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SMT设计与工艺(答案)1

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SMT设计与工艺
第1章 SMT工艺概述
1.SMT组装方式与组装工艺流程
2。表面组装工艺常用术语
SMT组装方式与组装工艺流程

第2章 表面组装工艺材料
1.焊膏的作用
§ 常温下,由于焊膏有一定的黏性，可将电子元器件暂时固定在PCB的既定位置上。
§ 当焊膏加热到一定温度时，焊膏中的合金粉末熔融再流动,液体焊料浸润元器件的焊端与PCB焊盘，冷却后元器件的焊端与PCB焊盘被焊料互连在一起，形成电气和机械连接的焊点。
2.焊膏的组成与功能
组成
功能
合金粉末
实现元器件和电路的机械和电气连接
焊
剂
系
统
活化剂
净化金属表面
粘接剂
提供贴装元器件所需的黏性
润湿剂
提高焊膏和被焊件之间润湿性
溶剂
调节焊膏特性
触变剂
改善焊膏的触变性
其它添加剂
改进焊膏的抗腐蚀性、焊点的光亮度及阻燃性能等
3。焊膏的黏度
§ 焊膏是一种具有一定黏度的触变性流体，在外力的作用下能产生流动。
§ 黏度是焊膏的主要特性指标，它是影响印刷性能的重要因素。黏度太大，焊膏不易穿出模板的漏孔，影响焊膏的填充的脱模，印出的焊膏图形残缺不全；黏度太小，印刷后焊膏图形容易塌边，使相邻的焊膏图形粘连，焊后造成焊点桥接。

4.助焊剂的作用
1．去除被焊金属表面的氧化物
2．防止焊接时金属表面的再氧化
3．降低焊料的表面张力、增强润湿性、提高可焊性
4．促使热量传递到焊接区
第3章 焊膏印刷工艺
1.焊膏印刷原理

2。影响印刷效果的因素
▪模板
模板的质量好坏主要表现在窗口的光滑度与宽厚比/面积比是否符合要求

3.影响印刷效果的因素
§ 焊膏

影响印刷效果的因素
1.印刷机工艺参数 2。刮刀的角度 3.刮刀的速度
4。刮刀的压力 5.刮刀的宽度 6。印刷间隙
7.分离速度 8。刮刀形状与制作材料
第4章 贴片胶的应用
贴片胶的应用
§ 施加贴片胶的目的是用贴片胶把表面贴装元件暂时固定在PCB的焊盘位置上，防止在传递过程中或插装元器件、波峰焊等工序中元件掉落。另外在双面再流焊工艺中，为防止已焊好元件面上大型器件因焊料受热熔化而掉落，也需要用贴片胶起作辅助固定的作用。
施加贴片胶主要有三种方法:针式转印法、印刷法和压力注射法
第5章 贴片通用工艺
1。保证贴装质量的三要素
§ 元件正确：要求各装配位号元器件的类型、型号、标称值和极性等特征标记要符合产品装配图和明细表的要求，不能贴错位置。
§ 位置准确：元器件的端头或引脚应与焊盘图形对齐、居中，确保元件焊端接触焊膏图形.元器件贴装位置应满足工艺要求。
§ 压力（贴片高度)合适:贴片压力(Z轴高度)要恰当、合适.

2。贴片机的视觉系统
采用视觉系统的原因： PCB定位误差;元器件定心误差;机器本身的运动误差.
机器视觉系统的原理：机器视觉系统是以计算机为主体的图像观察、识别和分析系统

3.基准标志（Mark）
§ 自动贴片机贴装时，元器件的贴装坐标是以PCB的某一个顶角为原点计算的。而PCB加工时多少存在一定的加工误差，因此在高精度贴装时必须对PCB进行基准校准。
§ PCB Mark:用来修正PCB加工误差的。
§ 局部Mark：多引脚窄间距的器件,贴装精度要求非常高,靠PCB Mark不能满足定位要求，需要采用2—4个局部Mark单独定位,以保证单个器件的贴装精度.

4。如何提高贴装效率
（1）首先要按照可制造性设计(DMF）要求进行PCB设计
① Mark设置要规范.
② PCB的外形、尺寸、孔定位、边定位的设置要正确，必须符合贴片机的要求.
③ 小尺寸的PCB要加工拼板，以减少停机和传输时间。
（2)优化贴片程序
优化原则：
① 换吸嘴的次数最少.
② 拾片、贴片路程最短。
③ 多头贴片机还应考虑每次同时拾片数量最多.
（3）多品种小批量时采用离线编程
（4）换料和补充元器件可采取的措施
① 可更换的小车。
② 粘带粘接器。
③ 提前装好备用的供料器。
④ 托盘料架可多设置几层相同的元器件。
⑤ 用量多的元件可设置多个料站位置，不仅可以延长补充元器件的时间,同轴多头贴片机还可以增加同时拾片的机会.
(5）元器件备料时可根据用料的多少选择包装形式
用料多的元器件应尽量选用编带包装。
第6章 再流焊通用工艺
1.再流焊原理
再流焊Reflow soldering,通过重新熔化预先分配到印制板焊盘上的膏状软钎焊料，实现表面组装元器件焊端或引脚与印制板焊盘之间机械与电气连接的软钎焊
2.再流焊技术的特点
§ 元器件受到的热冲击小，但有时会给器件较大的热应力。
§ 仅在需要部位施放焊膏，能控制焊膏施放量,能避免桥接等缺陷的产生。
§ 熔融焊料的表面张力能够校正元器件的贴放位置的微小偏差。
§ 可以采用局部加热热源，从而在同一基板上，采用不同焊接工艺进行焊接。
§ 焊料中一般不会混入不纯物。使用焊膏时，能正确的保持焊料的组成。

3。再流焊工艺要求
§ 要设置合理的再流焊温度曲线并定期做温度曲线的实时测试。
§ 要按照PCB设计时的焊接方向进行焊接。
§ 焊接过程中严防传送带震动。
§ 必须对首块印制板的焊接效果进行检查。
4。焊接质量缺陷及解决办法
立碑现象
▪再流焊中，片式元器件经常出现立起的现象，成为立碑，又称为吊桥、曼哈顿现象.
▪立碑现象发生的根本原因是元件两边的润湿力不平衡，因而元件两端的力矩也不平衡，从而导致立碑现象的发生。

5.导致元件两边润湿力不平衡的情形：
1. 焊盘设计与布局不合理
§ 元件两边焊盘之一与地相连接，或有一侧焊盘面积过大，则会因热容量不均匀而引起润湿力的不平衡。
§ PCB表面各处的温度差过大以致元件焊盘吸热不均匀。
§ 大型器件(QFP、BGA、散热器）周围的小型片式元件也同样出现温度不均匀。
§ 解决办法:改善焊盘的设计与布局。
2. 焊膏与焊膏印刷
§ 焊膏的活性低，或元件引脚的可焊性差，则焊膏溶化后，表面张力不一样.
§ 两焊盘的焊膏印刷量不均匀，多的一边会因焊膏吸热量增多，熔化时间滞后。
§ 解决办法:选用活性较高的焊膏，改善焊膏印刷参数，特别是模板的窗口尺寸。
3. 贴片
§ Z轴方向受力不均匀，会导致元件浸入到焊膏中的深度不均匀，熔化时会因时间差而导致两边的润湿力不均匀。
§ 元件贴片移位会直接导致立碑.

▪解决办法：调节贴片机参数。
4。 炉温曲线
§ PCB工作曲线不正确,原因是板面上温差过大，通常炉体过短或温区太少就会出现这些缺陷.

§ 解决办法:根据每种产品调整温度曲线。
5。 N2再流焊中的氧浓度
§ 采用N2保护再流焊会增加焊料的润湿力,但却来越多的报道表明,在氧含量过低的情况下,发生立碑的现象反而增多.
§ 通常认为氧含量控制在（100~500）×10—6左右最为适宜.
焊接质量缺陷及解决办法
锡珠
§ 锡珠是再流焊常见缺陷之一，锡珠的产生不仅影响到外观，而且会引起桥连.

锡珠产生的原因
1。 温度曲线不正确
§ 再流焊曲线分4个区段，分别是预热、保温、焊接和冷却.
§ 预热和保温的目的是为了使PCB表面在60~90s内升到150℃,并保温90s，这不仅可以降低PCB及元件受到的的热冲击，更主要是确保焊膏的溶剂能部分挥发，不至于在再流焊时，由于温度迅速升高出现溶剂太多而引起飞溅，以致焊膏冲出焊盘而形成锡珠。
通常应注意升温速率，并采取适中的预热,并有一个很好的平台使溶剂大部分挥发，从而抑制锡珠的产生
2. 焊膏的质量
§ 焊膏中金属含量过低会导致焊剂成分过多，因此焊剂会因预热阶段不易挥发而引起飞溅，形成锡珠.
§ 焊膏中水蒸气/氧含量增加，由于焊膏通常冷藏，当从冰箱中取出时,没有确保恢复时间，因此会导致水蒸气进入，另外焊膏瓶的盖子每次使用后要盖紧，若没有及时盖严，也会导致水蒸气的进入.
§ 放在模板上印制的焊膏在完工后，剩余的部分应另行处理，若再放回原来瓶中，会引起瓶中焊膏变质，也会产生锡珠。
3。 印刷与贴片
§ 焊膏在印刷工艺中，由于模板与焊盘对中偏移，若偏移过大则会导致焊膏浸流到焊盘外，加热后容易出现锡珠。
§ 措施：应仔细调整模板的装夹，不应有松动的现象，此外印刷工作环境不好也会导致锡珠的生成,理想环境温度为25±3℃，相对湿度为50％~65％。
§ 贴片过程Z轴的压力是引起锡珠的一项重要原因，往往不引起人们的注意。

4。 模板的厚度与开口尺寸
§ 模板厚度与开口尺寸过大，会导致焊膏用量增大，也会引起焊膏漫流到焊盘外，特别是用化学腐蚀方法制造的模板。
§ 解决办法：选用适当厚度的模板和开口尺寸的设计，一般模板开口面积为焊盘尺寸的90％。

焊接质量缺陷及解决办法
1。焊接后PCB阻焊膜起泡
§ 印制板组件在焊接后，会在个别焊点周围出现浅绿色的小泡,严重时还会出现指甲盖大小的泡状物，不仅影响外观质量，严重时还会影响性能。
§ 阻焊膜起泡的根本原因是阻焊膜与PCB基材之间存在气体/水蒸气，这里微量的气体/水蒸气是在不同工艺过程中夹带到其中的，当遇到焊接高温时，气体膨胀而导致阻焊膜与PCB基材的分层，焊接时，焊盘温度相对较高，故气泡首先出现在焊盘周围。
§ 解决办法：
§ 应严格控制各个环节，购进的PCB应检验后入库，通常PCB经260℃/10s不应出现起泡现象;
§ PCB应存放在通风干燥环境中，存放期不超过6个月；
§ PCB在焊接前应放在烘箱中预烘120℃±5℃/4h；
2。SMA焊接后PCB基板上起泡
§ SMA焊接后出现指甲大小的泡状物.
§ 主要原因也是PCB基材内部夹带了水汽,特别是多层板的加工，它是由多层环氧树脂半固化片预成型再热压后而成，更容易夹带水汽.
§ 此外，PCB存放时间过长,存放环境潮湿，贴片生产前没有及时预烘干，容易出现起泡现象。
§ 解决办法：PCB购进后应检验后方能入库;PCB贴片前应预烘120℃±5℃/4h。
3.芯吸现象
§ 芯吸现象又称抽芯现象,是常见的焊接缺陷之一，多发生于汽相再流焊中。
§ 芯吸现象是焊料脱离焊盘,沿引脚上升到引脚与芯片体之间，通常会产生严重的虚焊现象.

§ 产生原因：由于元器件引脚的导热率大，升温速度快，导致焊料优先润湿引脚，焊料与引脚之间的润湿力远大与焊料与焊盘之间的润湿力，此外引脚的上翘更会加剧芯吸现象的发生.
§ 解决办法：对于汽相再流焊应将SMA充分预热后再放入汽相炉中；PCB焊盘的可焊性应认真检查和保证，可焊性不好的PCB不应用于生产;元件的共面性不可忽视,对共面性不良的器件不应用于生产.
4。焊点不光亮/残留物多
§ 对焊点的光亮度有不同的理解，多数人欢迎焊点光亮，但目前有些人认为光亮反而不利于目测检查.
§ 通常焊膏中含氧量过多时会出现焊点不光亮现象，有时焊接温度不到位也会出现不光亮现象。
§ SMA出炉后，未能强制冷风也会出现不光亮和残留物多的现象。
§ 焊膏中金属含量低，介质不易挥发，颜色深，也会突出残留物过多的现象.
5.PCB扭曲
§ PCB扭曲是SMT大生产中经常出现的问题,它会对装配以及测试带来相当大的影响。
§ 产生原因：
(1)PCB本身原材料选用不当,比如Tg低。
（2)PCB设计不合理，元件分布不均匀造成PCB热应力过大。
（3）PCB设计问题，如双面PCB铜箔相差大。
（4）夹具使用不当或夹具距离太小。
（5）再流焊中温度过高。
§ 解决办法：选用Tg高的PCB或增加PCB厚度，以取得最佳长宽比;合理设计PCB,双面铜箔面积应均衡，在没有电路的地方布满铜层，并以网格形式出现，以增加PCB刚度；在贴片前对PCB预烘；调整夹具或夹具距离,以保证PCB受热膨胀的空间；焊接工艺温度尽可能调低。
6.桥连
§ SMT生产中常见缺陷之一，会引起元件之间的短路，遇到桥连必须返修
§ 引起桥连的原因：
1。焊膏质量问题:焊膏中金属含量偏高，导致IC引脚桥连；焊膏粘度低或塌落度差，预热后漫流到焊盘外。
2印刷系统：印刷机重复精度差，对位不齐，焊膏印刷错位；模板对位不好;PCB对位不好;模板窗口尺寸/厚度设计不好，导致焊膏量偏多。
3.贴片：贴片压力过大；贴片精度不够，元件出现移位；IC引脚变形.
4。预热：升温速度过快,焊膏中溶剂来不及挥发。
7。IC引脚焊接后开路/虚焊
主要原因:
（1）共面性差
(2)引脚可焊性不好
（3)焊膏质量差，金属含量低，可焊性差
（4）预热温度过高，易引起IC引脚氧化,使可焊性变差
（5)印刷模板窗口尺寸小,导致焊膏量不够。
8。其他常见缺陷
（1）差的润湿性,表现在PCB焊盘吃锡不好或元件引脚吃锡不好，严重时会导致虚焊
产生原因:元件引脚/PCB焊盘被氧化/污染;再流焊温度过低；焊膏质量差。
（2）锡量很少,表现为焊点不饱满，IC引脚根部弯月面小，会导致焊点强度不够。
产生原因：印刷模板窗口小；温度曲线不好；焊膏金属含量低
（3）引脚受损，表现在器件引脚共面性不好或弯曲，直接影响焊接质量。
产生原因：元器件运输/取放时碰坏。
（4)污染物覆盖了焊盘
产生原因：来自生产现场的纸片；来自卷带的异物；人手触摸元器件或PCB焊盘；字符图位置不对.
（5）焊膏呈角状，生产中不易发现，严重时会连焊。
产生原因：印刷机抬网速度过快；模板孔壁不光滑，易使焊膏呈元宝状。
第7章 波峰焊工艺
1.波峰焊接中常见的焊接缺陷
1．拉尖
产生原因:传送速度不当，预热温度低，焊料槽温度低，PCB传送倾角小，波峰不良，焊剂失效,元件引线可焊性差。
解决办法：调整传送速度到合适为止，调整预热温度,调整焊料槽温度,调整传送角度，优选喷嘴,调整波形，调换焊剂,解决引线可焊性。
2．桥接
产生原因；预热温度低，焊料槽温度低，焊锡中铜含量过高，助焊剂失效或密度失调,印制板布局不适合和印制板变形。
解决办法：调整预热温度，调整焊料槽温度，化验焊锡的Sn和杂质含量,调整焊剂密度或换焊剂,更改PCB设计,检查PCB质量。
3．虚焊
产生原因:元器件引线可焊性差，预热温度低，焊料问题，助焊剂活性低，焊盘孔太大,印制板氧化,板面有污染，传送速度过快，焊料槽温度低.
解决办法：解决引线可焊性,调整预热温度，化验焊锡的Sn和杂质含量，调整焊剂密度,设计减小焊盘孔，清除PCB氧化物,清洗板面,调整传送速度，调整锡锅温度。
4．焊点不完整
产生原因：元器件引线可焊性差,焊盘太大，焊盘孔太大，焊接角度太大,传送速度过快，焊料槽温度高,焊剂涂覆不匀，焊料含锡量不足。
解决办法：解决引线可焊性,设计减小焊盘，设计减小焊盘孔，减小焊接角度，调整传送速度，调整焊料槽温度，检查预涂焊剂装置，化验焊料Sn含量。
5．漏焊
产生原因：引线可焊性差，焊料波峰不稳，助焊剂失效，焊剂喷涂不均，PCB局部可焊性差，传送链抖动，预涂焊剂和助焊剂不相溶，工艺流程不合理。
解决办法:解决引线可焊性，检查波峰装置，更换焊剂,检查预涂焊剂装置，解决PCB可焊性(清洗或退货),检查调整传动装置，统一使用焊剂,调整工艺流程。
6．印制板变形大
产生原因:工装夹具故障,装夹具操作问题，PCB预加热不均，预热温度过高，焊料槽温度过高，传送速度慢，PCB选材问题，PCB储藏受潮，PCB太宽。
7．浸润性差
产生原因:元件/焊盘可焊性差,助焊剂活性差，预热/焊料槽温度不够。
第8章 SMA清洗工艺
1.清洗的主要作用
§ 防止电气缺陷的产生
最突出的电气缺陷就是漏电，造成漏电的主要原因是PCB上存在离子污染物.
§ 清除腐蚀物的危害
腐蚀会损毁电路，造成器件的脆化；腐蚀物本身在潮湿的环境中能导电,引起SMA的短路故障。
§ 使SMA外观清晰
清洗后的SMA外观清晰，能使热损伤、层裂等缺陷显露出来，便于进行检测和排除故障。
2。污染物的种类和来源
1 极性污染物：
§ 指在一定条件下可以电离为离子的一类物质,如卤化物，酸及其盐，它们的主要来源是助焊剂或焊膏中的活化剂。
§ 当电子部件加电时，极性污染物的离子就会朝着带相反极性的导体迁移，最终引起导线的腐蚀。
§ 在潮湿环境下，还可以直接腐蚀导条及元器件。
§ 具有吸湿性，能吸收水分，并在空气中的CO2作用下有加速自身的溶解
2 非极性污染物：
§ 主要指助焊剂中残留的有机物，最典型的是松香本身的残渣、波峰焊中的防氧化油、焊接工艺过程中夹带的胶带残留物以及操作人员的皮肤油等。
§ 这些污染物自身会发粘，吸收灰尘。
§ 松香覆盖在焊点上还会有碍测试,特别是非极性污染物在极性污染物的配合下还会加剧污染的后果，原因是松香成分中含有多种酸性物质，如松香酸、海松酸.
3 粒状污染物：
§ 通常是工作环境中的尘埃、烟雾、静电粒子，在表面组装印制板中有时还会有“锡珠”以及其他杂物粒子，它们也会构成对电器产品的危害，使电气性能下降。
3。影响清洗的主要因素
1 元器件的类型与排列
§ 随着元器件向小形化和薄形化的发展，元器件和PCB之间的距离越来越小，这使得从SMA上去除焊剂剩余物越来越困难。
§ 元器件排列在元器件引线伸出方向和元器件的取向两个主要方面影响SMA的可清洗性,它们对从元器件下面通过的清洗溶剂的流动速度、均匀性和湍流有很大影响。

2 PCB设计
为了易于去除焊剂剩余物和其它污染物，PCB设计应考虑下列因素:
（1)避免在元器件下面设置电镀通孔。
(2）PCB厚度和宽度相匹配、厚度适当.
(3）阻焊膜粘性优良。
3 焊剂类型
§ 焊剂类型是影响SMA焊后清洗的主要因素。随着焊剂中固体百分含量和焊剂活性的增加，清洗焊剂的剩余物变得更加困难，所以在军事和空间装备用的SMA上一般使用中度活性的树脂(RMA）或松香(R）型焊剂。
▪对于具体的SMA究竟应选择何种类型的焊剂进行焊接，必须与组件要求的洗净度等级及其能满足这种等级的清洗工艺结合进行综合考虑
4 再流焊接工艺与焊后停留时间
§ 再流焊接工艺对清洗的影响主要表现在预热和再流加热的温度及其停留时间，也就是再流加热曲线的合理性。如果再留加热曲线不合理，使SMA出现过热，会导致焊剂劣化变质，造成清洗困难。
§ 焊后停留时间是指焊接后组件进入清洗工序之前的停留时间,即工艺停留时间.在此时间内，焊剂剩余物会逐渐硬化,以致无法清洗掉,并且能形成金属卤酸盐等腐蚀物.
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