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          SMT技術手冊 適合SMT貼片加工廠

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          點擊次數:289 更新時間:2020年05月06日20:17:35 打印此頁 關閉

          前言

          使SMT從業人員提升專業技術,並確保產品品質。凡從事SMT從業人員均適用之。

          SMT簡介

          何謂SMT(Surface Mount Technology)呢?

          所謂SMT就是可在 “PCB” 印上錫膏,然後放上多數 “表面黏裝零件,再過REFLOW使錫膏溶融,讓電子零件與基板焊墊接合裝配之技術。有時也可定義為: “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。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。

          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屬大同小異。其工作順序是:

          由真空轉軸及吸頭所組成的取料頭先將零件拾起。

          利用機械式夾抓或照像視覺系統做零件中心之校正。

          旋轉零件方向或角度以便對準電路板面的焊墊。

          經釋除真空吸力後,可使零件放置在板面的焊墊上。

          錫膏的成份

          焊錫粉末

          一般常用為錫(63%)(37%)合金,其熔點為183℃。

          錫膏/紅膠的使用

          錫膏/紅膠的保存以密封狀態存放在恆溫,恆濕的冰箱內,保存溫度為0~100 C,溫度太高,錫膏中的合金粉未和助焊劑起化學反應後,使粘度上升而影響其印刷性,溫度過低,助焊劑中的松香成份會產生結晶現象,使得錫膏惡化。

          錫膏從冰箱中取出時,應在其密封狀態下回溫6-8 hrs(kester)/1-2hrs(千住)後再開封.如一取出就開封,存在的溫差使錫膏結露出水份,這時錫膏回焊時易產生錫珠,但也不可用加熱的方法使其回到室溫,這會使錫膏品質劣化。

          錫膏使用前,先用攪拌機攪30-40sec(kester)/5min(千住),攪拌時間不可過長,因錫粉末中粒間摩擦,使錫膏溫度上升,而引起粉未氧化,其特性質化,黏度降低。

          錫膏/紅膠開封後盡可能在24小時內用完,不同廠牌和不同TYPE的錫膏/紅膠不可混用。

          錫膏專用助焊劑(FLUX)

                

                

          揮發形成份

          溶劑

          粘度調節,固形成份的分散

          固形成份

          樹脂

          主成份,助焊催化功能

          分散劑

          防止分離,流動特性

          活性劑

          表面氧化物的除去

          回溫

          錫膏/紅膠運送過程必須使用密閉容器以保持低溫。

          錫膏/紅膠必須儲存於0℃~10℃之冰箱中,且須在使用期限內用完。

          未用完之錫膏/紅膠必須立即緊密封蓋並記錄時間放回冰箱以維持其活性,紅膠在常溫下最低回溫1-2小時方可使用,無需攪拌。

          攪拌

          打開本機上蓋,轉動機器錫膏夾具之角度,以手轉動夾具測之圓棒,放入預攪拌之錫膏並鎖緊。

          左右兩夾具上的錫膏罐重量要適配(差異不可過高+/-100)機器高速轉動可避免晃動。

          蓋上上蓋設定較佳的攪拌時間,(ON/OFF)鍵後機器自動高速攪拌,並倒數計時,待設定時間完成後將自動停止。

          作業完成後,打開上蓋,依相反動作順序打開夾具的錫膏罐。

          印刷機

          在機臺上用頂針頂住PCB定位孔,固定好PCB,PCB不能晃動。

          調好刮刀角度(6~9)及高度(7.0±0.2mm),鋼板高度(8.0±0.2mm),左右刮刀壓力(1.3±0.1kg/cm2 )及機臺速度20±2rpm。

          選擇手動模式→按臺扳進→鋼板下降→鋼板松→目視鋼板上的焊孔是否完全對準PCB上銅箔→鋼板夾住→臺扳出→自動→試刷一塊,若錫膏不正可根據情況調整。

          根據機不同可設單/雙面印刷及刮刀速度

          錫膏印刷不良原因

           

           

           

           

           

           

           

           

           

           

           

          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60~90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,鐳射切割會得到較好的結果

          短路

          ?錫膏黏度太低

          ?印膏太偏

          ?印膏太厚

           

          ?增加錫膏的黏度

          ?加強印膏的精確度

          降低所印錫膏的厚度(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

          ?錫粉粒度太大

          ?錫膏黏度太高,下錫不良

           

          ?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

          ?印膏太厚

           

          ?增加錫膏中的金屬含量百分比

          ?增加錫膏黏度

          ?減少印膏之厚度

           

          PCB自動送板的操作

          按電源開關連接電源。

          當按啟動開關後,你可選擇自動或手動模式操作本機。

          選擇手動操作模式-----按自/手動鍵

          若選擇手動鍵:可任意操作以下任一開關鍵,開降臺料架,送板間隔設定,送基板。

          選擇自動操作模式----->按自/手動鍵(若選自動操作式本按鍵燈亮)。

          貼片機不良問題之分類

          裝著前的問題(零件吸取異常)

          無法吸件

          立件

          半途零件落

          裝著後的問題(零件裝著異常)

          零件偏移

          反面裝著

          缺件

          零件破裂

          問題對策的重點

          不良現象發生多少次?

          是否為特定零件?

          是否為特定批量?

          是否出現在特定機器設備上?

          發生是否週期性?

          零件吸取異常的要因與對策

           零件方面的原因

          粘於紙帶底部

          紙帶孔角有毛邊

          零件本身毛邊勾住紙帶

          紙帶孔過大,零件翻轉

          紙帶孔太小,卡住零件

           

           機器方面的原因

          吸嘴不良、真空管路阻塞、真空閥是否異常?

          吸料高度太高,即吸料時吸嘴與零件有間隙,也會造成立件。

          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?

          裝著位置偏斜或角度不正的要因對策

          零件吸嘴上運送時好生偏移,其原因大致為真空吸力下降吸嘴移動時導致振動。

          裝著瞬間發生偏位,裝著後X.Y-TABLE甩動還有基板移出過程的晃動等。

          零件破裂的原因

          原零件不良。

          掌握發生狀況:是否為特定的零件?是否為固定批量?是否發生於固定機臺?發生時間一定嗎?

          發生於裝置上的主因通常是正方向受力太大,固需檢查吸料高度與零件厚度是否設定正確。

          裝著後缺件原因

          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。

          機器上的問題:如吸嘴端,吸嘴上下動作不良,真空閥切換不良,裝著時高度水準不準,基板固定不良,裝著位置太偏。

          其他原因: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,裝著過會振動或錫膏粘著力不足時也會發生缺件情況。

          熱風回焊爐(Reflow)

          操作方法及程式

          開啟power 開關

          各單體開關旋鈕,即可變為可動作顯示。

          將溫度控制器,調整至適當的溫度設定值。

          熱風回流區溫度設定參考值

          爐溫各區溫度設定依PCB與錫膏特性而定。

          輸送裝置速度調整單位元0.80±0.2M/Min(七區)28±3in/min(四區)。

          自動,手動AUTO(當此開關位在”ON”自動時,OFF為手動)。

          熱風迴焊溫度曲線圖(PROFILE)

          一般情況中,下圖為錫膏推移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。

          昇溫速度請設定2~3/sec以下,其功用在使溶劑的揮發與水氣的蒸發。

          預熱區段,130~140℃至160~195 ℃的範圍徐徐昇溫,其功用可使溶劑蒸發、FLUX軟化與FLUX活性化。

          迴焊區段,最低200℃,最高240℃的範圍加熱進行。其目的為FLUX的活性作用,錫膏的溶融流動。

          冷卻區段,設定冷卻速度為4~5/秒。本區在於焊點接著與凝固。

           

           

           

           

           

          下圖為紅膠爐溫曲線參考圖,若有異常,則依實際情況調整

           

           

          溫度

                                               最高溫度不可超過180

           

                210

                180

                150

                120

                 90                90~130 sec

                 60

             30    <2.5/sec

           

          60   90   120  150   180  210  240  270  300  時間()

          升溫變化不可超過2.5/sec。

          硬化溫度最好在150~180不可超過180 且硬化時間維持在90~130秒內。

           

           

          調整溫度曲線

          調整溫度曲線可參考下表來加以修正

                  

                

                

          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。

          STARTà

          昇溫速度2~3/SECà

          130~160℃的範圍中à

          60~120SEC中徐徐加溫

          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。

          3. 預熱區曲線平緩

          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,根據最合適之溫昇使用。

          由預熱區至迴焊區時昇溫速度為3~4/SEC

          4. 預熱區曲線斜面

          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20~40SEC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210~230℃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4~5/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。


          常見問題原因與對策

          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=12mm

           

           

           

           

           

           


          吸取率惡化時的處理流程圖

           

          裝著位置偏斜或角度不正的要因對策

          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,尤其遇上如下圖的零件更常發生。

           

           

           

          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元的零件。

           

          零件破裂的原因

          掌握源頭:是否發生於裝著或原零件就不良。

          原零件不良

          掌握發生狀況:是否為特定的零件?是否為固定批?是否發生於固定機臺?發生時間一定嗎?

          發生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。

          裝著後缺件的原因

          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。

          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;裝著時的高度水準不準,基板固定不良;裝著位置太偏。

          其他原因: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。

           

           

           

           

          熱風迴焊爐(REFLOW)

          不良原因與對策

          不 良 狀 況 與 原 因

          對          策

          橋接、短路:

          ?錫膏印刷後

          ?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

           

          ?提高錫膏黏度

          ?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

          零件移位元或偏斜:

          ?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

          ?焊墊與元件髒汙

          ?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

          ?FLUX起化學作用

          ?PASTE內聚力不佳

           

           

          ?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

          ?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

           

           

           

           

           

           

           

           

           

           

           

           

           

           

          墓碑效應

          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,為三度空間的直立或斜立狀態稱之。

           

           

           

           

          分類

           

          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。

           

           

           

           

          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?;蛞蛟摵笁|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。

           

           

          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。

           

           

           

           

           

           

           

           

           

           

           

           

           

           

           

           

           

           

           

           

           

           

           

           

          SMT外觀檢驗

          目視檢驗是各種生產線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

           

           

           

           

           

           

           

           

          注意事項

          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0~10℃,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。

          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。

          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。

          錫膏開封後,請儘早使用,錫膏印刷後,儘可能在4~6小時(依不同錫膏廠牌而不同)內完成零組件部品著裝。

          不同廠牌和不同TYPE的錫膏不可混合使用。

          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。

          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。

           

           

           

           

           

          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(0~10),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 ASS’Y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?

           

           

           

           

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