SMT工藝流程與要求

1.1回流焊工藝流程

回流焊接是指通過融化預(yù)先印刷在PCB焊盤上的錫膏，實(shí)現(xiàn)表面組裝元器件焊端或引腳與PCB焊盤之間機(jī)械和電器連接的一種軟釬焊工藝。其工藝流程為：印刷錫膏--貼片--回流焊接，如下圖所示。

1.1.1錫膏印刷

其目的是將適量的錫膏均勻的施加在PCB的焊盤上，以保證貼片元器件與PCB相對應(yīng)的焊盤再回流焊接時(shí)，達(dá)到良好的電器連接，并具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。

怎么樣保證焊膏均勻的施加在各焊盤上呢？我們需要制作鋼網(wǎng)。錫膏通過各焊盤在鋼網(wǎng)上對應(yīng)的開孔，在刮刀的作用下將錫均勻的涂覆在各焊盤上。鋼網(wǎng)圖實(shí)例如下圖所示。

錫膏印刷示意圖如下圖所示。

印刷好錫膏的PCB如下圖所示。

1.1.2貼片

本工序是用貼裝機(jī)將片式元器件準(zhǔn)確的貼裝到印好錫膏或貼片膠的PCB表面相應(yīng)的位置。

貼片機(jī)按照功能可分為兩種類型：

A高速機(jī)：適用于貼裝小型大量的組件：如電容，電阻等，也可貼裝一些IC組件，但精度收到限制。

B泛用機(jī)：適用于貼裝異性的或精密度高的組件：如QFP，BGA，SOT，SOP，PLCC等。

貼片機(jī)設(shè)備圖如下圖所示。

貼片后的PCB如下圖所示。

1.1.3回流焊接

回流焊是英文Reflow Soldring的直譯，是通過熔化電路板焊盤上的錫膏，實(shí)現(xiàn)表面組裝元器件焊端與PCB焊盤之間機(jī)械與電氣連接，形成電氣回路。

回流焊作為SMT生產(chǎn)中的關(guān)鍵工序，合理的溫度曲線設(shè)置是保證回流焊質(zhì)量的關(guān)鍵。不恰當(dāng)?shù)臏囟惹€會(huì)使PCB板出現(xiàn)焊接不全、虛焊、元件翹立、焊錫球過多等焊接缺陷，影響產(chǎn)品質(zhì)量。

回流焊接爐設(shè)備圖如下圖所示。

經(jīng)過回流爐，回流焊接完成的PCB如下圖所示。

1.2波峰焊工藝流程                                               

波峰焊一般是針對于插件器件的一種焊接工藝。是將熔融的液態(tài)焊料，借助于泵的作用，在焊料槽液面形成特定形狀的焊料波，插裝了元器件的PCB在傳送鏈上經(jīng)過某一特定的角度以及一定的浸入深度穿過焊料波峰而實(shí)現(xiàn)焊點(diǎn)焊接的過程，如下圖所示。

其一般工藝流程為：器件插裝--PCB上料--波峰焊--PCB下料--DIP引腳修剪--清洗，如下圖所示。

1.2.1 THC插裝技術(shù)

1.元器件引腳成型

DIP器件在插裝之前需要對引腳進(jìn)行整形

（1）手工加工的元器件整形：彎引腳可以借助鑷子或小螺絲刀對引腳整形，如下圖所示。

2）機(jī)器加工的元器件整形：元器件的機(jī)器整形是用專用的整形機(jī)械來完成，其工作原理是，送料器用震動(dòng)送料方式送物料，（比如說插件三極管）用分割器定位三極管，第一步先把左右兩邊的引腳折彎成型；第二步將中間引腳向后或向前折彎成型。如下圖所示。

2.元器件插裝

  通孔插裝技術(shù)分為手工插裝和自動(dòng)機(jī)械設(shè)備插裝

（1）手工插裝、焊接，應(yīng)該先插裝那些需要機(jī)械固定的元器件，如功率器件的散熱架、支架、卡子等，然后再插裝需焊接固定的元器件。插裝時(shí)不要用手直接碰元器件引腳和印刷板上的銅箔。

（2）機(jī)械自動(dòng)插件（簡稱AI）是當(dāng)代電子產(chǎn)品裝聯(lián)中較先進(jìn)的自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)。自動(dòng)機(jī)械設(shè)備插裝應(yīng)該先插裝那些高度較低的元器件，后安裝那些高度較高的元器件，貴重的關(guān)鍵元器件應(yīng)該放到最后插裝，散熱架、支架、卡子等的插裝，要靠近焊接工序。PCB元器件裝配順序如下圖所示。

1.2.2波峰焊

（1）波峰焊工作原理

波峰焊是種借助泵壓作用，使熔融的液態(tài)焊料表面形成特定形狀的焊料波，當(dāng)插裝了元器件的裝聯(lián)組件以定角度通過焊料波時(shí)，在引腳焊區(qū)形成焊點(diǎn)的工藝技術(shù)。組件在由鏈?zhǔn)絺魉蛶魉偷倪^程中，先在焊機(jī)預(yù)熱區(qū)進(jìn)行預(yù)熱(組件預(yù)熱及其所要達(dá)到的溫度依然由預(yù)定的溫度曲線控制)。實(shí)際焊接中，通常還要控制組件面的預(yù)熱溫度，因此許多設(shè)備都增加了相應(yīng)的溫度檢測裝置(如紅外探測器)。預(yù)熱后，組件進(jìn)入鉛槽進(jìn)行焊接。錫槽盛有熔融的液態(tài)焊料，鋼槽底部噴嘴將熔碰焊料噴出定形狀的波峰，這樣，在組件焊接面通過波時(shí)就被焊料波加熱，同時(shí)焊料波也就潤濕焊區(qū)并進(jìn)行擴(kuò)展填充，終實(shí)現(xiàn)焊接過程。其工作原理如下圖所示。

波峰焊是采用對流傳熱原理對焊區(qū)進(jìn)行加熱的。熔融的焊料波作為熱源，一方面流動(dòng)以沖刷引腳焊區(qū)，另一方面也起到了熱傳導(dǎo)作用，引腳焊區(qū)正是在此作用下加熱的。為了保證焊區(qū)升溫，焊料波通常具有一定的寬度，這樣，當(dāng)組件焊接面通過波時(shí)就有充分的加熱、潤濕等時(shí)間。傳統(tǒng)的波峰焊中，一般采用單波，而且波比較平坦。隨著鉛焊料的使用，目前多采取雙波形式。如下圖所示。           

元器件的引腳為固態(tài)，焊料浸入金屬化通孔提供了條途徑。當(dāng)引腳接觸到焊料波后，借助于表面張力的作用，液態(tài)焊料沿引腳和孔壁向上爬升。金屬化通孔的毛細(xì)管作用進(jìn)步促進(jìn)了焊料的爬升。焊料到達(dá)PcB部焊盤后，在焊盤的表面張力作用下鋪展開來。上升中的焊料排出了通孔中的焊劑氣體和空氣，從而填充了通孔，在冷卻后終形成了焊點(diǎn)。

  （2）波峰焊機(jī)的主要部件構(gòu)成

   一臺(tái)波峰焊機(jī)，主要由傳送帶、加熱器、錫槽、泵、助焊劑發(fā)泡（或噴霧）裝置等組成。主要分為助焊劑添加區(qū)、預(yù)熱區(qū)、焊接區(qū)、冷卻區(qū)，如下圖所示。

1.2.3 波峰焊與回流焊的主要區(qū)別

波峰焊與回流焊的主要區(qū)別在于焊接中的加熱源和焊料的供給方式不同。波峰焊中，焊料在槽中被預(yù)先加熱熔化狀態(tài)，泵起的焊料波起著熱源和提供焊料的雙重作用。熔融的焊料波使PCB的通孔、焊盤和元器件引腳被加熱，同時(shí)也為形成焊點(diǎn)提供了所需的焊料。在回流焊中，焊料(焊錫膏)是被預(yù)先定量分配到PCB的焊區(qū)上，回流時(shí)熱源的作用在于使焊料重新被熔化。

1.3選擇性波峰焊接工藝介紹

波峰焊設(shè)備發(fā)明至今已有50多年的歷史了，在通孔元器件電路板的制造中具有生產(chǎn)效率高和產(chǎn)量大等優(yōu)點(diǎn)，因此曾經(jīng)是電子產(chǎn)品自動(dòng)化大批量生產(chǎn)中最主要的焊接設(shè)備。但是，在其應(yīng)用中也存在有一定的局限性：

   （1）焊接參數(shù)不同。

同一塊線路板上的不同焊點(diǎn)因其特性不同(如熱容量、引腳間距、透錫要求等），其所需的焊接參數(shù)可能大相徑庭。但是，波峰焊的特點(diǎn)是使整塊線路板上的所有焊點(diǎn)在同一設(shè)定參數(shù)下完成焊接，因而不同焊點(diǎn)間需要彼此“將就”，這使得波峰焊較難完全滿足高品質(zhì)線路板的焊接要求；

   （2）運(yùn)行成本較高。

在傳統(tǒng)波峰焊的實(shí)際應(yīng)用中，助焊劑的全板噴涂和錫渣的產(chǎn)生都帶來了較高的運(yùn)行成本；尤其是無鉛焊接時(shí)，因?yàn)闊o鉛焊料的價(jià)格是有鉛焊料的3倍以上，錫渣產(chǎn)生所帶來的運(yùn)行成本增加是很驚人的。此外，無鉛焊料不斷熔解焊盤上的銅，時(shí)間一長便會(huì)使錫缸中的焊料成分發(fā)生變化，這需要定期添加純錫和昂貴的銀來加以解決；

   （3）維護(hù)與保養(yǎng)麻煩。

生產(chǎn)中殘余的助焊劑會(huì)留在波峰焊的傳送系統(tǒng)中，而且產(chǎn)生的錫渣需要定期清除，這些都給使用者帶來較為繁復(fù)的設(shè)備維護(hù)與保養(yǎng)工作；

諸如此類的原因，選擇性波峰焊應(yīng)運(yùn)而生。

所謂的PCBA選擇性波峰焊接還是采用原來的錫爐，所不同的是板子需要放到過錫爐載具/托盤(carrier)之中，也就是我們常說的過爐治具，如圖下所示。

然后將需要波峰焊接的零件露出來沾錫而已，其他的零件則用載具包覆保護(hù)起來，如下圖所示。這有點(diǎn)像是在游泳池中套上救生圈一樣，被救生圈覆蓋住的地方就不會(huì)沾到水，換成錫爐，被載具包覆的地方自然就不會(huì)沾到錫，也就不會(huì)有重新融錫或掉件的問題。

1.4通孔回流焊接工藝介紹

通孔回流焊是一種插裝元器件的回流焊接工藝方法，主要用于含有少數(shù)插件的表面組裝板的制造，其技術(shù)的核心是焊膏的施加方法。

1.4.1工藝流程介紹

根據(jù)焊膏的施加方法，通孔回流焊可分為三種：管狀印刷通孔回流焊接工藝、焊膏印刷通孔回流焊接工藝和成型錫片通孔回流焊接工藝。

1.管狀印刷通孔回流焊接工藝

   管狀印刷通孔回流焊接工藝是最早應(yīng)用的通孔元器件回流焊接工藝，主要應(yīng)用于彩色電視機(jī)調(diào)諧器的制造。其工藝的核心是焊膏的管狀印刷機(jī)，工藝過程如下圖所示。

2.焊膏印刷通孔回流焊接工藝

焊膏印刷通孔回流焊接工藝是目前應(yīng)用最多的通孔回流焊接工藝，主要用于含有少量插件的混裝PCBA，工藝與常規(guī)回流焊接工藝完全兼容，不需要特殊工藝設(shè)備，唯一的要求就是被焊接的插裝元器件必須適合通孔回流焊，工藝過程如下圖所示。

3.成型錫片通孔回流焊接工藝

成型錫片通孔回流焊接工藝主要用于多腳的連接器，焊料不是焊膏而是成型錫片，一般由連接器廠家直接加好，組裝時(shí)僅加熱即可。

1.4.2通孔回流焊設(shè)計(jì)要求

1.PCB設(shè)計(jì)要求

（1）適合PCB厚度小于等于1.6mm的板。

（2）焊盤最小還款0.25mm，一遍“拉”住熔融焊膏，不形成錫珠。

（3）元器件離板間隙（Stand-off）應(yīng)大于0.3mm

（4）引線伸出焊盤合適的長度為0.25~0.75mm。

（5）0603等精細(xì)間距元器件離焊盤最小距離為2mm。

（6）鋼網(wǎng)開孔最大可外擴(kuò)1.5mm。

（7）孔徑為引線直徑加0.1~0.2mm。如下圖所示。

1.鋼網(wǎng)開窗要求

    一般而言，為了達(dá)到50%的孔填充，鋼網(wǎng)開窗必須外擴(kuò)，具體外擴(kuò)多少，應(yīng)根據(jù)PCB厚度、鋼網(wǎng)的厚度、孔與引線的間隙等因素決定。

一般來說，外擴(kuò)只要不超過2mm，焊膏都會(huì)拉回來，填充到孔中。要注意的是外擴(kuò)的地方不能被元器件封裝壓住，或者說必須避開元器件的封裝體，一面形成錫珠，如下圖所示。

1.5 PCBA的常規(guī)組裝類型及工藝流程介紹

   1.5.1 單面貼裝

   工藝流程如下圖所示

1.5.2 單面插裝

工藝流程如下圖5所示

波峰焊中器件引腳的成型工作，是生產(chǎn)過程中效率最低的部分之一，相應(yīng)帶來了靜電損壞風(fēng)險(xiǎn)并使交貨期延長，還增加了出錯(cuò)的機(jī)會(huì)。

1.5.3 雙面貼裝

工藝流程如下圖所示

1.5.3 單面混裝

工藝流程如下圖所示

如果通孔元件很少，可采用回流焊和手工焊的方式。

1.5.5 雙面混裝

工藝流程如下圖所示

如果雙面SMD器件較多，THT元件很少時(shí)，插件器件可采用回流焊或者手工焊的方式，其工藝流程圖如下圖所示。