柱形刷體,在轉動時下部浸入焊劑,當被焊PCB在上面通過時,毛刷可將焊劑飛濺到PCB 上。用于PCB 表面保護。
(8) 噴霧法涂布
a. 超聲波振蕩方式:產生的高頻振蕩能(20~40Hz),
b. 并通過換能器轉化為機械振蕩,
c. 強迫焊劑成霧化狀并送至SMA 的焊接面上,
d. 目前最先進。
優點:適于任何品牌的助焊劑,可減少70%的不良焊點,采用密閉式可避免助焊劑污染并可均勻地涂沫在PCB 上,噴口不會堵塞。
e. 噴嘴噴霧法:類似噴漆,
f. 在0.5~3kg/cm2 的壓力下,
g. 焊劑通過噴嘴產生霧化,
h. 涂布在SMA 焊接面上,
i. 適于低固含量(<5%)的焊劑,
j. 不k. 用稀釋劑,
l. 助焊劑與空氣隔離不
m. 會被污染,
n. 可調節噴嘴寬度;噴身均勻性差,
o. 且有飄浮焊劑分子,
p. 噴嘴有時會出現堵塞。
q. 有網目的滾筒:以不
r. 銹鋼制成的極精細滾筒在焊劑中旋轉,
s.在滾筒內加壓縮空氣可促使焊劑噴出。

焊劑的烘干(預熱)
在波峰焊過程中,SMA 涂布焊劑后應立即烘干,可使焊劑中大部分溶劑及PCB 制造過程中夾帶的水汽揮發;如果依靠焊料槽中的溫度進行揮發,會出現冷焊,但如果焊劑過早地從SMA 焊接面上揮發,
會使焊盤潤濕性變差,出現橋接。預熱的另一個優點是降低焊接期間對元器件及PCB 的熱沖擊(片式電容)。
通常預熱溫度控制在90~110 度。常見的預熱方法:空氣對流加熱、紅外線加熱器加熱熱空氣和輻射相結合的方法。
預熱溫度的測試采用溫度記錄儀,控頭放置在SMA 焊接面上,取三個點。

波峰焊接工藝曲線解析:工藝時間
預熱開始――與焊劑接觸――達到潤濕――與焊劑分離――焊料開始凝固――凝固結束
預熱時間 潤濕時間
停留/焊接時間 冷卻時間
預熱溫度:指PCB 與波峰面接觸前所達到的溫度
SMA 類型 元器件 預熱溫度
單面板組件 通孔器件與混裝 90~100
雙面板組件 通孔器件 100~110
雙面板組件 混裝 100~110
多 層 板 通孔器件 115~125
多 層 板 混裝 115~125
焊接溫度:通常高于焊料熔點(183)50~60 度,多指錫鍋波峰高度:指PCB 吃錫深度,控制在板厚的1/2~2/3
傳送傾角:高檔波峰焊機通常傾角控制在3~7 度,通過傾斜角的調節,可以實現調控PCB 與波峰面的焊接時間,適當的傾角會有利于
焊料與PCB 更快的剝離,使之返回錫鍋中。
熱風刀:20 世紀90 年代出現的新技術,是SMA 剛離開焊接波峰后,在SMA 的下方放置一個窄長的“腔體”,窄長的開口處能吹出4~20x0.068 個標準大氣壓和500~525 度的氣流,尤如刀狀。
熱風刀的高溫高壓氣流吹向SMA 上尚處于熔融狀態的焊點,過熱的風可以吹掉多余的焊錫,也可以填補金屬化孔內焊錫的不足,對有橋接的焊點可以立即得到修復,同時由于可使焊點的熔化時間得以延
長,故原來那些帶有氣孔的焊點也能得到修復,可使焊接缺陷大大降低。

為了獲得最佳效果,可調整熱風刀的角度40~90 度(以水平為基準)以及與SMA 底面之間的距離(盡可能近);若焊錫吹到板子上部,則應減少風刀的壓力,既要吹掉多余的焊錫,又要保證不使焊料吹到板子上;通常對所有類型的板子壓力設置 為5~10x0.068 個標準大氣壓,溫度為426 度,以得到很好的焊接效果。熱風刀參數如下:
SMA 元器件 傳送帶速度 壓力 熱風刀溫度 熱風刀角度
單面板 通孔元器件 1~1.5m/min 12x 398 45~60
雙面板 混裝用通孔 1~1.5 10x 426 55~70
多層板 混裝及通孔 1~1.5 14x 454 65~70
焊料張度的影響
雜技主要來源于PCB 上焊盤中銅的浸析,過量的銅會導致焊接缺陷增多,如拉尖、橋接和虛焊。當銅的含量達到0.4%以上時,就應采取措施處理。
引起焊料中雜技含量高的另一個原因是過高的錫鍋溫度,高溫下焊料的氧化相當迅速。新型波峰焊機采用氮氣充滿錫鍋上方的空間以防焊料氧化。
助焊劑
通常選用固含量低的品種,對于可焊性相對差的PCB,易產生虛焊。
工藝參數的協調:
波峰焊機的工藝參數帶速、預熱溫度、焊接時間和傾角之間需要互相協調,反復調節,帶速影響生產量。協調的原則是,以焊接時間為基礎(2~3s),它可以通 過波峰面的寬度與帶速來計算,反復調節帶速與傾斜角以及預熱溫度,就可以得到滿意的波峰焊接溫度曲線。在計算生產能力時還要考慮PCB 之間的間隔:PCB 的長度為L,間隔為L1,傳遞速度為V,停留時間為t,每小時產量為N,波寬為W,
則傳動速度為V=W/t N=60V/(L1+L)
例:一臺波峰機波峰面寬度為50mm,停留時間3S,現焊接400x400mm,PCB 的間距100mm,求單班產量。單班時間為7h 帶速= 0.05/(3/60)=1m/min 單班產量= ( 60x7 )/(0.4+0.1)=840 塊
實際生產時根據1m/min 的速度再調節預熱溫度,而波峰面的寬度則可調節傳送帶傾角來保證。
SMT 生產中的混裝工藝
特點:在PCB 一側(A 面)有數量不等的IC 器件,并插有通孔元件,在PCB 的另一側(B 面)有許多貼片阻容器件(也有IC),常稱之為“混裝”。
操作過程:在A 面采用錫膏-再流焊工藝焊接IC 等器件爐中固化;再轉至A 面,插入通孔元件;波峰焊接B 面;PCB 整理、清洗、測試和總裝。
焊接死區:因片式元件沒有引腳,直接黏接在PCB 上,元件與PCB表面成銳角,這樣流動的焊料沿切線方向沖擊電阻和電容的表面而不易達到矩形元件與PCB 頰所形成的角落,在這個角落中聚集著的焊
劑易形成氣泡和殘留物,從而出現焊接不良,稱這個角落為“焊接死區”。
貼片-波峰焊的另一問題是:為了保證PCB 的平整其表面涂覆常為鍍金或預熱助焊劑,助焊效果不及片式元件端頭的Sn/Pb 涂層熱風整平工藝。兩者的潤濕時間不同,元件端頭首先與焊料接觸,故也易
造成焊接死區。
為了克服“焊接死區”,通常采用雙波峰焊接技術,即嗇脈沖波,使焊料波從垂直方向沖擊“焊接死區”;此外還應使用低固含量的焊劑,以減少死區內的殘留物; 增加PCB 預熱溫度,以改善可焊性;改進元件的排列方向(垂直于運動方向),IC 盡量放在A 面,若要放在B面不僅要注意方向還應增加輔助焊盤。并用減少死區角落等手段達到減少不良焊點率。
波峰焊機的改進與發展
1. -2. 波:波由一個平坦的主峰區(較寬)和一個彎曲的副峰區組成。
SMA 與波峰接觸時間較長,因此焊料的擦洗作用最佳。由于噴嘴前安裝有擋板控制波峰形狀,從而就控制了波峰的速度特性,這樣在噴嘴前面形成了較大的相對速度為零的區域,在其相對速度為零的那點進行焊接,有助于減少焊點拉尖和橋接現象。
3. T 形波:將-4. 波主峰波縮短、副峰波引伸而5. 成,6. 其特點是把波峰變得很寬,7. 使焊接時間得到保證,8. 焊料表面張力有充分時間把多余的焊料完全拖回波峰,9. 從而10. 減少了橋接現象。11. 振蕩波(Omega Wave):“”波,12. 也是由-13. 波演變而14. 來,15. 焊料出口內裝有振動源,16. 使,17. 使錫波表面產生小波幅振動,18. 增加焊接功能,19. 突破焊盤附近包圍的氣體,20. 促使焊料潤濕元器件引腳,21. 有效地解決“焊接死區”問題,22. 但在元件高低差異大或密謀過高時不23. 佳。24. 氣泡式錫波(日本):Bubble Wave,25. 將空氣或氮氣由錫槽下方打入錫鍋中,26. 這些氣泡隨焊料上浮有較高的動能,27. 從而28. 打散焊點處包圍的氣體,29. 使焊料較易進入焊盤。30. “O”型放置波:采用一個主峰并對其運動狀態做了改進,31. 在噴嘴中裝有一組S 型柵欄,32. 并做往復33. 運動,34. 從而導致液態焊料產生“O”型運動,36. 當它與SMC 接觸時能有效地包圍SMC 焊點,37. 從而38. 達到減少“焊接死區”的目的,39.
制造成本和焊料氧化程度也減低。40. 雙峰波:增加一個湍流波,41. 又稱脈沖波,42. 其作用是在“垂直”方向上沖擊片式元件的焊盤,43. 故能有效地克服44. “焊接死區”現象,45. 再加上平波的整理作用,46. 更使焊接效果得到有力保證。47. 噴射式波峰焊接機:80 年代西歐滸,48. 高速單向流動的焊料波,49. 流速快,50. 焊料始終被防氧化油覆蓋,51. 高溫油還配有過濾循環系統和加熱功能,52. 既可保持焊料與空氣的隔離又可清除掉少量的氧化物,53. 故具有優良的焊接效果和節約焊料的特點。54. 充氮氣的波峰焊機:氮氣下可以提高焊料的潤濕力,55. 特別是可以波峰處的氧化。56. 計算機輔助波峰焊機(CAW):利用計算機有效地控制波峰焊機的參數,57. 如焊劑密謀、助焊劑的泡沫密度、傳送帶速度、預熱溫度、焊料高度、焊料溫度和波峰高度等。58. 電磁泵波峰焊接機的工作原理:耗電量少,59. 焊料氧化程度明顯下降

波峰焊接機中常見缺陷:
1. 拉尖:原因-2. 預熱溫度低、錫缸溫度低、PCB 傳送傾角小、波峰不3. 良、焊劑失敗和元件引線可焊性差等因素。對策-4. 調整5. 橋連:原因-6. 預熱溫度低、錫缸溫度低、焊錫銅含量過高,7.助焊劑失效或密謀推失調,8. 印制板布局不9. 合適、PCB 變形。對策-10. 調整溫度、化驗雜質
11. 虛焊:原因-12. 元器件可焊性差、預熱溫度低、焊料問題、助焊劑活性低;焊盤孔太大、PCB 氧化、板面有污染、傳送速度過快和錫缸溫度低。對策-13. 調整溫度、化驗、調整密謀、設計小焊盤
孔、清除PCB 氧化物、調整傳送速度14. 錫。涸颍15. 元器件引線可焊性差,16. 焊盤太大,17. 焊盤孔太大,18. 焊接角度太大傳送速度過快,19. 錫缸溫度高,20.焊劑涂敷不21. 均勻和焊料含錫量不22. 足。23. 漏焊(局部開孔):原因-24. 引線可焊性差,25. 焊料波峰不26. 穩,27. 助焊劑失效、焊劑噴涂不28. 均勻、PCB 局部可焊性差、傳送鏈抖動、預涂焊劑和助焊劑不29. 相溶和工藝流程不30. 合理。31. PCB 板變形大:原因-32. 工裝夾具故障、裝夾具操作問題、PCB 預加熱不33. 均勻、預溫度過高、錫缸溫度過高、傳送速度慢、PCB 選材問題、PCB 儲藏愛潮和PCB 太寬;對策-34. 修理或理發設計、加強工藝紀律、修理預熱裝置、調整預熱溫度、調整錫缸溫度、調整傳送速度、另選板材、加強管理和波峰中間位置加鋼絲。
35. PCB 銅箔翹起:原因-36. 板材質量差、PCB 儲藏不37. 好、焊接溫度過高和導條設計不38. 合理;對策-39. 設計更換紀律、加強管理、調整溫度和更改設計。
40. 浸潤性差:原因-41. 元件/焊盤可焊性差,42. 助焊劑活性差和預熱/錫鍋溫度不夠。

第十一章 再 流 焊
1、 概述:
再流焊亦稱回流焊,通過重新熔化預先放置的焊料而形成焊點,在焊接過程中不需添加任何額外焊料的一種焊接方法。
與波峰焊相比有如下優點:
1. 焊膏定量分配,
2. 精度高、焊料受熱 次數少、不易混入雜技且使用量較少;
4. 適用于各種高精度、高要求的元器件;
5. 焊接缺陷少,
6. 不良焊點率小于10ppm。

2、 紅外再流焊
1) 第一代-2) 熱板式再流焊爐
3) 第二代-4) 紅外再流焊爐
熱能中有80%的能量是以電磁波的形式――紅外線向外發射的。其波長在可見光之上限0.7~0.8um 到1mm 之間,0.72~1.5um 為近紅外;1.5~5.6um 為中紅外;5.6~1000um 為遠紅外,微波則在
遠紅外之上。
升溫的機理:當紅外波長的振動頻率與被輻射物體分子間的振動頻率一致時,就會產生共振,分子的激烈振動意味著物體的升溫。波長為1~8um
第四區溫度設置最高,它可以導致焊區溫度快速上升,提高泣濕力。
優點:使助焊劑以及有機酸和鹵化物迅速水利化從而提高潤濕能力;
紅外加熱的輻射波長與吸收波長相近似,因此基板升溫快、溫差小;
溫度曲線控制方便,彈性好;紅外加熱器效率高,成本低。
缺點:穿透性差,有陰影效應――熱不均勻。
對策:在再流焊中增加了熱風循環。
5) 第三代-6) 紅外熱風式再流焊
對流傳熱的快慢取決于風速,但過大的風速會造成元件移位并助長焊點的氧化,風速控制在1.0~1.8m/s。熱風的產生有兩種形式:軸向風扇產生(易形成層流,其運動造成各溫區分界不清)和切向風扇
(風扇安裝在加熱器外側,產生面板渦流而使第個溫區可精確控制。

基本結構與溫度曲線的調整:
1. 加熱器:管式加熱器、板式加熱器(鋁板或不2. 銹鋼板)
3. 傳送系統:耐熱四氟乙烯玻璃纖維布,運行平穩、導熱性好,
5. 但不能連線,7. 適用于小型熱板型;不 銹鋼網,9. 不適用于雙面PCB,11. 也不12. 能連線;鏈條導軌,13. 可實現連線生產
14. 強制對流系統:
15. 溫控系統:
3、 通孔再流焊(PIHR)
工藝流程:
1. 單面板:
(1) 在貼裝與插件焊盤同(2) 時鲺錫膏;
(3) 貼放SMC/SMD;
(4) 插裝TMC/TMD;
(5) 再流焊
2. 雙面板
(1) 錫膏-(2) 再流焊工藝,(3) 完成雙面片式元件的焊接;
(4) 然后在B 面的通孔元件焊盤上涂覆錫膏;
(5) 反轉PCB 并插入通孔元件;
(6) 第三次再流焊。
4、 無鉛錫膏再流焊的注意事項
1. 與SMB 的相容性,2. 包括焊盤的潤濕性和SMB 的耐熱性;
3. 焊點的質量和焊點的抗張強度;
4. 焊接工作曲線:
預熱區:升溫率為1.3~1.5 度/s,溫度在90~100s 內升至150 度保溫區:溫度為150~170 度,時間40~60s
再流區:從170 到最高溫度240 度需要10~15s,回到保溫區約
30s
快速冷卻
5、 Flip Chip 再流焊技術F.C
即倒裝貼片,可采用類似BGA 的焊接方法
1. 底層填料工藝:裸芯片預涂助焊劑――放置到PCB 上――再流焊――清洗助焊劑――檢驗合格點膠――固化2. 助焊/固化劑工藝:在SMB 上涂具有助焊又能固化的樹脂――將F.C 放于SMB 上――再流焊
*在F.C 焊后加膠――由于F.C 的熱膨脹系數(CTE)與環氧板的差異性會導致F.C 的使用壽命縮短。
選用:應有下加熱器,并有獨立溫控系統,以實現對SMA 底部的加熱

六、
6、 汽相再流焊
又稱汽相焊(Vapor Phase Soldering,VPS),美國最初用于厚膜集成電路的焊接,具有升溫速度快和溫度均勻恒定的優點,但傳熱介質FC-70 價格昂貴,且需FC-113,又是臭氧層損耗物質優點:
1. 汽相潛熱釋放對SMA 的物理結構和幾何形狀不2. 敏感,3. 使組件均勻加熱到焊接溫度4. 焊接溫度保持一定,5. 無需采用溫控手段,6. 滿足不7. 同8.溫度焊接的需要
9. VPS 的汽相場中是飽和蒸氣,10. 含氧量低
11. 熱轉化率高。
7、 激光再流焊
1. 原理和特點:利用激光束直接照射焊接部位,2. 焊點吸收光能轉變成熱能,3. 加熱焊接部位,4. 使焊料熔化。
5. 種類:固體YAG(乙鋁石榴石)激光器,6. 另一種是CO2 氣體激光器
第 12 章 焊接質量評估與檢測
SMT 自動檢測方法:元件測試、PCB 光板測試、自動光學測試、X光測試、SMT 在線測試、非向量測試以及功能測試。
一連接性測試
1. 人工目測檢驗(加輔助放大鏡):IPC-A-610B 焊點驗收標2. 準基本上以目測為主。1) 優良的外觀:潤濕程度良好;焊料在焊點表面鋪展均勻連續,2) 邊沿接觸角一般應<30,3) 對于焊盤邊緣的焊點,4) 應見到變月面;焊點處的焊料層要適中,5) 避免過多過少;焊點位置必須準確;焊點表面應連續和圓滑。
6) 主要缺陷:(1)橋連/橋接-7) 短路;(2)立碑,8) 吊橋、曼哈頓和墓碑-9) 片式阻容元件;(3)錯位-10) 元件位置移動出現開路狀態;(4)焊膏未熔化;(5)吸料/芯吸現象-11) QFP、SOIC
3. 自動光學檢查(AOI):通過淘汰對SMA 進行照射,4. 用光學鏡頭將SMA 反射光采集進行運算,5. 經過計算機圖像處理系統處理從而6. 判斷SMA 上元件位置及焊接情況。Automatied Optical
Inspection.
1) 絲網印刷后AOI:焊膏缺失、焊膏橋接、焊膏塌落;進一步要求能夠測量焊膏的高度及面積;
2) 器件貼裝后AOI:元件漏貼、元器件極性錯/器件品名
3) 識別、元器件偏移/歪斜、片式元件側立/直立;
4) 再流焊后AOI:通過焊錫的浸潤狀態可以推斷出焊錫的焊接強度。攝像頭拍攝下的圖像是由許多像素組成,
5) 并且每一像素都有一定的灰度值(0~256),6) 通過一定的數學模型進行圖像信息處理,
7) 可以精確判定焊接質量。
7. 回流焊后AOI 檢測原理及算法
檢測方法及原理:CCD 對SMA 需要檢測的部位進行圖形拍攝,每一幅圖像稱為視場FOV(Field of view),一個FOV 是由許多像素(pixel)組成組成,每一像素都有一灰度值(0~256),AOI 就是根
據每一個元件焊點所拍攝到像素多少以及每一個像素的灰度值進行量比評估,并以此為依據做出焊點質量好壞的結論。
1. 在AOI 檢測程序中將同2. 一類器件設有相同3. 的模型(MODEL),4. 每個模型都有許多與檢測有關的窗口(inspectionwindow),5. 每個檢測窗口都設有一種計算規則( algorithm),
6. 雙稱“算法”
7. 用一個角度攝像頭(camera),8. 配有一種燈光(light mode),
9. 設置一個通過值(pass level),10. 窗口檢查的故障類型(errorclass)AOI 的基本算法
1. 亮度(BRIGHT)
2. 暗度(DARK)
3. 對比度(CONTRAST)
4. 無對比度(NO CONTRAST)
5. 水平線(HORIZONTAL LINE)
6. 無水平線
7. 垂直線(VERTICAL LINE)
8. 無垂直線
9. 亮度百分比(PERCENT WHITE)和暗百分比(PERCENTBLACK)
激光/紅外線組合式檢測系統
原理:通過激光光束對被測物進行照射,利用熱容量的大小所產生的表面狀態變化,即由物體發熱、溫度上升的強弱差異,來實現對焊點的自動檢測
不同SMD 對激光光束吸收率的變化與多種不良狀態有著密切的關系。焊接溫度過度的的PCB 組件,焊點面常常模糊無光澤,或者容易出現表面粗糙的魄微粒狀,這些不良焊接對光束的吸收率高,檢測
時會使焊接點溫度快速上升,使熱過程曲線處于高水平。
X 射線檢測儀:
具有很強的穿透性,其透視圖可顯示焊點厚度、形狀及質量密度分布,這此指標能充分反映出焊點的焊接質量,如開路、短路、孔、洞內部氣泡以及錫量不足。
有兩種類型:直射式X 光檢測儀、斷層剖面X 光檢測儀。最小分辨率/用途:50um 整體缺陷; 10um 一般PCB 檢測與質量控制、BGA 檢測; 5um 細間距引線與焊點檢測um 級BGA 檢測、倒裝片檢測、PCB 缺陷分析與工藝控制;1um 鍵合裂紋檢測、微電路缺陷檢測。
在線測試儀(In-circuit test)簡稱ICT:
對元件極性貼錯、元件品種貼錯、數值超過標稱值允許的范圍進行性能測試,并同時檢查出影響其性能的相關缺陷,包括橋聯、虛焊、開路以及元件極性貼錯、數值超差等,并根據暴露出的問題及時調整生產工藝。接觸式檢測技術。
有兩種: 制造缺陷分析儀MDA ( Manutacturing DefectsAnalyzer),ICT 的早期形式,它只能模擬測試模擬電路的組伯板;另一種是ICT,它幾乎可以測試到所有與制造過程有關的缺陷,并能
精確判斷出有缺陷元件,多采用中央處理器技術。
向量法測試技術
指把N 分頻器計算器的輸出方波加到器件的輸入端,以完成對器件的激勵并根據器件的真值表確定所加的測試頻率,測試系統再用測試標準板與被測器件進行比較和評估。也稱格雷碼法。
邊界掃描技術通過具有邊界掃描功能的器件來實現,因此邊界掃描測試技術又是專門針對這類器件而執行。
用于那些復雜的VLSI 或ASIC 器件,在芯片內部插入標準的邊界掃描單元(Boundary Scan Cell),這些單元彼此串聯在主邏輯電路周圍,構成了移位寄存器。
邊界掃描技術以其虛擬的接觸解決了高密謀、細間距引腳難以測試的問題。
非向量測試(Veclorless Test)技術
1. 電容耦合測試(FRAME SCAN)
功能:能檢查出多種IC 封裝器件的開路、橋連缺陷如PLCC、QFP、DIP,還可以發現組件中非硅元件的連接開路。
原理:在被器件上放置一塊金屬片感應器,器件引腳架、金屬片感應器及封裝材料三者就形成一個微小的電容,然后每個引腳依次加入AC 激勵,同時接收到IC 頂部金屬片感應器的感應信號。
2. 模擬結測試(Delta Scand)
3. 頻率電感耦合測試(WAVE SCAN)
4. 飛針測試儀(FLYING PROBO TESTER)――針床式在線測試儀的最新改進
功能測試
測試整個系統是否能夠實現設計目標,三個基本單元――加激勵、懼響應并根據標準組件的響應評價被測試組件的響應。有診斷程序用來
鑒別和確定故障。
1. 特征分析(SA)測試技術:動態數字測試
2. 復3. 合測試儀:把在線測試儀和功能測試集成到一個系統的食品(ATE),特別適應高密謀封裝及含各種復4. 雜IC 芯片的組件板的測試
SMT 生產中常見缺陷及對策
1. 立碑――潤濕力不平衡
(1) 焊盤設計與布局不(2)合理:一邊接地(熱容量大)或一邊焊盤太大
(3) 錫膏與錫膏印刷:錫膏活性不(4) 高、元件可焊性差;改善印刷參數特別是模板窗口尺寸
(5) 貼片:Z 軸方向愛力不(6) 均勻,(7) 會導致元件浸入到錫膏中的深淺不(8) 一,(9) 熔化時會因時間差而導致立碑
(11) 爐溫曲線:爐體過短、溫區太少;測三個點――A 焊點溫度205~220 度,(12) B 板表面溫度<240 度,(13) C.元件表面溫度<230 度(在保溫區余率太高)
(14) N2 再流焊中氧濃度:在含氧過低時立碑反面增多,(15)100ppm 為最宜

3. 錫珠――有兩類A.在元件側為一個大錫球,4. B.在IC 引腳四周呈小珠狀
(1) 溫度曲線不(2) 正確:預熱、保溫區升溫率與升時間要適中(3) 焊膏質量:金屬含量過低會導致焊劑成份過高因預熱階段不(4) 易揮發而(5) 引起飛珠;錫膏中水蒸汽/氧含量增加的原
因――回溫時間不(6) 足、沒有及時蓋嚴(7) 印刷與貼片:印刷偏移錫膏浸流到焊盤外,(8) 印刷工作環境溫度與濕度不(9) 良;貼片過程中Z 軸的壓力會將錫膏擠到焊盤外
(10) 模板的厚度與開口尺寸:模板的厚度與開口尺寸過大,(11)膏量大而(12) 漫流到焊盤外,(13) 一般模板開口面積為焊盤尺寸的90%
5. 焊接后PCB 阻焊膜起泡
印制板組件在焊接后會在個別焊點周圍出現淺綠色小泡,嚴重時還會出現指甲蓋大小的泡狀物,不僅影響外觀質量,嚴重時還會影響性能,是焊接工藝中經常出現的問題之一。
陰焊膜起泡的根本原因,在于陰焊膜與PCB 基材之間存在氣體/水蒸氣。微量的氣體/水蒸氣會夾帶到不同的工藝過程,當遇到高溫時,氣體膨脹,導致陰焊膜與PCB 基材的分層。焊接時,焊盤溫度相對
較高,故氣泡首先出現在焊盤周圍。
PCB 在加工過程經常需要清洗,干燥后再做下道工序,如腐刻后,應干燥后再貼阻焊


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