关于线路板生产工艺调研及工艺改进报告书
（第一组）
摘要：PCB是随着世界科学技术的发展而诞生的产品之一，他的诞生同时也促进了世界电子工业类制造业的大力发展。PCB出现以后结束了，电子元器件之间的依靠电线直接连接互连的历史。电路面板现在只是作为有效的实验工具而存在；印刷电路板在电子工业中已经占据了绝对统治的地位。随着现代电子技术以及生产管理理论的不断发展进步，现存的PCB生产管理技术存在着很大可以改进的方面。本报告书的基本结构如下：一，PCB简介以及市场现状、前景概述 二，具体工艺缺陷及改进 三，数据资料的来源以及参考文献。
正文
第一部分：PCB简介以及市场现状、前景概述
PCB（PrintedCircuitBoard），中文名称为印制电路板，又称印刷电路板、印刷线路板，是重要的电子部件，是电子元器件的支撑体，是电子元器件电气连接的提供者。由于它是采用电子印刷术制作的，故被称为“印刷”电路板
目前，全球PCB产业产值占电子元件产业总产值的四分之一以上，是各个电子元件细分产业中比重最大的产业，产业规模达400亿美元。同时，由于其在电子基础产业中的独特地位，已经成为当代电子元件业中最活跃的产业，2003和20##年，全球PCB产值分别是344亿美元和401亿美元，同比增长率分别为5.27%和16.47%。
然而，虽然我国PCB产业取得长足进步，但目前与先进国家相比还有较大差距，未来仍有很大的改进和提升空间。首先，我国进入PCB行业较晚，没有专门的PCB研发机构，在一些新型技术研发能力上与国外厂商有较大差距。其次，从产品结构上来看，仍然以中、低层板生产为主，虽然FPC、HDI等增长很快，但由于基数小，所占比例仍然不高。再次，我国PCB生产设备大部分依赖进口，部分核心原材料也只能依靠进口，产业链的不完整也阻碍了国内PCB系列企业的发展脚步
然而PCB作为用途最广泛的电子元件产品，拥有强大的生命力。无论从供需关系上看还是从历史周期上判断，在未来的多年内全球PCB的市场呈现继续发展的趋势。同时对于国内市场来说未来的几年正是国内PCB大力发展的有利时机，市场状况一片大好。
第二部分：针对现有生产技术存在的缺陷的调研分析
现有生产流程如下图所示
理论分析以及查阅资料我们得出结论，同时我们小组到下沙数家电路板生产公司实地考察分析。
（由于厂家内部保密所以只有厂外照片公布）
最后我们小组成员总结出现有生产技术以及管理水平存在的几点问题
针对PCB现有生产技术以及管理水平的调查分析，我们发现在PCB生产制造业主要存在一下几大问题：
一，环保要求焊接无铅化
二，生产质量有待提高
三，生产效率普遍偏低
四，在生产制造的过程中存在大量安全问题
五，缺少具有丰富经验的工程人员
以上这几点都是目前国内的表面贴装加工企业急待解决的问题。
三，具体工艺的缺陷及改进：
来料检测 --> 丝印焊膏（点贴片胶）--> 贴片 --> 烘干（固化） --> 回流焊接 --> 清洗 --> 检测 --> 返修
1， 印刷焊膏
焊膏印刷是SMT生产过程中最关键的工序之一，印刷质量的好坏将直接影响到SMD组装的质量和效率。据统计，60～70%的焊接缺陷都是由不良的焊膏印刷结果造成的,因而要提高焊膏印刷质量,尽可能将印刷缺陷降到最低。要实现高质量的重复印刷，焊膏的特性与印刷工艺参数的设置调整都十分关键，下面我们将对这几点逐一进行讨论。
焊膏的选择
焊膏比单纯的锡铅合金复杂得多，主要成分如下：焊料合金颗粒、助焊剂、流变性调节剂/粘度控制剂、溶剂等。不同类型的焊膏，其成分都不尽相同，适用范围也不同，因此在选择焊膏时要格外小心，掌握相关因素，确保良好的品质。通常选择焊膏时要注意以下几点：
1.良好的印刷性能
焊膏的粘度是影响印刷性能的重要因素，粘度太大，焊膏不易穿过模板的开孔，印出的线条残缺不全；粘度太低，容易流淌和塌边，影响印刷的分辨率和线条的平整性，通常使用的焊膏粘度在500kcps～1200kcps之间，钢模印刷时，焊膏粘度的最佳为800kcps。焊膏粘度可用精确粘度仪进行测量，但在实际工作中可采用以下方法：用刮刀搅拌焊膏30分钟左右，然后用刮刀挑起少许焊膏，让焊膏自然落下，若焊膏慢慢逐段落下，说明粘度适中；若焊膏根本不滑落，则说明粘度太大；如果焊膏不停地以较快速度滑下，则说明焊膏太稀薄，粘度太小。
焊膏焊料的颗粒形状、直径大小及其均匀性也影响其印刷性能。一般焊料颗粒直径约为模板开口尺寸的1/5，对细间距0.5mm的焊盘来说，其模板开口尺寸在0.25mm，其焊料粒子的最大直径不超过0.05mm，否则易造成印刷时的堵塞。具体的引脚间距与焊料颗粒的关系如表1所示。通常细小颗粒的焊膏有更好的焊膏印条清晰度，但却容易产生塌边，同时被氧化程度的几率也高。一般以引脚间距作为一个重要选择因素，同时兼顾性能和价格。
2.良好的粘合性
焊膏的粘合性是指焊膏粘在一起的能力，主要取决于焊膏中助焊系统的成分及其它添加剂（例如胶粘剂、溶剂、触变剂等）的配比量。如果焊膏本身粘在一起的能力强，则利于焊膏脱模，并能很好的固定其上的元件，减少元件贴装时的飞片或掉片，并能经受贴装、传送过程时的震动或颠簸。
3.焊膏的熔点
根据工艺要求和元器件能承受的温度来选择不同熔点的焊膏,焊膏熔点由合金成分决定。对于SMT生产来说,一般选择Sn63、Sn62和Sn60,熔点在177℃～183℃之间。这几类焊膏不但具有较低的熔点,而且焊点强度也比较高,可较好地满足焊接要求。不同熔点焊膏往往用于双面贴装印制板的生产，要求第一面的焊膏熔点比第二面高几十度,防止在焊接第二面元件时第一面元件脱落。
4.助焊剂种类
焊膏中的助焊剂作用有：（1）清除PCB焊盘的氧化层（2）保护焊盘表面不再氧化（3）减少焊接中焊料的表面张力，促进焊料流动和分散。由于回流焊时锡粉会加速氧化,因此助焊剂必须要有足够的活性来清除这些氧化物。另外一个考虑是焊后板子是否要清洗,若为免洗,必须选择无腐蚀、低残留的免清洗助焊剂。焊膏中的助焊剂有RSA（强活化型）、RA(活化型)、RMA(弱活化型)、R(非活化型),一般选用RMA型比较合适。
5.工作寿命与储存期限
工作寿命是指焊膏印后到安放元件之间允许经历的时间,若焊膏中所含溶剂挥发性过大,易使焊膏干燥而不易作业,且易失去对元件的粘着力。应选择至少有4小时有效工作时间的焊膏，否则会对批次生产造成困扰。
储存期限是指在规定的保存条件下，焊膏从出厂到性能不致严重降低的保存期限，一般规定为3～6个月，也有一年的。由于焊膏中有化学添加物，易因温度和时间而变化，失去原有功能，因此保存期限和使用期限需加注意。
焊膏使用时的注意事项
基于焊膏的复杂特性，如果在使用上有所疏忽将对品质造成严重影响，因此在使用上需多加注意。
焊膏的保存最好以密封形态存放在恒温、恒湿的冰箱内，保存温度为10-2℃。如温度升高，焊膏中的合金粉末与焊剂化学反应后，使粘度上升而影响其印刷性；如果温度过低（零度以下），焊剂中的松香成分会发生结晶现象，使焊膏形状恶化。
焊膏从冰箱中取出不能直接使用，以免空气中的水气凝结而混入其中，必须在室温下回温。不可使用加热的方法使其回温，否则会使焊膏性能劣化，回温时间是4到8小时。
使用前应用刮刀等工具对焊膏充分搅拌，搅拌时间一般为30分钟，使焊膏内部颗粒均匀一致，并保持良好粘度。
焊膏被印于PCB后，放置于室温过久会由于溶剂挥发、吸收水气等原因造成性能劣化，要尽量缩短进入回流焊的等待时间。
焊膏印刷工作场所最好在温度25-3℃,湿度RH65%以下进行。
印刷参数的设定调整
本文将从几个方面来讨论提高印刷质量的途径：
1.印刷厚度
印刷厚度是由模板厚度决定，当然，机器的设定和焊膏的特性也有一定的关系。模板厚度与IC脚距密切相关，如表3所示。印刷厚度的微量调整，经常是通过调节刮刀速度及刮刀压力来实现。
2.印刷速度
在印刷过程中，刮刀刮过模板的速度相当重要，焊膏需要时间滚动并流进网板的孔中，最大印刷速度决定于PCB上最小引脚间距，在进行高精度印刷时（引脚间距≤0.5mm）印刷速度一般在20mm-30mm/sec。
3.脱离速度
印制板与模板的脱离速度也会对印刷效果产生较大影响，理想的脱离速度如表4所示。
4.模板清洗
在焊膏印刷过程中，一般每隔10块板需对模板底部清洗一次，以消除其底部的附着物，通常采用无水酒精作为清洗液。
四，贴片
注意事项（投板和印刷）
? 1.PCB投入前必须未拆包清点数量，防止有原包装短少。
? 2.针对有BGA类零件的PCB投入前必须100%检查焊盘，确认无异物、脏污、氧化等不良。
? 3.拿取PCB时不可直接接触到PCB，尤其在手机产品以及OSP类PCB必须使用手指套。
? 4.按工艺要求进行相关印刷参数设置。
? 5.锡膏按少量多次添加，锡膏在钢网上滚动的直径最好保持1.0-1.5cm。
? 6.按要求进行钢网清洁，一小时手动清洁，包括网框内的锡膏清洁，六小时用超声波清洗。
? 7.OSP的PCB必须24小时内生产完毕，时间过长引起PCB严重氧化。
? 8.每2小时由IPQC测试一次锡膏厚度；
? 9.开线生产前印刷人员需领用：钢网，刮刀，锡膏，特别机种还需要治具生产。
? 10.生产完毕印刷人员将钢网，刮刀清洁干净后连同未用完的锡膏一并归还工具房
? 12.锡膏必须回温4小时才可领用，超过24小时未领用必须放回冰箱。
? 13.锡膏必须使用专用搅拌机搅拌。
? 14.锡膏保存条件为：5-10度，自生产日期为6个月
? 15.锡膏添加到钢网上使用期限为12小时，开盖
? 未使用期限为48小时。
注意事项（贴片）
? 1.提前将物料备到飞达上，不要等机器报警再上料；
? 2.每1小时记录机器抛料情况，抛料率超过3‰通知工程师处理；
? 3.上料核对时采用交叉核对，并填写上料记录，C材类需要取一个样品贴与上料记录表上；
? 4.每4小时清理抛料并整理，按散料处理流程进行手摆料；
? 5.对于有方向以及有极性的零件上料贴片的第一片PCB必须确认方向极性；
五，回流焊
在回流工艺里最主要是控制好固化、回流的温度曲线亦即是固化、回流条件，正确的温度曲线将保证高品质的焊接锡点。在回流炉里，其内部对于我们来说是一个黑箱，我们不清楚其内部发生的事情，这样为我制定工艺带来重重困难。为克服这个困难，在SMT行业里普遍采用温度测试仪得出温度曲线，再参巧之进行更改工艺。
回流焊主要缺陷分析：
- 锡珠原因：
1、丝印孔与焊盘不对位，印刷不精确，使锡膏弄脏PCB。
2、锡膏在氧化环境中暴露过多、吸空气中水份太多。
3、加热不精确，太慢并不均匀。
4、加热速率太快并预热区间太长。
5、锡膏干得太快。
6、助焊剂活性不够。
7、太多颗粒小的锡粉。
8、回流过程中助焊剂挥发性不适当。锡球的工艺认可标准是：当焊盘或印制导线的之间距离为0.13mm时，锡珠直径不能超过0.13mm，或者在600mm平方范围内不能出现超过五个锡珠。
- 锡桥：一般来说，造成锡桥的因素就是由于锡膏太稀，包括 锡膏内金属或固体含量低、摇溶性低、锡膏容易榨开，锡膏颗粒太大、助焊剂表面张力太小。焊盘上太多锡膏，回流温度峰值太高等。
- 开路(Open)：
原因：1、锡膏量不够。2、元件引脚的共面性不够。3、锡湿不够(不够熔化、流动性不好)，锡膏太稀引起锡流失。4、引脚吸锡(象灯芯草一样)或附近有连线孔。引脚的共面性对密间距和超密间距引脚元件特别重要，一个解决方法是在焊盘上预先上锡。引脚吸锡可以通过放慢加热速度和底面加热多、上面加热少来防止。也可以用一种浸湿速度较慢、活性温度高的助焊剂或者用一种Sn/Pb不同比例的阻滞熔化的锡膏来减少引脚吸锡。
六，波峰焊
A.焊料不足：焊点干瘪/不完整/有空洞，插装孔及导通孔焊料不饱满，焊料未爬到元件面的焊盘上。
原因：
a)PCB预热和焊接温度过高，使焊料的黏度过低；
b)插装孔的孔径过大，焊料从孔中流出；
c)插装元件细引线大焊盘，焊料被拉到焊盘上，使焊点干瘪；
d)金属化孔质量差或阻焊剂流入孔中；
e) PCB爬坡角度偏小，不利于焊剂排气。
对策：
a)预热温度90-130℃，元件较多时取上限，锡波温度250+/-5℃，焊接时间3～5S。
b)插装孔的孔径比引脚直径大0.15～0.4mm，细引线取下限，粗引线取上线。
c)焊盘尺寸与引脚直径应匹配，要有利于形成弯月面；
d）反映给PCB加工厂，提高加工质量；
e) PCB的爬坡角度为3～7℃。
B、焊料过多：
元件焊端和引脚有过多的焊料包围，润湿角大于90°。
原因：
a)焊接温度过低或传送带速度过快，使熔融焊料的黏度过大；
b) PCB预热温度过低，焊接时元件与PCB吸热，使实际焊接温度降低；
c)助焊剂的活性差或比重过小；
d)焊盘、插装孔或引脚可焊性差，不能充分浸润，产生的气泡裹在焊点中；
e)焊料中锡的比例减少，或焊料中杂质Cu的成份高，使焊料黏度增加、流动性变差。
f)焊料残渣太多。
对策：
a)锡波温度250+/-5℃，焊接时间3～5S。
b)根据PCB尺寸、板层、元件多少、有无贴装元件等设置预热温度，PCB底面温度在90-130。
c)更换焊剂或调整适当的比例；
d)提高PCB板的加工质量，元器件先到先用，不要存放在潮湿的环境中；
e)锡的比例<61.4%时，可适量添加一些纯锡，杂质过高时应更换焊料；
f)每天结束工作时应清理残渣。
C、焊点桥接或短路
原因：
a) PCB设计不合理，焊盘间距过窄；
b)插装元件引脚不规则或插装歪斜，焊接前引脚之间已经接近或已经碰上；
c) PCB预热温度过低，焊接时元件与PCB吸热，使实际焊接温度降低；
d)焊接温度过低或传送带速度过快，使熔融焊料的黏度降低；
e）阻焊剂活性差。
对策：
a)按照PCB设计规范进行设计。两个端头Chip元件的长轴应尽量与焊接时PCB运行方向垂
直，SOT、SOP的长轴应与PCB运行方向平行。将SOP最后一个引脚的焊盘加宽（设计一个窃锡焊盘）。
b)插装元件引脚应根据PCB的孔距及装配要求成型，如采用短插一次焊工艺，焊接面元件引脚露出PCB表面0.8～3mm，插装时要求元件体端正。
c）根据PCB尺寸、板层、元件多少、有无贴装元件等设置预热温度，PCB底面温度在90-130。
d)锡波温度250+/-5℃，焊接时间3～5S。温度略低时，传送带速度应调慢些。
f)更换助焊剂。
D、润湿不良、漏焊、虚焊
原因：
a)元件焊端、引脚、印制板基板的焊盘氧化或污染，或PCB受潮。
b) Chip元件端头金属电极附着力差或采用单层电极，在焊接温度下产生脱帽现象。
c) PCB设计不合理，波峰焊时阴影效应造成漏焊。
d) PCB翘曲，使PCB翘起位置与波峰焊接触不良。
e)传送带两侧不平行（尤其使用PCB传输架时），使PCB与波峰接触不平行。
f)波峰不平滑，波峰两侧高度不平行，尤其电磁泵波峰焊机的锡波喷口，如果被氧化物堵塞
时，会使波峰出现锯齿形，容易造成漏焊、虚焊。
g)助焊剂活性差，造成润湿不良。
h) PCB预热温度过高，使助焊剂碳化，失去活性，造成润湿不良。
对策：
a)元器件先到先用，不要存在潮湿的环境中，不要超过规定的使用日期。对PCB进行清洗和去潮处理；
b)波峰焊应选择三层端头结构的表面贴装元器件，元件本体和焊端能经受两次以上的260℃波峰焊的温度冲击。
c) SMD/SMC采用波峰焊时元器件布局和排布方向应遵循较小元件在前和尽量避免互相遮挡原则。另外，还可以适当加长元件搭接后剩余焊盘长度。
d) PCB板翘曲度小于0.8～1.0％。
e)调整波峰焊机及传输带或PCB传输架的横向水平。
f)清理波峰喷嘴。
g)更换助焊剂。
h)设置恰当的预热温度。
E、焊点拉尖
原因：
a) PCB预热温度过低，使PCB与元器件温度偏低，焊接时元件与PCB吸热；
b)焊接温度过低或传送带速度过快，使熔融焊料的黏度过大；
c)电磁泵波峰焊机的波峰高度太高或引脚过长，使引脚底部不能与波峰接触。因为电磁泵波峰焊机是空心波，空心波的厚度为4～5mm；
d)助焊剂活性差；
e)焊接元件引线直径与插装孔比例不正确，插装孔过大，大焊盘吸热量大。
对策：
a)根据PCB、板层、元件多少、有无贴装元件等设置预热温度，预热温度在90-130℃；
b)锡波温度为250+/-5℃，焊接时间3～5S。温度略低时，传送带速度应调慢一些。
c)波峰高度一般控制在PCB厚度的2/3处。插装元件引脚成型要求引脚露出PCB焊接面
0.8～3mm
d)更换助焊剂；
e)插装孔的孔径比引线直径大0.15～0.4mm（细引线取下限，粗引线取上线）。
F、其它缺陷
a)板面脏污：主要由于助焊剂固体含量高、涂敷量过多、预热温度过高或过低，或由于传送带爪太脏、焊料锅中氧化物及锡渣过多等原因造成的；
b) PCB变形：一般发生在大尺寸PCB，由于大尺寸PCB重量大或由于元器件布置不均匀造成重量不平衡。这需要PCB设计时尽量使元器件分布均匀，在大尺寸PCB中间设计工艺边。
c)掉片（丢片）：贴片胶质量差，或贴片胶固化温度不正确，固化温度过高或过低都会降低粘接强度，波峰焊接时经不起高温冲击和波峰剪切力的作用，使贴装元件掉在料锅中。
d)看不到的缺陷：焊点晶粒大小、焊点内部应力、焊点内部裂纹、焊点发脆、焊点强度差等，需要X光、焊点疲劳试验等检测。这些缺陷主要与焊接材料、PCB焊盘的附着力、元器件焊端或引脚的可焊性及温度曲线等因素有关。
四，参考文献
[ 1 ] 张文典， 《 实用表面组装技术》第二版 ，北京：电子工业出版社 2 00 9．
[ 2 ] 黄永定 ，《 表面组装技术 ( S M T )及其应用》第一版，北京：机械工业 2008
[ 3 ] 图士捷， 夏晶《波峰焊工艺常见问题分析》 作者单位： 同济大学,中德学院,上海,200092 刊名： 热加工工艺
英文刊名： HOT WORKING TECHNOLOGY 年，卷(期)： 2010,39(9)