關于線路板生產工藝調研及工藝改進報告書（第一組）摘要：PCB是隨著世界科學技術的發展而誕生的產品之一，他的誕生同時也促進了世界電子工業類制造業的大力發展。PCB出現以后結束了，電子元器件之間的依靠電線直接連接互連的歷史。電路面板現在只是作為有效的實驗工具而存在；印刷電路板在電子工業中已經占據了絕對統治的地位。隨著現代電子技術以及生產管理理論的不斷發展進步，現存的PCB生產管理技術存在著很大可以改進的方面。本報告書的基本結構如下：一，PCB簡介以及市場現狀、前景概述二，具體工藝缺陷及改進三，數據資料的來源以及參考文獻。正文第一部分：PCB簡介以及市場現狀、前景概述PCB（PrintedCircuitBoard），中文名稱為印制電路板，又稱印刷電路板、印刷線路板，是重要的電子部件，是電子元器件的支撐體，是電子元器件電氣連接的提供者。由于它是采用電子印刷術制作的，故被稱為“印刷”電路板目前，全球PCB產業產值占電子元件產業總產值的四分之一以上，是各個電子元件細分產業中比重最大的產業，產業規模達400億美元。同時，由于其在電子基礎產業中的獨特地位，已經成為當代電子元件業中最活躍的產業，2003和2004年，全球PCB產值分別是344億美元和401億美元，同比增長率分別為5.27%和16.47%。然而，雖然我國PCB產業取得長足進步，但目前與先進國家相比還有較大差距，未來仍有很大的改進和提升空間。首先，我國進入PCB行業較晚，沒有專門的PCB研發機構，在一些新型技術研發能力上與國外廠商有較大差距。其次，從產品結構上來看，仍然以中、低層板生產為主，雖然FPC、HDI等增長很快，但由于基數小，所占比例仍然不高。再次，我國PCB生產設備大部分依賴進口，部分核心原材料也只能依靠進口，產業鏈的不完整也阻礙了國內PCB系列企業的發展腳步然而PCB作為用途最廣泛的電子元件產品，擁有強大的生命力。無論從供需關系上看還是從歷史周期上判斷，在未來的多年內全球PCB的市場呈現繼續發展的趨勢。同時對于國內市場來說未來的幾年正是國內PCB大力發展的有利時機，市場狀況一片大好。第二部分：針對現有生產技術存在的缺陷的調研分析現有生產流程如下圖所示理論分析以及查閱資料我們得出結論，同時我們小組到下沙數家電路板生產公司實地考察分析。（由于廠家內部保密所以只有廠外照片公布）最后我們小組成員總結出現有生產技術以及管理水平存在的幾點問題針對PCB現有生產技術以及管理水平的調查分析，我們發現在PCB生產制造業主要存在一下幾大問題：一，環保要求焊接無鉛化

二，生產質量有待提高

三，生產效率普遍偏低四，在生產制造的過程中存在大量安全問題五，缺少具有豐富經驗的工程人員

以上這幾點都是目前國內的表面貼裝加工企業急待解決的問題。三，具體工藝的缺陷及改進：來料檢測-->絲印焊膏（點貼片膠）-->貼片-->烘干（固化）-->回流焊接-->清洗-->檢測-->返修印刷焊膏焊膏印刷是SMT生產過程中最關鍵的工序之一，印刷質量的好壞將直接影響到SMD組裝的質量和效率。據統計，60～70%的焊接缺陷都是由不良的焊膏印刷結果造成的,因而要提高焊膏印刷質量,盡可能將印刷缺陷降到最低。要實現高質量的重復印刷，焊膏的特性與印刷工藝參數的設置調整都十分關鍵，下面我們將對這幾點逐一進行討論。

焊膏的選擇

焊膏比單純的錫鉛合金復雜得多，主要成分如下：焊料合金顆粒、助焊劑、流變性調節劑/粘度控制劑、溶劑等。不同類型的焊膏，其成分都不盡相同，適用范圍也不同，因此在選擇焊膏時要格外小心，掌握相關因素，確保良好的品質。通常選擇焊膏時要注意以下幾點：

1.良好的印刷性能

焊膏的粘度是影響印刷性能的重要因素，粘度太大，焊膏不易穿過模板的開孔，印出的線條殘缺不全；粘度太低，容易流淌和塌邊，影響印刷的分辨率和線條的平整性，通常使用的焊膏粘度在500kcps～1200kcps之間，鋼模印刷時，焊膏粘度的最佳為800kcps。焊膏粘度可用精確粘度儀進行測量，但在實際工作中可采用以下方法：用刮刀攪拌焊膏30分鐘左右，然后用刮刀挑起少許焊膏，讓焊膏自然落下，若焊膏慢慢逐段落下，說明粘度適中；若焊膏根本不滑落，則說明粘度太大；如果焊膏不停地以較快速度滑下，則說明焊膏太稀薄，粘度太小。

焊膏焊料的顆粒形狀、直徑大小及其均勻性也影響其印刷性能。一般焊料顆粒直徑約為模板開口尺寸的1/5，對細間距0.5mm的焊盤來說，其模板開口尺寸在0.25mm，其焊料粒子的最大直徑不超過0.05mm，否則易造成印刷時的堵塞。具體的引腳間距與焊料顆粒的關系如表1所示。通常細小顆粒的焊膏有更好的焊膏印條清晰度，但卻容易產生塌邊，同時被氧化程度的幾率也高。一般以引腳間距作為一個重要選擇因素，同時兼顧性能和價格。

2.良好的粘合性

焊膏的粘合性是指焊膏粘在一起的能力，主要取決于焊膏中助焊系統的成分及其它添加劑（例如膠粘劑、溶劑、觸變劑等）的配比量。如果焊膏本身粘在一起的能力強，則利于焊膏脫模，并能很好的固定其上的元件，減少元件貼裝時的飛片或掉片，并能經受貼裝、傳送過程時的震動或顛簸。

3.焊膏的熔點

根據工藝要求和元器件能承受的溫度來選擇不同熔點的焊膏,焊膏熔點由合金成分決定。對于SMT生產來說,一般選擇Sn63、Sn62和Sn60,熔點在177℃～183℃之間。這幾類焊膏不但具有較低的熔點,而且焊點強度也比較高,可較好地滿足焊接要求。不同熔點焊膏往往用于雙面貼裝印制板的生產，要求第一面的焊膏熔點比第二面高幾十度,防止在焊接第二面元件時第一面元件脫落。

4.助焊劑種類

焊膏中的助焊劑作用有：（1）清除PCB焊盤的氧化層（2）保護焊盤表面不再氧化（3）減少焊接中焊料的表面張力，促進焊料流動和分散。由于回流焊時錫粉會加速氧化,因此助焊劑必須要有足夠的活性來清除這些氧化物。另外一個考慮是焊后板子是否要清洗,若為免洗,必須選擇無腐蝕、低殘留的免清洗助焊劑。焊膏中的助焊劑有RSA（強活化型）、RA(活化型)、RMA(弱活化型)、R(非活化型),一般選用RMA型比較合適。

5.工作壽命與儲存期限

工作壽命是指焊膏印后到安放元件之間允許經歷的時間,若焊膏中所含溶劑揮發性過大,易使焊膏干燥而不易作業,且易失去對元件的粘著力。應選擇至少有4小時有效工作時間的焊膏，否則會對批次生產造成困擾。

儲存期限是指在規定的保存條件下，焊膏從出廠到性能不致嚴重降低的保存期限，一般規定為3～6個月，也有一年的。由于焊膏中有化學添加物，易因溫度和時間而變化，失去原有功能，因此保存期限和使用期限需加注意。

焊膏使用時的注意事項

基于焊膏的復雜特性，如果在使用上有所疏忽將對品質造成嚴重影響，因此在使用上需多加注意。

焊膏的保存最好以密封形態存放在恒溫、恒濕的冰箱內，保存溫度為10-2℃。如溫度升高，焊膏中的合金粉末與焊劑化學反應后，使粘度上升而影響其印刷性；如果溫度過低（零度以下），焊劑中的松香成分會發生結晶現象，使焊膏形狀惡化。

焊膏從冰箱中取出不能直接使用，以免空氣中的水氣凝結而混入其中，必須在室溫下回溫。不可使用加熱的方法使其回溫，否則會使焊膏性能劣化，回溫時間是4到8小時。

使用前應用刮刀等工具對焊膏充分攪拌，攪拌時間一般為30分鐘，使焊膏內部顆粒均勻一致，并保持良好粘度。

焊膏被印于PCB后，放置于室溫過久會由于溶劑揮發、吸收水氣等原因造成性能劣化，要盡量縮短進入回流焊的等待時間。

焊膏印刷工作場所最好在溫度25-3℃,濕度RH65%以下進行。

印刷參數的設定調整

本文將從幾個方面來討論提高印刷質量的途徑：

1.印刷厚度

印刷厚度是由模板厚度決定，當然，機器的設定和焊膏的特性也有一定的關系。模板厚度與IC腳距密切相關，如表3所示。印刷厚度的微量調整，經常是通過調節刮刀速度及刮刀壓力來實現。

2.印刷速度

在印刷過程中，刮刀刮過模板的速度相當重要，焊膏需要時間滾動并流進網板的孔中，最大印刷速度決定于PCB上最小引腳間距，在進行高精度印刷時（引腳間距≤0.5mm）印刷速度一般在20mm-30mm/sec。

3.脫離速度

印制板與模板的脫離速度也會對印刷效果產生較大影響，理想的脫離速度如表4所示。

4.模板清洗

在焊膏印刷過程中，一般每隔10塊板需對模板底部清洗一次，以消除其底部的附著物，通常采用無水酒精作為清洗液。

注意事項（投板和印刷）1.PCB投入前必須未拆包清點數量，防止有原包裝短少。2.針對有BGA類零件的PCB投入前必須100%檢查焊盤，確認無異物、臟污、氧化等不良。3.拿取PCB時不可直接接觸到PCB，尤其在手機產品以及OSP類PCB必須使用手指套。4.按工藝要求進行相關印刷參數設置。5.錫膏按少量多次添加，錫膏在鋼網上滾動的直徑最好保持1.0-1.5cm。6.按要求進行鋼網清潔，一小時手動清潔，包括網框內的錫膏清潔，六小時用超聲波清洗。7.OSP的PCB必須24小時內生產完畢，時間過長引起PCB嚴重氧化。8.每2小時由IPQC測試一次錫膏厚度；9.開線生產前印刷人員需領用：鋼網，刮刀，錫膏，特別機種還需要治具生產。10.生產完畢印刷人員將鋼網，刮刀清潔干凈后連同未用完的錫膏一并歸還工具房12.錫膏必須回溫4小時才可領用，超過24小時未領用必須放回冰箱。13.錫膏必須使用專用攪拌機攪拌。14.錫膏保存條件為：5-10度，自生產日期為6個月15.錫膏添加到鋼網上使用期限為12小時，開蓋未使用期限為48小時。注意事項（貼片）1.提前將物料備到飛達上，不要等機器報警再上料；2.每1小時記錄機器拋料情況，拋料率超過3‰通知工程師處理；3.上料核對時采用交叉核對，并填寫上料記錄，C材類需要取一個樣品貼與上料記錄表上；4.每4小時清理拋料并整理，按散料處理流程進行手擺料；5.對于有方向以及有極性的零件上料貼片的第一片PCB必須確認方向極性；五，回流焊在回流工藝里最主要是控制好固化、回流的溫度曲線亦即是固化、回流條件，正確的溫度曲線將保證高品質的焊接錫點。在回流爐里，其內部對于我們來說是一個黑箱，我們不清楚其內部發生的事情，這樣為我制定工藝帶來重重困難。為克服這個困難，在SMT行業里普遍采用溫度測試儀得出溫度曲線，再參巧之進行更改工藝。回流焊主要缺陷分析：錫珠原因：1、絲印孔與焊盤不對位，印刷不精確，使錫膏弄臟PCB。2、錫膏在氧化環境中暴露過多、吸空氣中水份太多。3、加熱不精確，太慢并不均勻。4、加熱速率太快并預熱區間太長。5、錫膏干得太快。6、助焊劑活性不夠。7、太多顆粒小的錫粉。8、回流過程中助焊劑揮發性不適當。錫球的工藝認可標準是：當焊盤或印制導線的之間距離為0.13mm時，錫珠直徑不能超過0.13mm，或者在600mm平方范圍內不能出現超過五個錫珠。錫橋：一般來說，造成錫橋的因素就是由于錫膏太稀，包括錫膏內金屬或固體含量低、搖溶性低、錫膏容易榨開，錫膏顆粒太大、助焊劑表面張力太小。焊盤上太多錫膏，回流溫度峰值太高等。開路(Open)：原因：1、錫膏量不夠。2、元件引腳的共面性不夠。3、錫濕不夠(不夠熔化、流動性不好)，錫膏太稀引起錫流失。4、引腳吸錫(象燈芯草一樣)或附近有連線孔。引腳的共面性對密間距和超密間距引腳元件特別重要，一個解決方法是在焊盤上預先上錫。引腳吸錫可以通過放慢加熱速度和底面加熱多、上面加熱少來防止。也可以用一種浸濕速度較慢、活性溫度高的助焊劑或者用一種Sn/Pb不同比例的阻滯熔化的錫膏來減少引腳吸錫。六，波峰焊A.焊料不足：焊點干癟/不完整/有空洞，插裝孔及導通孔焊料不飽滿，焊料未爬到元件面的焊盤上。原因：a)PCB預熱和焊接溫度過高，使焊料的黏度過低；b)插裝孔的孔徑過大，焊料從孔中流出；c)插裝元件細引線大焊盤，焊料被拉到焊盤上，使焊點干癟；d)金屬化孔質量差或阻焊劑流入孔中；e)PCB爬坡角度偏小，不利于焊劑排氣。對策：a)預熱溫度90-130℃，元件較多時取上限，錫波溫度250+/-5b)插裝孔的孔徑比引腳直徑大0.15～0.4mm，細引線取下限，粗引線取上線。c)焊盤尺寸與引腳直徑應匹配，要有利于形成彎月面；d）反映給PCB加工廠，提高加工質量；e)PCB的爬坡角度為3～7℃B、焊料過多：元件焊端和引腳有過多的焊料包圍，潤濕角大于90°。原因：a)焊接溫度過低或傳送帶速度過快，使熔融焊料的黏度過大；b)PCB預熱溫度過低，焊接時元件與PCB吸熱，使實際焊接溫度降低；c)助焊劑的活性差或比重過小；d)焊盤、插裝孔或引腳可焊性差，不能充分浸潤，產生的氣泡裹在焊點中；e)焊料中錫的比例減少，或焊料中雜質Cu的成份高，使焊料黏度增加、流動性變差。f)焊料殘渣太多。對策：a)錫波溫度250+/-5℃b)根據PCB尺寸、板層、元件多少、有無貼裝元件等設置預熱溫度，PCB底面溫度在90-130。c)更換焊劑或調整適當的比例；d)提高PCB板的加工質量，元器件先到先用，不要存放在潮濕的環境中；e)錫的比例<61.4%時，可適量添加一些純錫，雜質過高時應更換焊料；f)每天結束工作時應清理殘渣。C、焊點橋接或短路原因：a)PCB設計不合理，焊盤間距過窄；b)插裝元件引腳不規則或插裝歪斜，焊接前引腳之間已經接近或已經碰上；c)PCB預熱溫度過低，焊接時元件與PCB吸熱，使實際焊接溫度降低；d)焊接溫度過低或傳送帶速度過快，使熔融焊料的黏度降低；e）阻焊劑活性差。對策：a)按照PCB設計規范進行設計。兩個端頭Chip元件的長軸應盡量與焊接時PCB運行方向垂直，SOT、SOP的長軸應與PCB運行方向平行。將SOP最后一個引腳的焊盤加寬（設計一個竊錫焊盤）。b)插裝元件引腳應根據PCB的孔距及裝配要求成型，如采用短插一次焊工藝，焊接面元件引腳露出PCB表面0.8～3mm，插裝時要求元件體端正。c）根據PCB尺寸、板層、元件多少、有無貼裝元件等設置預熱溫度，PCB底面溫度在90-130。d)錫波溫度250+/-5℃f)更換助焊劑。D、潤濕不良、漏焊、虛焊原因：a)元件焊端、引腳、印制板基板的焊盤氧化或污染，或PCB受潮。b)Chip元件端頭金屬電極附著力差或采用單層電極，在焊接溫度下產生脫帽現象。c)PCB設計不合理，波峰焊時陰影效應造成漏焊。d)PCB翹曲，使PCB翹起位置與波峰焊接觸不良。e)傳送帶兩側不平行（尤其使用PCB傳輸架時），使PCB與波峰接觸不平行。f)波峰不平滑，波峰兩側高度不平行，尤其電磁泵波峰焊機的錫波噴口，如果被氧化物堵塞時，會使波峰出現鋸齒形，容易造成漏焊、虛焊。g)助焊劑活性差，造成潤濕不良。h)PCB預熱溫度過高，使助焊劑碳化，失去活性，造成潤濕不良。對策：a)元器件先到先用，不要存在潮濕的環境中，不要超過規定的使用日期。對PCB進行清洗和去潮處理；b)波峰焊應選擇三層端頭結構的表面貼裝元器件，元件本體和焊端能經受兩次以上的260℃c)SMD/SMC采用波峰焊時元器件布局和排布方向應遵循較小元件在前和盡量避免互相遮擋原則。另外，還可以適當加長元件搭接后剩余焊盤長度。d)PCB板翹曲度小于0.8～1.0％。e)調整波峰焊機及傳輸帶或PCB傳輸架的橫向水平。f)清理波峰噴嘴。g)更換助焊劑。h)設置恰當的預熱溫度。E、焊點拉尖原因：a)PCB預熱溫度過低，使PCB與元器件溫度偏低，焊接時元件與PCB吸熱；b)焊接溫度過低或傳送帶速度過快，使熔融焊料的黏度過大；c)電磁泵波峰焊機的波峰高度太高或引腳過長，使引腳底部不能與波峰接觸。因為電磁泵波峰焊機是空心波，空心波的厚度為4～5mm；d)助焊劑活性差；e)焊接元件引線直徑與插裝孔比例不正確，插裝孔過大，大焊盤吸熱量大。