【導讀】1．波峰焊、再流焊、AOI自動檢測儀及返修工作站等SMT設備的使用。熟練操作流程及注意生。2．完成高可靠性工藝流程設計。良好而堅固的工藝，意味著高成品率、高質(zhì)量、高效率。僅是產(chǎn)品質(zhì)量的要求，也是高密度組裝的客觀需要。組裝的質(zhì)量最終表現(xiàn)為焊接的質(zhì)量。焊接的質(zhì)量取決于所用的焊接方法、焊接材料、焊接工藝技術和焊接設備。式、熱風紅外式再流焊爐），汽相焊爐，激光焊機。

　　

【正文】 基板材料老化 基板材料在溫度升高時發(fā)生老化，而且溫度越高老化越快。印制板制造商規(guī)定的失效標準是：彈性強度減半。這意味著當彈性強度減小一半時，材料已經(jīng)老化到失效了 。使用溫度的最高允許值取決于產(chǎn)品的“運行”時間。對電路來講，連續(xù)運行的時間是 105h。所以印制板的使用溫度應控制在 80～ 100℃ ，這由板的材料和要求的“運行”時間來決定。 合金層 合金化合物不僅僅是象前面討論的在焊接過程中由溶解的金屬沉積而成。焊料中的錫也和焊接金屬表現(xiàn)出固化反應（焊料中的鉛不能阻止這種反應），甚至在室溫下，都可能發(fā)生這樣的反應。例如，一年后 CuSn層的厚度會增加 . 通常合金化合物是硬而脆的。相比較而言有些是硬的，如 CuSn,其它則較軟，如 AuSn4, NiSn合 金層則是中等硬度。 有關合金層的可靠性方面有三點要注意： 1)軟合金層將導致焊點破裂，特別容易發(fā)生在含金的焊料中。 2)整個薄層合金的變化將導致粘附力的降低或電接觸的老化。 3)在焊接金屬與合金層之間的界面處會出現(xiàn)焊接金屬的伴生物，如銅一錫合金層之間出現(xiàn)的 SnO2。 蠕變斷裂 材料在長時間的恒溫、恒應力作用下，即使應力小于屈服強度也會慢慢地產(chǎn)生塑性變形的現(xiàn)象稱為蠕變。這種變形引起的斷裂稱為蠕變斷裂。不同的材料出現(xiàn) 蠕變的溫度不同。一般來說，當溫度超過材料熔點的 倍以上時，才出現(xiàn)較明顯的蠕變。而錫鉛焊料在室溫下乙有蠕變現(xiàn)象。 1)為了防止重的元件造成的蠕變破裂，建議有引線元件的焊點施加的應力不超過。 2)焊點在焊接后多少會釋放一些應力，如果焊點位于 PCB 的某一彎曲的位置，就會受到持久的擠壓。大尺寸 IC 的焊點，帶有相對較硬的引線，這樣的焊點在這種情況下會斷裂。 因為蠕變是一種緩慢的變形，也許產(chǎn)品在用戶使用中會突然斷裂。 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 24 3)如果焊料同發(fā)生塑性形變的引線固化在一起，就會發(fā)生蠕變斷裂，這取決于引線的硬度和塑性形變量。 焊接疲勞 元件、焊料以及基板材料有著不同的熱膨脹系數(shù)。同時，周期性的溫度改變，散熱的變化以及環(huán)境溫度的改變都會引起每次溫度改變機械應力。這部分應力由蠕變釋放出來，從而引起每次溫度改變時的塑性形變。這種累積的破壞性影響將最終導致焊點的疲勞斷裂。 結(jié)論 綜上所述，影響焊點質(zhì)量的因素有很多，我們探討了制造過程中的機械負載、熱沖擊、裝卸和移動造成的破壞、老化等方面的原因，那么在操作時，應該采取以下措施來保證焊點的質(zhì)量： 1)溫度循環(huán)負載要盡可能?。? 2)元器件要盡可能 ??； 3)熱膨脹系數(shù)要匹配； 4)采用柔性引線； 5) 盡量不要裝配那些大而重的元件，通過柔性引線進行電氣連接； 6)通孔與引線的配合應緊密，但不要太緊； 7)印制板的裝配應保證在板的水平方向能自由移動，否則周期性的彎曲會破壞大元件的焊點； 8)焊點尺寸和形狀要適當； 9)在單面板上安裝通孔元件，焊點要飽滿； 10)焊料合金要達到最大的疲勞壽命?？梢酝ㄟ^優(yōu)化兩個特性：疲勞屈服點和蠕變阻抗，使焊料合金的疲勞壽命達到最大值。 通過以上分析， SMT 焊點的質(zhì)量與可靠性由以下因素決定： 1)良好的焊接工藝質(zhì)量； 2)盡量不要對焊點、元件和印制板造成損壞； 3)操作中選擇能夠承受負載的材料和結(jié)構； 表面組裝技術中，焊點的質(zhì)量保證是最主要的。這涉及了方方面面的問題，必須在質(zhì)量管理上下功夫，使各種影響焊點質(zhì)量的因素盡減小，這樣才能提供良好的質(zhì)量保證。 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 25 焊接質(zhì)量檢測方法 在當今的 SMT 組裝線上，在再流焊之后配置 AOI 進行焊接質(zhì)量檢測是非常普遍的，也是行之有效的。焊點外觀是焊點質(zhì)量評定的主要依據(jù)，按照 SJ/T10666 的規(guī)定，焊點的檢測有以下兩大原則： 1）全檢原則：采用目視或儀器檢驗，檢驗率應達到 100％ 。 2） 非破 壞性原則：除對焊點進行抽檢外，不推薦采用易于損壞焊點的檢驗評定方法，以降低檢測成 本。 目視檢測 操作員將目視檢測結(jié)果與工藝要求的焊點標準進行比較，得出焊點合格或不合格的結(jié)論。目視檢測主要存在以下局限性： 速度慢，實現(xiàn) 100％的檢測難以跟上當前 SMT 生產(chǎn)線的節(jié)拍； 1） 主觀性強，檢測的結(jié)果會因人而異； 2） 一致性不高，不確定因素較大； 3） 對操作員個人技能、經(jīng)驗要求較高； 4） 僅能檢測焊點外在缺陷。 由于目視檢測的上述不足，在當前的 SMT 組裝線上很少作為主要的焊接質(zhì)量檢測手段，多數(shù)用于返修 /返工的輔助工具、缺陷確 認等。 AOI 檢測 概念 AOI 的全稱是自動 光學 檢測，是基于光學原理來對焊接生產(chǎn)中遇到的常見缺陷進行檢測的設備。 圖 42 AOI檢測儀 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 26 采用儀器自動檢測，與目視檢測相比具有以下優(yōu)勢 : 1)速度快，與 SMT 生產(chǎn)速率匹配，實現(xiàn)高效自動化的組裝與檢測； 2)一致性高，有效減少人為因素，提高檢驗效率； 3)自動 X光等不僅可以檢測外部缺陷，還可以檢測焊點內(nèi)部缺陷。 總的來說， AOI 檢測各類焊點的外觀質(zhì)量比較成熟，應用比較廣泛，可以檢測橋連、偏移、立碑、焊料過多 /過少等常見缺陷。 檢測儀的優(yōu)點 1)編程簡單 AOI 通常是把貼片機編程完成后自動生成的 TXT 輔助文本文件轉(zhuǎn)換成所需格式的文件，從中 AOI 獲取位置號、元件系列號、 X坐標、 Y坐標、元件旋轉(zhuǎn)方向這 5 個參數(shù)，然后系統(tǒng)會自動產(chǎn)生電路的布局圖，確定各元件的位置參數(shù)及所需檢測的參數(shù)。完成后，再根據(jù)工藝要求對各元件的檢測參數(shù)進行微調(diào)。 2)操作容易 由于 AOI 基本上都采用了高度智能的軟件，所以并不需要操作 人員具有豐富的專業(yè)知識即可進行操作。 故障覆蓋率高 由于采用了高精密的光學儀器和高智能的測試軟件，通常的 AOI 設備可檢測多種生產(chǎn)缺陷，故障覆蓋率可達到 80%。 3)減少生產(chǎn)成本 由于 AOI 可放置在回流爐前對 PCB 進行檢測，可及時發(fā)現(xiàn)由各種原因引起的缺陷，而不必等到 PCB 過了回流爐后才進行檢測，這就大大降低了生產(chǎn)成本 的編程 1)編程的作用就是將每個界面采集出來，學習后，用于測試。其中包括 Mark 點的選定、大板掃描、子板設置、 CAD 數(shù)據(jù)導入和窗口繪制等功能。 2)通過點擊位置移動各方向按鈕控制機械 部件位置，將被測試 PCB 移動至機器內(nèi)。確定 PCB板的兩個對角位置。 3)設置 mark，盡量選擇對角，距離越遠越準確。設置 mark 時要讓機器自動學習、測試，并設置其形狀、屬性相關問題。此外還可以設置份 mark 點防止其中一個 mark 點不 備能使用，可以識別另一個。 4)基準測試，如果 X、 Y的數(shù)值大于 2，那么建議重新學習 mark 點。 檢測的不足 1)難以檢測 BGA等面陣列類器件的隱藏焊點的質(zhì)量狀況； 2)對焊點內(nèi)部缺陷無能為力； 3)完整的焊點 3D 信息比較難以獲得，即使能獲得，速度較慢；同時建立 3D 的 接受準則比較困難； 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 27 4）各類不同的元器件材料對于光源的吸收率、反射率、顏色以及表面紋理相差很大，一次性完成滿足所有要求的設置比較困難。 返修工作站 市場上的返修工作站牌號比較多，著名的有 OK、 PACE、白光、 Conceptronic?；旧峡煞譃閮深?:組合式和 BGA 式。組合式一般配備有各種拆卸烙鐵和修復工具。 BGA 式主要針對 BGA的貼片和焊接設計，可用于 BGA、 PLCC、 QPF 等各類 IC的焊接與拆卸，主要是可以對 BGA類器件進行準確定位，并可以根據(jù)工藝要求設置溫度曲線，焊接的安全性、成功率很高。 就 整個 SMT組件的返修過程分析，可分為拆焊、器件整形、 PCB 焊盤清理、貼放、焊接、清潔等幾個步驟。 1）拆焊 該過程就是將返修器件從已固定好的 SMT 組件的 PCB 上取下，其根本原則是不損壞或損傷被拆器件本身、周圍元器件和 PCB 焊盤。拆焊過程中防止臨近元件加熱很重要。因為將焊點加熱到熔點以下溫度的后果可能實際上影響到焊點的可靠性，元件內(nèi)的溫度梯度大于 25℃ 可能在過高溫度下發(fā)生損壞。在返修期間任何時候使得返修區(qū)域沒有相鄰元件會受熱高于 150℃ ，其次盡量選擇能，密封住拆焊元件而不會影響相鄰元件的加熱噴嘴。 2）器件整 形 要想繼續(xù)使用已拆下的器件，必須對器件進行整形，一般情況下拆下的器件的引腳或焊球都會有不同程度的損傷，如細間距封裝器件的引腳變形， BGA 的焊球脫落等情形。 3） PCB 焊盤清理 PCB 焊盤清理包含焊盤清洗和整平等工作。焊盤清理清理通常都是利用焊錫清掃工具、扁頭烙鐵，輔以銅質(zhì)吸錫將殘留于焊盤之上焊錫去除，再以無水酒精或認可的溶劑擦拭去除細微物質(zhì)和殘余助焊劑等成分。 4）貼放器件 在實施貼放元器件動作之前的一個關鍵步驟是將準備好的焊膏至對應的已清理平整的焊盤上，該工作一般是手工進行，所需要的工具是開孔與要貼放元 器件引腳或凸點相適合的小型模板及不銹鋼的印刷刮板，要想針對細間距或高密度封裝元器件進行準確的印刷和貼放，其操作過程應在合適倍數(shù)的放大鏡下，或者是返修裝置配備的視覺系統(tǒng)下進行。 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 28 第 5 章 結(jié)論 SMT 技術作為工業(yè)生產(chǎn)的重要一面，實現(xiàn)從來料檢測到產(chǎn)品生產(chǎn)、返修確保了生產(chǎn)產(chǎn)品實時性和可靠性。 SMT 技術在不斷的發(fā)展過程中占領市場份額，以它高效的貼裝速率、安全的性能等諸多方面的出色表現(xiàn)，定會捍衛(wèi)自己主流的地位。根據(jù)產(chǎn)品的工藝流程確定設備選型方案。如果產(chǎn)品比較簡單，采用純表面組裝或單面混裝工藝時，可選擇一種焊接設備 （再流焊爐或波峰焊機）；如果產(chǎn)品比較復雜、組裝密度較高、又有較多插裝元件的雙面混裝形式，采用再流焊和波峰焊兩種焊接工藝時，應選擇再流焊爐和波峰焊機兩種焊接設備。 SMT 焊接技術的可靠性涉及眾多相關因素和不同學科的知識。除了考慮工藝材料、工藝設備、工藝經(jīng)驗、檢測和質(zhì)量控制等重 要環(huán)節(jié)外，還應重視 PCB 和模板的設計的工藝合理 性．設計工藝不合理，制造缺陷就多，檢測成本也就高。掌握 SMT 組裝設計的工藝合理性是確保 SMT 焊接質(zhì)量的關鍵環(huán)節(jié)之一． SMT 產(chǎn)品的組裝質(zhì)量與可靠性是SMT 產(chǎn)品的生命． SMT 產(chǎn)品出現(xiàn) 的故障往往是生產(chǎn)中焊點的質(zhì)量缺陷引起的故障．焊點的質(zhì)量缺陷一般指元件虛 焊、漏焊、橋連、錯位、立件、焊料球等缺陷．同一表象的缺陷往往是由多種原因造成的，必須對失效現(xiàn)象出現(xiàn)的統(tǒng)計規(guī)律性進行總結(jié)、分析和驗證才能作出有效診斷。盡管如此 ,在工藝、材料、元器件、設備等行業(yè)共同努力下， SMT 焊接的可靠性已經(jīng)相當成熟。 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 29 致 謝 本論文研究工作是在我的指導老師曹白楊教授的精心指導下完成的，從拿到論文題目到論文結(jié)束，從寫稿到反復修改，期間經(jīng)歷了喜悅、聒噪、痛苦和彷徨，在寫作論文的過程中心情是如此復雜。我要感謝曹老師，他為人隨和熱情，治學嚴謹耐心。在論文的寫作和措辭等方面他也總會以“專業(yè)標準”嚴格要求我，從選題、定題開始，一直到最后論文的反復修改、潤色，曹老師始終認真負責地給予我深刻而細致地指導，幫助我開拓思路、精心點撥、熱忱鼓勵。在今后的學習工作中，我將銘記恩師對我的教誨和鼓勵，盡自己最大的努力取得更好的成績。 在此我要向我的導師曹白楊教授致以最衷心的感謝和深深的敬意！ 在三年的大學學習期間，電子工藝與管理教研室的每位老師對我的學習、生活和工作都給予了熱情的幫助，使我的專業(yè)知識得到了 豐富，水平得到了很大的提高，取得了長遠的發(fā)展。 在此，向所有關心和幫助過我的老師、同學和朋友表示衷心的感謝！感謝在百忙之中評閱論文和參加答辯的各位專家、教授。北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 30 參考文獻 [1] 賈忠中 ． SMT 工藝質(zhì)量控制 ． 北京 ： 電子工業(yè) 出版社 ， 2021． [2] 吳兆華 ， 周德儉 ． 表面組裝技術基礎 .北京：國防工業(yè) 出版社 ， 2021． [3] 張文典 ． 實用表面組裝技術 .北京 ： 電子工業(yè) 出版社 , 2021． [4] 李寧成 .再流焊工藝及缺陷偵斷 ． 拓普達資訊傳播有限公司 , 2021． [5] 王少萍 工程可靠性 北京航空航天大學 出版社 , 2021． [6] 宣大榮 .表面組裝技術 .北京 ：電子 工業(yè)出版社 , 1994. 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