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光模块用PCBA在SMT组装工艺中的常见问题及其解决方案

放大字体  缩小字体 发布日期:2017-12-27  浏览次数:315
核心提示:摘要:本文介绍了用于光模块产品的PCBA在SMT过程中的工艺难点及其解决方案,希望给业界的同行提供一些借鉴。关键词:SMT(Surface
    摘要:本文介绍了用于光模块产品的PCB’A在SMT过程中的工艺难点及其解决方案,希望给业界的同行提供一些借鉴。

关键词:SMT(Surface Mount Technology)表面贴装技术

       PCB(Printed Circuit Board)印制电路板

       PCB’A(Printed Circuit Board Assembly)成品线路板

      THR(Through Hole Reflow)通孔回流焊

        FPC(Flexible Printed Circuit)柔性印刷线路板

        FoB(FPC on Board)软、硬板结合(俗称“软板”贴片)

前言:

光模块(Optical Module)作为目前光纤通信行业中最重要部件,由光电子器件、功能电路和光接口等构成。其中、光电子器件包括发射和接收两部分。发射部分是:输入一定码率的电信号经内部的驱动芯片处理后驱动半导体激光器(LD)或发光二极管(LED)发射出相应速率的调制光信号,其内部带有光功率自动控制电路,使输出的光信号功率保持稳定。接收部分是:一定码率的光信号输入模块后由光探测二极管转换为电信号,经前置放大器后输出相应码率的电信号。图1表示的是光模块在光纤通信过程中是如何实现信号的发射、接收以及传递的。光模块用PCB’A又成为实现上述功能的载体,因此,在涉及光模块的组装工艺时,就不得不着重谈表面组装,即SMT。

本文详细介绍了目前光模块SMT本身特点、光模块多样化及工艺难点解析。

   1光纤通信示意图

1、 光模块PCBASMT工艺难点解析

光模块本身体积非常小,其对应PCB’A上的元件密度大,尺寸小。一般片式元件(Chip)大都采用0402封装,且0201封装也开始逐步推广。另外,由于光模块需要通过金手指(Golder Finger)与系统基站进行连接,因此,金手指在SMT过程中的“污染”问题也成为工艺难点之一。另外,由于集成度非常高,有些光模块PCB’A需要采用一些工艺创新方法:通孔接插件(THC:Through Hole Component)采用通孔回流焊新工艺(THR:Through Hole Reflow);柔性线路板FPC(Flexible Printed Circuit)与硬制线路板PCB(Printed Circuit Board)之间采用软、硬板结合焊接新工艺(FoB:FPC on Board);0402片式(电)阻、(电)容之间的三维实装焊接新工艺(CoC:Chip on Chip)。

具体见图2所示:

图2、光模块PCB’A SMT工艺难点解析

2.光模块PCBASMT常见问题点

21 THR常见问题点        

2.1.1 THR少锡

Ø 插针引脚太长、当插针引脚面过长超出板面≥1.5mm时,针尖插入后带有锡膏在回流时无法拉回造成通孔内少锡,如图3所示。通常针脚露出PCB表面0.8-0.15mm,如图4

 

       图3、插针引脚过长                   图4、最佳引脚长度

Ø 印刷锡膏量不够与钢网开口、印刷参数有密切关联。常见的THR开口方式有圆形、椭圆形、方形,分别如图567所示。建议THR工艺采用阶梯(Step Up)钢网。刮刀速度范围20mm/s-40mm/s,刮刀压力范围5kg-8kg,还可采用重复印刷两次的方式来增加通孔内填充的锡膏量。

      图5、圆形开口                              图6、 椭圆形开口 

图7、方形开口

22  金手指(Golden Finger)上锡

金手指上锡的可能原因是制程污染(如印刷、5S等)、锡膏误印后的清洁不彻底、回流过程中“爆锡”等。目前比较成熟的解决方法为:在印刷前贴高温胶带进行保护,SMT完成后撕开高温胶带。图8、9表示的是金手指贴高温胶带前后的对比效果。

图8、 未贴高温胶带的金手指                    图9、已贴高温胶带的金手指

23  Microchip 0201常见问题

2.3.1 Microchip 0201元件空焊

Ø  印刷偏移

印刷偏移是影响到元件空焊的关键因素之一,印刷参数设定及PCB本身布局直接影响到印刷效果,所以一般印刷偏移现象需对印刷参数和条件进行调整如(Mark相似度、刮刀速度、刮刀压力、脱膜速度/距离、顶针摆放等),对一些特殊的PCB可能需要制作夹具来保证印刷质量。从图10中可看出0201元件印刷锡膏偏移量控制在±0.05mm以内,可以获得较好的品质。

 

图10、锡膏偏移量与焊接品质的关系

Ø 贴装偏移

贴装偏移可能为元件识别参数设置不当及元件坐标偏移等导致,需对元件参数重新进行设置及较正元件贴片坐标。图11、12分别表示元件识别和贴装效果。

      图11、Microchip0201识别效果            图12、Microchip 0201贴装效果

Ø 回流曲线设置不当

   Microchip 0201器件回流曲线设置建议使用RTS曲线,避免因使用RSS曲线恒温区到回温区急促升温导致焊盘两端拉力不一致而产生不良。参考Profile曲线如图13。

13、参考 Profile 曲线

    2.3.2 Microchip0201漏件

Ø 吸嘴发白、脏污

吸嘴发白、脏污可能是贴片过程中沾有锡膏或异物造成,针对此现象需要对吸嘴进行清洗并测试真空值是否OK即可,同时需规范清洗的频度,一般生产两小时需对吸嘴进行清洗一次。

Ø 取料偏移

当物料取料偏移时,机器在高速运行状态物料吸附真空不够,造成偏移。针对此现象需对物料取料位置进行“Teach”保证取料无偏移情况,并对元件识别参数进行调整。 

2.4  FoB常问题解析

2.4.1 FPC通孔不透锡,如图14所示。

FPC通孔不透锡通常是由锡膏量不足或FPC变形导致。锡膏量不足可采用阶梯(Step Up)钢网的方式增加FoB处的锡膏量,阶梯高度一般为0.05-0.1mm。而FPC变形则可以采用类似相片过塑的方式将其整平,达到变形量小于0.1mm的工艺要求,FoB通孔透锡OK如图15。  

        图14FoB通孔透锡NG                 图15FoB通孔透锡OK

2.5  CoC常见问题

 CoC片式元件三维实装结构图及焊点实际图片分别如图1617所示,其中T/C表示Top Component,即顶层元件;B/C表示Bottom Component,即底层元件。

 16、CoC示意图                           图17、CoC实物图

2.5.1 T/C取不上料

Ø 由于CoC工艺的特殊性质,在T/C无法取料时,可将设备运行速度进行调整到5%-10%,同时需观察吸嘴是否与物料接触到位及“Pick up”高度是否合理。

Ø 吸嘴是否有堵孔及脏污现象,如有需将其进行清洗并测试真空。

Ø 顶针放置是否平稳,PCB贴片顶针摆放不在同一平面将导致吸嘴无法接触到物料表面进行取料。

Ø 元件参数设置不当,元件吸取与贴装参数都相对要慢。例如:使用YAMAHA设备一般需使用QFP模式进行取料及贴装。                  

2.5.2 T/C漏件

Ø T/C漏件可能为吸嘴脏污造成误识别等,CoC工艺需定时对吸嘴进行检查是否有脏污及其它真空异常(如两小时对吸嘴真空进行测试检查)

Ø T/C元件识别参数设置不当,元件识别误参范围过大导致T/C漏件(一般设置在25%为最佳条件)

2.5.3 T/C空焊

Ø 检查T/C托盘取料位置是否在元件中心,当T/C取料位置非元件中心时,T/C贴装叠加到B/C,造成中心不一致,B/CT/C电极端没有重合,回流时两端所拉力不一致导致空焊。

Ø B/C贴片坐标是否有偏移,T/C物料贴装位置是B/C顶部,如T/C贴装坐标不是B/C中心,T/CB/C电极端没有重合导致空焊。

26  PCB润湿不良

所谓润湿不良,也就是我们俗称的“吃锡”不良。原因一般为ENIG焊盘的镀镍层中的镍扩散至金层表面,导致可焊性的急剧下降。除推动供应商进行改善外,通过优化工艺参数也可“消化”一部分不良,改善效果如图18所示

Ø PCB镍镀层中镍扩散至金表面,对PCB表面进行清洗,清洗除表面残留的镍提高焊盘表面可焊性(此方案相对比较费时)。

Ø 对钢网进行扩孔增加锡膏来弥补此类缺陷,0402元件开口一般外延0.8-0.12mm0603元件一般外延0.1-0.15mmIC类元件一般外延0.1mm(扩孔尺寸可根据实际情况进行对应调整)。

Ø 可以适当采用活性较强的锡膏。如Yikst FLY905-CQ-4Tamura LFT-204-93K,活性较强的锡膏内助焊剂成份配方不一样,可以更好的去除焊粉和被焊表面的氧化物,使焊接时的表面张力减小,改善焊料和焊盘表面的润湿性。

18 改善前后对比

结论

本文给出了光模块用PCBASMT组装工艺中的常见问题及其解决方案,供大家参考。当然,面对具体问题时,需作具体分析,切不可生搬硬套。

 
 
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