电子元器件表面组装工艺质量改进及应用

2019-11-30邓亚东

电子技术与软件工程 2019年2期

文/邓亚东

电子元器件表面组装工艺在电子插件制造中已经普遍应用，其在实际生产制造过程中，因电子元器件表面组装工艺牵系到的过程较为复杂，需要对电子元器件表面组装工艺根据不同产品特性实际进行参数选择和持续优化参数组合，提升电子元器件表面组装工艺质量能力，制造出高质量高可靠性的电子插件产品。

1 电子元器件表面组装工艺过程

（1）印刷，通常情况下使用焊锡膏进行印刷，锡膏是实现元器件的引脚与焊盘相互连接的介质，实际中锡膏由于受印刷及自身特性的影响，很难达到最佳的效果。

（2）贴片，是电子元器件表面组装工艺中元器件放置最关键的技术，贴片机，通过mark点来定位，通过真空吸嘴头拾取元器件进行自动贴片，整个过程由贴片程序来控制元器件的取放，保证各个位置的精密定位。

（3）回流焊接，通过熔化印刷在焊盘上的焊锡膏，实现将表面组装元器件焊端或引脚与焊盘之间的机械与电气连接。

2 电子元器件表面组装工艺改进措施

2.1 钢网开孔工艺的改进

钢网是整个电子元器件表面组装工艺中的重要工装，在对其进行设计制作的过程中，需要根据PCB板上器件的间距、器件特征等要素，对钢板的开孔工艺参数进行选择。通常使钢网的开口尺寸与焊盘尺寸形状相互对应一致。在实际中由于各类PCB板上器件的最小间距，器件的布局等，焊盘的尺寸形状存在较大差异，因此需要对钢网开口尺寸、形状、精度、厚度等进行差异化参数选择设计。钢网采用激光切割加电抛光，孔壁为锥形，位置偏差：CHIP SOT 元件≤0.05㎜，IC元件≤0.02㎜；精度控制在±0.005-0.01㎜内；孔的光洁度要求整齐、光滑、边沿不允许有疤痕、粗糙割痕，毛刺尺寸≤5μm；开口尺寸≤焊盘尺寸10%的范围内，具体结合焊盘面积与钢网厚度选定；开口形状根据焊盘的形状与器件的焊脚形状选择；厚度要求面积比≥0.66，宽厚比≥1.5，根据最小间距器件选择，通常0201器件选择0.1㎜；如果PCB板上存在细间距器件与大吃锡量器件或共面度较差器件时，需要考虑阶梯模板，通常最大阶梯≤0.06㎜。此外，钢网需要保持张力、平整度在一定的范围内。由此可以验证，对钢板开孔工艺进行改进，需要根据PCB板实际情况来选择设计参数，只有这样才能不断提升印刷质量，最终达到提升电子元器件表面组装工艺质量效果的目的。

2.2 控制焊锡膏温度、湿度和粘度

焊锡膏最佳温度在18-27℃，湿度在30%-60%，粘度在500KCPS-1200KCPS，在焊接过程中，为防止出现焊锡膏坍塌连锡等现象，为防止在回流焊接过程中产生材料飞溅，对焊锡膏的使用温度、湿度和粘度需要根据实际情况选择参数进行控制，一般温度25℃，湿度45%。通过使用温度传感器以及湿度传感器，将温度与湿度控制在合理的范围之内，最终达到提升焊锡膏使用效果的目的。

另外，在实际应用的过程中，还需要避免焊锡膏出现污染的情况。在此过程中，使用刮刀对已经被污染的焊锡膏进行剔除，需要对多余的焊锡膏定期清理。由此可以验证，在实际使用焊锡膏的过程中，需要保证焊锡膏的使用温度、湿度、粘度以及自身清洁性等。

2.3 合理选定印刷参数，提升印刷质量

印刷在电子元器件表面组装是非常关键的工序，其中刮刀的设计、压力、速度、钢网与PCB板的脱模速度等参数选择，是决定印刷质量的关键要素。通常选用合适长度的不锈钢刮刀和合适的印刷角度，印刷压力的调整以开孔区域锡膏都被刮干净来选定参数，印刷速度调整以开孔区域无锡膏残留来选定参数，脱模速度调整以无拉尖、少锡等来选定参数，以上参数在产品试制或首件时确定最佳参数组合，在生产时需首件验证后选择。

在实际制造过程中，首先需要对印刷机钢网清洗，将自动清洗技术应用在钢板清洗中，对钢网自动进行清洗，避免出现清洗不到位等情况。另外，还可以对空调系统进行完善，保证运行环境中湿度以及温度的稳定性，保证清洁度。

2.4 科学选择设备参数，合理确定元件高度

在实际贴片中，吸嘴的气压要根据元器件来科学选定，重点控制其中的贴片压力，同时确定元器件的摆放高度，保证尺寸的规范性和吻合性，避免偏移、飞料，以及出现焊锡膏被过度挤压或贴合不到位等情况，解决在回流焊时出现锡球、桥接或虚焊等问题。

2.5 系统分析视觉检测数据，持续优化各项参数

随着图像识别技术的飞速发展，AOI、SPI在电子元器件表面组装过程中得到广泛地应用，通过在线SPI对印刷后PCB板上的锡膏形状尺寸、厚度进行检查，防止不合格品流入下道工序。通过在线AOI对回流焊后的插件进行检查，发现不合格项点的具体状况及位置，结合SPI数据，找出问题原因，对前端的有关参数进行调整，优化参数组合，通过不断的总结实践，建立工艺参数优选库，持续提升电子元器件表面组装过程工艺水平。由此可以验证，要想提升电子元器件表面组装工艺的应用质量，需要从工艺实施的各个流程进行分析，通过数据关联分析，合理选择工艺参数，只有这样才能保电子元器件表面组装工艺质量水平不断提升。