SMT技术手册.doc

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1、目錄 頁次 目錄.1 1. 目的.2 2. 範圍.2 3. SMT簡介.2 4. 常見問題原因與對策.5 5. SMT外觀檢驗.13 6. 注意事項:.14 7. 測驗題:.15 1. 目的目的 使從業人員提升專業技術，做好產品品質。 2. 範圍範圍 凡從事 SMT 組裝作業人員均適用之。 3. SMT 簡介簡介 3.1 SMT 之詮譯 何謂 SMT(Surface Mount Technology)呢？所謂 SMT 乃是可在 “PCB” 印上錫 膏，然後放上極多數 “表面黏裝零件”(SMD= Surface mount device，有時亦稱為 SMC= Surface mount comp

2、onents)，再過 REFLOW 使錫膏溶融，讓電子零件與基板 焊墊接合裝配品之一種技術。也可被定義為： “凡是電子零件，不管有腳無腳，皆 可在基板的單面或雙面進行裝配，並與板面上的焊墊進行機械及電性接合，並經焊 錫過程之金屬化後，使之搭接成為一體” 之謂也。相反地，傳統零件與底材板接合 的方式，是將零件腳插入通孔，然後使焊錫填充其中進行金屬化而成為一體。前者 能在板子兩面同時進行焊接，後者則否。 3.2 要使用 SMT 技術，必須具備以下物品 3.2.1 著裝機具(CHIP MOUNTER)：分中、高速機及泛用機，中高速機可著裝一般 的 SMD，如 CHIP 電容、電阻、IC 等，泛用機可

3、著裝異型的 SMD，如接線 座、大型 IC(如 QFP)等異型或大型零件。 3.2.2 SMT 零件：主要是以陶瓷板(CERAMIC)切割成小片(CHIP)製程的電容、電阻 以及其他各功能不同之 IC、二極體等。 3.2.3 將零件焊接於電路板上的媒介材料，如錫膏(SOLDER PASTE)、熱硬化膠 (ADHESIVE)。 3.2.4 其他還有印刷機與迴焊爐：前著是在基板上印上錫膏，後者為經高溫使錫膏 溶化使零件與基板焊墊接合。 3.3 SMT 之放置技術: 由於表面黏裝技術及新式零件封裝設計之快速發展，也連帶刺激自動放置機的 不斷的革新。多數品牌的放置機，其對 SMD 自動放置的基本理念均

4、屬大同小異。 其工作順序是： 3.3.1 由真空轉軸及吸頭所組成的取料頭先將零件拾起。 3.3.2 利用機械式夾抓或照像視覺系統做零件中心之校正。 3.3.3 旋轉零件方向或角度以便對準電路板面的焊墊。 3.3.4 經釋除真空吸力後，可使零件放置在板面的焊墊上。 3.4 SMT 之優點 3.4.1 能使封裝密度提高 5070%。 3.4.2 可使用更高腳數之各種零件。 3.4.3 由於其零件腳及接線均甚短，故可提高傳輸速度。 3.4.4 組裝前無而任何準備工作(指零件腳之成型)。 3.4.5 具有更多且快速之自動化生產能力。 3.4.6 減少零件貯存空間。 3.4.7 節省製造廠房空間。 3.

5、4.8 總成本降低。 3.5 錫膏的成份 3.5.1 焊錫粉末(POWDER) 一般常用為錫(63%)鉛(37%)合金，其熔點為 183。 其粉末單位類別區分如下 (1) mesh：其計算單位為錫粉末不規則狀時代用之，使用每英吋網目篩選。 (2) m：目前科技進步已進入圓球時代，以光學儀器檢測粒徑，採圓球直徑計 算。 3.5.2 錫膏專用助焊劑(FLUX) 構 成 成 份主 要 功 能 揮發形成份溶劑粘度調節，固形成份的分散 樹脂主成份，助焊催化功能 分散劑防止分離，流動特性固形成份 活性劑表面氧化物的除去 3.6 熱風迴焊溫度曲線圖(PROFILE) 目前廠內所使用的為千住錫膏，一般情況中，

6、下圖為千住錫膏推獎之溫昇速度設 定之依據，若有焊接不良的情況發生，請依實際情況變更調整，以改善迴焊品質。 (1) 昇溫速度請設定 23/sec 以下，其功用在使溶劑的揮發與水氣的蒸發。 (2) 預熱區段，130140至 160170的範圍徐徐昇溫，其功用可使溶劑蒸發、 FLUX 軟化與 FLUX 活性化。 (3) 迴焊區段，最低 200，最高 230的範圍加熱進行。其目的為 FLUX 的活性作 用，錫膏的溶融流動。 (4) 冷卻區段，設定冷卻速度為 45/秒。本區在於焊點接著與凝固。 200 150 100 50 6090 秒 180 秒 溫昇速度23/秒 200以上2030秒 最高不可超過2

7、30 冷卻速度為45/秒 調整溫度曲線可參考下表來加以修正 條 件情 況 發 生對 應 對 策 1. 預熱區溫度及時間不足預熱區加溫不足時，FLUX 成份中的活性化不足，於迴 焊區時溫度分佈不均，易造 成零件劣化及焊接不良。 2. 預熱區溫度及時間過剩錫粉末過度氧化作用。 易形成飛散錫珠，冷焊，錫 珠，短路現象。 START 昇溫速度 23/SEC 130160的範圍中 60120SEC 中徐徐加溫 3. 預熱區曲線平緩 4. 預熱區曲線斜面 因各加溫爐裝置不同，各型 基板的大小及所需的基板溫 度不同，只要加熱溫度分佈 均勻，預熱區曲線平緩或斜 面並無太大影響。請多方實 驗後，根據最合適之溫昇

8、使 用。 由預熱區至迴焊區時昇溫 速度為 34/SEC 5. 迴焊區溫度及時間不足由於加熱不足，易造成焊接 不良、空焊、墓碑效應、小 錫珠產生及跨橋現象。 迴焊區為液相線 183以上 2040SEC 加熱。 6. 迴焊區溫度及時間過剩加熱過度，FLUX 炭化將時間計算，停留溫度在 210230的範圍中。 7. 冷卻區溫度及時間速度 太快 基本上冷卻的速度快，焊接 強度較佳。 如冷卻的速度太快，於凝固 時的應力，而造成強度降低。 冷卻的速度為 45/SEC 8. 冷卻區溫度及時間速度 太慢 加熱過度，焊接點強度降低。 4. 常見問題原因與對策常見問題原因與對策 4.1 錫膏印刷： 4.1.1 印

9、刷不良的內容與特性要因圖 m pLp/ L LqABW Lq y L L _ WjZH L o O Bz M iO _ fo _ o p J w u IL FLUXtq u |G | H w Mt MO MUq t M 4.1.2 印刷不良原因與對策 不良狀況與原因對策 印量不足或形狀不良- 銅箔表面凹凸不平 刮刀材質太硬 刮刀壓力太小 刮刀角度太大 印刷速度太快 錫膏黏度太高 錫膏顆粒太大或不均 鋼版斷面形狀、粗細不佳 提高 PCB 製程能力 刮刀選軟一點 印刷壓力加大 刮刀角度變小，一般為6090度 印刷速度放慢 降低錫膏黏度 選擇較小錫粉之錫膏 蝕刻鋼版開孔斷面中間會凸起，鐳 射切割會得

10、到較好的結果 短路 錫膏黏度太低 工作環境溫度太高 印膏太偏 印膏太厚 增加錫膏的黏度 降低環境的溫度(降至 27 度以下) 加強印膏的精準度 降低所印錫膏的厚度(降低鋼版與 P CB 之間隙，減低刮刀壓力及速度) 膏量太多 印膏太偏 印膏太厚 提升印刷之精準度 減少所印之錫膏厚度(降低鋼版與 PCB 之間隙，減低刮刀壓力及速 度) 黏著力不足 環境溫度高、風速大 以及錫粉粒度太大 錫膏黏度太高，下錫不良 消除溶劑逸失的條件(如降低室溫， 減少吹風等) 選用較小的錫粉之錫膏 降低錫膏黏度 坍塌、模糊 錫膏金屬含量偏低 錫膏黏度太底 工作環境溫度太高 印膏太厚 增加錫膏中的金屬含量百分比 增加錫

11、膏黏度 降低環境溫度 減少印膏之厚度 4.2 表面裝著機： 4.2.1 不良問題之分類如下： 4.2.1.1 裝著前的問題(零件吸取異常) (A) 無法吸件 (B) 立件 (C) 視覺辨視異常 (D) 半途零件掉落 (E) 其他 4.2.1.2 裝著後的問題(零件裝著異常) (A) 零件偏移 蝕刻鋼版 鐳射鋼版 (B) 反面裝著 (C) 缺件 (D) 零件破裂 (E) 其他 4.2.2 問題對策的重點 (A) 不良現象發生多少次？ (B) 是否為特定零件？ (C) 是否為特定批？ (D) 是否出現在特定機器 (E) 發生期間是否固定 4.2.3 零件吸取異常的要因與對策 4.2.3.1 零件方

12、面的原因： (A) 粘於紙帶底部 (B) 紙帶孔角有毛邊 (C) 零件本身毛邊勾住紙帶 (D) 紙帶孔過大，零件翻轉 (E) 紙帶孔太小，卡住零件 4.2.3.2 機器方面的原因： (A) 吸嘴不良、真空管路阻塞、真空閥是否異常？ (B) 吸料高度太高，即吸料時吸嘴與零件有間隙，也會造成立件。 (C) 供料器不良、紙帶(或塑膠帶)裝入是否不良？上層透明帶剝離 是否不良？供料器 PITCH 是否正確？ 料帶 PITCH 計算方法如下： PITCH 定義為 TAPE 式的零件包裝方式，其相鄰的兩顆零件間距。 公式為 導孔數*4mm 以下圖為例，兩零件間有3個導孔， 其 PITCH 為 3孔*4mm

13、=12mm 導孔 4.2.3.3 吸取率惡化時的處理流程圖 l Ls d PARTS DATA w d |s sda za_? za_ Ws_ dlLY d SENSOR OK _? a _ ? _? a _? ds e _? OK ERROR NG NO NO NO i _? s_? du dut du () d lL _? YES OK OK OK YES OKYES YES NO OK OK OK OK OK OK OK OK NG NG NG 修 正 修 正 修 正 修 正 修 正 修 正 NG NG NG NG z OR NG NG NG NG 修理 OR 更換 修理 OR 更換 修

14、理 OR 更換 NG NG NG 修正 更換 更換 SMTslBzy 4.2.4 裝著位置偏斜或角度不正的要因對策 4.2.4.1 零件吸嘴上運送時發生偏移，其原因大致為真空吸力下降，吸嘴移 動時導致振動，尤其遇上下圖的零件更常發生。 4.2.4.2 裝著瞬間發生偏位，裝著後 XY TABLE 甩動還有基板移出過程的晃 動等，下圖為易發生裝著時位置偏位的零件。 4.2.5 零件破裂的原因 4.2.5.1 掌握源頭：是否發生於裝著或原零件就不良。 4.2.5.2 原零件不良 4.2.5.3 掌握發生狀況：是否為特定的零件？是否為固定批？是否發生於固 定機台？發生時間一定嗎？ 4.2.5.4 發生

15、於裝置上的主因通常是 Z 方向受力太大，固需檢查吸料高度與 零件厚度是否設定正確。 4.2.6 裝著後缺件的原因 4.2.6.1 掌握現象：如裝著時帶走零件；裝著後 XY-TABLE 甩動致零件掉落 ；零件與錫膏量愈小則愈易發生。 4.2.6.2 機器上的問題：如吸嘴端髒了；吸嘴上下動作不良；真空閥切換不 良；裝著時的高度水平不準，基板固定不良；裝著位置太偏。 4.2.6.3 其它原因：零件面附有異物被吸嘴吸入或零件在製造時零件下面附 有油或脫離劑，導致無法附著於錫膏上。另一方面基板板彎太大， 裝著時會振動或錫膏粘著力不足時也會發生缺件情況。 4.3 熱風迴焊爐(REFLOW) 4.3.1 不

16、良原因與對策 不 良 狀 況 與 原 因對 策 橋接、短路： 錫膏印刷後坍塌 提高錫膏黏度 鋼版及 PCB 印刷間距過大 置件壓力過大，LEAD 擠壓 PASTE 錫膏無法承受零件的重量 升溫過快 SOLDER PASTE 與 SOLDER MASK 潮 濕 PASTE 收縮性不佳 降溫太快 調整印刷參數 調整裝著機置件高度 提膏錫膏黏度 降低升溫速度與輸送帶速度 SOLDER MASK 材質應再更改 PASTE 再做修改 降低升溫速度與輸送帶速度 零件移位或偏斜： 錫膏印不準、厚度不均 零件放置不準 焊墊太大，常發生於被動零件， 熔焊時造成歪斜 改進錫膏印刷的精準度 改進零件放置的精準度 修

17、改焊墊大小 空焊： PASTE 透錫性不佳 鋼版開孔不佳 刮刀有缺口 焊墊不當，錫膏印量不足 刮刀壓力太大 。元件腳平整度不佳 升溫太快 焊墊與元件過髒 FLUX 量過多，錫量少 溫度不均 PASTE 量不均 PCB 水份逸出 PASTE 透錫性、滾動性再提高 鋼版開設再精確 刮刀定期檢視 PCB 焊墊重新設計 調整刮刀壓力 元件使用前作檢視 降低升溫速度與輸送帶速度 PCB 及元件使用前清洗或檢視其清潔度 FLUX 比例做調整 要求均溫 調整刮刀壓力 PCB 確實烘烤 冷焊： 輸送帶速度太快，加熱時間不足 加熱期間，形成散發出氣，造成 表面龜裂 錫粉氧化，造成斷裂 錫膏含不純物，導致斷裂 受

18、到震動，內部鍵結被破壞，造 成斷裂 降低輸送帶速度 PCB 作業前必須烘烤 錫粉須在真空下製造 降低不純物含量 移動時輕放 沾錫不良： PASTE 透錫性不佳 鋼版開孔不佳 刮刀壓力太大 焊墊設計不當 元件腳平整度不佳 升溫太快 焊墊與元件髒污 FLUX 量過多，錫量少 溫度不均，使得熱浮力不夠 刮刀施力不均 板面氧化 PASTE 透錫性、滾動性再要求 鋼版開設再精確 調整刮刀壓力 PCB 重新設計 元件使用前應檢視 降低升溫速度與輸送帶速度 PCB 及元件使用前要求其清潔度 FLUX 和錫量比例再調整 爐子之檢測及設計再修定 調整刮刀壓力 PCB 製程及清洗再要求 FLUX 起化學作用 PA

19、STE 內聚力不佳 修改 FLUX SYSTEM 修改 FLUX SYSTEM 不熔錫： 輸送帶速度太快 吸熱不完全 溫度不均 降低輸送帶速度 延長 REFLOW 時間 檢視爐子並修正 錫球： 預熱不足，升溫過快 錫膏回溫不完全 錫膏吸濕產生噴濺 PCB 中水份過多 加過量稀釋劑 FLUX 比例過多 粒子太細、不均 錫粉己氧化 SOLDER MASK 含水份 降低升溫速度與輸送帶速度 選擇免冷藏之錫膏或回溫完全 錫膏儲存環境作調適 PCB 於作業前須作烘烤 避免添加稀釋劑 FLUX 及 POWDER 比例做調整 錫粉均勻性須協調 錫粉製程須再嚴格要求真空處理 PCB 烘考須完全去除水份 焊點不

20、亮： 升溫過快，FLUX 氧化 通風設備不佳 迴焊時間過久，錫粉氧化時間增 長 FLUX 比例過低 FLUX 活化劑比例不當或 TYPE 不合 適，無法清除不潔物 焊墊太髒 降低升溫速度與輸送帶速度 避免通風口與焊點直接接觸 調整溫度及速度 調整 FLUX 比例 重新選擇活化劑或重新選擇 FLUX TYPE PCB 須清洗 4.3.2 墓碑效應 4.3.2.1 定義： 板面上為數可觀的各種無接腳，小型片狀零件如片狀電阻、電容等， 當過 Reflow 時，主要是因為兩端焊點未能達到同時均勻的融，而導 致力量不均衡，其中沾錫力量較大的一端，會將其體重很輕的零件 拉偏、拉斜，甚至像吊橋一樣拉起，為三

21、度空間的直立或斜立狀態 稱之。 4.3.2.2 分類： 1. 自行歸正：當零件裝著時發生歪斜，但由於過 Reflow 時兩焊點同 時熔融，其兩邊所出現的均勻沾錫力量，又會將零件 拉回到正確的位置。 2. 拉得更斜：當兩焊點未能同時熔融，或沾錫力量相差很遠時，則 其中某一焊墊上的沾錫力量會將零件拉得更斜。或因 該焊墊沾錫力量更大時，不但拉正而且完全拉向自己， 以致形成單邊焊接之情形如圖所示。 3. 墓碑效應：這種立體異常的現像，多出現在兩端有金屬封頭的被 動小零件上，尤其是當重量輕而兩端沾錫力量又相差 很大的情況下，所發生三度空間的焊接異常。 5. SMT 外觀檢驗外觀檢驗 目視檢驗是各種生產線

22、上最常見的檢查方法，因其投資不大，故廣受歡迎。受過訓練 的作業員只要利用簡單的光學放大設備，即可對複雜的板子進行檢查。但目檢很難對 各種情形定出一種既簡單又正確的判斷準則。另一個目檢缺失是其變異性太大，幾乎 完全是在主觀意識下去解釋規範所言，不同人判斷所產生的結果將完全不同，即使同 一人在不同板子上由於光線、疲倦，及趕貨的緊張壓力，客觀條件不同時，也可能做 出不同的判斷標準。下圖為一般焊點之判斷情形 單點拉正拉得更歪 自動歸正 6. 注意事項注意事項: 6.1 錫膏的保存最好以密封形態存放在恒溫、恒濕的冰箱內，保存溫度為010，如溫 度太高，錫膏中的合金粉末和助焊劑化學反應後，使粘度上升而影響

23、其印刷性，如 溫度過低，焊劑中的松香成份會產生結晶現象，使得錫膏惡化。 6.2 錫膏從冰箱中取出時，應在其密封狀態下，回到室溫後再開封，如果一取出就開封 ，存在的溫差使錫膏結露出水份，這種狀態的錫膏迴焊時易產生錫珠，但也不可用 加熱的方法使其回到室溫，這也會使得錫膏品質的劣化。 6.3 錫膏使用前先用攪拌刀或電動攪拌機攪拌均勻才可使用，使用電動攪拌機攪拌時間 不可過長，因錫粉末中粒子間摩擦，錫膏溫度上昇，而引起粉末氧化，其特性劣質 化，並使黏度降低，所以應注意攪拌時間。 6.4 錫膏開封後，請儘早使用，錫膏印刷後，儘可能在46小時(依不同錫膏廠牌而不同) 內完成零組件部品著裝。 6.5 不同廠

24、牌和不同 TYPE 的錫膏不可混合使用。 6.6 作業人員請確實作好靜電防護措施，避免 IC 等電子零件遭靜電破壞。 6.7 外來人員進入生產現場，未採取防靜電措施，不可接觸電子零件或產品。 7. 測驗題測驗題: SMT筆試測驗卷 姓名： 工號： 部門： 日期： 一、是非題：（70%，每題7分） ( ) 1.錫膏應密封冷藏(010)，以確保FLUX穩定性。 ( ) 2.錫膏攪拌時間越久越好，以得到良好的焊錫性。 ( ) 3.PCB烘烤的目的是為了將內部水份去除，有助於迴焊之品質。 ( ) 4.錫膏從冰箱取出後必須回復到室溫才可開蓋使用。 ( ) 5.墓碑效應主要是因為兩端焊點未能達到同時均勻的溶融，而導致力量不均衡的結 果。 ( ) 6.為了使錫膏完全溶融，迴焊溫度越高越好。 ( ) 7.錫球的產生多發生在焊接過程中的加熱急速而使焊料飛散所致。 ( ) 8.帶狀包裝之料帶其兩導孔中心距離為2mm。 ( ) 9.PICKUP(吸料)時，當CHIP表面與吸嘴底端有間隙時，容易造成立件。 ( ) 10.PCB ASSY收集存放可以相互重疊，比較節省空間。 二、問答題：(30%) 請圖示說明爐溫曲線之各區段之參考溫度、時間及目的？ 註：筆試合格後，必須連續從事SMT工作滿三個月，始可取得合格証。