【正文】 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 30 參考文獻(xiàn) [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(shù)基礎(chǔ) .北京：國防工業(yè) 出版社 ， 2021． [3] 張文典 ． 實(shí)用表面組裝技術(shù) .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(dá)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(xué) 出版社 , 2021． [6] 宣大榮 .表面組裝技術(shù) .北京 ：電子 工業(yè)出版社 , 1994. [7] 周瑞山 .SMT 工藝材料 .成都 ：電子工業(yè)出版社， 2021. [8] 王曉黎，白波 ． 表面貼裝領(lǐng)域中的可制造性設(shè)計(jì)技術(shù) ． 電子工藝 技術(shù)， 2021(4)． [9] 吳建輝 ． SMT 與印刷電路板的設(shè)計(jì) [J]. 電子工藝技術(shù) ,1998. [10] 李江蛟 .現(xiàn)代質(zhì)量管理 .北京：中國計(jì)量出版社 ,2021. 31 指 導(dǎo) 教 師 情 況 姓 名 曹白楊 技術(shù)職稱 教授 工作單位 北華航天工業(yè)學(xué)院 指 導(dǎo) 教 師 評 語 。 在此我要向我的導(dǎo)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(xué)學(xué)習(xí)期間，電子工藝與管理教研室的每位老師對我的學(xué)習(xí)、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(yuǎn)的發(fā)展。在論文的寫作和措辭等方面他也總會以“專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)”嚴(yán)格要求我，從選題、定題開始，一直到最后論文的反復(fù)修改、潤色，曹老師始終認(rèn)真負(fù)責(zé)地給予我深刻而細(xì)致地指導(dǎo)，幫助我開拓思路、精心點(diǎn)撥、熱忱鼓勵。 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 29 致 謝 本論文研究工作是在我的指導(dǎo)老師曹白楊教授的精心指導(dǎo)下完成的，從拿到論文題目到論文結(jié)束，從寫稿到反復(fù)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(fù)雜。掌握 SMT 組裝設(shè)計(jì)的工藝合理性是確保 SMT 焊接質(zhì)量的關(guān)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(diǎn)的質(zhì)量缺陷引起的故障．焊點(diǎn)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(jì)規(guī)律性進(jìn)行總結(jié)、分析和驗(yàn)證才能作出有效診斷。 SMT 焊接技術(shù)的可靠性涉及眾多相關(guān)因素和不同學(xué)科的知識。根據(jù)產(chǎn)品的工藝流程確定設(shè)備選型方案。 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 28 第 5 章 結(jié)論 SMT 技術(shù)作為工業(yè)生產(chǎn)的重要一面，實(shí)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(shí)時性和可靠性。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(rèn)可的溶劑擦拭去除細(xì)微物質(zhì)和殘余助焊劑等成分。 2）器件整 形 要想繼續(xù)使用已拆下的器件，必須對器件進(jìn)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(xì)間距封裝器件的引腳變形， BGA 的焊球脫落等情形。因?yàn)閷⒑更c(diǎn)加熱到熔點(diǎn)以下溫度的后果可能實(shí)際上影響到焊點(diǎn)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。 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。 BGA 式主要針對 BGA的貼片和焊接設(shè)計(jì)，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(jìn)行準(zhǔn)確定位，并可以根據(jù)工藝要求設(shè)置溫度曲線，焊接的安全性、成功率很高?；旧峡煞譃閮深?:組合式和 BGA 式。 檢測的不足 1)難以檢測 BGA等面陣列類器件的隱藏焊點(diǎn)的質(zhì)量狀況； 2)對焊點(diǎn)內(nèi)部缺陷無能為力； 3)完整的焊點(diǎn) 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(zhǔn)則比較困難； 北華航天工業(yè)學(xué)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(shè)置比較困難。此外還可以設(shè)置份 mark 點(diǎn)防止其中一個 mark 點(diǎn)不 備能使用，可以識別另一個。 3)設(shè)置 mark，盡量選擇對角，距離越遠(yuǎn)越準(zhǔn)確。 2)通過點(diǎn)擊位置移動各方向按鈕控制機(jī)械 部件位置，將被測試 PCB 移動至機(jī)器內(nèi)。 3)減少生產(chǎn)成本 由于 AOI 可放置在回流爐前對 PCB 進(jìn)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(jìn)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(xué)習(xí)后，用于測試。 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(jìn)行操作。 檢測儀的優(yōu)點(diǎn) 1)編程簡單 AOI 通常是把貼片機(jī)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(biāo)、 Y坐標(biāo)、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)。 圖 42 AOI檢測儀 北華航天工業(yè)學(xué)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(shí)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(yàn)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(diǎn)內(nèi)部缺陷。 由于目視檢測的上述不足，在當(dāng)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(rèn)等。 目視檢測 操作員將目視檢測結(jié)果與工藝要求的焊點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，得出焊點(diǎn)合格或不合格的結(jié)論。焊點(diǎn)外觀是焊點(diǎn)質(zhì)量評定的主要依據(jù)，按照 SJ/T10666 的規(guī)定，焊點(diǎn)的檢測有以下兩大原則： 1）全檢原則：采用目視或儀器檢驗(yàn)，檢驗(yàn)率應(yīng)達(dá)到 100％ 。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(diǎn)質(zhì)量的因素盡減小，這樣才能提供良好的質(zhì)量保證?？梢酝ㄟ^優(yōu)化兩個特性：疲勞屈服點(diǎn)和蠕變阻抗，使焊料合金的疲勞壽命達(dá)到最大值。這種累積的破壞性影響將最終導(dǎo)致焊點(diǎn)的疲勞斷裂。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(jī)械應(yīng)力。 北華航天工業(yè)學(xué)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。大尺寸 IC 的焊點(diǎn)，帶有相對較硬的引線，這樣的焊點(diǎn)在這種情況下會斷裂。 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(diǎn)施加的應(yīng)力不超過。一般來說，當(dāng)溫度超過材料熔點(diǎn)的 倍以上時，才出現(xiàn)較明顯的蠕變。這種變形引起的斷裂稱為蠕變斷裂。 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。 有關(guān)合金層的可靠性方面有三點(diǎn)要注意： 1)軟合金層將導(dǎo)致焊點(diǎn)破裂，特別容易發(fā)生在含金的焊料中。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。 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。對電路來講，連續(xù)運(yùn)行的時間是 105h。這意味著當(dāng)彈性強(qiáng)度減小一半時，材料已經(jīng)老化到失效了 。 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。在潮濕和有偏置電壓的情況下，北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 23 腐蝕和金屬遷移將很容易發(fā)生（由于電解作用，金屬析出蔓延形成樹枝狀晶體）。 腐蝕 空氣污染所致的干性化學(xué)腐蝕危險性小。一般有以下幾種： 1)空氣環(huán)境如潮濕、污染的氣體和蒸汽； 2)煙霧； 3)溫度：熱、冷及溫度周期性變化； 4)機(jī)械負(fù)載：振動和沖擊、恒力（重力等）、長期的彎曲（安裝不正確）。涂敷焊膏用量應(yīng)適當(dāng)，在滿足機(jī)械強(qiáng)度和電氣性能的前提下，焊點(diǎn)要小，另外要選擇適當(dāng)?shù)暮附臃椒ǎ⒆罴训臏囟惹€，從而提高焊接結(jié)構(gòu)的整體可靠性。為了增加焊接結(jié)構(gòu)的機(jī)械強(qiáng)度，應(yīng)從焊接材料的配方入手，使焊膏在焊接時不易形成焊球。為了解決這一問題，要求大而重的元件有足夠的機(jī)械支撐固定，而且要求引線應(yīng)柔性的。但是焊接結(jié)構(gòu)的其它部分會發(fā)生失效。這會導(dǎo)致受到機(jī)械負(fù)載最多的印制板上的元件引線發(fā)生疲勞斷裂。所以，振動通常不會損壞焊點(diǎn)，而會破壞引線。如果帶有大的細(xì)間距 IC 的 PCB 有一個角發(fā)生翹曲，而沒有支撐，或者由于不正確地調(diào)整測試夾具而形成機(jī)械負(fù)載，會對焊點(diǎn)造成危脅。 3)在 IC 器件也會發(fā)生焊點(diǎn)斷裂。 2)無引線陶瓷元件也很容易發(fā)生斷裂。 由于印制板彎曲可能會給焊點(diǎn)和元件施加過量的應(yīng)力，這包括三個方面： 1）大通孔元件的焊點(diǎn)所受應(yīng)力很容易超過屈服極限。例如，引起片狀電容器產(chǎn)生裂紋的一個常見的原因是印制板彎曲?；迳?，表面貼裝元件的引腳則以共諧波頻率受到周期性的作用，最終導(dǎo)致在引腳的彎曲處發(fā)生疲勞斷裂。 超聲波清洗有可能造成兩種破壞后果： 1）小液滴對表面的碰撞就像噴砂，類似于表面風(fēng)化。 超聲清洗的損害 超聲清洗對于清除 PCB 上殘留的助焊劑很有效。目前的解決辦法是：先烘干 IC，然后密封保存并保持干燥。這一現(xiàn)象與芯片的尺寸、芯片下面的塑料厚度、塑料封裝與芯片之間的粘合質(zhì)量有關(guān)，尤其是與潮濕量有關(guān)。 IC 塑料封裝極易吸潮，當(dāng)加熱時間過長時，潮氣就會釋放出來。紙基酚醛樹脂板常發(fā)生剝離，適于紅外再流焊，而 FR4（環(huán)氧玻璃基板）在紅外再流焊中經(jīng)常變色。所以焊點(diǎn)中金的含量不應(yīng)超過 3％～ 4％。但是含量較多時，焊料會變得易碎。這些化合物有一個共同的特點(diǎn)是，就是非常脆，剪切強(qiáng)度極低，元件極易脫落。 許多情況下，在焊料從焊接 溫度冷卻到固態(tài)溫度的期間，有溶解的金屬析出，在焊接基體內(nèi)形成了脆性的金屬化合物。 金屬的溶解 在厚、薄膜混合電路（包括片式電容）組裝中，常常有蝕金、蝕銀的現(xiàn)象。結(jié)果當(dāng)焊接面到達(dá)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度或以下時，另一面 還在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以上，于是出現(xiàn) PCB 翹曲的現(xiàn)象。 PCB 的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度一般在 180℃ 和室溫之間。 焊料固化后， PCB 還必須由 180℃ 降低到室溫。當(dāng)溫差過大時，導(dǎo)致元件的陶瓷與玻璃部分產(chǎn)生應(yīng)力裂紋。 焊接工藝引起的焊點(diǎn)失效機(jī)理 焊接工藝中的一些不利因素及隨后進(jìn)行的不適當(dāng)?shù)那逑垂に嚳赡軙?dǎo)致焊點(diǎn)失效。 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 20 3）壽命終結(jié)階段，失效主要由累積的破環(huán)性因素造成 的，包括化學(xué)的、冶金的、機(jī)械特性等因素，比如焊料與被焊金屬之間發(fā)生金屬化合反應(yīng)，或機(jī)械應(yīng)力造成焊點(diǎn)失效?？梢酝ㄟ^工藝過程進(jìn)行優(yōu)化來減少早期失效率。所謂“完美的焊點(diǎn)”是指“引線和焊盤全部潤濕的焊點(diǎn)”。但不要求光亮的外觀； 4)焊點(diǎn)位置準(zhǔn)確：元器件的焊端或引腳在 PCB 焊盤上的位置偏差，應(yīng)在規(guī)定 的范圍內(nèi)。 焊點(diǎn)的外觀評價 良好的焊點(diǎn)應(yīng)該是在設(shè)備的使用壽命周期內(nèi)，其機(jī)械和電氣性能都不發(fā)生失效。也就是說，在生產(chǎn)過程中，組裝的質(zhì)量最終表現(xiàn)為焊接的質(zhì)量。在這樣的要求下，如何保證焊點(diǎn)質(zhì)量是一個重要的問題。 3） 潤濕能力相對較差 大多無鉛焊料的潤濕能力（包括潤濕時間與潤濕力的對比）與錫鉛焊料相比相對較差，因此要求適當(dāng)提高助焊劑活性，或增加焊膏中助焊劑的含量；針對潤濕鋪展能力差，應(yīng)當(dāng)北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 18 適當(dāng)增加模板開口，或在焊盤設(shè)計(jì)時圓角過渡，避免裸露焊盤的情況；對 于流動性差，自然自對中效應(yīng)差，所以應(yīng)提高印刷與貼裝精度，以及必要時充氮?dú)饪梢詼p少高溫氧化，同時提高潤濕性。 無鉛再流焊 無鉛焊料種類繁多，熔點(diǎn)溫度變化范圍大，相比于傳統(tǒng)錫鉛焊膏，熔點(diǎn)溫度大致上升300℃ 以上，以及整體而言無鉛焊膏的潤濕能力相對較差，無鉛再流焊工藝面臨如下挑戰(zhàn)： 1） 峰值溫度提升 峰值溫度提升要求設(shè)備耐高溫，預(yù)熱區(qū)加長，爐溫均勻性要求提高，增加冷卻區(qū)；為了降低由于高溫引起的 PCB 變形問題，需要相應(yīng)的中間支撐；焊膏助焊劑要 求耐高溫，否則在焊膏熔融前助焊劑早已全部揮發(fā)而導(dǎo)致焊料氧化； PCB 與元器件要求能承受相應(yīng)的高溫。建議新手調(diào)整的幅度稍小一點(diǎn)。一般最好每次調(diào)一個參數(shù)，在作下一步調(diào)整之前執(zhí)行該參數(shù) 設(shè)定，畫出一條新的曲線。接下來，把所測的溫度曲線與理想的溫度曲線的形狀相比較，如果形狀不一致，應(yīng)該按從左到右的順序進(jìn)行調(diào)整。首先，必須保證從環(huán)境溫度到回流溫度的時間和推薦曲線的時間一致。將 PCB 放入傳送軌道，打開測溫儀開關(guān)，測溫儀開始采集數(shù)據(jù)。考慮到 PCB 尺寸大小、敏感元件的因素，可以適量增加測試點(diǎn)，但目前最多不超過 9個。一般情況下， PCB 板上的最冷點(diǎn)和最熱點(diǎn)，以及敏感性元件的焊點(diǎn)都可以作為測試點(diǎn)。所有參數(shù)確定后，啟動機(jī)器，待爐子穩(wěn)定后（即所有顯示溫度接近設(shè)定參數(shù)）開始設(shè)置溫度曲線。首次設(shè)定溫區(qū)溫度時建議向爐子制造商咨詢顯示溫度與實(shí)際區(qū)間溫度的關(guān)系。顯示溫度只代表爐內(nèi)溫區(qū)某一處熱電偶的溫度，與熱電偶所在的位