电子表面贴装技术SMT解析

文章摘要：辅助工艺用于协助贴装顺利进行并积极预防检测和事后检测。辅助工艺主要由“点贴”工艺和光学辅助自动检测工艺组成。“点胶”工艺是通过将专用胶水“点贴” 到所需元件的下方或周边，对元件进行适当保护，以确保元器件在经受多次回流焊接不脱落；减少元件在贴装过程中受到的应力冲击；保护元件在复杂的使用环境中不受损。“点胶”工艺的工艺元素主要包括“点胶”设备，专用胶水和“点胶”参数的设置。需要合理选择设备，胶水并设计好参数设置才能确保工艺效果。光学辅助自动检测工艺主要是：一是使用专门光学设备测量印刷后的焊膏厚度均匀性和印刷准确度，在贴片后检测贴片准确度，在回流焊前将有缺陷的线路板检测出来并及时报警；二是在回流焊后

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　　辅助工艺用于协助贴装顺利进行并积极预防检测和事后检测。辅助工艺主要由“点贴”工艺和光学辅助自动检测工艺组成。“点胶”工艺是通过将专用胶水“点贴” 到所需元件的下方或周边，对元件进行适当保护，以确保元器件在经受多次回流焊接不脱落；减少元件在贴装过程中受到的应力冲击；保护元件在复杂的使用环境中不受损。“点胶”工艺的工艺元素主要包括“点胶”设备，专用胶水和“点胶”参数的设置。需要合理选择设备，胶水并设计好参数设置才能确保工艺效果。光学辅助自动检测工艺主要是：一是使用专门光学设备测量印刷后的焊膏厚度均匀性和印刷准确度，在贴片后检测贴片准确度，在回流焊前将有缺陷的线路板检测出来并及时报警；二是在回流焊后使用专门的光学设备检测焊点，将有焊点缺陷的线路板检测出来并报警。专门的光学测量设备主要有可见光检测设备和X光检测设备。前者主要是自动光学检测设备AOI(Automatic Optional Inspection)，后者主要是三维和五维的X-ray设备。前者主要用于检测可视焊点，而后者除了检测可视焊点外，还可检测不可目视的BGA类零件的焊点。是否采用辅助工艺则是根据所需贴装产品的特性来决定的。

　　4 回流焊的原理及温度曲线

　　从回流焊温度曲线(图3)分析回流焊原理：当PCB进入预热区时，焊锡膏的溶剂、气体被蒸发，同时焊锡膏的助焊剂润湿焊盘、元器件端头和引脚，焊锡膏软化、塌落、覆盖了焊盘，将焊盘、元器件引脚与氧气隔离；PCB进入保温区时，PCB和元器件得到充分预热。以防PCB突然进入再流焊区升温过快而损坏PCB和元器件；当PCB进入再流焊区时，温度迅速上升使焊锡膏达到熔化状态，液态焊锡对 PCB的焊盘、元器件端头和引脚润湿、扩散、漫流或回流混合形成焊锡接点；PCB进入冷却区，焊点凝固，完成整个回流焊。

　　回流焊过程中，焊膏需经溶剂挥发。焊剂清除焊件表面的氧化物，焊膏熔融、再流动以及焊膏冷却、凝固。所以，回流焊过程中，焊接温度主要分4个温度区：预热区、保温区、再流焊区以及冷却区。预热区为室温到120℃；保温区为120℃~170℃；回流区为170℃~230℃，最高温度为210℃~230℃；冷却区为从210℃降到约100℃。

　　温度曲线是保证焊接质量的关键，实际温度曲线和焊锡膏温度曲线的升温斜率和峰值温度应基本一致。160℃前的升温速度控制在1℃／s～2℃／s，如果升温速度太快，一方面使元器件及PCB受热太快，易损坏元件，造成PCB变形；另一方面，焊锡膏中的溶剂挥发速度太快。容易溅出金属成分，产生焊锡球。峰值温度一般设定比焊锡膏熔化温度高20℃～40℃(例如Sn63／Pb37焊锡膏的熔点为183℃，峰值温度应设置在205℃～230℃)，回(再)流时间 10～60 s，峰值温度低或回(再)流时间短，会使焊接不充分，严重时会造成焊锡膏不熔；峰值温度过高或回(再)流时间长，造成金属粉末氧化，影响焊接质量，甚至损坏元器件和PCB。

　　设置回(再)流焊温度曲线的依据：所使用焊锡膏的温度曲线，根据PCB的材料、厚度、是否多层板、尺寸；表面组装板搭载元器件的密度、元器件大小以及有无 BGA、CSP等特殊元器件；设备的具体情况，诸如加热区的长度、加热源的材料、回流焊炉的构造和热传导方式等因素。

　　某类印制板的实际生产中因设备缘故设定温度区域为：升温区，保温区，快速升温区，回流区。焊膏为Sn63Pb37型焊膏，其熔点为183℃，焊接采用某型回流焊接炉，每种印制板组件必须设计合适的焊接参数，做到一种印制板一个温度曲线。图4为标准回流焊接温度曲线，图5为某印制板实际回流焊接温度曲线。

　　这是一个9温区的回流焊接炉，实际的温度测试有3个测试点，其中图5是实际温度曲线。温区的参数设定要满足以下要求：1)升温区：从室温到100℃的升温速率不超过2℃／s；2)保温区：从100℃～150℃保持时间70～120 s；3)快速升温区：从150℃～183℃保持时间不要超过30s，升温速度应该在2～3℃／s：4)回流区：最高温度为205℃～230℃，处于液相线以上的时间40～60 s；5)冷却区：冷却速度为2～4℃／s。经图4和图5的理论与实际印制板温度曲线对比，实际回流焊温度区域在标准温度范围内，从而得出此印制板表贴器件的焊接符合要求，保证印制板表面贴装器件的电气性能。需特别注意：回流焊炉必需每周测试一次，将测试温度曲线与标准温度曲线进行对比，确定二者是否完全吻合。主要核对参数有：升温区升温速率，保温区保持时间，快速升温区和回流区的升温速度、峰值温度、液相线以上时间，冷却区冷却速率，及曲线是否存在异常波动。

　　5 结束语

　　表面贴装技术渗透于各个领域，可直接影响到电子产品的焊接水平，以及电子产品的性能与质量。叙述表面贴装技术整个流程，阐述焊接过程中的回流焊的原理及温度曲线。对比实际生产过程中的某印制板的标准回流焊接温度曲线与实际回流焊接温度曲线，只要满足实际回流焊温度区域在标准温度范围内，就可以满足贴装元器件的性能指标。

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