SMT 工艺指导.pdf
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1、SMTSMTSMTSMT学习资料、仅供参考 巨人的肩膀属于你我 何祎 SCNB/SCM/M1 珍珍珍惜惜惜知知知识识识、共共共发发发展展展、创创创新新新高高高、信信信心心心源源源于于于自自自己己己 第 1 页 目录目录目录目录 第一章第一章第一章第一章 前言前言前言前言.5 1.1 序论.5 1.2 穿孔组装技术(THT).5 1.3 表面贴装技术(SMT).6 1.4 混装技术(MT).6 1.4.2 电子组装的高密度化.8 1.5 电子组装中的静电问题.8 第二章第二章第二章第二章 半导体电子封装半导体电子封装半导体电子封装半导体电子封装.11 2.1 序论.11 2.2 SCP(SING
2、LE-CHIP PACKAGE)封装形式.12 2.2.1 双列直插式(DIP).13 2.2.2 无引线陶瓷封装.14 2.2.3 PQFP(Plastic Quad Flat Package)封装.14 2.2.4 PGA(Pin Grid Array)与PAC(Pad Array Carrier).16 2.2.5 球形阵列封装.17 第三章第三章第三章第三章 印制电路板印制电路板印制电路板印制电路板.19 3.1 绪论.19 3.1.1 PCB的分类.19 3.1.2 多层线路板的制造流程.20 3.1.2.1 内层线路加工.20 3.1.2.2 多层板压合.21 3.1.2.3 钻孔
3、.21 3.1.2.4 通孔镀铜.21 3.1.2.5 外层线路二次镀铜.21 3.1.2.6 涂附阻焊膜.21 3.1.2.7 丝印文字.22 3.1.2.8 接点加工.22 3.1.2.9 成型切割.22 3.1.2.10 终检包装.22 3.2 PCB的表面处理技术.22 3.2.1 HASL的替代方案.23 3.2.1.1 有机可焊性保护层(OSP).23 3.2.1.1.1 OSP的保护机理.23 3.2.1.1.2 OSP涂附工艺.24 3.2.1.1.3 OSP的应用.24 3.2.1.1.4 OSP的局限性.24 3.2.1.2 化镍浸金(ENIG).25 3.2.1.2.1
4、ENIG的保护机理.25 3.2.1.2.2 ENIG处理工艺.25 3.2.1.2.3 ENIG的应用.26 SMTSMTSMTSMT学习资料、仅供参考 巨人的肩膀属于你我 何祎 SCNB/SCM/M1 珍珍珍惜惜惜知知知识识识、共共共发发发展展展、创创创新新新高高高、信信信心心心源源源于于于自自自己己己 第 2 页 3.2.1.2.4 ENIG的局限性.26 3.2.1.3 化镍钯浸金(ENEPIG).26 3.2.1.3.1 化镍钯浸金的原理.26 3.2.1.3.2 化镍钯浸金的工艺步骤.26 3.2.1.3.3 化镍钯浸金的应用.26 3.2.1.3.4 化镍钯浸金的局限性.27 3
5、.2.1.4 浸银.27 3.2.1.4.1 浸银的工作原理.27 3.2.1.4.2 浸银的工作步骤.27 3.2.1.4.3 浸银的应用.27 3.2.1.4.4 浸银的局限性.27 3.2.1.5 浸锡.27 3.2.1.5.1 浸锡原理.27 3.2.1.5.2 浸锡的应用和局限性.28 第四章第四章第四章第四章 锡膏和印刷锡膏和印刷锡膏和印刷锡膏和印刷.29 4.1 前言.29 4.2 锡膏.29 4.2.1 焊锡.29 4.2.1.1 物理特性.30 4.2.1.2 冶金特性.30 4.2.1.3 机械特性.31 4.2.1.4 性能与外部设计.31 4.2.2 锡膏.32 4.2
6、.2.1 合金成分.32 4.2.2.2 助焊剂.34 4.2.2.2.1 松香.34 4.2.2.2.2 活性剂.34 4.2.2.2.3 触变剂.35 4.2.2.3 锡膏的特性.35 4.2.2.4 锡膏的存放和使用.35 4.3 网板.37 4.3.1 网板的制作方式.37 4.3.1.1 化学腐蚀.37 4.3.1.2 激光刻板.38 4.3.1.3 电铸模板.38 4.3.2 三球定理.39 4.3.3 通用开孔规范.39 4.3.4 常见元器件的开孔规范(仅供参考,本规范假设 Gerber 设计尺寸都是合理的。).41 4.3.4.1 1.27mm pitch BGA/MPGA.
7、41 4.3.4.2 1.00mm pitch BGA/MPGA.42 4.3.4.3 QFP-0.5mm pitch.42 4.3.4.4 QFP-0.65mm pitch和0.65mm pitch以上.44 4.3.4.5 SOIC-0.5mm pitch.46 SMTSMTSMTSMT学习资料、仅供参考 巨人的肩膀属于你我 何祎 SCNB/SCM/M1 珍珍珍惜惜惜知知知识识识、共共共发发发展展展、创创创新新新高高高、信信信心心心源源源于于于自自自己己己 第 3 页 4.3.4.6 SOIC-0.65mm pitch 和0.65mm pitch.47 4.3.4.7 小SOIC.47 4
8、.3.4.8 Chip.48 4.3.4.9 電源晶体管.49 4.3.4.10 0603排电阻/0603排电容/0603排电感.50 4.3.4.11 六脚服装三极管.50 4.3.4.12 三引脚三极管.51 4.4 刮刀.52 4.5 网印.52 4.5.1 刮刀的移动速度.52 4.5.2 刮刀压力.52 4.5.3 刮刀的行程.52 4.5.4 Snap off.53 4.5.5 刮刀升起速度.54 4.5.6 脱模.54 4.5.7 印刷环境.54 第五章第五章第五章第五章 焊接焊接焊接焊接.55 5.1 前言.55 5.2 温度曲线.55 5.2.1 传输速度.55 5.2.2
9、温度和静压.56 5.2.3 温升斜率.56 5.2.4 温度峰值和液相温度时间.57 5.2.5 冷却.58 5.3 材料.58 5.3.1 常用的金属表面.58 5.3.1.1 裸铜.58 5.3.1.2 金.58 5.3.1.3 Kovar铁镍钴合金.59 5.3.1.4 银.59 5.3.1.5 浸锡.59 5.3.1.6 锡铅.59 5.3.2 润湿和可焊性.59 5.3.3 可焊性测试.60 5.3.3.1 测试过程.60 5.3.3.1.1 浸锡测试.61 5.3.3.1.2 锡球测试.61 5.3.3.2 可焊性测试标准.61 5.3.4(电镀.61 5.3.5(锡铅热熔.61
10、 5.3.6(可焊性与电镀.61 5.3.7(预清洗).61 第六章第六章第六章第六章 静电防治静电防治静电防治静电防治.62 SMTSMTSMTSMT学习资料、仅供参考 巨人的肩膀属于你我 何祎 SCNB/SCM/M1 珍珍珍惜惜惜知知知识识识、共共共发发发展展展、创创创新新新高高高、信信信心心心源源源于于于自自自己己己 第 4 页 6.1 前言.62 6.2 防静电地线的埋设.62 6.3 防静电地线的铺设和测试.63 6.4 防静电地板.63 6.5 防静电工作台面.63 6.6 电烙铁,小锡炉,测试仪器等用电设备的接地与测试.64 6.7 防静电服(衣,鞋,手套等).64 6.8 防静
11、电手环.64 6.9 加装离子风扇.64 6.10 传送带加装防静电清洁辊.65 6.11 防静电材料.65 6.12 温度和相对湿度的调控.65 6.13 其它.65 6.14 静电测试仪.65 6.15 监测和记录.65 第七章第七章第七章第七章 湿度敏感器件知识湿度敏感器件知识湿度敏感器件知识湿度敏感器件知识.67 7.1 学习了解 IPC 标准.67 7.2 湿度敏感器件的等级划分、标识、处理和储存、包装及其使用要求.71 SMTSMTSMTSMT学习资料、仅供参考 巨人的肩膀属于你我 何祎 SCNB/SCM/M1 珍珍珍惜惜惜知知知识识识、共共共发发发展展展、创创创新新新高高高、信信
12、信心心心源源源于于于自自自己己己 第 5 页 第一章 前言 1.1 序论 工艺,其英文名称为Process,也就是把原材料或半成品加工成成品的过程。当然,这里所说的“原材料”、“半成品”和“成品”在不同的过程中,其名称是相对的。就SMT线而言,在不同的公司,其成品的状态是各有特色。所谓SMT工艺,就是把电子元器件、PCB等通过SMT设备组装成主板的过程。PCB主板的组装过程也是SMT工艺的核心。本章大概介绍SMT PCB主板的组装流程。“手机、呼机、商务通一个都不能少”的时代与我们擦肩而过,而“n in one”转眼间便成了C3(Consumer-Communication-Computer)
13、新应用的基本特征。这些新应用给电子产业“食物链”从半导体元器件到封装,到PCB,到电子组装,甚至到最终装配提出了前所未有的挑战。尤其是PCB及SMT制造行业,随着电子产品体积的缩小和功能模块的不断增加,为了生存,如今SMT设备必须能够处理体积越来越小、间距几乎为零的元器件。因此,熟悉并不断提高SMT的工艺水平,成为SMT工程师不可推卸的历史责任。早在20世纪60年代,便出现了自动电子组装技术。随着电子产品体小、质轻、高速、宽带趋势的不断推进,自动电子组装技术也历经沧桑,丝毫不敢懈怠的向前发展着。业界通常把电子组装技术分为3类:1、穿孔技术(Through-Hole-Technology)2、表
14、面贴装技术(Surface-Mount-Technology)3、混装技术(Mixed-Technology)穿孔技术一直是宝刀未老,而且近年来部分供应商还推出了新的穿孔技术设备。表面贴装技术 是当今业界的主力军,新技术、新设备源源不断。混装技术则是技术革新时期的产物,穿孔技术、表面贴装技术以及异形封装、bare-die的任意一种组合都可以叫做混装技术。1.2 穿孔组装技术(THT)穿孔组装是指把电子元器件管脚插到PCB的通孔里面,然后把管脚焊接到PCB上,从而形成电 气连接的过程。大约在20世纪50年代末期引入了这项技术,20世纪60年代实现了穿孔组装自动化。通常来讲,穿孔组装元器件的价格以
15、及工艺费用要比表面贴装元器件的价格以及工艺费用低很多,但是穿孔组装技术难于实现电子产品组装高密度化。一般穿孔组装技术多用于对电子产品体积要求不高、成本低廉的场合,如电视机、录像机、空调等。采用穿孔器件和穿孔组装技术是把成本降到最低的最好方法。与表面贴装技术相比,穿孔器件 费用、工艺工程费用和组装费用都很低。穿孔器件的封装形式主要有以下类:双列直插式(DIPs)、轴向管脚、径向管脚和异形器件。穿孔组装技术采用的组装流程一般都是一样的:双列直插器件组装 轴向管脚器件组装 径向管脚器件组装 异形器件组装 焊接 清洗 一般双列直插器件封装在塑料管内,每个塑料管内只装有唯一的一种(或者Part Numb
16、er)器 件,由自动插件机完成组装。轴向管脚、径向管脚器件封装大致一样,都是固定管脚末端,由自动插件机完成组装。异形器件指的是由于特殊原因不能由前三道工序工序来完成组装的器件,它们可能是双列直插式(DIPs)、轴向管脚和径向管脚器件中的任何一种。大多数情况下,异形器件靠手工SMTSMTSMTSMT学习资料、仅供参考 巨人的肩膀属于你我 何祎 SCNB/SCM/M1 珍珍珍惜惜惜知知知识识识、共共共发发发展展展、创创创新新新高高高、信信信心心心源源源于于于自自自己己己 第 6 页 来完成组装。组装完所以的元器件以后,可能会接着进行表面贴装,也可能送到下道工序进行焊接。对穿孔器件来将,最常用的焊接
17、工艺是波峰焊(Wave Soldering)。顾名思义,焊接过程中,熔化的焊料喷出来并形成波峰,PCB Bottom 面要直面波峰。PCB首先要经过载有助焊剂(Flux)的工作台,通过这道工序来润湿焊盘和元器件管脚以增加可焊性。之后PCB继续得到加热,这个阶段称为预热,使所有焊点达到一定的温度,最后PCB流经波峰,所有焊点便完成了焊接任务。最后一道工序是清洗,必须要清洗的PCB会被送到清洗设备内,洗去多余的助焊剂。1.3 表面贴装技术(SMT)1.3.1 SMT组装流程 从1993年开始,大量元器件开始从THT封装向SMT封装转移。在1993年,50的半导体器件是DIP封装,但是到了2000年
18、,这个比率降到了30,估计近年来,会进一步降到10左右。引入SMT技术以后,高密度电子组装成了可能。SMT的设备和工艺工程成本虽然比THT高出许多,但是它是一种先进的技术,其生产效率和组装密度是THT无法替代的。为了表示区别,一般对于PCB的两个表面有不同的称呼。我们把同时分布有体积较大的有源 器件和体积较小的无源器件的一面叫做正面(Topside);只有一小部分无源器件(或着没有元器件)的一面叫做反面(Bottomside)。有些主板反面一个元器件都没有,这种主板称作单面主板。反之,则称之为双面主板。典型的SMT组装流程(双面组装工艺)如图1.3.1。流程虽然是固定的,但实现形式确因人而异。
19、为了完成一种产品的组装过程,有的采用一条环形SMT线,这样可以同时组装主板正面和反面;有的则采用两条配置相同的两条SMT直线,分别完成正面和反面的组装。单面组装工艺要比双面组装工艺简单得多。1.3.2 SMT 辅助线 要完成电子产品的组装任务,仅有网印机、贴片机和回流焊炉是不够的。许多电子产品在SMT 贴片以前要把驱动程序和应用软件下载到需要用到的FLASH存储器内,这种情况下,在SMT线的起始端必须增加烧片工位和烧片设备。通常在回流焊炉的入口和出口位置还会设置补正和补焊工位,用于检查和修正简单的网印、贴片和焊接缺陷。同时,随着BGA、CSP等封装芯片的广泛使用,以及电子产品可靠性要求的不断提
20、高,还需要采用特殊的胶水对BGA、CSP等封装芯片进行底部填充(Underfill)处理,这种情况下,在SMT线后面就会出现点胶和低温固化工位等。沿着SMT线向后走,还可能有自动切割机(用于把PCB拼板切割成单一得PCB主板)、主板下载和校准,以及主板功能测试。1.4 混装技术(MT)常见的混合组装技术一般可以分为以下几类:1、复合型双面混装:这种混装技术是最复杂的一种,主板正面和反面都同时含有SMT 器件和THT器件,这种情况不常见;2、SMT型双面混装:这是一中常见的混装技术,主板正面含有SMT和THT器件,反面 只有THT器件;3、THT型双面混装:主板正面只有THT器件,反面只有SMT
21、器件;4、单面混装:主板正面同时含有SMT器件和THT器件,反面没有器件。当然还有那些含有bare-die的混装技术,这里就不多介绍了。1.4.1 SMT型双面混装 SMTSMTSMTSMT学习资料、仅供参考 巨人的肩膀属于你我 何祎 SCNB/SCM/M1 珍珍珍惜惜惜知知知识识识、共共共发发发展展展、创创创新新新高高高、信信信心心心源源源于于于自自自己己己 第 7 页 网印机:把锡膏印刷到焊盘上 主板反面组装流程 自动贴片机:贴元器回流焊炉:焊接 翻板:接着组装正面 主板正面的组装流程与反面相同 清洗(如果需要的话)图1.3.1 THT型双面混装和单面混装可以认为是SMT型双面混装的特殊情
22、况,所以这里主要介绍一下 SMT型双面混装的组装工艺流程,见图1.4.1。双面混装与SMT组装流程正好相反,因为波峰焊的温度比回流焊的温度要高很多,所以双面混网印机:把锡膏印刷到焊盘上 SMT型双面混装流程 自动贴片机:贴元器件 回流焊炉:焊接 翻板 清洗(如果需要的话)图1.4.1 在需要贴SMT器件的地方涂上贴片胶 自动贴片机:贴元器件 固化炉:固化贴片胶 正面 正面 正面 反面 翻板 波峰焊 清洗 反面 反面 反面 正面 插THT器件 正面 SMTSMTSMTSMT学习资料、仅供参考 巨人的肩膀属于你我 何祎 SCNB/SCM/M1 珍珍珍惜惜惜知知知识识识、共共共发发发展展展、创创创新
23、新新高高高、信信信心心心源源源于于于自自自己己己 第 8 页 装首先组装的是PCB正面。第一步要做的就是组装PCB正面的SMT器件,过去网印环节往往成为生产中的瓶颈,但是随着供应商不断的改进锡膏的印刷性能,现在的印刷已经不是问题了。一般一条SMT线,其贴片机会配置两种:主要贴无源器件的高速机和贴有源器件的多功能机。贴片之后,主板被送进回流焊炉,主板以及上面的元器件管脚和锡膏经过一定时间和温度的预热,当温度达到锡膏的熔点以后,锡膏熔化,紧接着温度又会迅速降下来,于是焊点就形成了。现在的锡膏基本上都实现了无氟和免清洗。采用贴片胶的目的是为了防止SMT器件在过波峰焊时脱落,贴片胶需要达到一定的温度才
24、能固化,从而起到粘结的作用。1.4.2 电子组装的高密度化 SMT使电子产品的组装密度上了一个台阶,在半导体集成电路的封装方面,逐步采用了诸如 SOIC(Small-Outline Integrated Circuits)、QFP(Quad Flat Packs)、BGA(Ball Grid Arrays)和CSP(Chip-Scale Packages)等先进封装形式。尤其是无线应用技术促使这种趋势飞跃式的向前发展,掌上电脑、个人数字助手和移动电话的功能越来越多,增加电路板单位面积的元器件的数量的需求也越来越大。一方面,元器件的体积做的越来越小,另一方面,则出现了各种高密度的功能模块,甚至直
25、接把集成电路埋入到了PCB内。到了20世纪90年代末,大约有78的半导体集成电路不再采用传统的封装方法,而是直接把半导体集成电路或电阻电容等直接嵌入到PCB上,COB(Chip-on-board)、COC(Chip-on-ceramic)和COFC(Chip-on-flexible-circuits)就是典型的应用实例。首先通过精密度极高的绑定机把半导体集成电路绑定到PCB上,然后在再用胶把集成电路密封起来。但是这种技术目前还不是很流行,主要存在两大障碍:高成本和维修困难,而且很难保证在绑定和密封以前集成电路是好的。1.5 电子组装中的静电问题 静电是电子工业中让人非常费劲的一个问题,它直接影
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