CN107222982B - 一种smt贴片工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种SMT贴片工艺，该一种SMT贴片工艺包括步骤：印刷锡膏、贴片、中间检查、回流焊接、炉后检查。通过在回流焊接的时候，进行降压处理，可以避免在焊接过程中产生巨型气泡形成空洞，或者巨型气泡逃逸出来造成爆炸性排气，带出很多细小锡珠，通过降压在焊接区内形成负压，并通过喷气对电路板元器件进行按压，在锡膏上产生一定的压力，使气泡更容易逸出，结合负压作用，使得焊接过程中的小气泡非常容易逃逸出来，不易形成巨型气泡、不会产生锡珠飞溅。
Description
技术领域
本发明涉及一种电路板的贴片技术，特别涉及一种SMT贴片工艺。
背景技术
由于电子产品电路板不断小型化的需要，出现了片状元件，传统的焊接方法已不能适应需要。随着表面贴装技术的发展，作为表面贴装技术一部分的回流焊机也得到相应的发展，其应用日趋广泛，几乎在所有电子产品领域都已得到应用。回流焊机的焊接箱体内形成的焊接腔内具有加热器，以便将焊接腔内的电路板上元件通过熔化的焊锡膏与电路板焊接在一起。
现有的贴片工艺如申请公布号为CN104694029A、申请日为2015年3月11日的中国专利公开的一种SMT贴片工艺，其包括以下工艺流程：来料检测-点贴片胶-贴片-烘干-回流焊接-清洗-检测-返修。其中，在贴片工艺中，因为各自因素会在焊接处产生气泡,而贴片层中气泡的存在严重影响了器件的质量,可导致接触电阻过大和散热性能差等；还会降低器件的可靠性,如焊锡的老化、金属间化合物的形成和分层,最终导致芯片破裂。气泡还会使功率MOS管热阻增大,引起器件很多电学参数的漂移,如导通电阻RDS增大、阈值电压漂移,同时造成器件安全工作区严重缩小。
发明内容
本发明的目的是提供一种SMT贴片工艺，其具有减少贴片层中气泡效果。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种回流焊贴片工艺，包括以下步骤：
S1、印刷锡膏，通过光学相机对电路板进行检测无误后，将电路板贴于钢网板下方，通过无铅刮刀在钢网板上方移动的同时，将锡膏通过钢网板上的网孔将锡膏印刷到电路板上；
S2、贴片，将完成步骤S1后的电路板送入贴片机中贴片；
S3、中间检查，检查元件的极性有无反向、贴装是否偏移、有无短路、有无少件或多件、有无少锡；
S4、回流焊接，将完成S3步骤后的电路板送入回流焊炉进行回流焊接，在回流焊接的同时进行气柱按压和减压逸泡；
气柱按压，通过向电路板上喷射竖直气柱在电路板上元器件产生一定压力；
减压逸泡，在回流焊接的同时逐步降低回流焊炉内气压；
S5、炉后检查，对步骤S4后的电路板进行光学影像对比检查。
如此设置，在回流焊接的时候，进行降压处理，可以避免在焊接过程中产生巨型气泡形成空洞，或者巨型气泡逃逸出来造成爆炸性排气，带出很多细小锡珠，通过降压在焊接区内形成负压，并通过喷气对电路板元器件进行按压，在锡膏上产生一定的压力，使气泡更容易逸出，结合负压作用，使得焊接过程中的小气泡非常容易逃逸出来，不易形成巨型气泡、不会产生锡珠飞溅。
进一步优选为：所述步骤S4回流焊接过程的温度变化分为预热区、焊接区和冷却区，所述预热区的温度呈递增设置且低于200℃，所述焊接区的最高温度低于260℃，所述冷却区温度呈递减设置。
如此设置，预热区设置在于将电路板从环境温度升至回流焊接所需的温活性度，锡膏内的较低熔点溶剂挥发，并降低对元器件之热冲击。焊接区(回流区)锡膏以高于熔点以上温度的液相形式存在，在此温度区间，锡膏中的金属颗粒熔化，发生扩散、溶解、化学冶金，在液态表面张力作用下形成金属间化合物接头。在离开焊接区后，基板进入冷却区，便于进行下道工序。
进一步优选为：所述预热区包括一次升温区、保温区和二次升温区，所述保温区内的温度区间为130-200℃，所述一次升温区的升温速度小于5℃/S，所述二次升温区的升温速度小于4℃/S；所述保温区的区间内的时间为40-120S。
如此设置，目的在于升温速度不能太快，温度不能太高，否则可能会引起锡膏中焊剂成分恶化，形成锡球、桥接等缺陷，同时使元器件承受过大的热应力而翘曲；而在一次升温区由于从环境温度开始升，此时温度低，升温速度较快产生影响可以忽略，但在能耗以及生产时间上可以加快许多。
二次升温段使得温度快速升至锡膏的熔点，这个阶段要求升温速率快，否则锡膏中助焊剂活性会降低，焊料合金发生高温氧化，形成不良焊接接头，在该阶段，助焊剂清洗焊接面的氧化层，并保持一定的焊接活性，便于在焊接区形成良好的金属间化合物接头。
在保温区内保持一定时间使得焊剂开始活跃，并使电路板各部分在到达回流区前润湿均匀，锡膏中还有没完全挥发完的溶剂进一步挥发。
进一步优选为：所述焊接区的温度区间为180-260℃，所述焊接区内温度呈先升后间变化且两端温度相同，所述焊接区内的最低温度大于保温区内的最高温度；所述焊接区的区间内的时间为30-90S。
如此设置，目的在于若焊接区的峰值温度过高、回流时间过长，可能会导致金属间化合物晶粒过大生长，力学性能和电性能受到影响，焊点高温氧化严重、颜色变暗，同时热熔小的元器件可能受损等；若温度太低、回焊时间短，可能会造成焊料与电路板不能完全润湿，形成球状焊点，影响导电性能，对具有较大热容量的元器件来说，热量不足，焊点连接不牢固形成虚焊。其中，焊接区的最高温度有锡膏的材料而定。
进一步优选为：所述冷却区的冷却速度小于4℃/s。
在此阶段，若冷却速率太快，巨大的热应力可能会造成焊点产生冷裂纹、LED灯珠炸裂甚至造成电路板变形。若冷却速率太慢，焊点结晶时间长，形核率低，足够的能量会使金属间化合物晶粒长得过于粗大，难以形成细小晶粒的金属间化合物接头，使焊点强度变差。
进一步优选为：所述气柱按压使用气体为惰性气体、在电路板附近产生低氧气氛，且在该过程中电路板与竖直气柱保持相对静止。
如此设置，通过气柱在需要焊接的元器件上产生一定的压力，同时，由于使用的是惰性气体，可以将焊接点附近的空气排开，降低焊接点附近的含氧量，形成低氧气氛，而回流焊接在低氧环境下在一定程度上可以优化焊接效果，减少瑕疵产生，同时削弱在焊接过程中锡膏表面的氧化，降低氧化层对气泡的阻挡，使得气泡更易逸出。
进一步优选为：所述气柱按压的过程中，当温度至少大于150℃开始降压。
如此设置，目的在于通过大量实验表明大多数锡膏其气泡大都是在150℃后产生，此时再进行减压可以减短减压时间。
进一步优选为：所述步骤S4回流焊接中的降压时间为30-50S，最低气压降至40-2mbar。
如此设置，在较短的时间内迅速降压，使得焊接过程中小气泡可以很好的逃逸出，有效降低气泡、空洞的产生以及避免锡珠飞溅的缺陷产生。
进一步优选为：在电路板进入所述步骤S1前先在烘箱中预烘4-6H，温度为90-110℃。
如此设置，在印刷锡膏前对电路板进行烘干处理，尽可能的消除电路板中的水汽，减少在回流焊接过程中因为水汽产生的气泡数量。
进一步优选为：所述钢网板上网孔为倒锥形的圆孔。
如此设置，圆形孔形成的圆形锡膏表面积更大，再加上锥形设置，进一步增大表面积，使得在回流焊接时更容易使小气泡逃逸出。
综上所述，本发明具有以下有益效果：通过预先烘干电路板减少水汽的产生，减小回流焊接是产生的气泡量，在回流焊接过程的通过结合温度变化和减小气压使得产生的气泡变少且可以很好的逃逸出，在加上表面积的增大，使得最终在焊接过程中产生的气泡降低到6％以下。
附图说明
图1是回流焊接的温度曲线图；
图2是回流焊接中温度曲线与气压曲线的关系图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的保护范围内都受到专利法的保护。
实施例1-56：一种SMT贴片工艺，包括以下步骤：
S0、烘干，将准备进行焊接的电路板送入烘箱中预烘4-6H，烘干温度为90-110℃；
S1、印刷锡膏，通过光学相机对电路板进行检测无误后，将电路板贴于钢网板下方，通过无铅刮刀在钢网板上方移动的同时，将锡膏通过钢网板上的网孔将锡膏印刷到电路板上，锡膏为Sn-Ag-Cu系合金焊料，其中，钢网板上网孔为倒锥形的圆孔用以增大印刷在电路板上的锡膏的表面积；
S2、贴片，将完成步骤S1后的电路板送入贴片机中贴片；
S3、中间检查，检查元件的极性有无反向、贴装是否偏移、有无短路、有无少件或多件、有无少锡，检测无误后进入下道工序；若检查出有问题，对电路板进行及时人工调整，然后送入下道工序；
S4、回流焊接，将完成S3步骤后的电路板送入回流焊炉进行回流焊接，其中，回流焊过程中的回流温度曲线如图1所示，其分为预热区、焊接区和冷却区三个过程，预热区设置在于将电路板从环境温度升至回流焊接所需的温活性度，锡膏内的较低熔点溶剂挥发，并降低对元器件之热冲击。焊接区(回流区)锡膏以高于熔点以上温度的液相形式存在，在此温度区间，锡膏中的金属颗粒熔化，发生扩散、溶解、化学冶金，在液态表面张力作用下形成金属间化合物接头。在离开焊接区后，基板进入冷却区，通过风冷等方式对焊接点以及电路板进行冷却。
其中，预热区包括一次升温区、保温区和二次升温区，一次升温区的升温速度小于5℃/S，保温区内的温度区间为130-200℃，电路板在保温区的区间内的时间为40-120S(具体温度区间范围和时间根据锡膏材料而定)，二次升温区的升温速度小于4℃/S，将温度快速上升到焊接所需温度。
焊接区的温度区间为180-260℃，其最低温度大于保温区内的最高温度，焊接区峰波温度为230-260℃，如图1所示，焊接区内温度呈先升后间变化且两端温度相同，电路板位于焊接区的区间内的时间为30-90S。
冷却区的冷却速度小于4℃/s，在此阶段，若冷却速率太快，巨大的热应力可能会造成焊点产生冷裂纹、LED灯珠炸裂甚至造成电路板变形。若冷却速率太慢，焊点结晶时间长，形核率低，足够的能量会使金属间化合物晶粒长得过于粗大，难以形成细小晶粒的金属间化合物接头，使焊点强度变差。
在回流焊接的同时进行气柱按压和减压逸泡，其中，气柱按压为通过向电路板上喷射竖直气柱在电路板上元器件产生一定压力，气柱按压使用气体为惰性气体、在电路板附近产生低氧气氛，且在该过程中电路板与竖直气柱保持相对静止；
参照图2，减压逸泡工序为在回流焊接的同时逐步降低回流焊炉内气压，形成一定时间内的负压使得焊接过程中的小气泡很容易逃逸出来，不易形成巨型气泡、不会产生锡珠飞溅。其中，在气柱按压过程中，当温度至少大于150℃开始降压，降压时间为30-50S，最低气压降至40-2mbar。
S5、炉后检查，对步骤S4后的电路板进行光学影像对比检查。
不进行气柱按压生产出电路板其金属空洞率结果见下表1：
表1实施例1-56的金属空洞率检测结果
经过气柱按压生产出电路板其金属空洞率结果见下表2：
表2实施例57-112的金属空洞率检测结果
其中，一次升温区的升温速度用符号v1表示，二次升温区的升温速度用符号v2表示，冷却速度用符号v3表示；保温区的两端温度分别用T1和T2表示，焊接区两端温度分别用T3和T4表示；在保温区的区间内的时间用符号t1表示，在焊接区的区间内的时间用符号t2表示，降压时间用符号t3表示；回流焊接时最低气压用符号P表示。
Claims (8)
1.一种SMT贴片工艺，其特征是，包括以下步骤：
S1、印刷锡膏，通过光学相机对电路板进行检测无误后，将电路板贴于钢网板下方，通过无铅刮刀在钢网板上方移动的同时，将锡膏通过钢网板上的网孔将锡膏印刷到电路板上；
S2、贴片，将完成步骤S1后的电路板送入贴片机中贴片；
S3、中间检查，检查元件的极性有无反向、贴装是否偏移、有无短路、有无少件或多件、有无少锡；
S4、回流焊接，将完成S3步骤后的电路板送入回流焊炉进行回流焊接，在回流焊接的同时进行气柱按压和减压逸泡；
气柱按压，通过向电路板上喷射竖直气柱在电路板上元器件产生一定压力；
减压逸泡，在回流焊接的同时逐步降低回流焊炉内气压；
S5、炉后检查，对步骤S4后的电路板进行光学影像对比检查；
所述步骤S4回流焊接过程的温度变化分为预热区、焊接区和冷却区，所述预热区的温度呈递增设置且低于200℃，所述焊接区的最高温度低于260℃，所述冷却区温度呈递减设置；
所述气柱按压使用气体为惰性气体，在电路板附近产生低氧气氛，且在该过程中电路板与竖直气柱保持相对静止。
2.根据权利要求1所述的一种SMT贴片工艺，其特征是：所述预热区包括一次升温区、保温区和二次升温区，所述保温区内的温度区间为130-200℃，所述一次升温区的升温速度小于5℃/S，所述二次升温区的升温速度小于4℃/S；所述保温区的区间内的时间为40-120S。
3.根据权利要求1或2所述的一种SMT贴片工艺，其特征是：所述焊接区的温度区间为180-260℃，所述焊接区内温度呈先升后间变化且两端温度相同，所述焊接区内的最低温度大于保温区内的最高温度；所述焊接区的区间内的时间为30-90S。
4.根据权利要求3所述的一种SMT贴片工艺，其特征是：所述冷却区的冷却速度小于4℃/s。
5.根据权利要求1所述的一种SMT贴片工艺，其特征是：所述气柱按压的过程中，当温度大于150℃开始降压。
6.根据权利要求5所述的一种SMT贴片工艺，其特征是：所述步骤S4回流焊接中的降压时间为30-50S，最低气压降至40-2mbar。
7.根据权利要求1所述的一种SMT贴片工艺，其特征是：在电路板进入所述步骤S1前先在烘箱中预烘4-6H，温度为90-110℃。
8.根据权利要求1所述的一种SMT贴片工艺，其特征是：所述钢网板上网孔为倒锥形的圆孔。
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