微電子表面貼裝關(guān)鍵技術(shù)與裝備分析

王 飛

（國電南瑞科技股份有限公司，江蘇 南京 210000）

引言

在信息時代背景下，表面貼裝技術(shù)已經(jīng)逐漸取代了微電子通孔插裝技術(shù)，并推動著微電子產(chǎn)品的快速發(fā)展。表面貼裝技術(shù)憑借自身的優(yōu)勢和特點，使電子組裝領(lǐng)域產(chǎn)生了革命性、根本性的變革，并在表面貼裝技術(shù)的應(yīng)用過程中日益完善[1]。

1 微電子表面貼裝技術(shù)

表面貼裝電子產(chǎn)品通常是由貼裝元器件和印制線路板組成，其中印制線路板（PWB）一般為含有焊盤和線路的雙面或者單面多層材料；貼裝元器件有兩種分類，即貼裝器件和貼裝元件。其中貼裝元件通常是指片狀無源元件，如電感、電容、電阻等；貼裝器件通常為封裝電子器件，屬于有源器件，如球柵陣列封裝器BGA、小外形封裝器SOP等[2-4]。

1.1 表面貼裝技術(shù)流程與裝備

表面貼裝技術(shù)包括輔助工藝和核心工藝。其中輔助工藝包括光學(xué)輔助自動檢測工藝和“點膠”工藝；核心工藝包括回流焊、貼片和印刷三部分。在微電子表面貼裝過程中，核心工藝是產(chǎn)品生產(chǎn)必須要經(jīng)過的工作，而輔助工藝通常需要根據(jù)產(chǎn)品特性及用戶需求進(jìn)行考慮[5]。

根據(jù)工藝流程可以將SMT工藝分為四類，即焊錫膏-回流焊、貼片-波峰焊、雙面錫膏-回流焊和混合安裝工藝流程

1）焊錫膏-回流焊，如圖1所示，該流程具有快捷、簡單等特點，可以進(jìn)一步縮減產(chǎn)品體積。該工藝流程在無鉛工藝中更具有優(yōu)越性。

圖1 焊錫膏-回流焊流程圖

2）貼片-波峰焊，如圖2所示，該流程可以利用雙面板空間，可以進(jìn)一步減小產(chǎn)品體積，并且生產(chǎn)成本較低。但是該工藝流程需要借助多臺生產(chǎn)設(shè)備，且波峰焊存在的缺陷較多，無法達(dá)到高密度組裝的目的。

圖2 貼片-波峰焊工藝流程圖

3）雙面錫膏-回流焊，如圖3所示，該流程有利于提高PCB空間利用率，可以實現(xiàn)最小面積元器件的安裝，但該工藝要求嚴(yán)格且控制復(fù)雜，通常用于超小型精密度高的電子產(chǎn)品，如移動電話等。

圖3 雙面錫膏-回流焊工藝流程圖

4）混合安裝，如圖4所示，該流程可以利用PCB雙面空間，能夠?qū)崿F(xiàn)最小面積安裝，且組件成本較低，通常用于消費類電子產(chǎn)品組裝。

圖4 混合安裝工藝流程圖

1.2 表面貼裝技術(shù)生產(chǎn)流程

以自動化程度來看，表面貼裝技術(shù)生產(chǎn)流程分為半自動生產(chǎn)和全自動生產(chǎn)；以生產(chǎn)規(guī)模角度來看，貼裝技術(shù)生產(chǎn)流程分為小型、中型和大型生產(chǎn)流程。全自動生產(chǎn)流程是由設(shè)備自動操作，如自動上板機(jī)、卸板機(jī)和緩沖連接等，形成一條全自動生產(chǎn)線；半自動生產(chǎn)流程是指生產(chǎn)設(shè)備并未完全連接，需要采用人工方式印刷或者裝卸印制板。以下為表面貼裝技術(shù)自動生產(chǎn)流程。

1）印刷：主要的目的是將貼片膠或者焊膏涂抹到PCB板上，為后續(xù)元器件的連接做準(zhǔn)備。印刷流程需要使用印刷機(jī)，通常為第一步生產(chǎn)流程。

2）點膠：將膠水涂抹到PCB板制定位置，主要目的是固定PCB板上的元器件，需要使用點膠機(jī)，為表面貼裝技術(shù)流程第二步驟。

3）貼裝：將組裝元件安裝到PCB板指定位置，需要使用貼片機(jī)，是第三步生產(chǎn)流程。

4）固化：熔化貼片膠，固定PCB板上的組裝元件，使用設(shè)備為固化爐，是第四步生產(chǎn)流程。

5）回流焊接：熔化焊膏，牢固粘連PCB板與組裝元件，采用回焊爐設(shè)備，是生產(chǎn)流程的第五個步驟。

6）清洗：除去PCB板上對人體有害的物質(zhì)，如助焊劑等。采用清洗機(jī)設(shè)備，該流程可以不用在生產(chǎn)線上進(jìn)行，但是必須在產(chǎn)品生產(chǎn)后的48 h內(nèi)對PCB板進(jìn)行清洗。

7）檢測：測試PCB板裝配質(zhì)量和焊接質(zhì)量，通常需要使用顯微鏡、飛針測試儀、放大鏡、自動光學(xué)檢測、功能測試儀、在線檢測儀和X光檢測儀等設(shè)備。

8）返修：對存在質(zhì)量問題或者故障的PCB板返工，使用工具一般為烙鐵，通常在返修站對不合格PCB板進(jìn)行返工。

2 表面貼裝技術(shù)三大關(guān)鍵工序

2.1 施加焊錫膏

在SMT生產(chǎn)過程中在PCB板上均勻的涂抹焊錫膏的主要目的是保證元器件與PCB回流焊接時，可以達(dá)到電氣連接的效果，同時確保焊接強(qiáng)度。通常焊膏是由糊狀焊劑、合金粉末以及添加劑組成，為黏性膏狀體。在常溫狀態(tài)下，焊膏具有黏性，可以將元器件與PCB板固定。在傾斜角度小，且沒有外力的作用下，固定的元器件不會移動。在加熱到一定溫度后，焊膏會熔融流動，液體會浸潤PCB板焊端和元器件，當(dāng)焊膏冷卻后，PCB與元器件會緊密的連接在一起。

2.2 貼裝元器件

貼裝工序通常采用手工方式或者貼片機(jī)將元器件貼裝到PCB板指定位置，貼裝方法有兩種，如表1所示。

表1 手動貼裝與機(jī)器貼裝的區(qū)別

人工貼裝通常采用鑷子、低倍體視顯微鏡、真空吸筆、IC吸放對準(zhǔn)器和放大鏡等。

2.3 回流焊接

回流焊主要是通過熔化PCB板上的膏狀軟釬焊料，從而實現(xiàn)元器件焊端與PCB板電氣連接的軟釬焊，表面貼裝技術(shù)回流焊溫度特性曲線如圖5所示。

圖5 回流焊溫度曲線

回流焊是表面貼裝技術(shù)的關(guān)鍵工序，而設(shè)置溫度曲面可以保證回流焊的質(zhì)量。若溫度曲線設(shè)置不合理，則會出現(xiàn)焊接不全、組件翹邊、虛焊、焊錫球過多等缺陷。

3 表面貼裝技術(shù)質(zhì)量控制措施

3.1 生產(chǎn)現(xiàn)場靜電防護(hù)

人體靜電和摩擦起電是電子工業(yè)生產(chǎn)的重要危害，通常情況下采取的防靜電措施包括增濕、耗散、屏蔽、中和、接地和泄露等；人體靜電防護(hù)措施包括佩戴靜電手腕帶、工作服、腳腕帶、手套、帽子和鞋襪等，可以起到靜電屏蔽和泄露等功能。地面防靜電措施通常包括防靜電橡膠地面、防靜電地毯、防靜電水磨石地面、PVC防靜電塑料地板和防靜電活動地板等。防靜電設(shè)備包括防靜電工作臺墊、防靜電烙鐵、物流小車和防靜電包裝袋等靜電防護(hù)是一項長期性工程。

3.2 構(gòu)建6S生產(chǎn)管理標(biāo)準(zhǔn)

6S管理是現(xiàn)代電子產(chǎn)品生產(chǎn)管理的有效方法和手段，從本質(zhì)上來看，6S是一種企業(yè)文化，注重強(qiáng)調(diào)組織紀(jì)律文化，要求員工不畏艱難，做到最好，從而提高產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率，促進(jìn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提升。6S管理標(biāo)準(zhǔn)包括以下幾項。

1）整理：遵循一留一棄、要與不要的原則，將生產(chǎn)現(xiàn)場所有物品進(jìn)行劃分，分為必需品和非必需品，在生產(chǎn)現(xiàn)場只保留必需品，保證生產(chǎn)空間的整潔，避免材料誤用等情況，打造整潔、有序的生產(chǎn)環(huán)境。

2）整頓：整頓合理布局原則，科學(xué)規(guī)劃必需品的擺放區(qū)域和位置，整齊擺放各類設(shè)備、材料，并張貼標(biāo)識，及時清理非必需品，保證工作環(huán)境的整潔。

3）打掃：及時清理生產(chǎn)垃圾，保證生產(chǎn)場所干凈、整潔，以減少環(huán)境因素對產(chǎn)品質(zhì)量的影響。

4）清潔：構(gòu)建完善的清潔方案，并將清潔工作落實到各個環(huán)節(jié)中，保證生產(chǎn)環(huán)境的整潔，在打造明朗的工作環(huán)境過程中，維系3S成果。

5）安全：在電子產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，需要遵循生命第一、安全操作的原則，定期組織員工開展安全教育培訓(xùn)活動，提高員工安全意識，并將生產(chǎn)工作建立于安全的基礎(chǔ)上，以構(gòu)建安全生產(chǎn)環(huán)境。

6）素養(yǎng)：通過定期開展團(tuán)建活動、學(xué)習(xí)活動，幫助員工養(yǎng)成良好的習(xí)慣，以及樹立終身學(xué)習(xí)理念，塑造積極向上的精神態(tài)度

4 結(jié)語

表面貼裝技術(shù)在各個行業(yè)及領(lǐng)域都有極為廣泛的應(yīng)用，直接影響著微電子產(chǎn)品的質(zhì)量和性能，以及焊接水平。綜述表面貼裝技術(shù)流程，以及回流焊、貼裝元器件、施加焊錫膏三大重要工序。最后結(jié)合表面貼裝技術(shù)中存在危害及影響生產(chǎn)質(zhì)量、生產(chǎn)效率的各項措施，提出相應(yīng)解決措施，以促進(jìn)表面貼裝技術(shù)的持續(xù)發(fā)展。