SMT工艺培训一日谈
今天什么事情都沒有做,上午在聽SMT老師的培訓,下午實際去SMT廠觀摩一番,頗有些心得,執筆記下,以備后用。
SMT老師是目前我接受到所有培訓老師中最懂我們的老師,講的深入人心,以下為此次培訓整機的筆記。
一,焊接的基礎知識:
焊接的實質:焊接的實質是焊錫與銅的結合,形成合金層,合金層保證物料能固定在PCB上。合金層的厚度要合適,不能太厚,容易有裂紋(此處應該是疑問點,后面可以深究),合金層過薄則焊接強度不夠。合金層的厚度與焊接的時間與溫度有關。焊錫的流動性較好標明焊錫形成的合金的溫度與時間正好,浸潤也是焊接良好的一個表征。
虛焊:虛焊是指合金層未形成或者形成厚度不夠,看似焊上,實際一掰就掉。
有鉛焊接與無鉛焊接:有鉛焊接的關澤度很好,無鉛焊接的關澤度較白,有鉛錫膏鉛與焊錫 的比例大約在3:7,。無鉛錫膏的成分為銅與焊錫的混合物,比例大約為0.x%: 99.x%,基本上就全是焊錫了。有鉛的熔點大約在180攝氏度,無鉛的熔點大約在230攝氏度。汽車行業主流是無鉛焊接,但是不可避免的會有一些異形零件必須要求有鉛焊接(更好的浸潤性),但是有鉛焊接的設備最終都會做材料分析,保證含鉛量低于某個限值,
Discrete的焊盤設計:來源于焊接,為了讓焊錫形成良好的浸潤,要求焊錫有一定的爬坡高度,所以discrete的焊盤需要超出實際本體,超出長度的下限為零件高度的一半,上限為零件的高度。比如0402電阻的高度為0.3mm,電阻焊盤設計至少要超出本體0.15mm,不大于0.3mm。
QFP的焊盤設計同Discrete,不僅引腳外側需要預留超出本體的焊盤區域,引腳內側也需要預留超出本體的焊盤區域,以此保證焊錫的浸潤。
DIP件的焊接:DIP件為了PTH的焊錫透錫浸潤,不可能零件設計緊貼PCB板,不然DIP的PTH無法透錫。DIP件的最后一排焊盤務必預留拖錫焊盤,確保最后一排的焊盤在過波峰焊時不會形成短路(前面的DIP引腳有后面的DIP引腳分擔焊錫,最后一盤DIP引腳只能通過拖錫焊盤分擔過多的錫量)。常見的做法是在接插件兩側分別預留拖錫焊盤,這樣就可以不用過多關注實際PCB過波峰焊的方向了。DIP件拉錫焊接很常見,但是盡量要一次拉好,二次拉錫在同一個DIP件上是不允許的,因為二次拉錫會造成第一次拉錫的焊錫重新融化再凝固,而第一次的焊錫已經沒有松香,對焊錫的浸潤性不利,易形成虛焊或爆錫珠。(為什么松香沒有會形成虛焊或爆錫珠為疑問點)
BGA的焊接:BGA的焊接主要關注焊接質量檢測,通行方式是X-ray抽檢(X-ray無法實行全檢,效率過低),BGA內部焊接的氣泡無法避免,但是一定要保證BGA錫球的氣泡在一定范圍之內,氣泡由錫球內部的松香產生。
波峰焊:又名噴流焊,利用融化的焊錫在金屬上的浸潤性與PCB上的非浸潤性的特點設計。
紅膠:SMT中常見的膠水,高溫會硬化,用以緊固元器件。
助焊劑:作用有二:清洗銅表面的氧化物;在松香熔融的狀態下增加焊錫的流動性。缺點也很明顯,過熱時揮發快,冷凝后易污染PCB;松香驟然升溫會爆錫。
焊錫膏:是松香與錫球的混合物,使用放大鏡可以觀察到錫膏內部的錫珠。需要在10攝氏度以下保存,使用前需要攪拌。取出時務必靜置至于室溫相同。比較好的狀態是挑起焊錫膏會下墜但是不斷,斷掉就說明焊錫膏攪拌過頭了。
二次過爐:目前獲得的弊端是,BGA的錫球在過回流焊之后松香全部揮發,但是二次過爐BGA的錫球有重新熔融的過程,而這個過程是不好的(為什么不好,需要與老師確認原因)。實際在網上查到的弊端是OSP的物料在二次過爐時極易氧化(也需要與老師確認)。
以上便是焊接的一些基礎知識與概念,各種不明之處,尚待與老師確認。
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后面是SMT的過程以及相關的注意點。
SMT的過程:上料---->刷錫膏---->貼片上件---->過回流焊。以上流程結合實際觀察的內容一起總結。
上料部分:主要存在一個電路板管理,開封后超過2小時的PCB必須過爐,超過使用期限的電路板一定要毫不猶豫的報廢。關注PCB未開封的保存時間,超期報廢;已開封PCB存放于環境良好的干燥箱,最多也只能保存一個月。
上料有一個動作是貼條形碼,便于追溯,以便后續汽車召回時可以追溯到問題批次而不至于無法追溯全部召回,條形碼必然需要耐熱貼紙,因為要一起過回流焊接。帖條形碼也可用激光打標的動作替代。
實際看到SMT廠會有貼二維碼的動作,耐溫貼紙,7mmX7mm,后續的Barcode可以按照這個尺寸設計。
SMT廠PCB會有一個自動裝載設備,所有的PCB一層一層插在里面,由導軌一塊一塊的引入刷錫膏機器。
刷錫膏部分:進入刷錫高機器之前會經過一個PCB除污設備,確保進入后端的PCB是干凈的。每一塊PCB進入刷錫膏機都會被鋼網壓住,機器上的刮刀會將焊錫刮刀鋼網的開口處,讓每個焊盤都布滿錫膏,刷錫動作只做一次,每做完一次后會有一個專門擦拭鋼網的擦拭紙。刷完錫膏進入錫膏AOI檢測設備(SPI設備),確認每一個焊盤都有刷到焊錫,AOI檢測原理為檢測焊盤上錫膏的面積與厚度,確認刷錫良好。一般鋼網的厚度在0.1mm到0.3mm。實際的鋼網僅在中間有開窗,四周會有崩網扯住鋼網,崩網四周被固定大小的方形框架固定。鋼網不宜開大,多余的錫膏易形成錫珠。
刷錫的主要參數有錫膏厚度(鋼網厚度),印壓力度。
貼片上件:SMT廠要求PCB板大小在280mmX250mm以內。也要大于100mm,便于導軌裝載。進入貼片機之前先貼小物料(電阻電容電感),可以1分兩路分別同時貼,貼片機主要的三個點在MARK點定位相機,物料相機。SMT廠要求MARK點距離板邊一定要大于3.5mm,我們當前工藝邊的MARK點距離板邊3mm,后期可以做一些改進。當然我們板內也是有MARK點的,且一定不要設計對稱。物料照相機可以確保物料是需要的物料。這里面存在一個陰陽版的問題,陰陽版不用換線,下線后馬上可以再上,但是對于有BGA的PCB會存在二次過爐的問題(這個問題需要找老師確認),理論上講,不換線確實能提高生產效率,保證產品質量。但是會面對二次過爐的問題,當然,最好的方式是SMT架一條正反面的超長線。這樣也就是一條線就走下去了。看見一臺SMT設備在空跑,不上任何物料。
過回流焊:回流焊的出處在熱空氣不斷被加熱,往復循環,故名回流焊,回流焊主要需要注意的是溫度曲線。遵守爐溫曲線的5個階段,設計好爐溫曲線以后,實際的溫度要求在回流溫區意外溫度偏差在2攝氏度以內,回流溫區在5攝氏度以內,不超過10攝氏度。
回流焊爐子需要充氮氣,確保高溫銅不氧化,要求在100ppm以內,最高不超過150ppm,而今天看到的SMT廠實際氧氣量為300ppm~400ppm,設置的報警限制更是達到了驚人的7000ppm。
實際的溫度曲線也是與傳統爐溫曲線大相徑庭,此處略過不表。
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最終于SMT廠溝通了一下DFM的問題。
1,針對目前的MMCX波峰焊連錫的問題,建議增加拖錫焊盤,同時加絲印抬高器件。縮短DIP'引腳伸出部分。
2,DIP件引腳焊盤間距小于0.7mm存在連錫的風險,需要增加拖錫焊盤。
3,PTH物料焊接良好的重要指標是透錫量,一般GND要求透錫量50%。信號線透錫量75%。
4,在汽車行業,ICT是標配,必須要做上去,當前SMT廠的覆蓋率下線是80%,實在不行可以設計焊盤作為ICT的測點。
謹以此,總結今天的收獲。讓我對SMT有了確切的深刻理解,相信后面會與SMT廠的溝通更加順暢。
相信明天會更好。
總結
以上是生活随笔為你收集整理的SMT工艺培训一日谈的全部內容,希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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