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组装技术 PCB组装技术 专业PCB表面组装请上深圳捷多邦

在电子产品中,随着剧增的小型、轻型、薄型和高性能元器件使用量,组装技术的地位正日臻重要,组装材料与环境保护的关系也日益密切。
从1995年起,组装衬底材料专用的清洗剂氟里昂和三氯乙醚会破坏地球的臭氧层,国际上就实行禁用。另外,在组装工艺中焊接用的铅(Pb)和挥发性有机物(VOC)、树脂系列布线板等组装材料都面临环境保护问题。某种意义上说,在组装材料与环境保护具体选择的实施过程中,环保在企业管理中的措施,会增加企业负担,因此带有一定的强制性。以Sn-Pb焊接为基础形成的细间距QFP为例,它的一次性回流(re-flow)技术是组装工程技术人员几经努力完成的。现要将它改换成无Pb焊接时,对新的焊接材料的组成与评价、工艺及可靠性等许多工作则需要从头开始。
与无铅化焊接相对应的对策包括以下二个方面:

  • 无铅焊接的开发替代焊接剂;
  • 新的组装技术即无铅焊接工艺与设备的开发了替代焊接剂。

这一切意味着重新评价原有的连接技术,开发新的连接技术。
新的组装材料与技术的开发

氟里昂使用的全面废除

组装用的布线板的清洗剂CFC(氟里昂)和三氯乙醚,均会造成对臭氧层的破坏,引起地球变暖。国际社会从1989年起限制使用,在1995年禁止使用。《蒙持利尔公约CFC协议条款》规定发展中国家必须在2005年之前全部完成CFC的淘汰工作,届时凡使用CFC作清洁溶剂的电子产品,一律禁止使用或出口。美国还对含CFC或用CFC处理过的电子产品进口征收特别关税。组装技术中全面废除使用氟里昂,从改变清洗方式和免清洗二个思路展开。
发达国家在PCB等相关行业实施的CFC替代方案中,目前的代用试剂为HCFC(协议规定的过渡化合物)、HFC(氢氟碳化合物)、PFC(全氟甲硼烷)、IPA(异丙醇)、丙醇和乙酸已脂等。按照国际公约规定,HCFC可用至2020年,这意味着原用CFC的清洗设备还可使用相当一段时期。然而,新的研究又表明,PCFC和HFC虽对臭氧层破坏较小,但都有温室效应,尤其PCFC为CO2的1000倍。1997年底在日本召开的防止地球变暖的国际会议上又对它们提出质疑,因此目前它们的再替代产品即第三代CFC又在迅速开发中。

无铅焊接提上日程

电子组装除清洗剂带来的污染外,还有铅、铜、锡等重金属带来的污染。众所周知,Sn-Pb瞬时易焊性好且质量有保证。容易满足元器件的电、机械持性和可靠性要求。从射流焊转为回流焊,工艺更为简便。但由于锡、铅均为重金属,迫切需要对这一焊接的重新评价。在欧美国家,对电子工业焊接用Pb的限制及用量相关征税已经启动。日本在1994年就出台重新分析和评价河流的水质标准,强调Pb含量要控制在0.01mg/l以下。日本汽车工业协会提出到2000年汽车的排铅量要降至目前的一半。在这一背景下,世界各国的无铅焊接和无焊剂连接技术的开发十分活跃。
人们希望开发能采用原有的设备与工艺的新的无铅焊接技术。它的具体要求是:1)材料成本低;2)具有与Sn-Pb共晶相近的融点;3)电特性、机械特性和化学特性优良;4)与现有的工艺与设备相兼容;5)适用于目前的组装焊接;6)可适用于精细图形。但遗憾的是至今还没有找到能完全满足以上要求的无铅替代品。
目前对以Sn为基础加Ag(银)、Cu(铜)、Bi(铋)、Zn(锌)等合金的开发十分活跃。Sn-Ag合金中融点和成本偏高,但耐热且可靠性高,已在欧洲的移动电话和日本的电视机、办公自动化设备中开始试用。而Sn-Zn,由于Zn易氧化,回流须在N2气氛中,要在大气中实用化还有一段过程。总而言之,在减少铅污染的同时,还要考虑组装对窄间距的要求,又要避免使用CFC等。无论材料与技术上都还有许多问题需要解决。

无焊剂连接技术的开发

由于元器件日趋小型化和窄间距化,熔化焊接的极限已摆在面前。而为了维护人类的生存环境,焊接的无铅化十分迫切。在这些因素的推动下,无焊剂连接技术的开发被提上日程。
其实,IC芯片的引线键合就是一种无焊剂的连接技术,如超声键合(利用铝的塑性和超声振动劈刀,将铝引线键压于芯片和管壳的焊盘上)和热压焊(利用高温熔化并加压的焊接方法,将金丝引线键压于芯片和管壳的焊盘上)等。原来,它们只限于特殊部件的组装,但现在已开发出将IC连接到面线板的电极上的各种超微连接方法。
采用导电胶(Ag、Cu等)可将带有镀金焊点或金丝焊球的IC芯片直接连接到基板电极上,在元件与基板之间填充绝缘树脂,以缓和二者的膨胀系数不同所产生热应力。保证组装的可靠性。这一技术已在液晶显示器和移动电话的IC芯片组装中使用。最近报道,小于50mm的细间距连接也已实用化。这些方法的今后课题是降低接触电阻的扩大组装的适用范围。在环境保护向电子组装业的严峻挑战前,无焊剂连接因不需要清洗并使工艺简化而越来越受到重视。

控制VOC的使用与排放

控制VOC的使用与排放的总对策分为以下几个方面:使VOC的使用在封闭或可回收的系统中进行;开发水熔性焊剂,焊胶和无熔剂树脂等、减少VOC的用量;采用界面活性剂代替有机溶剂等等。总的来说,由于VOC品种多样、性能各异,对它的控制研究还在开始阶段。

纯表面组装工艺流程

纯表面组装有单面表面组装和双面表面组装

单面表面组装工艺流程:施加焊膏→贴装元器件→再流焊。
双面表面组装工艺流程

  • A面施加焊膏→ 贴装元器件→再流焊→ 翻转PCB
  • B面施加焊膏→贴装元器件→再流焊。

表面组装和插装混装工艺流程

  • 单面混装(SMD和THC都在同一面) A面施加焊膏→贴装SMD →再流焊→A面插装THC →B面波峰焊。
  • 单面混装(SMD和THC分别在PCB的两面) B面施加贴装胶→ 贴装SMD→胶固化→翻转PCB →A面插装THC →B面波峰焊。
  • 双面混装(THC在A面,A、B两面都有SMD)A面施加焊膏→贴装SMD →再流焊→翻转PCB B面施加贴装胶→贴装SMD→ 胶固化→翻转PCB→A面插装THC→B面波峰焊。
  • 双面混装(A、B两面都有SMD和THC) A面施加焊膏→贴装SMD→再流焊→翻转PCB→B面施加贴装胶→贴装SMD→胶固化→翻转PCB →A面插装THC→B面波峰焊→B面插装件后后附

选择表面组装工艺流程应考虑的因素

选择工艺流程主要根据印制板的组装密度和本单位SMT生产线设备条件,当SMT生产线具备再流焊、波峰焊两种焊接设备的条件下,可作如下考虑:
尽量采用再流焊方式,因为再流焊比波峰焊具有以下优越性;

  1. 不像波峰焊那样,要把元器件直接浸渍在熔融的焊料中,所以元器件受到的热冲击小。但由于再流焊加热方法不同,有时会施加给器件较大的热应力。要求元器件的内部结构及外封装材料必须能够承受再流焊温度的热冲击。
  2. 只需要在焊盘上施加焊料,并能控制焊料的施加量,减少了虚焊、桥接等焊接缺陷的产生,因此焊接质量好,可靠性高;
  3. 有自定位效应(self alignment)—当元器件贴放位置有一定偏离时,由于熔融焊料表面张力的作用,当其全部焊端或引脚与相应焊盘同时被润湿时,能在表面张力的作用下,自动被拉回到近似目标位置的现象;
  4. 焊料中一般不会混入不纯物,使用焊膏时,能正确地保证焊料的组分; e 可以采用局部加热热源,从而可在同一基板上,采用不同焊接工艺进行焊接; f 工艺简单,修板的工作量极小。从而节省了人力、电力、材料。

在一般密度的混合组装条件下,当SMD和THC在PCB的同一面时,采用A面印刷焊膏、再流焊,B面波峰焊工艺;当THC在PCB的A面、SMD 在PCB的B面时,采用B面点胶、波峰焊工艺。

在高密度混合组装条件下,当没有THC或只有及少量THC时,可采用双面印刷焊膏、再流焊工艺,及少量THC采用后附的方法;当A面有较多THC时,采用A面印刷焊膏、再流焊,B面点贴、装胶、波峰焊工艺。

注意:在印制板的同一面,禁止采用先再流焊SMD,后对THC进行波峰焊的工艺流程。p>