LED产品SMT生产工艺方法探讨及分析
王柳
（连云港杰瑞电子有限公司）
摘 要：
采用表面贴装LED产品，与引脚式LED相比，可以大大提高可靠性，通过缩小尺寸和轻质使产品更完美。但是，LED表面贴装在实际生产过程中，因为各种原因经常会出现不合格品，一次合格率较低。通过介绍表面贴装LED产品的SMT生产工艺方法，重点从其储存条件、生产工具和耗材的准备工作、加工过程、检验及静电防护等方面进行详细分析介绍，以此来达到提高生产效率，提高产品质量的目的。
LED产品的应用是一种发展趋势，显示屏、厂房灯和照明设施等开始大规模使用，LED产品不仅能够节约能源，同时也是低碳经济发展的主要产业之一。高效高质的LED产品对产品的整个生命周期中的各项内容要求都非常严格。本文从物料存储、生产工具及耗材准备、SMT生产加工、检验及防静电保护等重点环节出发，对其工艺要求及操作方法进行分析及详解，以保证产品的质量，提高生产效率。
1 物料存储
1.1 灯板储存条件
灯板要存放在干燥通风的环境中，避免太阳直接照射及雨淋，避免接触化学体及腐蚀性物品。其中，金属基覆铜板，温度≤2 5 ℃，相对湿度≤65%RH，有效期一年（按IPC-4101标准验收）；铝基线路板，温度≤25 ℃，相对湿度≤65%RH，有效期半年（按IPC标准验收）。包装方式采用真空包装并放置防潮珠。存放超过三个月的铝基线路板在出货前应进行烘烤，烘烤条件为在105±5 ℃的空气循环式烘烤箱中保持1 h以上（驱散板内的潮气）。
1.2 LED储存条件
经测试验证发现：在不超过30 ℃/85%RH条件下，密封包装的LED在车间放置时间不受限。开封后未及时用完的LED，在短期内储存需将新鲜干燥剂和湿度卡一起放入包装袋中,在相对湿度小于20%RH的情况下用胶带进行封口或用热封机封口储存。
1.3 存放工具
存放已经贴装LED的灯板时，不能使重量落在LED透镜上，不能直接使用发泡包装纸包装，否则施加在LED透镜上的力会导致透镜脱落损坏，应在LED透镜上方留出至少2 cm的空隙。正确及错误存放方式如图1所示。
2 生产工具和耗材的准备工作
生产工具和生产耗材的好坏，直接影响SMT加工质量及效率。生产工具和耗材准备不当，会给后续生产带来极大阻力，造成生产缓慢、产品加工质量低和返修困难等问题。
2.1 丝印
2.1.1 焊膏
2.1.1.1 品质优良的焊膏应有的特性
印制性能良好，能顺利连续地印制，不会堵死模板的孔眼，也不会在模板的反面溢出不必要的焊膏；触变性好，放置或预热时不产生塌陷，也不会出现桥接现象；有良好的焊接性，不会产生焊珠飞溅（焊膏在再流焊后向焊接部位四周溅出微小的焊球）引起的短路；贮存寿命长，长时间存放黏度无变化；印制后放置时间长，一般在常温下能放置12～14 h；焊接后残余物应具有较高的绝缘电阻，且清洗性好；无毒、无臭和无腐蚀性。建议使用“免清洗型”焊膏，这样在回流焊后就不需要清洗PCB。
2.1.1.2 焊膏最简便的检验方法
选用焊接中心距为0.50 mm或 0.63 mm 的QFP漏印模板，印刷30～50块PCB，观察漏板上的孔眼是否堵死，漏印模板的反面是否有多余的焊膏，再观察PCB上焊膏图形是否均匀一致，有无残缺现象，若无上述异常现象，一般认为焊膏的印刷性是良好的。
2.1.2 模板
模板是焊膏印刷的关键工具之一，用来定量分配焊膏，是保证印刷质量的关键。模板基材厚度及尺寸大小直接关系到焊膏印刷量，从而影响到焊接质量。模板基材厚和窗口过大会造成焊膏施放量过多，易造成桥连；窗口尺寸过小会造成焊膏施放量过少，会产生虚焊[1]。因此SMT生产中应重视模板的设计。最主要的考虑因素为：模板的厚度，窗口的大小，窗口壁的光洁度。在相邻焊盘间距小于1 mm的情况下，根据实际情况可考虑模板厚度为1 mm，窗口开口采用楔子型。
2.1.3 机器参数设置
机器参数设置见表1。
2.1.4 印制板
LED产品的印制板一般采用铝基板进行制作，要求印制板必须平整和耐高温，即过回流焊后不会出现印制板变形、焊盘脱落和印制板颜色发黄等现象。
2.2 贴片
2.2.1 拾放工具（吸嘴）
拾放工具又叫吸嘴，在贴片机工作中是非常重要的，吸嘴要根据待贴装的LED的尺寸和封装形式等进行定制，吸嘴的材料一定要选择防静电的。吸嘴的开口可以是圆柱形、喇叭形或其他特制的。
2.2.2 工装
工装的制作材料一定是防静电的，要根据印制板的大小、单双面板和拼板形式等来进行定制。双面板的印制板要根据元件种类考虑先贴装哪一面，工装要保证先贴装面的元器件过回流焊后不会脱落。工装底部不能是实心的，要镂空，便于散热。制作LED铝基板的工装还要根据LED铝基板上的定位孔制作定位柱。
3 LED产品SMT加工
3.1 加工过程
LED产品SMT加工过程示意图如图2所示。再流焊温度曲线如图3所示。
SMT加工过程中最要需控制的就是再流焊工艺，再流焊温度曲线的正确设定，直接影响焊接质量。确定温度曲线的要素包括：印制板层结构、地线层、印制板尺寸、厚度、材料、元器件密度、焊盘材料类型、再流焊炉的类型和焊膏类型等。
再流焊温度曲线如图3所示。预热区：溶剂开始蒸发，温度平稳上升，避免溶剂爆溅和锡球的产生；保温区：焊膏处于融化前夕，活化剂开始激活，清除金属氧化层，焊球融化，浸润开始；再流区：焊膏迅速融化，润湿焊盘，焊膏表面张力进行作用；冷却区：焊点迅速降温，焊膏凝固，降温一定不能太快[2]。
3.2 加工过程注意事项
1）避免任何阶段在LED的透镜上施加机械应力；
2）不得用手指或尖锐物体接触LED透镜表面，以免弄脏或损坏LED透镜，进而影响LED的光学性能；
3）LED透镜尽量采用机器贴装，通过吸嘴进行提取贴装；
4）在传输出再流焊设备时,由于整个板子中的所有器件的温度都比较高,不要施加外力,以免发生脱落等现象；焊接后应当使LED冷却至室温，再进行后续处理。过早处理器件，特别是透镜周围部分，可能会导致LED损坏。
4 手工处理时的注意事项
不建议手工来对LED产品实施操作,若在某特定条件下一定要采用手工处理的,请使用镊子夹住LED的底部，镊子和手指都不要接触透镜，也不要按在透镜上，否则会对LED造成损伤。正确及错误方法如图4所示。
5 检验
5.1 印刷焊膏检验
印刷效果良好用一句话表示为：正确的位置，适当的量，规则的形状，稳定的印刷。要求填充率 (实际印刷的焊膏体积和模板开口部位体积之比)尽可能接近理想目标100%；填充形状清晰，否则会引起回流焊以后的桥连和锡珠飞溅；批量印刷清晰[3,4]。符合及不符合标准的印刷效果如图5所示。
5.2 贴片效果检验
贴片机采用专用定制吸嘴对LED进行贴装，要求吸嘴拾起及放下过程中不能损伤LED透镜，要求LED底部焊盘与印刷焊膏完全重合，不能存在错位现象，否则会引起桥连，导致焊接失败。
5.3 再流焊效果检验
再流焊后要求LED焊接牢固，没有锡珠飞溅现象，LED透镜没有损伤爆裂，印制板没有变形和发黄等现象。
5.4 通电检验
采用与所加工的LED产品相配套的电源对再流焊后的印制板进行通电检验，要求LED达到100%正确发光。
6 防静电保护
ESD对元器件的损害具有普遍性、随机性和不易察觉性，在生产、存储、维护和运输等任一环节都有可能发生，造成的损失严重。LED生产场所的组件承料袋、周转箱和料架等应具备静电防护作用，直接接触的人员均应戴防静电手腕，手腕应与人体皮肤良好接触，手腕对地电阻为1~10 MΩ范围内。进入静电工作区的人员和操作人员均应穿防静电工作服，工作台面是不需要传导的，只要能不产生伤害性的静电荷即可。
7 结束语
通过以上研究可以看出，从储存环境、工具和耗材的准备到具体的生产加工，要又好又快地对表面贴装LED产品进行SMT生产，必须保证每一工序的正确操作，要根据产品自身的情况特点定制相适应的工具及耗材。从节能低碳、提高效率、保证质量及一致性等方面可以看出，在不远的将来，采用SMT对表面贴装LED进行生产必将成为一种普遍应用的先进生产方式。
