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焊膏的回流焊接 焊膏的回流焊接是用在 SMT 装配工艺中的主要板级互连方法，这种焊 接方法把所需要的焊接特性极好地结合在一起，这些特性包括易于加 工、对各种 SMT 设计有广泛的兼容性，具有高的焊接可靠性以及成本 低等；然而，在回流焊接被用作为最重要的 SMT 元件级和板级互连方 法的时候，它也受到要求进一步改进焊接性能的挑战，事实上，回流焊 接技术能否经受住这一挑战将决定焊膏能否继续作为首要的 SMT 焊接 材料，尤其是在超细微间距技术不断取得进展的情况之下。下面我们将 探讨影响改进回流焊接性能的几个主要问题，为发激发工业界研究出解 决这一课题的新方法，我们分别对每个问题简要介绍。 底面元件的固定双面回流焊接已采用多年，在此，先对第一面进 行印刷布线，安装元件和软熔，然后翻过来对电路板的另一面进行加工 处理，为了更加节省起见，某些工艺省去了对第一面的软熔，而是同时 软熔顶面和底面，典型的例子是电路板底面上仅装有小的元件，如芯片 电容器和芯片电阻器，由于印刷电路板（PCB）的设计越来越复杂，装 在底面上的元件也越来越大，结果软熔时元件脱落成为一个重要的问 题。显然，元件脱落现象是由于软熔时熔化了的焊料对元件的垂直固定 力不足，而垂直固定力不足可归因于元件重量增加，元件的可焊性差， 焊剂的润湿性或焊料量不足等。其中，第一个因素是最根本的原因。如 果在对后面的三个因素加以改进后仍有元件脱落现象存在，就必须使用 SMT 粘结剂。显然，使用粘结剂将会使软熔时元件自对准的效果变差。 未焊满未焊满是在相邻的引线之间形成焊桥。通常，所有能引起 焊膏坍落的因素都会导致未焊满，这些因素包括：1，升温速度太快；2， 焊膏的触变性能太差或是焊膏的粘度在剪切后恢复太慢；3，金属负荷 或固体含量太低；4，粉料粒度分布太广；5；焊剂表面张力太小。但是， 坍落并非必然引起未焊满，在软熔时，熔化了的未焊满焊料在表面张力 的推动下有断开的可能，焊料流失现象将使未焊满问题变得更加严重。 在此情况下，由于焊料流失而聚集在某一区域的过量的焊料将会使熔融 焊料变得过多而不易断开。除了引起焊膏坍落的因素而外，下面的因素 也引起未满焊的常见原因：1，相对于焊点之间的空间而言，焊膏熔敷 太多；2，加热温度过高；3，焊膏受热速度比电路板更快；4，焊剂润 湿速度太快；5，焊剂蒸气压太低；6；焊剂的溶剂成分太高；7，焊剂 树脂软化点太低。 断续润湿焊料膜的断续润湿是指有水出现在光滑的表面上 （1.4.5.），这是由于焊料能粘附在大多数的固体金属表面上，并且在 熔化了的焊料覆盖层下隐藏着某些未被润湿的点，因此，在最初用熔化

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SMT 最新复杂技术 只要关注一下如今在各地举办的形形色色的专业 会议的主题，我们就不难了解电子产品中采用了哪些 最新技术。CSP、0201 无源元件、无铅焊接和光电子， 可以说是近来许多公司在 PCB 上实践和积极评价的热 门先进技术。比如说，如何处理在 CSP 和 0201 组装中 常见的超小开孔（250um）问题，就是焊膏印刷以前从 未有过的基本物理问题。板级光电子组装，作为通信 和网络技术中发展起来的一大领域，其工艺非常精细。 典型封装昂贵而易损坏，特别是在器件引线成形之后。 这些复杂技术的设计指导原则也与普通 SMT 工艺有很 大差异，因为在确保组装生产率和产品可靠性方面， 板设计扮演着更为重要的角色；例如，对 CSP 焊接互 连来说，仅仅通过改变板键合盘尺寸，就能明显提高 可靠性。 　　CSP 应用 如今人们常见的一种关键技术是 CSP。CSP 技术的魅 力在于它具有诸多优点，如减小封装尺寸、增加针数、 功能∕性能增强以及封装的可返工性等。CSP 的高效优 点体现在：用于板级组装时，能够跨出细间距（细至 0.075mm）周边封装的界限，进入较大间距（1，0.8， 0.75，0.5，0.4mm）区域阵列结构。 　　已有许多 CSP 器件在消费类电信领域应用多年 了，人们普遍认为它们是 SRAM 与 DRAM、中等针数 ASIC、快闪存储器和微处理器领域的低成本解决方 案。CSP 可以有四种基本特征形式：即刚性基、柔性基、 引线框架基和晶片级规模。CSP 技术可以取代 SOIC 和 QFP 器件而成为主流组件技术。 　　CSP 组装工艺有一个问题，就是焊接互连的键合 盘很小。通常 0.5mm 间距 CSP 的键合盘尺寸为 0.250～ 0.275mm。如此小的尺寸，通过面积比为 0.6 甚至更低 的开口印刷焊膏是很困难的。不过，采用精心设计的 工艺，可成功地进行印刷。而故障的发生通常是因为 模板开口堵塞引起的焊料不足。板级可靠性主要取决 于封装类型，而 CSP 器件平均能经受-40～125℃的热 周期 800～1200 次，可以无需下填充。然而，如果采 用下填充材料，大多数 CSP 的热可靠性能增加 300%。 CSP 器件故障一般与焊料疲劳开裂有关。

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BGA 装 配 和 锡 浆 检 查 装配 BGA 之前检查印刷锡膏，确保高产 量和长期可靠性。 随着球形栅状陈列（BGA）插件日渐普及， 为确保良好的装配质量和高产量，所需检查 策略是必须进行复检。BGA 具有非凡的设计 优势，但也存在测试和返修的实际需要。高 成本和高难度的回流焊接后检查及返修表 明：装配 BGA 之前，有效地控制印刷锡膏 加工检查是最可行的方法。 BGA 优点之一是设计用于 BGA 的印刷锡 膏比用于同等的 I/O 微间插件的更多。因此 它能够减少印浆通过狭窄的微间距钢网孔 时产生的许多故障。然而，因为 PCB 与插件 之间的连接是隐藏在包装材料中形成的，所 以 BGA 插件技术存在几个独特的挑战。 BGA 缺陷 从生产前景来看，BGA 技术主要弊端是 焊接处隐藏在包装材料中，而在插件周围看 不到。另一个弊端是不能修理单个脚，甚至 当一个连接有故障时，整个组件都必须拆开 和返修。此外，检查和返修一个故障 BGA 组件需要的设备和费用既昂贵又耗时，对于 造成有 BGA 焊接故障的生产商而言，其付 出的代价是惨重的。因此，BGA 装配生产商 希望制造一个尽可能避免故障发生的装配 检查系统。 印刷锡膏的重要性 BGA 装配过程中，印刷锡浆工序是最重要 的步骤，有效地控制印刷锡膏是确保 BGA 高产量的关键（图 1）。所有 BGA 组件依靠

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) 焊接工艺发展趋势 使用聚焦白光的选择性焊接 $�c��M9B0} *]�b 本文介绍，这种光束技术为许多困难的焊接应用提供 一种创新的解决方案。 　　在今天的竞争性与变化的制造环境中，我们经常受 到挑战，要以成本有效的方法来制造日益复杂的装配。 传统的焊接工艺经常要扩展其能力，以接纳新的设计与 技术规格，同时保持在品质、产量和成本的限制之内。 :K:FX?l�W 　　聚集白光(focused white light)焊接为许多挑战性焊 接应用提供一个可行的方法。复杂性日益增加的焊接工 艺要求，和光束技术处理能力的最新提高，使得光束焊 接成为制造商的一个吸引人的的选择。在线的(line- integrated)、高速机器人控制的焊接操作可以在一平方 米的工作单元内进行。典型的应用包括热敏感元件和装 配设计，这些使传统的回流焊接是不实际的。 H96�(`��8 　　在世界级的高产量运作中，光束(light beam)工艺 已经具有这样的特征：到达每个焊点在一秒中之下的周 期时间和少于每百万 100(ppm)的缺陷率。光束利用可 以进一步提高，因为它提供一个使用成本低的非回流焊 接元件的机会。已经证明它是一个对连接器损失和导线 ) 焊接有成本效益的替代方法。 h L7 TrA�D -

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回流焊接温度曲线 　　作温度曲线(profiling)是确定在回流整个周期内印刷电路板 (PCB)装配必须经受的时间/温度关系的过程。它决定于锡膏的特 性，如合金、锡球尺寸、金属含量和锡膏的化学成分。装配的量、 表面几何形状的复杂性和基板导热性、以及炉给出足够热能的能 力，所有都影响发热器的设定和炉传送带的速度。炉的热传播效 率，和操作员的经验一起，也影响反复试验所得到的温度曲线。 　　锡膏制造商提供基本的时间/温度关系资料。它应用于特定 的配方，通常可在产品的数据表中找到。可是，元件和材料将决 定装配所能忍受的最高温度。 　　涉及的第一个温度是完全液化温度(full liquidus temperature) 或最低回流温度(T1)。这是一个理想的温度水平，在这点，熔化 的焊锡可流过将要熔湿来形成焊接点的金属表面。它决定于锡膏 内特定的合金成分，但也可能受锡球尺寸和其它配方因素的影 响，可能在数据表中指出一个范围。对 Sn63/Pb37，该范围平均 为 200 ~ 225°C。对特定锡膏给定的最小值成为每个连接点必须 获得焊接的最低温度。这个温度通常比焊锡的熔点高出大约 15 ~ 20°C。(只要达到焊锡熔点是一个常见的错误假设。) 　　回流规格的第二个元素是最脆弱元件(MVC, most vulnerable component)的温度(T2)。正如其名所示，MVC 就是装配上最低温 度“痛苦”忍耐度的元件。从这点看，应该建立一个低过 5°C 的“缓冲器”，让其变成 MVC。它可能是连接器、双排包装(DIP, dual in-line package)的开关、发光二极管(LED, light emitting diode)、或甚至是基板材料或锡膏。MVC 是随应用不同而不同， 可能要求元件工程人员在研究中的帮助。 　　在建立回流周期峰值温度范围后，也要决定贯穿装配的最大 允许温度变化率(T2-T1)。是否能够保持在范围内，取决于诸如 表面几何形状的量与复杂性、装配基板的化学成分、和炉的热传 导效率等因素。理想地，峰值温度尽可能靠近(但不低于)T1 可望 得到最小的温度变化率。这帮助减少液态居留时间以及整个对高 温漂移的暴露量。 　　传统地，作回流曲线就是使液态居留时间最小和把时间/温 度范围与锡膏制造商所制订的相符合。持续时间太长可造成连接 处过多的金属间的增长，影响其长期可靠性以及破坏基板和元 件。就加热速率而言，多数实践者运行在每秒 4°C 或更低，测 量如何 20 秒的时间间隔。一个良好的做法是，保持相同或比加 热更低的冷却速率来避免元件温度冲击。 　　图一是最熟悉的回流温度曲线。最初的 100°C 是预热区， 跟着是保温区(soak or preflow zone)，在这里温度持续在 150 ~ 170°C 之间(对 Sn63/Pb37)。然后，装配被加热超过焊锡熔点， 进入回流区，再到峰值温度，最后离开炉的加热部分。一旦通过 峰值温度，装配冷却下来。 　　温度热电偶的安装 　　适当地将热电偶安装于装配上是关键的。热电偶或者是用高

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SMT 过程缺陷样观和对策 1 桥 联 引线线之间出现搭接的常见原因是端接头（或焊盘 或导线）之间的间隔不够大。再流焊时，搭接可能由于焊膏 厚度过大或合金含量过多引起的。另一个原因是焊膏塌落或 焊膏黏度太小。波峰焊时，搭接可能与设计有关，如传送速 度过慢、焊料波的形状不适当或焊料波中的油量不适当，或 焊剂不够。焊剂的比重和预热温度也会对搭接有影响。桥联 出现时应检测的项目与对策如表 1 所示。 表 1 桥联出现时检测的项目与对策 检测项目 1、印刷网版与基板之间是否有间隙 对 策 1、检查基板是否存在挠曲，如有挠曲可在再流焊炉 内装上防变形机构； 2、检查印刷机的基板顶持结构，使基板的保持状态与原平 面一致； 3、调整网版与板工作面的平行度。 检测项目 2、对应网版面的刮刀工作面是否存在倾斜（不平 行） 对 策 1、调整刮刀的平行度 检测项目 3、刮刀的工作速度是否超速 对 策 1、重复调整刮刀速度（刮刀速度过快情况下的焊膏 转移，会降低焊膏黏度而在焊膏恢复原有黏度前就执行脱 版，将产生焊膏的塌边不良） 检测项目 4、焊膏是否回流到网版的反面一测 对 策 1、网版开口部设计是否比基板焊区要略小一些； 2、网版与基板间不可有间隙；3、是否过分强调使用微间 隙组装用的焊膏，微间隙组装常选择粒度小的焊膏，如没必 要，可更换焊膏。 检测项目 5、印刷压力是否过高，有否刮刀切入网板开口部 现象 对 策 1、聚酯型刮刀的工作部硬度要适中，太软易产生对 网版开口部的切入不良； 2、重新调整印刷压力。 检测项目 6、印刷机的印刷条件是否合适

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无铅 SMT 工艺中网板的优化设计 摘要 随着新技术的不断涌现，需要进行不断的完善来促进主流应用以及持 续的改进。 就无铅工艺而言， 初期合金和化学品选择的障碍在起 步阶段已经得以解决，提供了基础工艺。 来源于早期基础工艺工作 的经验被进一步完善用来优化影响良率的要素。 这些要素包括温度 曲线、PWB 表面最终处理、元器件镀层、阻焊膜选择，或者网板的 设计。 由于网板印刷对首次通过率的影响很大，而且锡铅合金与无铅合金的 润湿性也有所不同，作者就此进行了专门的研究，以确定针对所需的 SMT 特性，对网板的开孔形状进行优化。对无铅合金在一些替代表 面处理上的低扩展性也需要进行考虑。为达到焊盘的覆盖率最大化而 进行的孔径设计，有可能导致片式元件间锡珠缺陷的产生。除了开孔 设计指南，我们还将讨论优化整个网板设计的方法。 关键词：无铅，网板印刷，开孔设计，工艺控制 简介 网板印刷的基本目标是重复地将正确量的焊膏涂敷于正确的位置。 开孔尺寸、形状，以及网板厚度，决定了焊膏沉积的量，而开孔的位 置决定了沉积的位置。 关于有效控制穿孔位置的方法早已有了定论，将在后面的文章中讨 论。 此研究的目的是找到对无铅焊膏的开孔的最佳尺寸和形状。 通常来说，无铅焊膏的润湿性或扩展性较锡铅焊膏要差；因此，组装 者须考虑以下几个方面的问题：焊盘周边的裸铜（或板的表面处理）， 锡珠以及立碑的不同缺陷率 为此，我们专门设计了一项试验，来量化不同焊膏对典型表面贴装缺 陷的影响。 试验 I 部分，是使用传统锡铅 SMT 工艺，研究网板开孔 大小对锡铅和无铅焊膏基准扩展性和缺陷率的影响。试验 II 部分，优 化网板开孔，以降低使用无铅焊膏时的缺陷率。在 I 部分，板表面最 终处理包括有机可焊性保护膜（OSP），化学镍金（ENIG），化学 银（IMAG）以及化学锡（IMSN）。试验的 II 部分使用 OSP 及 IMSN。 试验设计 润湿性及扩展性——焊膏的扩展性可以用两种方法测试。第一种是在 金属裸板上印刷一个已知面积的圆形焊料点 (胶点)，然后对样件进行

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焊接技术 　　自从六十年代，对焊接技术的狂热的发明创新活 动，在高产量电子生产形成规范之前的那些年，与其 工艺的相对静止状态形成鲜明的对比。尽管这样，步 伐还是没有放慢。在材料技术与设备技术中，创新保 持主流，以至于生产工程师很难保持其生产线在一个 完美的状态。下面回顾一下在材料和工艺技术中的一 些最近的发展。 材料 建议转向 Sn62 锡膏的使用，作为解决 Sn63/Pb37 熔化 时高表面张力问题 的解决方案，因为该材料是 J 形引 脚元件高品质焊接点的障碍。还有，由于惰性(利用氮 气)环境趋向于增加表面张力，因此由 J 形引脚的边缘 共面性所引起的开路类型的缺陷可以通过 Sn62 锡膏 在空气环境里来防止。如果装配上翅形引脚元件占大 多数，锡桥是一个问题，那么希望表面张力大一点， Sn63 锡膏的保持力和非氧化气氛可使熔化的锡被“拉” 回到引脚上。 杜帮公司介绍了一种新的、温柔的氢氟碳(HFC, hydrofluorocarbon)去助焊剂的介质，用于清除残留松 香和由较新的低固(免洗)助焊剂与锡膏留下的离子污 染。由 HFC43-10、反式 1, 2 二氯乙烯(trans 1, 2- dichloroethylene)、环戊烷(cyclopentane)、甲醇 (methanol)和稳定剂(stabilizer)组成的溶剂，与许多塑 料、共形涂层和元件标记墨水都兼容。据说，添加这 种很温柔的碳水化合物，减少那些更具侵蚀性的残留 物的集中，同时具有零臭氧损耗、低全球警告与低毒 性特征，不可燃烧。 开发出一种免洗锡膏，使用的是有机金属熬合(organo- metallic chelation)的化学品，dendrimer polymer 作催化 剂。据说，这种化合物是即可代用的材料，提供良好 的化学、物理与冶金特性，用于延长锡膏粘性寿命和 改善印刷特性。该锡膏叫做 NC-559，由两部分组成： 合成松香和催化剂系统。催化剂已暂停在溶剂中使用， 因为其据有较高的极性吸引聚合物网，在回流焊接过 程中，与被消耗的聚合物一起使得不能形成恒沸物质。 挥发性的部分与被消耗的一部催化剂系统一起被带 走。回流焊后的残留物，和传统的免洗锡膏比较，是 非腐蚀性的、非导电的和不吸湿的。其结果一种坚硬、 清洁、非粘性和化学上良性的表面，而不是那些可能 造成回流焊后残留物中离子污染的离子或极性物质。 在刚好及时(JIT, just-in-time)制造的时代，为了良好的 可焊性控制，对空板的库存可能比实际的大一点，尽 管成本考虑要求大批量的采购。为了防止仓库储存的

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PCB 的新型焊接技术-选择 性焊接 1 引言 　　插装元件的减少以及表面贴装元件的小型化和精 细化，推动了回流焊工艺的不断进步，目前已取代波 峰焊成为一种主流焊接工艺。然而，并非所有的元件 均适宜回流焊炉中的高温加热，在许多场合中，插装 元件仍得到了较为广泛的应用，如在汽车工业中，继 电器、连接器及一些在使用过程中需要承受较大机械 应力的元件，仍需采用具有高结合强度的通孔型连接。 常规的波峰焊可以实现插装元件的焊接，但在焊接过 程中需要专用的保护膜保护其它的表面贴装元件，同 时贴膜和脱膜均需手工操作。手工焊同样可以实现插 装件的焊接，但手工焊的质量过于依赖操作者的工作 技巧和熟练程度，重复性差，不适于自动化的生产。 在上述背景下，选择性焊接应运而生。 　　2 选择性焊接的概念 　　可通过与波峰焊的比较来描述选择性焊接的概 念。两者间最明显的差异在于波峰焊中 PCB 的下部完 全浸入液态焊料中，而在选择性焊接中，仅有部分特 定区域与焊料接触。在焊接过程中，焊料头的位置固 定，通过机械手带动 PCB 沿各个方向运动。在焊接前 也必须预先涂敷助焊剂。与波峰焊相比，助焊剂仅涂 覆在 PCB 下部的待焊接部位，而不是整个 PCB。但是 选择性焊接仅适用于插装元件的焊接。 　　选择性焊接包含有两种类型：喷焊和浸入焊。喷 焊是通过 PCB 下固定的单一喷嘴来完成。利用喷焊可 实现单个点或引脚等微小区域的焊接。通过控制 PCB 的移动速度以及 PCB 与喷嘴间的夹角(通常在 10°左 右)来优化焊接的质量。而浸入焊接则是将 PCB 上待焊 区域浸入一专用的喷嘴盘中，从而一次实现多个焊点 的焊接。但由于不同 PCB 上焊点的分布不同，因而对 不同的 PCB 需制作专用的喷嘴盘。 　　典型的选择性焊接的工艺流程包括：助焊剂喷涂， PCB 预热、浸入焊和喷焊。某些情况下，预热这一步 骤可以省略，有时只需喷焊即可完成。也可以先将 PCB 预热，然后再喷涂助焊剂。使用者可根据具体的情况 来安排选择性焊接的工艺流程。 　　3 几种不同插装元件焊接方法的比较

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第五章 回流焊接知识 1. 西膏的回流过程 当锡膏至于一个加热的环境中，锡膏回流分为五个阶段: 1. 首先，用于达到所需粘度和丝印性能的溶剂开始蒸发，温度 上升必需慢(大约每秒 3 C)，以限制沸腾和飞溅，防止形成小锡 珠，还有，一些元件对内部应力比较敏感，如果元件外部温度上 升太快，会造成断裂。 2. 助焊剂活跃，化学清洗行动开始，水溶性助焊剂和免洗型助 焊剂都会发生同样的清洗行动，只不过温度稍微不同。将金属氧 化物和某些污染从即将结合的金属和焊锡颗粒上清除。好的冶金 学上的锡焊点要求“清洁”的表面。 3. 当温度继续上升，焊锡颗粒首先单独熔化，并开始液化和表 面吸锡的“灯草”过程。这样在所有可能的表面上覆盖，并开始 形成锡焊点。 4. 这个阶段最为重要，当单个的焊锡颗粒全部熔化后，结合一 起形成液态锡，这时表面张力作用开始形成焊脚表面，如果元件 引脚与 PCB 焊盘的间隙超过 4mil，则极可能由于表面张力使引 脚和焊盘分开，即造成锡点开路。 5. 冷却阶段，如果冷却快，锡点强度会稍微大一点，但不可以 太快而引起元件内部的温度应力。 回流焊接要求总结：重要的是有充分的缓慢加热来安全地蒸发 溶剂，防止锡珠形成和限制由于温度膨胀引起的元件内部应力， 造成断裂痕可靠性问题。其次，助焊剂活跃阶段必须有适当的时 间和温度，允许清洁阶段在焊锡颗粒刚刚开始熔化时完成。时间 温度曲线中焊锡熔化的阶段是最重要的，必须充分地让焊锡颗粒 完全熔化，液化形成冶金焊接，剩余溶剂和助焊剂残余的蒸发， 形成焊脚表面。此阶段如果太热或太长，可能对元件和 PCB 造成 伤害。锡膏回流温度曲线的设定，最好是根据锡膏供应商提供的 数据进行，同时把握元件内部温度应力变化原则，即加热温升速 度小于每秒 3 C，和冷却温降速度小于。PCB 装配如果尺寸和重 量很相似的话，可用同一个温度曲线。重要的是要经常甚至每天 检测温度曲线是否正确。

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芯片级无铅 CSP 器件的底部填充材料 概述： 晶片级器件底部填充作为一种新工艺仍需进一步提高及优化，其工 艺为：在晶片级器件制作过程中，晶圆底部加填充材料，这种填充材料 在芯片成型时一步到位，免掉了外封装工艺，这种封装体积小，工艺简 单，可谓经济实惠。然而，该新型封装器件面临一个严峻的考验，即： 用于无铅焊接工艺。这就意味着：即要保证器件底部填充材料与无铅焊 料的兼容，又要满足无铅高温焊接要求，保证焊接点的可靠性及生产产 量。 近期为无铅 CSP 底部填充研发了几种新型材料，这些填充材料滴涂 到晶圆上，呈透明胶状（半液态）物质，经烘烤，呈透明状固态物质， 这样分割晶圆时可保证晶片外形的完整性，不会出现晶片分层或脆裂。 在这篇文章中，我们探讨一下烘烤对晶圆翘曲度的影响？烘烤是否引发 底部填充材料的脆裂？以及回流过程中底部填充物的流动引起的焊料 拖尾问题？因为底部填充材料即要保证焊料不拖尾，又要保证焊点的可 靠性，及可观察到的焊料爬升角度，同时，底部填充材料的设计必须保 证烘烤阶段材料的流动，固化情况处于可控工艺窗口之内。另外，底部 填充材料与焊接材料的匹配标准在本文中也有讨论。 关键词语：晶片，底部填充，表面贴装技术，倒插芯片，CSP 封装，无 铅，烘烤 背景： FC 及 CSP 封装器件要求底部填充材料在焊接过程中能够与焊球、 PCB 完美结合，增加焊点的抗疲劳能力。底部填充工艺方便、简单，将 半液态填充材料施加在焊球与器件基板之间的间隙即可。对于节点尺寸 大、I/O 接口多的器件，填充材料的填充高度必须一致，实践证明：底 部填充非常耗时，尤其 FC 封装器件，是大批量生产的瓶颈。 晶片底部填充工艺（WLUF）首先是在大的晶圆上直接施加胶状(半 液态)底部填充材料，然后大的晶圆经烘烤阶段（B-Stage）固化，使其 失去粘性，最后，将大晶圆分割成晶片，切割好的晶片独立包装，即可 发往客户。器件在 SMT 装配过程中，被贴放于 PCB 上回流焊接，器件在 该阶段，焊料经助焊剂挥发作用回流形成焊点，与此同时，底部填充材 料也经过熔融，固化的步骤，对焊点的形成起帮助保护作用。综上所述， 芯片级封装器件生产工艺步骤少，价格便宜。 芯片级封装器件，从晶圆﹑底部填充材料﹑到 PCB 装配结束，底部 填充材料经过：胶状底部填充材料滴涂到大晶圆上→底部填充材料固化

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高效率的 0201 工艺特征 最近的研究找到了影响 0201 元件装配工艺缺陷数量的变量...。虽然目前大多数公司还 没有达到 0201 这一工艺水平，但是本文所使用的研究方法和得到的研究结果值得我们学 习和借鉴，以便更好地做好我们的 1206、0805、0603、0402... 　　在过去几年中，消费品电子工业已经明显地出现迅猛的增长，这是因为越来越多的 人佩带手机、传呼机和个人电子辅助用品。有趋势显示，每年所贴装的无源元件的数量 在迅速增加，而元件尺寸在稳步地减小。将产品变得越来越小、越快和越便宜的需求， 推动着对提高小型化技术研究的永无止境的需求。大多数消费品电子制造商正在将 0201 元件使用到其最新的设计中去，在不久的将来，其它工业也将采取这一技术。 　　因此，将超小型无源元件的装配与工艺特征化是理所当然的。我们需要研究来定义 焊盘的设计和印刷、贴装与回流工艺窗口，以满足取得 0201 无源元件的较高第一次通过 合格率和较高产出的需求。最近进行了一个 0201 元件的高速装配研究，对每一个工艺步 骤进行了调查研究。研究的目标是要为高速的 0201 装配开发一个初始的工艺特征，特别 是工艺限制与变量。 试验的准备 　　对应于锡膏印刷、元件贴装和回流焊接，进行了三套主要的试验。为了理解每个工 艺步骤最整个 0201 装配工艺的影响，我们进行检查了每个工艺步骤。在工艺顺序方面， 只改变研究下的工艺步骤的变量，而其它工艺参数保持不变。我们设计了一个试验载体 (图一)，提供如下数据： 图一、试验载体  0201 到 0201 的间距：焊盘边沿到边沿的距离按 4, 5, 6, 8, 10 和 12 mil(千分之一 英寸)变化  焊盘尺寸的影响，标称焊盘尺寸为 12x13mil 的矩形焊盘、中心到中心间距为 22mil。标称焊盘变化为±10%、20%和 30%。  元件方向，在单元 A、B、C 和 D 中，研究的元件方向为 0°和 90°。E 和 F 单元研 究±45°角度对 0201 工艺的影响。  单元 1 至 6 研究 0201 与其它无源元件包括 0402、0603、0805 和 1206 之间的相互 影响。这些分块用来决定 0201 元件对其它较大的无源元件的大致影响，它可影响 印刷、贴装和回流焊接(散热)。这里，焊盘对焊盘间距为本 4、5、6、8、10 和 12mil。 另外，0201 焊盘尺寸在这六个单元上变化。 　　测试载体含有 6,552 个 0201、420 个 0402、252 个 0603、252 个 0805、252 个 1206， 总共 7,728 个无源元件。基板是标准的 FR-4 环氧树脂板，厚度 1.57mm。迹线的金属喷镀 由铜、无电解镍和浸金所组成。所有测试板使用相同的装配设备装配：一部模板印刷机、 一部高速元件贴装机、和一台七温区对流回流焊接炉。 模板印刷试验 　　为了表现对 0201 无源元件印刷的特征，我们使用了一个试验设计方法(DOE, design for experiment)，试验了印刷工艺的几个变量：锡膏的目数、刮刀的类型、模板的分开 速度、和印刷之间模板上锡膏滞留时间。这个 DOE 是设计用来决定是否这些因素会影响 0201 装配的印刷工艺。度量标准是印刷缺陷的数量和锡膏厚度的测量。结果是基于 95% 的可信度区间，从统计分析上决定重要因素。印刷缺陷定义为在印刷后没有任何锡膏的 空焊盘以及锡桥。 　　对于这个印刷试验，模板厚度为 125 微米，100%的开孔率，商业使用的免洗锡膏。 印刷机的设定是基于锡膏制造商的推荐值，在推荐范围的中间。 　　模板印刷的试验结果 　　表一列出只检查印刷影响的试验。使用了三个度量标准来评估每个试验条件。第一 个度量标准是平均锡膏印刷高度。使用一部激光轮廓测定仪从四个象限测量 16 个数据。 表一、第一个模板印刷试验的试验设计 试验编号 锡膏类型 刮刀类型 锡膏滞留时间(分钟) 分开速度(cm/s) 1 III 金属 0.5 0.05 2 III 金属 10 0.13 3 III 聚合物 0.5 0.05 4 III 聚合物 10 0.13 5 IV 金属 10 0.05 6 IV 金属 0.5 0.13 7 IV 聚合物 0.5 0.05 8 IV 聚合物 10 0.13

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焊膏的回流焊接 焊膏的回流焊接是用在 SMT 装配工艺中的主要板级互连方法， 这种焊接方法把所需要的焊接特性极好地结合在一起，这些特性 包括易于加工、对各种 SMT 设计有广泛的兼容性，具有高的焊 接可靠性以及成本低等；然而，在回流焊接被用作为最重要的 SMT 元件级和板级互连方法的时候，它也受到要求进一步改进 焊接性能的挑战，事实上，回流焊接技术能否经受住这一挑战将 决定焊膏能否继续作为首要的 SMT 焊接材料，尤其是在超细微 间距技术不断取得进展的情况之下。下面我们将探讨影响改进回 流焊接性能的几个主要问题，为发激发工业界研究出解决这一课 题的新方法，我们分别对每个问题简要介绍。 底面元件的固定双面回流焊接已采用多年，在此，先对第 一面进行印刷布线，安装元件和软熔，然后翻过来对电路板的另 一面进行加工处理，为了更加节省起见，某些工艺省去了对第一 面的软熔，而是同时软熔顶面和底面，典型的例子是电路板底面 上仅装有小的元件，如芯片电容器和芯片电阻器，由于印刷电路 板（PCB）的设计越来越复杂，装在底面上的元件也越来越大， 结果软熔时元件脱落成为一个重要的问题。显然，元件脱落现象 是由于软熔时熔化了的焊料对元件的垂直固定力不足，而垂直固 定力不足可归因于元件重量增加，元件的可焊性差，焊剂的润湿 性或焊料量不足等。其中，第一个因素是最根本的原因。如果在 对后面的三个因素加以改进后仍有元件脱落现象存在，就必须使 用 SMT 粘结剂。显然，使用粘结剂将会使软熔时元件自对准的 效果变差。 未焊满未焊满是在相邻的引线之间形成焊桥。通常，所有 能引起焊膏坍落的因素都会导致未焊满，这些因素包括：1，升 温速度太快；2，焊膏的触变性能太差或是焊膏的粘度在剪切后 恢复太慢；3，金属负荷或固体含量太低；4，粉料粒度分布太广；5； 焊剂表面张力太小。但是，坍落并非必然引起未焊满，在软熔时， 熔化了的未焊满焊料在表面张力的推动下有断开的可能，焊料流 失现象将使未焊满问题变得更加严重。在此情况下，由于焊料流 失而聚集在某一区域的过量的焊料将会使熔融焊料变得过多而 不易断开。除了引起焊膏坍落的因素而外，下面的因素也引起未 满焊的常见原因：1，相对于焊点之间的空间而言，焊膏熔敷太多；

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SMT 常用知识 1. 一般来说,SMT 车间规定的温度为 25±3℃。 2. 锡膏印刷时,所需准备的材料及工具锡膏、钢板﹑刮刀﹑擦拭纸、 无尘纸﹑清洗剂﹑搅拌刀。 3. 一般常用的锡膏合金成份为 Sn/Pb 合金,且合金比例为 63/37。 4. 锡膏中主要成份分为两大部分锡粉和助焊剂。 5. 助焊剂在焊接中的主要作用是去除氧化物﹑破坏融锡表面张力﹑ 防止再度氧化。 6. 锡膏中锡粉颗粒与 Flux(助焊剂)的体积之比约为 1:1, 重量 之比约为 9:1。 7. 锡膏的取用原则是先进先出。 8. 锡膏在开封使用时,须经过两个重要的过程回温﹑搅拌。 9. 钢板常见的制作方法为﹕蚀刻﹑激光﹑电铸。 10. SMT 的 全 称 是 Surface mount(或 mounting) technology,中文意思为表面粘着（或贴装）技术。 11. ESD 的全称是 Electro-static discharge, 中文意思为静电 放电。 12. 制作 SMT 设备程序时, 程序中包括五大部分, 此五部分为 PCB data; Mark data; Feeder data; Nozzle data; Part data。 13. 无铅焊锡 Sn/Ag/Cu 96.5/3.0/0.5 的熔点为 217C。 14. 零件干燥箱的管制相对温湿度为 < 10%。 15. 常用的被动元器件(Passive Devices)有：电阻、电容、点 感（或二极体）等；主动元器件(Active Devices)有：电晶体、IC 等。 16. 常用的 SMT 钢板的材质为不锈钢。 17. 常用的 SMT 钢板的厚度为 0.15mm(或 0.12mm)。 18. 静电电荷产生的种类有摩擦﹑分离﹑感应﹑静电传导等﹔静电电荷 对电子工业的影响为﹕ESD 失效﹑静电污染﹔静电消除的三种原理为静电 中和﹑接地﹑屏蔽。 19. 英制尺寸长x宽0603= 0.06inch*0.03inch﹐公制尺寸长x 宽 3216=3.2mm*1.6mm。 20. 排阻ERB-05604-J81第8码“4”表示为4 个回路,阻值为56 欧姆。电容 ECA-0105Y-M31 容值为 C=106PF=1NF =1X10-6F。 21. ECN 中文全称为﹕工程变更通知单﹔SWR 中文全称为﹕特殊需求 工作单﹐必须由各相关部门会签, 文件中心分发, 方为有效。 22. ５S 的具体内容为整理﹑整顿﹑清扫﹑清洁﹑素养。 23. PCB 真空包装的目的是防尘及防潮。

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锡膏印刷工艺 在表面贴装装配的回流焊接中，锡膏用于表面贴装组件的引脚或端子 与焊盘之间的连接。有许多变量，如锡膏、丝印机、锡膏应用方法和 印刷工艺过程。在印刷锡膏的过程中，基板放在工作台上，机械地或 真空夹紧定位，用定位销或视觉来对准。或者丝网(screen)或者模板 (stencil)用于锡膏印刷。本文将着重讨论几个关键的锡膏印刷问题， 如模板设计和印刷工艺过程。 　　印刷工艺过程与设备 　　在锡膏印刷过程中，印刷机是达到所希望的印刷品质的关键。今 天可购买到的丝印机分为两种主要类型：实验室与生产。每个类型有 进一步的分类，因为每个公司希望从实验室与生产类型的印刷机得到 不同的性能水平。例如，一个公司的研究与开发部门(R&D)使用实验 室类型制作产品原型，而生产则会用另一种类型。还有，生产要求可 能变化很大，取决于产量。因为激光切割设备是不可能分类的，最好 是选择与所希望的应用相适应的丝印机。 　　在手工或半自动印刷机中，锡膏是手工地放在模板/丝网上，这 时印刷刮板(squeegee)处于模板的另一端。在自动印刷机中，锡膏是 自动分配的。在印刷过程中，印刷刮板向下压在模板上，使模板底面 接触到电路板顶面。当刮板走过所腐蚀的整个图形区域长度时，锡膏 通过模板/丝网上的开孔印刷到焊盘上。 　　在锡膏已经沉积之后，丝网在刮板之后马上脱开(snap off)，回到 原地。这个间隔或脱开距离是设备设计所定的，大约 0.020"~0.040"。 脱开距离与刮板压力是两个达到良好印刷品质的与设备有关的重要 变量。 　　如果没有脱开，这个过程叫接触(on-contact)印刷。当使用全金属 模板和刮刀时，使用接触印刷。非接触(off-contact)印刷用于柔性的金 属丝网。 　　刮板(squeegee)类型 　　刮板的磨损、压力和硬度决定印刷质量，应该仔细监测。对可接 受的印刷品质，刮板边缘应该锋利和直线。刮板压力低造成遗漏和粗 糙的边缘，而刮板压力高或很软的刮板将引起斑点状的(smeared)印 刷，甚至可能损坏刮板和模板或丝网。过高的压力也倾向于从宽的开 孔中挖出锡膏，引起焊锡圆角不够。 常见有两种刮板类型：橡胶或聚氨酯(polyurethane)刮板和金属刮板。 当使用橡胶刮板时，使用 70-90 橡胶硬度计(durometer)硬度的刮板。

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SMT 在现代照相机生产中的应用 现代电子技术的飞速发展使电子产品从简单的机械电气控制发 展到微电脑控制，从而使电子产品体积小型化、功能多样化、使 用方便化成为可能。而 SMT 技术的不断发展和广泛应用，使这种 可能变为现实。现在，新颖和变焦照相机，体积比手掌还小，变 焦距离很长，拍摄模式多种多样，供人方便选择，独特的曲线造 型让人爱不释手。当你打开这种照相机后盖换胶片时，你是否注 意到小小的照相机机身中除了大大的变焦镜头、胶片盒和电池盒 以外，几乎没有稍大的要规则的空间来安装平面控制基板。事实 上，只有将微型元件贴片安装在挠线路板（FPC）上的控制基板 才能安装在照相机外壳和内部组件之间狭小的非平面的空隙中， 来实现对照相机多种功能的微电脑控制。下面就来探讨挠线路板 （FPC）上进行 SMT 的工艺问题。 在 FPC 上贴装 SMD 几种方案 根据贴装精度要求以及元件种类和数量的不同，目前常用的方案 如下几种： 方案 1、单片 FPC 上的简单贴装 1.适用范围 A.元件种类：以电阻电容等片装为主。 B.元件数量：每片 FPC 需要贴装的元件数量很少，一般只有几个 元件。 C.贴装精度：贴装精度要求不高（只有片状元件）。 D.FPC 特性：面积很小。 E.批量情况：一般都是以万片为计量单位。 2.制造过程 A.焊膏印刷：FPC 靠外型定位于印刷专用托板上，一般采用小型 半自动专用印刷机印刷。受条件限制，也可以采用手工印刷，但 是印刷质量不稳定，效果比半自动印刷的要差。 B.贴装：一般可采用手工贴装。位置要求稍高一些的个别元件也 可采用手动贴片机贴装。 C.焊接：一般都采用再流焊工艺。特殊情况下也可用专用设备点 焊。如果人工焊接，质量难以控制。 方案 2、多片贴装：多片 FPC 靠定位模板定位于托半上，并全程 固定在托板上一起 SMT 贴装。 1.适用范围： A、元件种类：片状元件一般体积大于 0603，引脚间距大于等于 0.65 的 QFQ 及其他元件均可。

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回流焊接温度曲线 　　作温度曲线(profiling)是确定在回流整个周期内印刷电路板 (PCB)装配必须经受的时间/温度关系的过程。它决定于锡膏的特 性，如合金、锡球尺寸、金属含量和锡膏的化学成分。装配的量、 表面几何形状的复杂性和基板导热性、以及炉给出足够热能的能 力，所有都影响发热器的设定和炉传送带的速度。炉的热传播效 率，和操作员的经验一起，也影响反复试验所得到的温度曲线。 　　锡膏制造商提供基本的时间/温度关系资料。它应用于特定 的配方，通常可在产品的数据表中找到。可是，元件和材料将决 定装配所能忍受的最高温度。 　　涉及的第一个温度是完全液化温度(full liquidus temperature) 或最低回流温度(T1)。这是一个理想的温度水平，在这点，熔化 的焊锡可流过将要熔湿来形成焊接点的金属表面。它决定于锡膏 内特定的合金成分，但也可能受锡球尺寸和其它配方因素的影 响，可能在数据表中指出一个范围。对 Sn63/Pb37，该范围平均 为 200 ~ 225°C。对特定锡膏给定的最小值成为每个连接点必须 获得焊接的最低温度。这个温度通常比焊锡的熔点高出大约 15 ~ 20°C。(只要达到焊锡熔点是一个常见的错误假设。) 　　回流规格的第二个元素是最脆弱元件(MVC, most vulnerable component)的温度(T2)。正如其名所示，MVC 就是装配上最低温 度“痛苦”忍耐度的元件。从这点看，应该建立一个低过 5°C 的“缓冲器”，让其变成 MVC。它可能是连接器、双排包装(DIP, dual in-line package)的开关、发光二极管(LED, light emitting diode)、 或甚至是基板材料或锡膏。MVC 是随应用不同而不同， 可能要求 元件工程人员在研究中的帮助。 　　在建立回流周期峰值温度范围后，也要决定贯穿装配的最大 允许温度变化率(T2-T1)。是否能够保持在范围内，取决于诸如 表面几何形状的量与复杂性、装配基板的化学成分、和炉的热传 导效率等因素。理想地，峰值温度尽可能靠近(但不低于)T1 可望 得到最小的温度变化率。这帮助减少液态居留时间以及整个对高 温漂移的暴露量。 　　传统地，作回流曲线就是使液态居留时间最小和把时间/温 度范围与锡膏制造商所制订的相符合。持续时间太长可造成连接 处过多的金属间的增长，影响其长期可靠性以及破坏基板和元 件。就加热速率而言，多数实践者运行在每秒 4°C 或更低，测 量如何 20 秒的时间间隔。一个良好的做法是，保持相同或比加 热更低的冷却速率来避免元件温度冲击。 　　图一是最熟悉的回流温度曲线。最初的 100°C 是预热区， 跟着是保温区(soak or preflow zone)，在这里温度持续在 150 ~ 170°C 之间(对 Sn63/Pb37)。然后，装配被加热超过焊锡熔点， 进入回流区，再到峰值温度，最后离开炉的加热部分。一旦通过 峰值温度，装配冷却下来。 　　温度热电偶的安装

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SMT 焊接常见缺陷及解决办法 摘要 本文对采用SMT生产的印制电路组件中出现的几种常 见焊接缺陷现象进行了分析，并总结了一些有效的解决措 施。 在 SMT 生产过程中，我们都希望基板从贴装工序开始， 到焊接工序结束，质量处于零缺陷状态，但实际上这很难达 到。由于 SMT 生产工序较多，不能保证每道工序不出现一 点点差错，因此在 SMT 生产过程中我们会碰到一些焊接缺 陷。这些焊接缺陷通常是由多种原因所造成的，对于每种缺 陷，我们应分析其产生的根本原因，这样在消除这些缺陷时 才能做到有的放矢。本文将以一些常见焊接缺陷为例，介绍 其产生的原因及排除方法。 桥 接 桥接经常出现在引脚较密的 IC 上或间距较小的片状元件 间，这种缺陷在我们的检验标准中属于重大不良，会严重影 响产品的电气性能，所以必须要加以根除。 产生桥接的主要原因是由于焊膏过量或焊膏印刷后的错 位、塌边。 焊膏过量 焊膏过量是由于不恰当的模板厚度及开孔尺寸造成的。通 常情况下，我们选择使用 0．15mm 厚度的模板。而开孔尺 寸由最小引脚或片状元件间距决定。 印刷错位 在印刷引脚间距或片状元件间距小于 0．65mm 的印制板时， 应采用光学定位，基准点设在印制板对角线处。若不采用光 学定位，将会因为定位误差产生印刷错位，从而产生桥接。 焊膏塌边 造成焊膏塌边的现象有以下三种 1．印刷塌边

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第五章 回流焊接知识 1. 西膏的回流过程 当锡膏至于一个加热的环境中，锡膏回流分为五个阶段: 1. 首先，用于达到所需粘度和丝印性能的溶剂开始蒸发，温度 上升必需慢(大约每秒 3 C)，以限制沸腾和飞溅，防止形成小锡 珠，还有，一些元件对内部应力比较敏感，如果元件外部温度上 升太快，会造成断裂。 2. 助焊剂活跃，化学清洗行动开始，水溶性助焊剂和免洗型助 焊剂都会发生同样的清洗行动，只不过温度稍微不同。将金属氧 化物和某些污染从即将结合的金属和焊锡颗粒上清除。好的冶金 学上的锡焊点要求“清洁”的表面。 3. 当温度继续上升，焊锡颗粒首先单独熔化，并开始液化和表 面吸锡的“灯草”过程。这样在所有可能的表面上覆盖，并开始 形成锡焊点。 4. 这个阶段最为重要，当单个的焊锡颗粒全部熔化后，结合一 起形成液态锡，这时表面张力作用开始形成焊脚表面，如果元件 引脚与 PCB 焊盘的间隙超过 4mil，则极可能由于表面张力使引 脚和焊盘分开，即造成锡点开路。 5. 冷却阶段，如果冷却快，锡点强度会稍微大一点，但不可以 太快而引起元件内部的温度应力。 回流焊接要求总结：重要的是有充分的缓慢加热来安全地蒸发 溶剂，防止锡珠形成和限制由于温度膨胀引起的元件内部应力， 造成断裂痕可靠性问题。其次，助焊剂活跃阶段必须有适当的时 间和温度，允许清洁阶段在焊锡颗粒刚刚开始熔化时完成。时间 温度曲线中焊锡熔化的阶段是最重要的，必须充分地让焊锡颗粒 完全熔化，液化形成冶金焊接，剩余溶剂和助焊剂残余的蒸发， 形成焊脚表面。此阶段如果太热或太长，可能对元件和 PCB 造成 伤害。锡膏回流温度曲线的设定，最好是根据锡膏供应商提供的 数据进行，同时把握元件内部温度应力变化原则，即加热温升速 度小于每秒 3 C，和冷却温降速度小于。PCB 装配如果尺寸和重 量很相似的话，可用同一个温度曲线。重要的是要经常甚至每天 检测温度曲线是否正确。

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BGA 维修焊接技术详谈 焊接是维修电子产品很重要的一个环节。电子产品的故障检 测出来以后，紧接着的就是焊接。 焊接电子产品常用的几种加热方式：烙铁，热空气，锡浆， 红外线，激光等，很多大型的焊接设备都是采用其中的一种 或几种的组合加热方式。 常用的焊接工具有：电烙铁，热风焊台，锡炉，BGA 焊机 焊接辅料：焊锡丝，松香，吸锡枪，焊膏，编织线等。 电烙铁主要用于焊接模拟电路的分立元件，如电阻、电容、 电感、二极管、三极管、场效应管等，也可用于焊接尺寸较 小的 QFP 封装的集成块，当然我们也可以用它来焊接 CPU 断针，还可以给 PCB 板补线，如果显卡或内存的金手指坏了， 也可以用电烙铁修补。电烙铁的加热芯实际上是绕了很多圈 的电阻丝，电阻的长度或它所选用的材料不同，功率也就不 同，普通的维修电子产品的烙铁一般选用 20W-50W。有些高 档烙铁作成了恒温烙铁，且温度可以调节，内部有自动温度 控制电路，以保持温度恒定，这种烙铁的使用性能要更好些， 但价格一般较贵，是普通烙铁的十几甚至几十倍。纯净锡的 熔点是 230 度，但我们维修用的焊锡往往含有一定比例的铅， 导致它的熔点低于 230 度，最低的一般是 180 度。 新买的烙铁首先要上锡，上锡指的是让烙铁头粘上焊锡，这 样才能使烙铁正常使用，如果烙铁用得时间太久，表面可能 会因温度太高而氧化，氧化了的烙铁是不粘锡的，这样的烙 铁也要经过上锡处理才能正常使用。 焊接： 拆除或焊接电阻、电容、电感、二极管、三极管、场效应 管时，可以在元件的引脚上涂一些焊锡，这样可以更好地使 热量传递过去，等元件的所有引脚都熔化时就可以取下来或 焊上去了。焊时注意温度较高时，熔化后迅速抬起烙铁头， 则焊点光滑，但如温度太高，则易损坏焊盘或元件。 补 PCB 布线 PCB 板断线的情况时有发生，显示器、开关电源等的线较 粗，断的线容易补上，至于主板、显卡、笔记本的线很细， 线距也很小，要想补上就要麻烦一些。要想补这些断线，先 要准备一个很窄的扁口刮刀，刮刀可以自已动手用小螺丝刀 在磨刀石上磨，使得刮刀口的宽度与 PCB 板布线的宽度差不 多。补线时要先用刮刀把 PCB 板断线表面的绝缘漆刮掉，注 意不要用力太大以免把线刮断，另外还要注意不要把相临的

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线路板装配中的无铅工艺应用原则 电子装配对无铅焊料的基本要求 无铅焊接装配的基本工艺包括：a. 无铅 PCB 制造工艺；b. 在焊 锡膏中应用的 96.5Sn/3.5Ag 和 95.5Sn/4.0Ag/0.5Cu 共晶和近似 共晶合金系统；c. 用于波峰焊应用的 99.3Sn/0.7Cu 共晶合金系 统；d. 用于手工焊接的 99.3Sn/0.7Cu 合金系统。尽管这些都是 可行工艺，但具体实施起来还存在几个大问题，如原料成本仍然 高于标准 Sn/Pb 工艺、对湿润度的限制有所增加、要求在波峰焊 工艺中保持惰性空气状态(要有足量氮气)以及可能将回流焊温 度升到极限温度范围(235～245℃之间)而提高了对各种元件的热 性要求等等。 就无铅替代物而言，现在并没有一套获得普遍认可的规范，经过 与该领域众多专业人士的多次讨论，我们得出下面一些技术和应 用要求： 　 1. 金属价格 许多装配厂商都要求无铅合金的价格不能高于 63Sn/37Pb，但不幸的是现有的所有无铅替代物成本都比 63Sn/37Pb 高出至少 35%以上。在选择无铅焊条和焊锡丝时， 金属成本是其中最重要的因素；而在制作焊锡膏时，由于 技术成本在总体制造成本中所占比例相对较高，所以对金 属的价格还不那么敏感。 　 2. 熔点 大多数装配厂家(不是所有)都要求固相温度最小为 150℃，以便满足电子设备的工作温度要求,最高液相温度 则视具体应用而定。 波峰焊用焊条：为了成功实施波峰焊，液相温度应低于炉 温 260℃。 手工/机器焊接用焊锡丝：液相温度应低于烙铁头工作温度 345℃。 焊锡膏：液相温度应低于回流焊温度 250℃。对现有许多回 流焊炉而言，该温度是实用温度的极限值。许多工程师要 求最高回流焊温度应低于 225～230℃，然而现在没有一种 可行的方案来满足这种要求。人们普遍认为合金回流焊温 度越接近 220℃效果越好，能避免出现较高回流焊温度是最 理想不过的，因为这样能使元件的受损程度降到最低，最 大限度减小对特殊元件的要求，同时还能将电路板变色和 发生翘曲的程度降到最低，并避免焊盘和导线过度氧化。

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高效率的 0201 工艺特征 最近的研究找到了影响 0201 元件装配工艺缺陷数量的变量...。虽然目前大多数 公司还没有达到 0201 这一工艺水平，但是本文所使用的研究方法和得到的研究 结果值得我们学习和借鉴，以便更好地做好我们的 1206、0805、0603、0402... 　　在过去几年中，消费品电子工业已经明显地出现迅猛的增长，这是因为越来 越多的人佩带手机、传呼机和个人电子辅助用品。有趋势显示，每年所贴装的无 源元件的数量在迅速增加，而元件尺寸在稳步地减小。将产品变得越来越小、越 快和越便宜的需求，推动着对提高小型化技术研究的永无止境的需求。大多数消 费品电子制造商正在将 0201 元件使用到其最新的设计中去，在不久的将来，其 它工业也将采取这一技术。 　　因此，将超小型无源元件的装配与工艺特征化是理所当然的。我们需要研究 来定义焊盘的设计和印刷、贴装与回流工艺窗口，以满足取得 0201 无源元件的 较高第一次通过合格率和较高产出的需求。最近进行了一个 0201 元件的高速装 配研究，对每一个工艺步骤进行了调查研究。研究的目标是要为高速的 0201 装 配开发一个初始的工艺特征，特别是工艺限制与变量。 试验的准备 　　对应于锡膏印刷、元件贴装和回流焊接，进行了三套主要的试验。为了理解 每个工艺步骤最整个 0201 装配工艺的影响，我们进行检查了每个工艺步骤。在 工艺顺序方面，只改变研究下的工艺步骤的变量，而其它工艺参数保持不变。我 们设计了一个试验载体(图一)，提供如下数据： 图一、试验载体  0201 到 0201 的间距：焊盘边沿到边沿的距离按 4, 5, 6, 8, 10 和 12 mil(千分之一英寸)变化  焊盘尺寸的影响，标称焊盘尺寸为 12x13mil 的矩形焊盘、中心到中心间 距为 22mil。标称焊盘变化为±10%、20%和 30%。  元件方向，在单元 A、B、C 和 D 中，研究的元件方向为 0°和 90°。E 和 F 单元研究±45°角度对 0201 工艺的影响。  单元 1 至 6 研究 0201 与其它无源元件包括 0402、0603、0805 和 1206 之 间的相互影响。这些分块用来决定 0201 元件对其它较大的无源元件的大 致影响，它可影响印刷、贴装和回流焊接(散热)。这里，焊盘对焊盘间距 为本 4、5、6、8、10 和 12mil。另外，0201 焊盘尺寸在这六个单元上变化。 　　测试载体含有 6,552 个 0201、420 个 0402、252 个 0603、252 个 0805、252 个 1206，总共 7,728 个无源元件。基板是标准的 FR-4 环氧树脂板，厚度 1.57mm。 迹线的金属喷镀由铜、无电解镍和浸金所组成。所有测试板使用相同的装配设备 装配：一部模板印刷机、一部高速元件贴装机、和一台七温区对流回流焊接炉。 模板印刷试验 　　为了表现对 0201 无源元件印刷的特征，我们使用了一个试验设计方法(DOE, design for experiment)，试验了印刷工艺的几个变量：锡膏的目数、刮刀的类型、 模板的分开速度、和印刷之间模板上锡膏滞留时间。这个 DOE 是设计用来决定是 否这些因素会影响 0201 装配的印刷工艺。度量标准是印刷缺陷的数量和锡膏厚 度的测量。结果是基于 95%的可信度区间，从统计分析上决定重要因素。印刷缺 陷定义为在印刷后没有任何锡膏的空焊盘以及锡桥。 　　对于这个印刷试验，模板厚度为 125 微米，100%的开孔率，商业使用的免洗 锡膏。印刷机的设定是基于锡膏制造商的推荐值，在推荐范围的中间。 　　模板印刷的试验结果 　　表一列出只检查印刷影响的试验。使用了三个度量标准来评估每个试验条 件。第一个度量标准是平均锡膏印刷高度。使用一部激光轮廓测定仪从四个象限 测量 16 个数据。 表一、第一个模板印刷试验的试验设计 试验编号 锡膏类型 刮刀类型 锡膏滞留时间(分钟) 分开速度(cm/s) 1 III 金属 0.5 0.05 2 III 金属 10 0.13 3 III 聚合物 0.5 0.05

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回流焊接工艺的经典 PCB 温度曲线 本文介绍对于回流焊接工艺的经典的 PCB 温度曲线作图方法，分析了两种最常见 的回流焊接温度曲线类型：保温型和帐篷型...。 　　经典印刷电路板(PCB)的温度曲线(profile)作图，涉及将 PCB 装配上的热电 偶连接到数据记录曲线仪上，并把整个装配从回流焊接炉中通过。作温度曲线有 两个主要的目的：1) 为给定的 PCB 装配确定正确的工艺设定，2) 检验工艺的连 续性，以保证可重复的结果。通过观察 PCB 在回流焊接炉中经过的实际温度(温 度曲线)，可以检验和/或纠正炉的设定，以达到最终产品的最佳品质。 　　经典的 PCB 温度曲线将保证最终 PCB 装配的最佳的、持续的质量，实际上降 低 PCB 的报废率，提高 PCB 的生产率和合格率，并且改善整体的获利能力。 回流工艺 　　在回流工艺过程中，在炉子内的加热将装配带到适当的焊接温度，而不损伤 产品。为了检验回流焊接工艺过程，人们使用一个作温度曲线的设备来确定工艺 设定。温度曲线是每个传感器在经过加热过程时的时间与温度的可视数据集合。 通过观察这条曲线，你可以视觉上准确地看出多少能量施加在产品上，能量施加 哪里。温度曲线允许操作员作适当的改变，以优化回流工艺过程。 　　一个典型的温度曲线包含几个不同的阶段 - 初试的升温(ramp)、保温 (soak)、向回流形成峰值温度(spike to reflow)、回流(reflow)和产品的冷却 (cooling)。作为一般原则，所希望的温度坡度是在 2~4°C 范围内，以防止由于 加热或冷却太快对板和/或元件所造成的损害。 　　在产品的加热期间，许多因素可能影响装配的品质。最初的升温是当产品进 入炉子时的一个快速的温度上升。目的是要将锡膏带到开始焊锡激化所希望的保 温温度。最理想的保温温度是刚好在锡膏材料的熔点之下 - 对于共晶焊锡为 183°C，保温时间在 30~90 秒之间。保温区有两个用途：1) 将板、元件和材料 带到一个均匀的温度，接近锡膏的熔点，允许较容易地转变到回流区，2) 激化 装配上的助焊剂。在保温温度，激化的助焊剂开始清除焊盘与引脚的氧化物的过 程，留下焊锡可以附着的清洁表面。向回流形成峰值温度是另一个转变，在此期 间，装配的温度上升到焊锡熔点之上，锡膏变成液态。 　　一旦锡膏在熔点之上，装配进入回流区，通常叫做液态以上时间(TAL, time above liquidous)。回流区时炉子内的关键阶段，因为装配上的温度梯度必 须最小，TAL 必须保持在锡膏制造商所规定的参数之内。产品的峰值温度也是在 这个阶段达到的 - 装配达到炉内的最高温度。 　　必须小心的是，不要超过板上任何温度敏感元件的最高温度和加热速率。例 如，一个典型的钽电容具有的最高温度为 230°C。理想地，装配上所有的点应 该同时、同速率达到相同的峰值温度，以保证所有零件在炉内经历相同的环境。 在回流区之后，产品冷却，固化焊点，将装配为后面的工序准备。控制冷却速度 也是关键的，冷却太快可能损坏装配，冷却太慢将增加 TAL，可能造成脆弱的焊 点。 　　在回流焊接工艺中使用两种常见类型的温度曲线，它们通常叫做保温型 (soak)和帐篷型(tent)温度曲线。在保温型曲线中(图一)，如前面所讲到的，装 配在一段时间内经历相同的温度。帐篷型温度曲线(图二)是一个连续的温度上 升，从装配进入炉子开始，直到装配达到所希望的峰值温度。 图一、典型的保温型温度曲线 图二、典型的帐篷型温度曲线 　　所希望的温度曲线将基于装配制造中使用的锡膏类型而不同。取决于锡膏化 学组成，制造商将建议最佳的温度曲线，以达到最高的性能。温度曲线的信息可 以通过联系锡膏制造商得到。最常见的配方类型包括水溶性(OA)、松香适度激化 型(RMA, rosin mildly activated)和免洗型(no-clean)锡膏。 温度曲线的机制 　　经典的 PCB 温度曲线系统元件 　　一个经典的 PCB 温度曲线系统由以下元件组成：

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SMT 丝印是科学, 不是艺术 在一块典型的 PCB(印刷电路板)上 ，可能有几百个元件，600 到 1,000 个联接点(即焊盘 pad)。因此这些端点的焊接不合格率 必须维持在一个最小值。一般来说，PCB 不能通过测试而须要返 工的有 60%是由于锡膏(solder paste)丝印质量差而造成的。本 文将讨论丝印(screen printing)的基本要素，并探讨生产中持 续的完美丝印品质所需的技术。 在锡膏丝印中有三个关键的要素，这里叫做三个 S：Solder paste(锡膏)，Stencils(丝印模板)，和 Squeegees(丝印刮板)。 三个要素的正确结合是持续的丝印品质的关键所在。 锡膏(第一个 S) 锡膏是锡珠和松香(resin)的结合物，松香的功能是在回流 (reflowing)焊炉的第一阶段，除去元件引脚、焊盘和锡珠上的 氧化 物，这个阶段在 150 C 持续大约三分钟。(resin 有时叫做 rosin,严格地说，resin 是天然产品，而 rosin 是人造产品。) 焊锡是铅、锡和银的合金，在回流焊炉的第二阶段，大约 220 C 时回流。银和松香都起帮助熔化焊锡和湿润(wetting)以达到 回流的作用，即助焊剂的作用。(湿润 wetting：是焊接效果的 描述词，被焊物好象被锡所浸“湿”。) 球状的焊锡颗粒制造成各种混合尺寸，然后筛选、分级，锡膏是 按照锡珠的大小来分级的，如下： 2 型：75~53m 3 型：53~38m 4 型：38~25m( = micron = 0.001mm ) 三球定律 三球定律给生产提供了一个选择丝印模板的简单公式，锡膏中锡 珠的大小必须与丝印模板相匹配，如下所述： 经 验 公 式 ：

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SMT 组件的焊膏印刷指南 摘要 现在，人们普遍将焊膏印刷作为控制涂饰焊点质量的关键工艺。若想获得优 质的焊膏印刷并不是一件很容易办得到的事，焊膏印刷工艺涉及到模板设计、模 板制造、模板组装、模板清洗和模板寿命，这几个环节相互作用，相互影响。本 文为此为模板的焊膏印刷技术而制定了一个指南，旨在帮助技术人员和生产人员 解决实际生产中存在的一些问题，以确保元器件的印刷质量。本文重点论述了SMT 组装中球栅阵列（BGA）和芯片尺寸封装（CSP）的焊膏印刷及将各种不同的技术 进行了比较，从而为制定最佳的印刷工艺奠定了基础。 1 模板制造技术 模板制造工艺包括加成方法或减去方法。在加成工艺中，如象；电铸成型，是通 过添加金属而形成开孔。在减去工艺中，是从模板箔中去除金属而形成开孔。激 光切割和化学蚀刻的方法就是典型的减去工艺的例子。 1.1 模板 模板类型：通常使用的模板主要有四种类型：化学蚀刻、激光切割、混合技术、 电铸成型。化学蚀刻模板的制造工艺主要是将金属箔切割成特定尺寸的框架，并 用光刻胶成像层压在金属箔的两面。通常用光栅配准部件将双面光学工具精确对 准、定位，可用双面光学工具将模板开孔图象曝光在光刻胶上。激光切割的模板 是通过激光设备中运行的软件 Gerber(r)数据而制成的。当 PCB 上应用了标准组 件和细间距组件混合技术时，就应使用激光切割和化学蚀刻组合模板制造工艺。 生产出的模板被定义为激光-化学组合模板或称为混合技术模板。电铸成形技术 是模板加成的制造方法，这种方法使用了光刻成像和电镀工艺。建议将激光切割 或电铸成型的模板用于对均匀释放焊膏的效果要求最高的应用领域中。不过，这 些模板成本较高，一项研究说明这类模板的一致性比化学蚀刻的模板好。 模板开口设计：模板设计的常见问题是开孔设计及开孔设计对印刷性能的影 响。在印刷操作过程中，刮刀在模板上推刮时，焊膏就被挤压到模板的开孔中。 然后，在印刷板脱离模板的过程中，焊膏就自然地流入 PCB 的焊盘上。挤压到开 孔中的焊膏若能够完全从开孔壁上释放出来，粘附到 PCB 的焊盘上，形成完整的 焊料块，这是最理想的。焊膏从开孔内壁释放出来的能力主要取决于三个方面的 因素： 1． 模板设计的面积比/孔径比 2． 开孔侧壁的几何形状 3． 开孔壁的光滑度 　在外，我们将几种不同的ＳＭＴ模板开口设计提供于众，作为生产中之参考， 见表１。 　　表１ SMT 通用开孔设计指南 元件类型 间距 焊盘印脚 开孔宽度 开孔长度 模板厚度范围 孔径比范 围 面积比范围 PLCC 50 25 23 100 8~10 2.3~2.9 1.07～1.17 QFP 25 14 12 60 6~7 1.7~2.0 0.71~0.83 QFP 20 12 10 50 5~6 1.7~2.0 0.69~0.83 QFP 16 10 8 50 4~5 1.6~2.0 0.68~0.86 QFP 12 8 6 40 3~4 1.5~2.0 0.65~0.86 0402 N/A 20×30 18 22 5~6 N/A 0.65~0.86 0201 N/A 10×20 8 16 3~4 N/A 0.65~0.86

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