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    SMT技術簡介

    時間:2020-08-15 來源:sznbone 瀏覽次數:267

                       表面貼裝技術介紹

    表面貼裝技術(Surfacd Mounting Technolegy簡稱SMT)是新一代電子組裝技術,它將傳統的電子元器

     

    件壓縮成為體積只有幾十分之一的器件,從而實現了電子產品組裝的高密度、高可靠、小型化、低成本,

     

    以及生產的自動化。這種小型化的元器件稱為:SMY器件(或稱SMC、片式器件)。將元件裝配到印刷

     

    (或其它基板)上的工藝方法稱為SMT工藝。相關的組裝設備則稱為SMT設備。

     

       目前,先進的電子產品,特別是在計算機及通訊類電子產品,已普遍采用SMT技術。國際上SMD

     

    件產量逐年上升,而傳統器件產量逐年下降,因此隨著進間的推移,SMT技術將越來越普及。

     

    SNT工藝及設備

     

    <1> 基本步驟:

     

      SMT工藝過程主要有三大基本操作步驟:涂布、貼裝、焊接。

     

    涂布

     

    —涂布是將焊膏(或固化膠)涂布到PCB板上。涂布相關設備是:印刷機、點膏機。

     

    —涂布相關設備是印刷機、點膏機。

     

    —本公司可提供的涂布設備:精密絲網印刷機、管狀多點立體精密印刷機。

     

    貼裝

     

    —貼裝是將SMD器件貼裝到PCB板上。

     

    —相關設備貼片機。

     

    —本公司可提供的貼裝設備:全自動貼片機、手動貼片機。

     

    回流焊:

     

    —回流焊是將組件板加溫,使焊膏熔化而達到器件與PCB板焊盤之間電氣連接。

     

    —相關設備:回流焊爐。

     

    —本公司可提供SMT回流焊設備。

     

    <2> 其它步驟:

     

      SMT組裝工藝中還有其它步驟:清洗、檢測、返修(這些工藝步驟在傳統的波峰沓工藝中也采用):

     

    清洗

     

    —將焊接過程中的有害殘留物清洗掉。如果焊膏采用的是免清洗焊膏則本步驟可省去。

     

    —相關設備氣相型清洗機或水清洗機。 檢測 —對組件板的電氣功能及焊點質量進行檢查及測試。

     

    —相關設備在線儀、X線焊點分析儀。

     

    返修

     

    —如果組件在檢測時發現有質量問題則需返修,即把有質量問題的SMD器件拆下并重行焊接。

     

    —相關設備:修復機。

     

    —本公司可提供修復機:型熱風修復機。

     

    <3>基本工藝流程及裝備:

     

    開始--->

     

    涂布:用印刷機將焊膏或固化膠印刷PCB

     

    貼裝:SMD器件貼到PCB板上

     

    ---> 回流焊接?

     

    合格<--

     

    合格否<-

     

    檢測

     

    清洗

     

    回流焊:進行回流焊接

     

    不合格<--

     

    波峰焊:采用波峰焊機進行焊接

     

    固化:將組件加熱,使SMD器件固化在PCB板上

     

    返修:對組件板上不良器件拆除并重新焊接

    SMT相關知識

     

    對疊好的層板進行熱壓,要控制適當以免半固化片邊多地滲出,熱壓過程中半固化片固化,使多層層板粘合

     

    后把多層板由夾具中取出,去除半固化片滲出的毛邊。按多層電路板需要的通孔直徑和位置生成程序,控制數控

     

    鉆孔,用壓縮空氣或水清除孔中的碎屑。通孔化學鍍銅前,先用硫酸清理孔壁中銅層端面上的殘留環氧樹脂,以

     

    接受化學鍍銅。然后在孔壁的銅層端面和環氧端面上化學沉積一層銅。見圖5-22。

     

    1.阻焊膜蓋在錫鉛合金的電路圖形上的工藝。由圖5-19所示,首先將B階段材料即半固化

     

    片按電路內層板的尺寸剪裁成塊,根據多層板的層數照圖5-21的次序疊放,層壓專用夾具

     

    底層板上有定位銷,把脫模紙套入定位銷中墊在夾具的底層上,然后放在上銅箔,銅箔上

     

    方放半固化片,半固化片上方放腐蝕好電路圖形的內層層板在內層層板上方再放半固化

     

    片,半固化片上方再放腐蝕好電路圖形的內層層板,直至疊放到需要的層數后,在半固化

     

    片上方再放一層銅箔和脫模紙,把夾具頂板的定位孔套入位銷中。對專用夾具的定位裝置

     

    要求很嚴,因為它是多層印制電路板層間圖形對準的保證。圖5-21是一個八層板的示意

     

    圖。

     

     

     

    對多層印制電路板的外層板進行圖形轉移,應把感光膜貼壓在銅岐表面上,并將外層電路圖形的照相底板平

     

    再置于紫外線下曝光,對曝光后的電路板進行顯影,顯影后對沒有感光膜覆蓋的裸銅部分電鍍銅和錫鉛合金、電

     

    膜,再以錫鉛鍍層為抗蝕劑把原來感光膜覆蓋的銅層全部腐蝕掉,那么在多層負責制電路板的表面就形成有錫鉛

     

    和已電鍍的通孔。

     

    許多電路板為了和系統連接,在電路板邊緣設計有連接器圖形,俗稱“金手指”。為了改善連接器的性能,

     

    表面電鍍鎳層和金層,為了防止鍍液污染電路板其它部位,應先在金手摜上方貼好膠帶再進行電鍍,電鍍后揭下

     

    加熱使原鍍有的錫鉛層再流,再在組裝時對不需焊接的部位覆蓋上阻焊膜,防止焊接時在布線間產生焊錫連橋或

     

    傷。然后在阻焊膜上印刷字符圖(指元器件的框、序號、型號以及極性等),待字符油漆固化,再在電路板上鉆

     

    電路板要經過通斷測試,要保證電路布線和互連通孔無斷路、而布線間沒有短路現象。一般可采用程控多探針針

     

    目檢電路圖形、阻焊膜和字符圖是否符合規范。

     

    2.SMOBC工藝

     

    SMOBC工藝如圖5-20所示,前部分工藝和在錫鉛層涂覆阻焊膜的多層板工藝相同。從第19道工序開始不同,

     

    圖形腐蝕后,就將電路圖形上的錫鉛層去除,在裸銅的電路圖形上涂覆阻焊膜和印刷字符圖??墒呛副P和互連通

     

    露著銅,為了防止銅墻鐵壁表面氧化影響可焊性和提高通孔鍍層的可靠性,必須在焊盤表面和孔壁鍍層上有錫鉛

     

    風整平(HAL)工藝,把已印好字符圖的電路板浸入熱風整平機的熔化焊錫槽中,并立即提起用強烈的熱風束吹

     

    的焊錫從焊盤靚面和電鍍通孔中吹掉,這樣的焊盤表面和通孔壁上留有薄而均勻的焊錫層,見圖5-23。然后再在

     

    器上鍍金,鉆非導電孔、進行通、斷測試和自檢。

     

    印制電路板的重要檢驗指標是板面金屬布線的剝離強度。對FR-4層板,在125℃下處理1小時后其剝離強度為

     

    不小于0.89Kg。

     

    表面組裝用的電路板應采用SMOBC工藝制造,因為在阻焊膜下方的錫鉛層,在再流焊接或波峰焊接時會產生

    3、阻焊 膜和 電鍍

     

     

     

    1)阻焊膜

     

    傳統印制板的組裝密度低,很少采用阻膜。而SMT電路板一般采用阻焊膜。阻焊膜是一種聚全物材料主要分為非

     

    的兩大類(圖5-24)。

     

     

     

     

     

    1)非永久性的阻焊膜在波峰焊接時,波峰會穿過電路板的工具孔沖到非焊接面上,又如邊緣連接器的導電

     

    會影響插座的可靠性,因此在插裝元件前用非永久性的阻焊膜 把工藝孔和金手指等表面覆蓋起來,在清除過程

     

    掉或溶解掉。

     

    2)永久性的阻焊膜永久性的阻焊膜是電路板的一個組成部分,它的作用除防止波峰焊接時產生焊錫連橋外

     

    表面上還可避免布線受機械損傷或化學腐蝕。

     

    永久性的阻焊膜又分為干膜和濕膜二種。干膜是水基或溶劑基的聚合物薄膜,一般用真空貼壓工藝把干膜貼在電

     

    膜是液態或膏狀的聚合物,可用紫外線或對流爐以及紅外爐固化。

     

    ①干膜阻焊膜干膜阻焊膜的圖形分辨率高,適用于高密度布線的電路板,能精確地和電路板上布線條對準。

     

    的,所以不會流入電路板的通孔中,而且能蓋信通孔,當電路板用針床測試時,要用真空吸住電路板來定位,通

     

    對真空的建立極有幫助。另外干膜不易污染焊盤而影響焊接可靠性。

     

    在使用過程中干膜也存在些不利的因素:

     

    A:干膜阻焊膜貼壓在電路板表面上,電路板表面有焊盤、布線,所以表面并不平整,加之干膜無流動性。

     

    厚度。所以,干膜和電路板表面間就可能留有氣體,受熱后氣體膨脹,干膜有可能發生破裂現象。

     

    B、干膜的厚度比較厚,一般為0.080.1mm34mil),干膜覆蓋在表面組裝的電路板上,會將片式電阻

     

    開電路板表面,可能造成元件端頭焊錫潤濕不好。另外阻焊膜覆蓋在片式元件下方焊盤之間,在再流焊接時可能

     

    (即元件的一個端頭在一個焊盤上直立起來)及元件偏移現象。

     

    C、干膜阻焊膜的固化條件嚴格,若固化溫度低或時間短則固化不充分,在清洗時會受溶劑的影響,固化過

     

    脆,受熱應力時可能產生裂紋。

     

    D、耐熱沖擊能力差,據報導蓋有干膜阻焊膜的電路板在-40+100℃溫度下循環100次就出現阻焊膜裂紋。

     

    E、干膜比濕膜價格高

     

    ②濕膜阻焊膜濕膜有用絲網印刷涂覆工藝的和光圖形轉移涂覆工藝二種。

     

    用絲網印刷工藝的濕膜可以和電路板表面嚴密貼合,在阻焊膜下方無氣體,調節印刷參數可以控制濕膜層的厚度

     

    于和高密度細布線圖形精確對準,而且容易沾污焊盤表面,影響焊點質量。因為它呈液體狀,有可能流入通孔而

     

    雖有以上缺點,但是它的膜層結實而且價格便宜,所以在低密度布線的電路板中仍大量采用。

     

    光圖形轉換的濕膜阻焊膜結合了干膜和濕膜的特點,涂覆工藝簡單,圖形分辨率高,適用于高密度、細線條

     

    堅固而且價格比干膜便宜。光圖形轉換阻焊膜涂覆到電路板上可用絲網印刷或掛簾工藝。掛簾工藝是把印制板高

     

    焊膜的掛歷簾或懸泉裝置,得到一層均勻的阻焊膜。

     

    光圖形轉換的濕膜曝光可采用非接觸式的。非接觸式的曝光裝置需要一套對準的光學系統,使光的繞射的散

     

    形失真,因些投資大。而接觸式曝光無需光學對準系統,直接在紫外線下曝光,這樣可降低成本。

     

    2)電鍍

     

    電路板制造中需要電鍍多種金屬,如銅、金、鎳和錫等電鍍層的質量對電路板的可靠性著重要作用。

     

    1)鍍銅 電路板制造采用二種鍍銅方法:化學鍍銅和電鍍銅。多層印制電路板中各層間的互連要靠通孔來

     

    是由銅層端面和環氧端面相間組成,在這樣的表面上要電鍍一層邊疆的電鍍層是不可能的,因為環氧端面不導電

     

    首先采用化學鍍銅在孔壁上形成一層連續的銅沉積層,然后再用電鍍工藝在孔壁上電鍍銅層,這樣電鍍通孔就起

     

    作用。

     

    銅鍍層的抗拉強度,也就是在拉伸情況下,鍍層能承受的最在應力約為20.434Kg/mm2,_____抗拉強度越高則通

     

    實。同時也希望鍍層的延伸性好,即在鍍層未斷裂前允許被拉得長些,這樣在鍍層斷裂前可產生“屈服”現象以

     

    化學鍍銅和電鍍銅中剩余應力類型也不同,化學鍍銅層中剩余應力是壓縮應力,可提高化學鍍銅層對孔壁上的銅

     

    脂的粘合力,而電鍍銅層中的剩余應力是拉伸應力,這也是在電鍍銅前采用化學鍍銅的原因之一。

     

    5-6列出了電路板上可用銅的初始重量和最終重量,注意,每盎司銅的厚度為1.4mil。所以使用1盎司銅時

     

    1.4mil銅加上1mil錫鉛鍍層,共為2.4mil。

     

     

     

     

     

    2)鍍金 印制電路板邊緣連接器的導電帶(金手指),表面要鍍上一層金層,以改善銅層表面的接觸電阻

     

    即使電路工作在高溫高濕下,金表面層也不會氧化,這樣就可保證電路板和系統插座間良好的接觸。有多種鍍金

     

    型是按溶液的PH值劃分的,有酸性鍍金溶液、中性鍍金溶液、氰化物堿性溶液和無氰堿性溶液。電鍍層的性能和

     

    很有關系,例如金鍍層的硬度和多孔性是和電鍍液的類型及具體電鍍工藝參數密切相關的,連接器鍍金一般采用

     

    用鈷作為拋光劑。

     

    3)鍍鎳 電路板的鎳層采用電鍍工藝形成。鎳層是作為鍍金層的底層金屬,電路板在鍍金前先要在導電帶上鍍一

     

    鍍金層的附著力和耐磨性,同時鎳和金層之間也形成勢壘層,控制金屬互化物的生成。

     

    4)鍍錫鉛焊料 在電路板上要得到錫鉛層有二種工藝,電鍍法和熱風整平法。

     

    采用熱風整平工藝得到的錫鉛層致密度好和底層銅箔的附著力強,因為它們之間形成了金屬互化物。但是熱風整

     

    不易控制,尤其在發求錫鉛層厚度比較厚時,均勻性就比較差。

     

    電鍍的錫鉛層其厚度容易控制,而且也均勻,但是電鍍層的致密度差,多孔一般電鍍后的錫鉛層要加熱再流,改

     

    性。因此電鍍鉛錫工藝在印刷電路板制造中仍被廣泛應用。

    4、導通孔、定位孔和標號

     

     

     

    1)小導通孔

     

    SMT電路板一般采用小導通孔。表5-7列出導通孔范圍,所采用的鉆孔方法和成本。通孔開頭比是指基板厚度

     

    比,典型的比率為51。利用高速鉆孔機可達到101。通孔形狀比是決定多層板的可靠性和通孔鍍層的質量關

     

    5-25為通孔位置。

     

     

     

    2)環形圈(Annular Rings

     

    環形圈是指尺寸大于鉆孔的焊盤,用作有引線元件的焊接區域,防止鉆孔偏斜,通孔也可用于互連和測試。

     

    層焊盤尺寸可不同。見圖5-26、圖5-27和表5-8。

     

     

     

     

     

     

     

    3)定位孔

     

    這里定位孔是用于組裝和測試和固定孔,大多是非鍍通孔,必須在第一次鉆孔時做出,并與板上其它孔盡可

     

    孔的尺寸通常為0.003"。所有定位孔應標出彼此的間距和到PCB基準點和另一個鍍通孔的尺寸,定位誤差一般為

     

     

     

     

     

    (4)基準標號

     

    基準標號主要有三類:總體(Globcl),拼板(Local)如圖5-29所示。標號為裸銅面,通常離阻焊膜距離

     

    有錫鉛鍍層,最大厚度為2mil。最好采用非永久性阻焊涂覆在標號上。

     

     

     

     

     

    5、拼板加工

     

     

     

    SMT中,除了大、中型計算機用多層板外,大多數的PCB面積較小,為了充分利用基材,高效率地制造、安

     

    往往將同一電子設備上的幾種小塊印制板,或多塊同種小型印制板拼在一張較大的板面上。板面除了有每種(塊

     

    電路圖形之外,還設計有制造工藝夾持邊和安裝工藝孔,以及定位標記。板面上所有的元器件裝焊完畢,甚至在

     

    后,才將每種小塊印制板從大的拼版上分離下來。常用的分離技術是V型槽分離法。

     

    PCB的拼版格式有以下幾點要求。

     

    1)拼版的尺寸不可太大,也不可太小,應以制造、裝配和測試過程中便于加工,不產生較大形變為宜。

     

    2)拼版的工藝夾持邊和安裝工藝孔應由SMB的制造和安裝工藝來確定。

     

    3)除了制造工藝所需的定位孔之外,拼版上通常還需要設置12組(每組2個)安裝工藝孔??椎奈恢煤?/span>

     

    安裝設備來決定,孔徑一般為Φ2.5~Φ2.8mm。每組定位孔中一個孔應為橢圓形(如圖5-30),以保證SMB能迅

     

    地放置在表面安裝設備的夾具上。

     

    4)若表面安裝設備采用了光學對準定位系統,應在每件拼版上設置光學對準標記,

     

    5)拼版的非電路圖形區原則上應是無銅箔,無阻焊劑的絕緣基材。

     

    6)拼板的連接和分離方式,主要采用雙面對刻的V型槽來實現,V型槽深度一般控制在板厚的1/61/8


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