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第一章PRINTING
PRINTING之重要性
PRINTING是SMT全制程中最重要的,制程有90%的问题出自于此,且不易看出
Toomuchsolderpaste—short(锡膏太多造成短路)
Toolesssolderpaste—open(锡膏太少造成空焊)
1.FYPT(firstyieldpassrate第一次良率)
有A,B两块Board,如A因出现短路,ICT未过等原因而有几次Rework,其FYPT会低于B,未来易出问题。
若FYPT低,则须Rework的板子比率即高,这些板子未来出问题的机会也较高。
所以我们要努力提高FYPT,减少Rework数量。
3.SolderPaste(锡膏)
a.锡膏中包含锡珠、FLUX和SOLVENTS
锡珠的直径介于20-50u
oxide
24小时(16小时亦可接受)后才可以开盖及使用,因为从冰箱中取出锡膏,打开盖子后,由于外界温度较高,水(H20)会凝结到Solderpaste上去,造成氧化。
另外,由于使用完放进去时,密封情况不比出厂时,水汽和氧气会进去,造成氧化(水比氧气的影响力更大),
所以从冰箱中取出之锡膏,已开过盖,就不要再放回冰箱,要在三天内使用完(当然期间要将罐盖盖好,越快用完越好•)
PCB在Printing和Placement(置件)之间的时间不要超过1〜1.5小时(越短越好,
Motorola建议为15分钟),否则时间越长,氧化越多,注意印好后不要放入干燥箱,因为
那会使SOLVENT更易于挥发掉。
二.SOLDERPASTEPARAMETERS
METALCONTENT(锡量)
SOLVENTS(溶齐U)
FLUXACTIVATION(助焊剂活性)
VISCOSITY(浓稠性)
1.
温度每升高
适宜温度应保持在22C〜26C之间操作
高于30C锡膏会太稀
小于20C锡膏会太稠
26C
2.MetalContent
a.以锡膏的厚度来测量锡量不及以锡膏的重量测量来的正确,因为锡膏中含有Flux和
Solvents,Flux和Solvents重量较轻,体积较大,所以在测出厚度差不多的情况下,锡量
其实会有相当大的不同。
以厚度来测量,因为有dogear等情况存在,误差较大,检测率在±10%以内,而以重量来测量,检测率在±30%以内.
b.印完锡Reflow以后,由于Flux等挥发掉,PCB上锡膏厚度将下降一半。
C.新旧锡膏不要混用,因为用过的锡受氧化,有空隙,混到新锡膏中,会造成更多氧
化。
因此,一次倒入的锡膏量以20〜50Boards为佳,时间45min〜1hour(最多使用Ihour,最
)。
好低于45min,但若设置太少,造成作业管理的困难
——:
一次加入锡量较少的曲线图
—-:
一次加入锡量较多的曲线图
在曲线峰点,Siumping易造成Short
在曲线谷点,nosolventandflux易造成open
可见,曲线振动越小越好,因为变动小,表示变量也小,制程会较稳定。
在Stenciling上停止操作的时间要小于10〜15分钟,停止操作时间若超过10min,就应将
SolderPaste收入锡膏罐中并密封,待要用时,再做搅拌后才能使用•如停止使用时间太长,
Solvents挥发掉,SolderPaste太稠,就会停留在曲线峰点。
d.出现立碑效应的原因:
锡膏太稠orPlacement的时间太长。
e.Autoprinting的一项新功能:
kneading
可以在Autoprint设定固定的时间,超过这个时间,其自行再做二至三次推动,达到
搅拌功能,保持viscosity均匀。
如果稠度太高,锡量不足,在第二次刮的时候,可以补足锡量。
3.Solvents
PCB在Stenciling时间太长,Solvents会挥发掉,Solderpaste会太稠,造成问题。
PARAMETERSSTENCILING
Speed(印刷速度)
Pressure(印刷压力)
(接触良好性)
三.PROCESS
Squeegee
Squeegee
SNAP-Off
SolderPaste
dogear:
印刷速度快,压力大,累积到board末端,压力达到最大,可造成10%的过多锡量,形成dogear
smearing:
由于压力过大造成的缝隙中的锡膏溢出
Pressuretoohigh—►dogear
—►smearing
—►需cleaning(清洁sencil的频率要更快)—►toomuchsolderpaste
—►也会造成short的问题
Conclusion:
I.makepressureaslowaspossible(尽量减小压力)
II.
1.Pressure
Normal
Pressure:
2kgforeach100mmsqueegee(100mm的刮刀使用2kg压力)
5kgforeach250mmsqueegee(250mm的刮刀使用5kg压力)
limitthespeed(限制速度)
2.Speed
NormalSpeed:
speed2CH25mm/sforpitch0.5mm
speed15-20mm/sforpitch0.4mm
3.由于压力小的缘故,印刷后的钢板上会留有锡膏(锡珠)
锡珠直径为20〜50u,solderpaste为150u,所以有一个锡珠出来,toleranee就为30%,
易造成短路.
解决办法:
a.用pin撑PCB(即撑钢板),使钢板无凹陷,有时在钢板有凹的情况下,会以加压方式
来解决,这种做法不正确,一般可以调pin,pin的toleranee可达20〜25u。
女0pin
不够高,可在pin上贴透明胶带,使用大头pin会较佳。
b.循序渐进地增加压力,到无锡珠时OK。
4.如果出现短路很多的现象,在SNAP-OFF无问题的前提下,要检查压力和速度。
可以以手拉方式检测squeegees力,若用手即能拉动,压力则不至太大。
可以将SNAP取为负值,以减小pressure设置值。
刮刀角度:
60〜70度(钢的刮刀好于橡胶刮刀)
5.如果出现空焊很多的现象,要检查锡膏的使用情况。
6.在钢板离膜时,会出现两边都有dogear的现象(一般出现在印刷初始的几片),这是由于放置时间过长,Thixotropy作用力减小,viscosity上升造成的,所以应尽量使中间的间断减少
四.关于钢板的一些问题
1.钢板的开孔要小于pad
leadpitch为0.4、0.5mm时,toleranee取10u
一般的电容、电阻的pad取25u
2.好的钢板敲起来较清脆,若钢板上pitch有坏,该钢板不能再使用。
如刮刀有损伤,会造成不平,从而伤害钢板。
3.Pitch最小取0.4是因为钢板上的pad孔若再小(约180u),锡珠含量太少,过炉时会拉断(即锡会有断开现象)。
4.钢板清洁剂:
IPA因挥发性差,适用于钢板撤下后的清洗;
CFC挥发性较好,适用于操作过程中的清洗。
若在操作中使用IPA,应给以充分的挥发时间,不要一擦完即印锡膏.若如此做易发生短
路问题,因为IPA残留会使solderpaste之viscosity变低而造成溢流现象.
5.
使用laser制做的钢板好于用化学制做的钢板。
.SolderPaste
mixsolder-balls—►moreoxide
fluxactivationlimited(noclean)
solvents(viscosity)(honey)waxthixotropy
1.如新旧锡膏不要混用,混用旧锡(已使用)易使新锡产生较多的氧化物;
2.
flux的含量要限制;
因为是不需清洗的制程,所以
3.
viscosity降低。
solvents多,viscosity低;
4.wax(蜡)在温度高的时候会使
2.Oxidation
—►用refrigerator降温后,若将已开封的锡膏再放
lifetimeinjar(3-6month)
入冰箱,会使之从冰箱移出时,有更多的湿气(水汽)进入锡膏中,造成氧化
物会更多的现象;
onstencil—►在钢板上时间长,氧化物渐增;
beforeplacement(thistimeshouldlimit)置件前时间要限制;
duringreflow
3.highspeed
刮锡速度愈快,会需要设定愈高的刮刀压力,就会产生更多的dogears和board背后的smearing.
then~►highpressure
then~moreslumping
then~moredog-ears
then—moresmearingunder-side
4.LargeSolder
锡量太多,印刷时看上去很好,但在mounting时有零件压下去,锡膏会溢出pad,且融锡后,
锡占用的的区域会约只有pad的一半,在材料下方多出的锡无空间可去,即会造成side-ball。
IOI
可以将钢板刻成以下样子,以解决锡量太多,造成short的问题:
五.PrintingFaults
4smearing
SNAP-OFF为正,易造成smearing—►short
3.湿度环境:
humidity为40〜60%较佳
4.BGA零件
excessivepressure
registrationfault对偏一►smearing
skipping(锡未从钢板面清洗净)
正常情况下,表面张力较大,可以拉住锡珠,而对偏后,将锡珠拉回的表面张力不够,锡珠
往下流动,导致short(因为pitch太小,有一颗锡珠流出,就可能引起short).
六.点胶作业
1.电阻、电容的needle要求small,stopperheightlow
IC的needle要求bigger,stopperheightlow
我们在检查点胶的情况时,可以将零件从板上取下,观察其背面的胶点,一般有胶即
可。
如胶太多,会跑到pad上去,造成零件空焊。
2.板子上出现胶点忽大忽小的现象,是因为点胶头下去的距离未调好,造成点胶头上有残锡。
3.
由于点胶时有加温(30C),稠度会下降,而PCB板比胶冷,胶下来时,下部先硬,上部较软,这样即可拉出
0
七.其它问题:
1.如果是金手指,在镀锡后,一般不要去擦拭,因为易剥落金(金层:
3u),使下面的镍氧化(镍层:
2.5U),产生问题。
2.SNAP-OFF:
0-(使钢板接触到PCB)
下图是刮刀在钢板上的状况
一般设置上限为225C(时间为10s)因为其零件较厚,上表面与下表面温差为8C,
所以可以适当提高温度.
5对于0805,0603,0402的零件,点胶以一点为好。
6.温度上升至110〜160C松香作用,稠度下降,到183C松香作用完,因此从183C到215C
升温速度要很快,而降温速度能慢一些则更好。
2000/10/13
时间
OPENDISCUSS-2
1.关于profile的一些问题
1.接点应以焊的方式连接,但材质不同,焊的方式也不同,注意不要以缠的方式来连接。
用扭卷(缠)的方式所测的温度不是接触材料点的温度,而是两条线第一个接触点的温度。
2.目前我们使用的测温线太短,在过炉时易抖动,造成连接点脱落,以至测出的温度曲线不正确。
(我们测出的温度曲线经常是相同的,可能就是出自这个原因,因抖动而接点脱落,测出的是airtemperature)
3.新炉子如何调Profile
a.首先要对炉子进行一下检测
用一块空板过炉(上面有零件会影响温度,板子越大越好)的温度作比较,以此来检测新炉子各个点及设定温度间的差异。
b.设置炉子的温度
可以用一块板子分别放入旧炉子和新炉子中(当然,旧炉子的温度设置必须正确)
分别作出Profile,进行比较,再做调整。
调整原则:
先作出大致轮廓,再进行细节调整;先满足温度要求,再满足时间要求。
c.如果整个形状较好,但低于或高于标准温度曲线,则可调链速,若曲线高于标准曲线,
说明其速度慢,可将速度提高;若曲线低于标准曲线,说明其速度快,可将速度降低。
d.排热速度不要设的太快,这样就可不必将温度设的太高。
2.关于制程方面的一些问题
1.Singlesidetrace(附图1)因为只在单面焊,
doublesidetrace
因为两面都有焊,
2.五种类型:
a.TypeI之制程(附图
所以焊点要大,否则易发生damage
所以焊点较小。
1)
,将测得的温度与设定
Glue—placement—curingglue—pinthroughplacementagainorinserting—*wavesoldering
b.TypeII之制程(附图2)
Solderpaste~placement~reflowsoldering~inserting~►wavesoldering
c.TypeIII之制程(附图3)
Solderpaste—placement—reflow—glue—►placemen—curing—►inserting—■wavesoldering
由于其正面印锡,背面点胶,故要先印锡,再点胶,因为胶的粘附力小于锡,先点胶易缺件。
d.TypeIV之制程(附图4)
Solderpaste~placement
reflow
solderpasteagain
placement
reflow
e.TypeV之制程(MPS制程:
multipointsolderingprocess)(附图5)
要使用特殊设备,用罩子来保护某些不能沾锡或受高热之材料。
3.PCB板设计时,应尽量将重要组件放在上面,先加工。
因为新板子较正确,而在经过一些制程后,板子会出现变形等情况,不再如以前一样正确,所以次要零件后加工。
对于温度敏感的零件要后加工,因为两次过炉会伤害该零件。
同时,要考虑到重要零件经两次过炉,氧化的情况会加重,所以要后加工。
4.在加工过程中,电阻翻转易发生短路,电容翻转则无关系。
这是由电阻、电容的结构不同造成的:
电阻的有效区域是正面写有阻值的黑色块,如果翻转,若下有锡珠,易发生短路。
电容的构造是层迭式的:
五.Handle时的注意处:
用手拿IC,要仔细,一定要用吸笔;
不要用手撕PCB上的标签,一定要用针笔;
IC的脚千万不要用手碰,因手上有杂物,附上后会影响焊接。
Lengthofleads
higherpackagedensity
shortfootprints
Nottooclose
Shadoweffect
FootprintsIonger
Dummytrackglue
Onedirection
open的现象short。
二.关于wave的问题
1.Board一接触锡面时,即会产生short。
在exitzoneofwave(锡面脱离区域),锡
会被拉回,所以应不会导致short,如有出现short,问题一般出在离开锡面的点上。
(见图52)
2.Dummytrack
有了dummytrack,点胶量可以减少,以减小且dummytrack上有绝缘,不会与pad形成
shadoweffect的影
Wave:
footprint要尽量长一些,以克服shadoweffect;
进炉时,大的零件放在后面,小的零件放在前面,否则响会较大;
Reflow:
footprint:
要尽量短一些,以减小造成材料立起的作用力
电阻和电容无shadoweffect;
如两个零件的间隙很小,可使用doublewave双波(见图103)
.Fluxing
1.见图44:
foamfluxing(气泡式)适用于较简单、不需清洗的板子;
必须调整flux的含量,因为这是开放式作业,flux易挥发掉,时间一长,
density会上升(即变稠),一般认为这种制程不好,因为会沾附较多的
flux,而不易控制flux量。
2.TopUnion现在使用的是airpressure:
SprayFluxingParameters包括
Densityofflux
Orifice(openingofneedle)ofspraynozzle(喷嘴数量)
Airpressure
Conveyorspeed
3.Sprayfluxingdevice
——Ultrasonic超音波
Airpressure目前我们正在使用
Drumspray是目前最好的,但贵(见图46)。
使用超音波能将flux变成雾状,易于喷均匀,但容易到处跑,大约会损失50%,还会在零件底层后面造成flux残留冋题。
使用airpressure易造成的问题:
board上接近喷头的地方flux较多,远离喷头的地方flux较少,会造成不均匀。
4.检测board上flux是否均匀
可以使用faxpaper(对热、酸非常敏感)来检查,将faxpaper铺在板子上。
如果在sprayfluxing后,faxpaper上的flux有的地方多、有的地方少,说明喷的不均匀;
如果faxpaper上很黑,甚至有裂痕,说明flux量太大,可以调整链速来加速;如果出现这种情况:
说明在开始处喷得晚了,而后面又收得快了,此时可以检查机器的喷出时间设定sensor状况是否良好。
三.Pre-heating预热(在wavesoldering之前)
Evaporationofsolvents溶剂挥发
Reducesthermalshock降低热作用
Accelerateschemicalaction力口速化学作用
(未挥发完),可能是flux太多或预热不
这里的温度指的是板子反面的温度(即锡温)
1.如果听到滋滋的响声,说明solvent太多
110C左右,可以防止到250C之间的温
足,所以要增加预热时间;
2.预热PCB底面要到120C,正面最好在
差太大,因为温差太大,热作用就越大;
3.锡面温度须为250°C±3C,因为温度再高,就要造成氧化较易出现的问题;温度
再低(如245C±3C),则因PCB的温度低于锡面温度,PCB—接触到锡面,锡
面下降约5C:
245C-3C-5C=237C,温度太低,本应接触锡面的时间为1.5s〜2.5s,现须减慢链速,使之停留时间长一些(约增1S)。
同时要注意,机器设置的温度
未必是锡面的实际温度,因为机器的测温感应器不是在锡面上的。
四.在过锡炉过程中的一些问题
1.Doublewavesolderingsystem双波焊系统(见附图f)
一般是IC及厚的零件需双波焊,因为吸热要较多。
2.过锡面时零件脚上的压力(见附图d,e)
压力测量可使用MENISCOgraph仪器,所用零件是沾了3次flux的零件,上面的氧化物已被弄干净,焊锡性很好
3.对于吃锡性不好的零件,允许值范围较大,所以要将设定时间增大(设定时间是
指从start到max的时间);
有些零件需把锡吃到上面去,若无法达到可以把锡和board的温度调到大于186C
来解决(见附图a)。
4.见图
由表可见,脚长不同,产生solderjoint的时间亦不同(见附图b);
(见附图C),把零件脚弯曲之后,可以阻止零件吸热,使之更易产生solderjoint
5.
a.Immersiondepth:
board吃锡深度
如板子厚,immersiondepth大一些,吃锡时间长;如薄,immersiondepth小一些,但吃锡深度太深,会造成溢锡。
b.接触时间:
即soldering时间
a链条倾角越大,接触时间越少;
到a点处,速度为零,有一个Peelback回拉力,把锡拉离板面,所以离
c.锡流上来的速度,越到中间越慢,离开锡面的速度控制,要保证在中间点前离开(即a点),如晚离开,零件的脚上会出现锡尖,如太快离开,则易出现
short;
d.锡面要调到非常光滑(象镜子一样),溢流速度最慢;
e.board上的氧化物(或残留物)接触到锡面,会被锡流冲掉,如冲掉量过大会,影响焊锡的质量。
5.波焊质量控制之主要制程(工艺)因素(造成short的因素):
Driedfluxlayerthickness干助焊剂的厚度
Pre-heating预热
Transportinclination链条传输角度
Flatnessofboard板子的平整度
Soldertemperature焊锡温度
Contacttimeinbothwaves双波焊的接触时间
Immersiondepthintothewave吃锡深度
Flowdirectionofsecondwave第二波的流向
1.因为是no-clean制程,flux很薄,所以不能以测厚度的方法来测flux层的厚度,可
使用fax-paper来测;
2.flux需要预热(至120C);
3.进入的角度越小,接触的时间越长;进入的角度越大,接触的时间越短;这个时间
可以由机器来固定;
4.board的平整度:
toleranee应约为±0.3mm;
5.焊锡温度:
250C±3C
6.单波时间:
1.5〜2.5u,如board上有大零件,一次吃锡不够,不要采取增加时间的
方法,因为这样做会使零件离开锡面的位置不在中点,造成short,所以可以
再开一个波,时间约为0.5s第一波通常要比第二波锡面高;
7可以使用MALCOM仪器来测Pre-heating,soldertemperature,contacttimeinbothwaves,其中以测contacttimeinbothwaves为重要;在不换机种的情况下,一天测一次
即可。
6.AdjustingSolderParameter(针对不同的板子,这些参数不同)
调整参数的顺序如下(不要颠倒):
Immersiondepth板子吃锡深度(约板厚的一半)
Contacttime接触时间一般
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