第一篇:工艺总结范本
2014年6月工艺管理总结
截止30日凌晨,2014年6月份共生产生料241323t,生产熟料154842t,生产水泥185176t,生产目标完成较差,存在较多的不足之处,存在的问题和教训是今后我们努力的方向。
工艺管理追求的目标是均质稳定,高产优质低消耗,现就以下方面对公司6月份工艺管理作总结:
一、原燃材料的控制
6月份原材料进厂检验正常,符合使用工艺要求。原煤的挥发分、灰分、发热值均与上月无差异,受原材料供应限制,进厂混合材水分较高,通过调整混合材比例,尽量控制入磨水分,混合材综合入磨水分4.15,一定程度上影响生产。
二、生产环节控制
生料磨方面:为保证入窑生料成份稳定性,生料库料位控制在34米左右,按照峰谷电情况安排生料磨避峰生产,最大程度降低生产成本。6月底由于回转窑烧结情况较差,在一段时间内生料磨直接入窑,避峰时间降低,均化库料位涨至40米。
窑系统方面:6月份,窑系统总体运转存在较多的不足:
1、6月1-10日,窑系统运转比较平稳,回转窑的产量也保持的比较好,熟料强度结果还好,3天强度维持在32-33MPa,7天强度维持在44-45MPa。
2、6月中旬和6月下旬,窑系统运行较差,存在系统负压大,尾煤用量一直偏低,烟室和分解炉锥部结皮很快的情况。分析可能的原因如下:
1、系统负压变大,导致系统风量变小,风速变快,窑内煤粉的燃尽率降低,部分未完全燃烧的煤粉到烟室和入窑生料混合,在烟室和分解炉锥部富集形成结皮,进一步增大系统的负压。
2、C4旋风筒温度在6月中下旬一直较以前高20-30℃,怀疑分解炉撒料盒在经过一段时间的使用后磨损严重,从分解炉撒料盒进入分解炉的料子不能在分解炉中正常的进行热交换,在料子进入烟室后,料子被风带起,部分料子在烟室循环富集,导致烟室结皮严重;部分料子被风带出分解炉,造成分解炉出口温度高和系统负压变大,导致尾煤用不进去。
下一步拟采取以下措施解决此问题:
1、稳定生料成份,提高操作员预见性,当料子易烧时,更加注意温度控制。
2、严格控制分解炉出口温度不高于880℃,降低烟室结皮需要的温度,控制烟室结皮的产生。
3、每班清理窑尾结皮至少两次以上,并且分解炉锥部每次一定要清扫一遍,保证系统通风。
4、降低高温风机的拉风量,保证C1出口负压在-5500—-5600Pa,在保证系统用风的情况下,降低系统风速。
5、保证窑及三次风的用风匹配,窑尾温度控制在1150℃以下,减少结皮的加剧。
6、在中修时候,检查各级旋风筒撒料盒子的工作状态。由目前的情况来看,通过操作控制方面,回转窑的情况有所好转。
水泥磨系统方面:6月16日开始水泥磨产量上不去,查找了各种原因,从辊压机的做功,磨内粉磨效率,选粉机选粉效率等方面做了检查,但问题还没有解决,辊压机做功明显下降,细粉料多。熟料小磨时间基本在40min以上,观察熟料结粒偏细。经总结分析,水泥磨系统要做好以下方面的工作:
1、严格控制入磨物料综合水分小于2%,减少堵篦缝的情况产生。
2、严密监控辊压机做功效率,控制好入磨物料比表面积大于170以上,为磨内粉磨减轻压力,提高磨机的台时产量。
3、每班检查袋收尘的喷吹情况,使喷吹效果达到最佳状况。
4、利用计划停机时间对系统各提升机及辊压机的侧挡板和辊面进行仔细检查,消除隐患。
5、每天做选粉效率和循环负荷,监控好磨机的粉磨情况。
6、利用停机时间对皮带秤进行校准工作。
三、能耗方面1、6月份生料磨本部电耗比5月份稍高,但相差不大,这两个月生料磨的台时产量较去年都提高不少,同时电耗大幅下降,分析认为有以下两方面的原因:a、生料磨台时的提高,使得单位电耗下降;b、生料磨实现避峰生产,进一步降低了生产电耗。
2、熟料综合电耗较上月份有所上升,由于6月窑台时产量较5月份低,并且有三次停窑造成运转率比5月份低。煤耗方面:6月份煤耗144.2kg/t左右,努力提高熟料台时产量是最有效的措施,另外良好的煤粉质量对窑系统的产质量及消耗有较大好处。
3、本月添加研磨体24吨,球耗130g/吨。电耗方面:水泥磨电耗较5月份有所上升,主要原因在两个方面:a、水泥磨台时产量较上月低,b、水泥库库存较高,经常开停机。
四、质量方面
1、主要质量指标完成情况
2、本月主要质量工作
①加强水泥磨改库的监督和抽查,避免发生改错库、窜库等现象的发生,对装运系统的一些斜槽进行了改造,使不同品种的水泥由各自专用的斜槽、包机、散装仓发灰,避免水泥发放出错。
②化验室重点工作在于加大各班组的对比及抽查频率,确保检验数据的准确性,保证检验的可追溯性。
3、质量工作存在的问题及改进措施
①、过程质量控制的较多环节存在一定的不足之处,部分控制指标完成的结果与《水泥企业质量管理规程》的要求有一定的差距。如矿山的开采搭配还有待加强,出磨生料三率值合格率更是要当重点来抓。
②、混合材资源不稳定,质量波动大,也是造成水泥质量波动的主要原因之一。
改进措施:继续加强过程质量的控制力度,严把各工序质量关,加强混合材进厂及搭配使用广利,降低因混合材使用不均造成水泥质量的波动。
综上,工艺管理的工作本着均质稳定,高产优质低消耗的目标去进行,不断优化各生产环节的控制,认真分析总结每次的异常情况,把握细节,摸透本质问题,真正达到最大化降低生产成本的目的。
葛洲坝宜城水泥有限公司
2014.6.30
第二篇:工艺总结
2011年工作总结
进入公司已经有大半年的时间,在公司领导和部门负责人循循善诱的带领及关心支持下,本人在2011取得了不小的进步,较好地协助本部门完成了2011年工作计划。现将2011本人的个人工作情况作总结如下:
一、工作情况:
1、熟悉了解公司各项规章制度
本人于2011年5月进入公司,为了更快更好地融入公司团队,为日后的工作打好基础,我及时对公司的各项规章制度进行全面了解,熟悉了公司优秀的历史背景、发展历程以及企业文化。通过熟悉和了解,我为能进入公司这个团队感到自豪,同时也感到自身的学习压力之大。
2、熟悉项目流程,项目状况
作为工艺人员,熟悉和了解模具及状况对开展工作是相当有利的。为了能更好地进行工作,我多次与相关部门到车间现场,对工艺的进展做更深层次的了解。在掌握第一手资料之后,查阅相关技术文件,对工艺项目的进展完成提供了可靠的依据。
3、与各相关部门的沟通和协调
工艺的研发、进展和完成,离不开公司各相关部门的参与和努力。在公司领导的大力支持和关心下,本人积极参与各相关部门的工艺会议及评审,使工艺进度能按照公司要求顺利进行。
4、工艺文件完成状况
⑴对机加工车间的自制零件的工艺进行改进;
⑵完成了组装车间328C系列与678系列的工艺操作流程的编制,以及一系列的工装夹具,如:压铸炉头的工装夹具、678C进气管安装夹具、678C机器管组件安装夹具、328C进气管组件安装夹具;
⑶完成398系列、698系列、728C面板玻璃粘贴工装的设计正在完成工艺编制。
二、存在的不足以及改进措施
2011年已经结束,回想自己在公司大半年来的工作,虽然工作量大、工作时间长,但收效并不太大,许多工作还有不尽如意之处,总结起来存在的不足主
要有以下几点:
1、缺乏沟通,不能充分利用资源
在编写工艺的过程中,由于本人对多种专业知识比较陌生,性格有较为羞涩,未能积极向其他同事求教,间接造成工作效率降低甚至错误的出现,没能达到优势资源充分利用。在以后的工作中,我会主动加强与其他部门同事的沟通,从而增长各方面知识、提高自身工作能力。
2、缺乏计划性
在工作过程中,特别是工艺文件制作的初期阶段,由于本人没有实现做好完善的计划,导致工作目的不明确,主次矛盾辨别不清,常常事倍功半。在今后的工作中,我会认真制订工作计划,做事加强目的认知,分清主次矛盾,争取能事半功倍取得预期成果。
3、专业知识面狭窄
由于本人专业知识匮乏,对冷冲压、模具以及其它专业知识知之甚少,认识不够到位。在以后的工作过程中,我将提高主观能动性,加强相关专业知识的学习,充分利用公司软硬件资源,争取把本职工作做的更加完美和成功。
三、展望
2011年工作多,任务重,对于刚走出校门的我来说是种挑战。虽然一些工艺文件工作还没有正式完成,但收获也不少。特别是领导塌实的工作作风以及认真负责的工作态度给我树立了榜样。作为公司的工艺文件编辑和管理员,在新一年的工作中,我将认真执行公司的相关规定,充分发挥个人主观能动性,不断学习新技术新经验,善于总结、积极提高。也希望公司领导能给我更多的理解和支持,争取优质、高效、按期完成本人的本职工作任务,为工艺的开展贡献自己的力量。
第三篇:变换工艺总结
变换工艺总结
一、变换工艺生产原理
(一)一氧化碳变换反应的特点 1.一氧化碳变换反应的化学方程式为
0CO+H2O(g)CO2+H2HR-41.19kJ/mol
(1-1)
可能发生的副反应:
CO+H2C+ H2O
(1-2)CO+3H2CH4+ H2O
(1-3)
2.一氧化碳变换反应具有如下特点
1)是可逆反应,即在一氧化碳和水蒸气反应生成二氧化碳和氢气的同时,二氧化碳和氢气也会生成一氧化碳和水。
2)是放热反应,在生成二氧化碳和氢气的同时放出热量,反应热的大小与反应温度有关。
HR-41868-1.2184T1.191110-3-4.062510-6T2 kJ/kmol
T-温度,K 3)该反应是湿基气体体积不变、干基气体体积增加的反应。4)反应需要在有催化剂存在的条件下进行,对反应1-1要有良好的选择性。同时,在催化剂的作用下,一氧化碳变换反应进行所需要的能量大大降低,反应速度因此而加快。
(二)一氧化碳变换反应的化学平衡
1.平衡常数:平衡常数用以衡量一定条件下可逆反应进行的限度。一氧化碳变换反应的平衡常数与反应体系中各组分的分压有关,具体计算方法如下:
Kp**pCOpH22pp*CO*H2O*y*yCO2H2yy*CO*H2O(1-4)
由于一氧化碳变换反应是放热,故平衡常数随温度的降低而增大。因而降低温度有利于变换反应的进行,变换气中残余的一氧化碳含量降低。一氧化碳变换反应是等体积的反应,故压力低于5MPa时,可不考虑压力对平衡常数的影响。
在变换温度范围内,平衡常数用下面简化式计算:
lnKp4757T-4.3
3(1-5)
2.变换率与平衡变换率:变换率定义为已变换的一氧化碳的量与变换前一氧化碳的量之百分比。而反应达平衡时的变换率为平衡变换率,其值为一定操作条件下一氧化碳变换反应可能达到的最大的极限。
在工业生产中由于受到各种条件的制约,反应不可能达到平衡,故实际变换率不等于平衡变换率,通过测量反应前后气体中一氧化碳的体积百分数(干基)来计算变换率,具体表达式如下:
a-a'(1-6)x'a(1a)
a—变换前气体中一氧化碳体积百分数(干基); a’—变换后气体中一氧化碳体积百分数(干基)。
由(1-5)和(1-4)式可以看出平衡变换率的影响因素: 变换温度:降低变换体系温度,平衡常数增大,故平衡一氧化碳含量降低,平衡变换率增加。变换压力:升高变换压力,平衡常数不变,故平衡一氧化碳含量不变,平衡变换率不变。
H2O/CO比:体系中增加H2O,即H2O/CO比高有利于反应平衡向生成氢气的方向移动,平衡变换率增加,平衡一氧化碳含量降低。但H2O/CO比过高,平衡变换率趋于平坦,经济上不合理。
原料气组成:原料气一氧化碳含量增加,二氧化碳减少,平衡变换率增加。
综上所述,生产中提高平衡变换率的措施为:降低变换温度、适当提高H2O/CO比、减少二氧化碳的含量。
(三)一氧化碳变换的反应机理
一氧化碳变换反应气固相催化反应。一氧化碳变换反应与一般气固催化反应一样,总过程由下列几个步骤连续组成:
a.反应物从气相主体扩散到固体催化剂的外表面;b.反应物从催化剂外表面扩散到内表面;c.反应物在催化剂内表面的吸附、表面上的化学反应以和反应产物从内表面上的脱附;d.产物由催化剂的内表面扩散至催化剂的外表面;e.产物由催化剂外表面扩散至气相主体。
其中a和b步骤为外扩散过程,d和e步骤为内扩散过程,c步骤为化学动力学过程。
反应过程若包括了反应气体流动状况、传质及传热等物理过程(即内外扩散过程)对催化反应速度的影响,其动力学为宏观动力学。而在催化剂表面上进行的化学反应动力学则为本征动力学。
研究表明,在一氧化碳变换的操作条件能保证气体与催化剂外表面之间的传递过程足够快,即外扩散的影响可忽略不计,以下将分别讨论内扩散和本征化学反应动力学过程。
一氧化碳在催化剂表面上进行的变换反应机理,普遍认为是按如下过程进行的:
水蒸气分子被催化剂的活性表面吸附,并分解为氢和吸附态氧原子,氢进入气相,吸附态氧在催化剂表形成吸附层
一氧化碳分子碰撞到氧原子吸附层而生成二氧化碳,并离开催化剂表面
上述过程表示为:
[K]+H2O(g)=[K]O+H快
[K]O+CO=[K]+CO2
慢,控制步骤 [K]:催化剂活性中心 [K]O:为吸附态氧
(四)一氧化碳变换反应速度的影响因素 一氧化碳变换反应本征动力学方程式如下:
lmnq rcokpCOpHpp(1-)OCOH222nq或rcokpylCOym
(1-7)(1-)HOyCOyH222=pCO2pH2KppCOpH2OyCO2yH2KpyCOyH2O
k: 速度常数,kmol/(kghMPa)k‘: 速度常数,kmol/(kgh)p、pi:总压、各组分分压,MPa l、m、n、q:幂指数
=l+m+n+q
由该式可知一氧化碳变换反应速度的影响因素:
变换压力:当温度和气体组成一定时,反应速度随反应总压增大而增大,研究发现,这是由于压力对催化剂活性有显著影响。所以升高变换压力使一氧化碳变换的速度加快。
H2O/CO比:在H2O/CO较低时,一氧化碳变换速度随之增加而加快,然后趋于平缓。这与H2O/CO对一氧化碳平衡变换率影响是一致的。
变换温度:气体组成和变换压力一定时,温度对反应速度的影响体现在k、KP随温度的变化中。在较低温度范围内,KP很大,温度提高,k显著提高,故一氧化碳的变换速度随变换温度提高而增大。但随温度逐渐升高,可逆放热的平衡常数KP降低,一氧化碳的变换速度随变换温度升高而减少。因此,有一最适宜变换温度,在这一温度下,一氧化碳变换速度最快,一氧化碳变换率最大,且一氧化碳变换率增大,最适宜变换温度是下降的。
(五)内扩散的影响
在工业条件下,当使用当量直径为2-10mm或更大的催化剂颗粒时,变换反应的内扩散是严重的,在一定程度上降低了反应速度。因此,一氧化碳变换反应过程的速度应是在本征反应速度的基础上计入内表面利用率的宏观反应速度。
对于同一尺寸的催化剂在相同压力下,温度升高,内表面利用率下降;在相同温度和压力下,小颗粒的催化剂具有较高的内表面利用率;而对同一尺寸的催化剂在相同温度下,内表面利用率随压力的增加而迅速下降。
(六)一氧化碳变换催化剂
20世纪60年代以前,一氧化碳变换催化剂主要以铁铬系列,操作温度较高,变换后一氧化碳含量较高。60年代以后,出现铜锌催化剂系列,操作温度较低,变换后一氧化碳较低,但抗硫毒能力较差。随后,人们发现钴钼系列变换催化剂不但变换温度较低,变换后一氧化碳低,而且抗硫毒能力极强,对水汽比也无要求。故本项目采用钴钼系列低变催化剂。
1.工业上对催化剂的一般要求
高的催化活性:催化剂的活性是表示催化剂加快反应速度能力的一种度量。高活性,即在相同条件下,能使反应具有较快的速度,对于可逆反应来说可缩短达到平衡的时间。
好的选择性:选择性是指反应能同时发生几种不同的反应时,催化剂只能加速希望发生的某一反应。如钴钼仅仅加速一氧化碳与水蒸气生成氢气和二氧化碳的反应,而不能加速甚至能抑制甲烷化反应和析炭反应。
活性温度低:活性温度也称操作温度,是指起始温度与催化剂耐热温度之间的范围。活性温度低,可在较低温度下进行,提高一氧化碳变换率,减少反应物预热,降低反应设备材质要求,简化热量回收装置。
2.催化剂的基本组成及性能 催化剂通常由活性组分、促进剂和载体组成。活性组分是催化剂中起决定作用的物质,促进剂是加入到催化剂中的少量物质,它本身没有活性或活性很小,加入它是提高催化剂的活性、选择性或稳定性,载体是为催化剂活性组分提供附着的多孔物质。主要有Fe-Cr、Cu-Zn、Co-Mo三大催化剂系列
Fe-Cr系变换催化剂的变换工艺,操作温度范围为320~500℃,称为中、高温变换工艺。其操作温度较高,在高水气比下经变换后变换气体仍含有3%左右的CO。Fe-Cr系变换催化剂的抗硫毒能力差,蒸汽消耗较高,有最低水气比要求。
Cu-Zn系变换催化剂的变换工艺,操作温度范围为190~280℃,称为低温变换工艺。这种工艺要求变换温升较小,通常串联在中、高温变换工艺之后,进一步将气体中3~5%左右的CO降低到0.3%以下。Cu-Zn系变换催化剂的抗硫毒能力极差,适用于总硫含量低于0.1ppm的气体。
Co-Mo系变换催化剂的变换工艺,操作温度范围为240~480℃,称为耐硫宽温变换工艺,宽温变换催化剂操作温区较宽,原料气经变换后CO可降至1.0%以下;Co-Mo系变换催化剂的抗硫毒能力极强,对总硫含量无上限要求。
在以煤为原料制取合成气工艺中,依据各煤种、煤气化工艺及上下游流程配置的特点,可以采用Fe-Cr非耐硫高温变换工艺或Co-Mo系耐硫变换工艺。非耐硫变换气体要先脱硫,由于脱硫工艺要求在常温下进行,故流程会出现“冷热病”,进入变换需补加蒸汽,增加消耗。而采用耐硫变换时,气体经提温后可直接进入变换,流程短,能耗低。
开发Co-Mo系催化剂的目的就是为了满足重油、煤气化制化工产品流程中可以将含硫气体直接进行CO变换,再脱硫脱碳的需要,从而简化工艺路线。目前国内的Co-Mo系变换催化剂发展已相当成熟,并已取得国内同类规模项目的应用业绩,能够满足本项目的要求。因此,本项考虑选择国内Co-Mo系变换催化剂配置变换流程。
3.催化剂的硫化
催化剂中的钴和钼是以氧化态形式存在的,使用前必须进行硫化,使氧化钴和氧化钼完全转化为硫化钴和硫化钼。为了保持活性组分处于稳定状态,正常操作时气体中应有一定的总硫含量。
对催化剂进行硫化,可用含氢的二硫化碳,也可直接用硫化氢或用含硫化氢的原料气。
用含氢的二硫化碳硫化催化剂的化学式如下: 首先进行的是二硫化碳的氢解反应
CS2+4H2=CH4+2H2S
+240.6KJ/mol
(2-8)然后是催化剂的硫化反应
CoO+H2SCoS+H2O
+13.4KJ/mol
(2-9)MoO3+2H2S+H2MoS2+3H2O
+48.1KJ/mol
(2-10)直接用硫化氢硫化催化剂的化学式为(2-9)和(2-10)用含硫化氢的原料气硫化催化剂的化学式(2-9)和(2-10),并且除上述反应外,还可能产生如下副反应:
CO+H2OCO2+H+39.7KJ/mol CO+3H2CH4+H2O
+214.6KJ/mol COS+H2OCO2+H2S
+35.2KJ/mol 所以使用原料气硫化必须注意避免副反应的发生,尤其在压力较高的情况下,甲烷化反应的可能性很高。为了避免副反应发生,或者已经发生了,一般往原料气中加氮气以降低氢含量和CO分压的方法来限制温度超过允许值。
上述硫化反应都是放热反应,个别的(甲烷化反应)是强放热反应,且只有达到一定温度硫化反应才能进行。硫化操作注意以下几方面的问题:
硫化温度的控制:温度过低,如室温,不会发生氢解反应,加入的二硫化碳在催化剂表面大量聚集,当温度升到200℃时,氢解反应和硫化反应都急骤发生,温度暴涨,温度高于500℃,引起活性组分微晶增大甚至烧结。操作温度过高,如大于300℃,因此时会发生还原反应生成金属钴,金属钴对甲烷化反应有很强的催化作用,再叠加上硫化反应,床层可能出温度暴涨。另外,粗原料气中氧含量过高、CS2加入过多过快或开始加入时床层温度过高或过低、温度调节不当,发生强放热的甲烷化反应,也将导致温度暴涨。所以,在床层温度为200℃时加入二硫化碳,因为二硫化碳的氢解反应在大约200℃时方可较快发生,即使加入较高浓度的二硫化碳,只要控制适当,也不会温度暴涨。
硫化物添加的速度:以H2S、COS、CS2或其它化合物形式存在的硫加入到催化剂中,应按一定的速度添加,避免加入过快,硫化反应放热量大,温度暴涨。如每吨催化剂加入60kg,添加时间应大于36h。
硫化终点的确定:硫化的终点应由反应炉出口的硫化氢浓度的增加来决定。在装置内催化剂是否完全硫化或硫化程度在一个较低的水平是无关紧要的,未完全硫化的催化剂影响不是很大,因为在正常过程中催化剂可以继续吸收硫。
催化活性的稳定:因上述硫化反应可逆反应,所以,为了保持硫化钴和硫化钼的稳定状态,正常操作中原料气中总硫不应低于0.1g/m3。
4.催化剂的反硫化
反硫化是指催化剂组分的MoS2和CoS的水解,反硫化是催化剂失活的重要原因。反硫化反应如下:
MoS2+2H2O=MoO2+2H2S CoS+H2O=CoO+H2
因催化剂活性组分反硫化反应是可逆吸热的,降低温度、增加硫化氢含量或降低水蒸气含量,有利于抑制反硫化反应,故抑制反硫化的因素如下:
操作温度:在相同汽气比的条件下,温度升高,易发生反硫化反应。此时,硫化氢浓度必须相应升高才能保持催化剂的活性,否则就会出现反硫化现象。
硫化氢浓度:在相同的温度条件下,汽气比增大,易发生反硫化反应,硫化氢浓度必须相应升高才能保持催化剂的活性,否则就会出现反硫化现象。当温度,汽气比一定时,开始使MoS2发生水解反应的H2S浓度为最低硫化氢含量,当变换炉出口温度升高时,相应的最低硫化氢含量也升高。
(七)操作条件
一氧化碳变换工序的操作条件包括:变换压力、变换温度、空间速度、H2O/CO比和最终一氧化碳变化率等。所选择的操作条件必须满足产量高、消耗定额低、工艺流程及设备结构简单、操作方便及安全可靠等要求。
1.变换压力
压力较低时,变换压力对变换反应的化学平衡几乎无影响,但变换压力对反应速度有影响,反应速度随压力的增加而增大,考虑到变换压力对系统动力消耗和后续操作等影响,一氧化碳变换生产中采用加压变换,其优点如下:
变换器的生产能力较大。这是因为提高压力加快了变换的反应速度,采用较大空速提高催化剂的生产能力。
动力消耗低。因合成甲醇采用较高压力,变换前干原料气体积小于干变换气体积,先压缩干原料气后再进行变换比常压变化后再压缩变换气的动力消耗低。
提高热能回收利用价值。加压变换使得变换气中水蒸气冷凝温度高,提高了过剩蒸汽的回收价值。
加压有利于传热和传质,所以,设备体积小,布置紧凑,设备投资小。生产中采用较高操作压力的缺点是:
需要较高压力的蒸汽,若采用的蒸汽全部靠外界引入,加压变换增大高压蒸汽的负荷。
设备投资大。这是因为较高的操作压力,系统冷凝液的酸度增大,系统腐蚀性增强,对设备的材质和制造技术均提出了较高的要求。
综上所述,加压变换采用较高的压力各有利弊,但优点是主要的,压力选取的出发点是考虑到合成甲醇的工艺特点、工艺蒸汽和压缩机各段的合理配置,现在合成甲醇工业广泛采用加压变换。
2.操作温度
一氧化碳变换操作温度必须控制在催化剂的活性温度范围内,目前工业上所用的钴钼催化剂的活性温度范围大体为200-550℃。
由于变换反应是可逆放热反应,所以,在温度范围,操作温度的高低对一氧化碳变换的结果有一个矛盾,即降低温度有利于提高一氧化碳的平衡转化率,但不利于加快变换反应速度。故在一定空速下存在最适宜的变换温度,使一氧化碳变换速度最快。
最适宜温度恒低于平衡温度。在反应过程中,反应物的组成是不断变化的,显然反应初期,相应物系组成的平衡温度最高,反应末期与物系组成相应的平衡温度最低。故一氧化碳变换率由低到高变化,最适宜温度随之由高向低转变。
实际生产中完全按照最适宜温度曲线操作是不现实的,反应初期,一氧化碳变换率较低,平衡温度较高,已大大超过催化剂允许使用温度范围,而此时,远离平衡,即使离开最适宜温度曲线在较低温度下操作,仍可有较高的反应速度。随反应的进行,一氧化碳变换率增加,反应热增加,适宜温度要求降低,要考虑适当移出热量。
同一催化剂在不同的使用时期,其最适宜温度不同。催化剂在使用初期活性较强,反应温度可以低些;使用中期活性减弱,操作温度要比使用初期提高8-10℃;后期活性衰退,操作温度要比使用中期更高一些。
所以,在实际中生产中一氧化碳变换温度要综合考虑各种因素而确定,变换炉的设计及生产中温度的控制原则是:
应在催化剂活性温度范围内操作,防止超温造成催化剂活性组分因烧结而降低活性,反应开始温度应高于催化剂起始活性温度20℃左右。随着催化剂使用年限的增长,由于中毒、老化等原因,催化剂活性降低,操作温度应适当提高。
尽可能接近最佳反应温度线进行反应。为此,必须从催化剂床层中排出热量,不断降低反应温度,对排出的热量加以合理利用。可采用分段冷却,段数越多,则越接近最佳反应温度线,但流程越复杂,根据原料气中的CO含量,一般多将催化剂床层分为一段、二段或多段。段间进行冷却,冷却的方式有两种,一是间接换热式,用原料气或饱和蒸汽进行间接换热,二是直接冷激式,用原料气、水蒸汽或冷凝液直接加入反应系统进行降温。
对于低变过程,还应特别根据气相中水蒸汽含量确定低变过程的温度下限,操作温度的下限必须高于气体的露点温度20-30℃。这是因为催化剂操作温度较低,而气相中水蒸汽含量又较高,当气体降温进入低变系统时,有可能达到该条件下的露点温度而析出液滴,液滴凝聚于催化剂的表面造成催化剂的破裂粉碎,引起床层阻力增加。注意,露点温度随气体中水蒸汽含量的增加而升高,随水蒸汽分压提高而提高,操作温度的下限也要相应提高。
3.空间速度
一氧化碳变换炉的空间速度是指1立方米的催化剂在1小时内通过的气体体积。该物理量的单位为h-1。增加空间速度,其实就是增加气体通过催化剂床层的速度。空间速度对一氧化碳工序操作的影响可归纳如下:
增加空间速度,气体与催化剂接触时间缩短,出炉气体中一氧化碳含量较高。
增加空间速度,处理气量大,生产强度提高。
增加空间速度,使气体通过催化剂床层的阻力增大,动力消耗增加。
降低空间速度,一氧化碳含量降低,但反应放热量过大,催化床层维持最佳温度难度加大。
空间速度的选取与催化剂的活性有关,活性好,反应速度快,可采用较大空间速度,一般空间速度在600-1500h-1。
4.汽气(H2O/CO)比
汽气比即水蒸汽与干原料气(或其中CO)的体积比,它对生产操作和经济效益都有重要影响。
采用高汽气(H2O/CO)比的优点是: 增加水蒸气用量,从化学平衡角度,有利于提高一氧化碳平衡变换率
增加水蒸气用量,反应初期由于过量的水蒸气对一氧化碳和二氧化碳起到稀释作用,不利于提高反应速度,但反应末期,有利于提高一氧化碳变换的反应速度
增加水蒸气用量,有利于抑制副反应2COC+CO2,CO+3H2CH4+H2O 大量过剩的水蒸汽在绝热反应器中起着热载体的作用,将反应热取出,使得床层温升减小。因此,对CO浓度或原料气中氧含量高者,可提高蒸汽比例,将反应热充分移出避免催化剂烧坏。
采用高汽气(H2O/CO)比的缺点是:
增加蒸汽消耗,这是变换过程中最主要的消耗指标 增加系统阻力或降低生产能力 变换炉内反应温度维持困难
蒸汽比例过大,会减少反应时间,降低变换率
一氧化碳变换过程汽气比确定的原则为:在保证工艺要求的一氧化碳变换率前提下,尽可能降低水蒸气用量,合理回收热能。汽气比确定与原料气CO含量、最终一氧化碳变换率和催化剂活性、变换温度等有关。具体减低水蒸气用量的措施如下:
采用低温活性高的催化剂,使反应在较低的温度下进行,平衡变换率较高,不需要很大的汽气比便可以实现最终一氧化碳变换率
将一氧化碳变换与后续工序脱除残余一氧化碳方法结合考虑,合理确定一氧化碳最终变换率
催化剂床层数要合适,段间冷却良好,注意提高变换系统自产蒸汽量及预热回收热量等措施均可直接或间接降低蒸汽消耗
综上,本项目由于原料气中CO含量较高,变换余热较多,为合理用能,需要进行逐级回收一氧化碳变换热量,故拟采用三段变换,一氧化碳变换采用两段宽温耐硫变换串一段低温耐硫变换工艺。为节省蒸汽消耗,段间采用锅炉给水激冷方法(在淬冷过滤器中,产生蒸汽),采用激冷流程一方面提高变换炉入口水/气比、另一方面降低变换炉入口温度。低温耐硫变换用于调节生产甲醇所需要的CO指标要求。
5.最终一氧化碳变换率 理论上提高变换率的途径有:
降低反应温度,这受到催化剂活性温度限制。增大蒸汽用量,这应当从经济上权衡得失。
变换到一定程度后除去CO2再变换,即变换和脱碳交替进行。这由于流程复杂,投资庞大,在实际生产中很少采用。
从制氢和除去CO角度都需要提高最终一氧化碳变换率,残余一氧化碳含量少,合成甲醇原料的利用率高,甲醇产量得到提高。但最终一氧化碳变换率过高,则要耗用过多蒸汽和催化剂,生产成本加大,而且蒸汽量增加到一定程度,一氧化碳变换率提高不大。
具体最终一氧化碳变换率的确定取决于原料气的来源和后工序的要求,当原料气中含有足够量蒸汽时,可提高一氧化碳变换率,当以液氮洗出去残余CO时,可适当降低变换率的要求。
二、工艺流程
由于变换过程需要消耗大量的水蒸气,通过改进工艺过程以尽量减少蒸汽消耗量对整个生产节能降耗具有重要的意义。而目前对变换工艺的模拟计算仅是在规定转化率的前提下得到水蒸气的消耗,从工艺本身而言,并不能确定最小的蒸汽耗量。目前变换工艺有如下几种流程:
A.水煤气经废热锅炉降温、分离冷凝液后的水煤气全部通过变换炉的流程(称为“全通过流程”),主要采用控制进变换炉的水气比来达到变换的程度以满足合成气对氢碳比的要求。
B.部分水煤气不经过变换,另一部分水煤气直接通过变换炉的流程(称为“纯配气流程”),主要采用控制进变换炉的气量和配气的流量来满足合成气对氢碳比的要求。
C.部分水煤气不经过变换,另一部分水煤气经废热锅炉降温气、分离冷凝液后通过变换炉的流程(称为“废锅-配气流程”),主要采用控制进变换炉的气量和配气的流量来满足合成气对氢碳比的要求。
以上三种流程各有其特点及优缺点。
“全通过流程”最早应用在鲁南化肥厂年产十万吨/年的生产装置(德士古气化),由水煤气废热锅炉降温气、分离冷凝液后的水煤气再进变换炉,其优点为:进变换炉的水煤气相当经过了一次洗涤,进变换炉的水煤气带灰极小、减小变换炉的压降、降低水煤气的水气比、降低反应温度延长催化剂的使用寿命。缺点是水煤气废热锅炉需要设计上留出足够大余量来控制进变换炉的水气比、相对催化剂的需要增加一些;随着气化压力的增加和规模大型化,“全通过流程”中的水煤气废热锅需要极大,为了解决这个问题,出现了配气流程。
“纯配气流程”实际上按照生产合成氨的流程加配气演变而来的,其优点为:需要的催化剂相对最小,缺点是进变换炉的水煤气带灰较多(在变换炉前单独加予变炉也作用不大,这在合成氨生产厂无法解决的通病),增大变换炉的压降、较高的水煤气的水气比、较高的反应温度缩短催化剂的使用寿命;
“废锅-配气流程”实际上是吸取了上述两种流程的优点克服了缺点的流程,其优点为;部分水煤经废热锅炉适当的降温气、分离冷凝液后进变换炉的水煤气相当经过了一次洗涤,进变换炉的水煤气带灰较小,减小变换炉的压降、降低水煤气的水气比、降低反应温度延长催化剂的使用寿命,缺点是需要水煤气废热锅炉,催化剂的相对装填量增加一点。变换工艺流程图详见附图附图
三、生产装置:
宁夏宝丰能源有限公司共有三套水煤气变换装置,采用耐硫低水汽宽温两段配气变换工艺,使用钴钼催化剂(两年一换),操作温度220-480℃,使用工艺包为青岛联信,去年5月原始开车,开车初期由于粗煤气中带灰严重,导致系统阻力增大,阻力最高达到0.9-1.0MPa,后对催化剂进行更换并对气化系统进行工艺优化,目前运行稳定。从技术到设备全部实现国产化。
神华宁煤集团煤炭化学工业公司共有两套水煤气变换装置,采用耐硫宽温变换工艺,使用齐鲁科力生产的催化剂。
陕西中煤榆林能源化工有限公司共有两套水煤气变换装置,采用部分变换工艺,使用工艺包为国内技术,从技术到设备全部实现国产化。目前催化剂已更换一次,第一次使用庄信万丰催化剂,运行了17月后进行更换,目前使用昌邑凯特生产的催化剂。从目前使用情况来看,国产催化剂并不比国外的差。
第四篇:SMT工艺总结
1、SMT用焊料合金主要有下列特性要求:(1)其熔点比被焊接母材的熔点低,而且与被焊接材料接合后不产生脆化相及脆化金属化合物,并具有良好的机械性能。(2)与大多数金属有良好的亲和力,能润湿被焊接材料表面,焊料生成的氧化物,不会成为焊接润湿不良的原因。(3)有良好的导电性,一定的热应力吸收能力。(4)其供应状态适宜自动化生产等。
2、应用焊料合金时应注意以下问题:(1)正确选用温度范围。(2)注意其机械性能的适用性。(3)被焊金属和焊料成分组合形成多种金属间化合物。(4)熔点问题。(5)防止溶蚀现象的发生。(6)防止焊料氧化和沉积。
3、在目前的元器件、工艺与设备条件下选择无铅焊料,其基本性能应能满足一下条件:(1)熔点低,合金共晶温度近似于Sn63/Pb37的共晶温度183℃,大致为180℃~220℃。(2)无毒或毒性很低,现在和将来都不会污染环境。(3)热传导率和导电率要与Sn63/Pb37的共晶焊料相当。(4)具有良好的润湿性。(5)机械性能良好,焊点要有足够的机械强度和抗热老化性能。(6)要与现有的焊接设备和工艺兼容,可在不更新设备不改变现行工艺的条件下进行焊接。(7)与目前使用的助焊剂兼容。(8)焊接后对各焊点检修容易。(9)成本低,所选用的材料能保证充分供应。
4、焊膏的特点:焊膏与传统焊料相比具有以下显著的特点:可以采用印刷或点涂等技术对焊膏进行精确的定量分配,可满足各种电路组件焊接可靠性要求和高密度组装要求,并便于实现自动化涂敷和再流焊接工艺;涂敷在电路板焊盘上的焊膏,在再流加热前具有一定黏性,能起到使元器件在焊盘位置上暂时固定的作用,使其不会因传送和焊接操作儿偏移;在焊接加热时,由于熔融焊膏的表面张力作用,可以校正元器件相对于PCB焊盘位置的微小偏离,等等。
5、焊膏组成和功能:合金焊料粉:元器件和电路的机械和电气连接;焊剂系统(焊剂、胶黏剂、活化剂、溶剂、触变剂)焊剂:净化金属表面,提高焊料润湿性;胶黏剂:提供贴装元器件所需黏性;活化剂:净化金属表面;溶剂:调节焊膏特性;触变剂:防止分散,防止塌边。
6、影响焊膏特性的因素:焊膏的流变性是制约其特性的主要因素。此外,焊膏的黏度、金属组成和焊料粉末也是影响其性能的重要因素。(1)焊膏的印刷特性:焊料颗粒的质量是影响焊膏印刷特性的重要因素。(2)焊膏的黏度:焊料合金百分含量、粉末颗粒大小、温度、焊剂量和触变剂的润滑性能是影响焊膏黏度的主要因素:粉末颗粒尺寸增加,黏度减少;粉末颗粒尺寸减小,黏度增加。温度增加,黏度减小,温度降低,黏度增加。(3)焊膏的金属组成。(4)焊膏的焊料粉末。
7、SMT工艺对焊膏的要求:(1)具有优良的保存稳定性。(2)印刷时和在再流加热前,焊膏应具有下列特性:印刷时有良好的脱模性。印刷时和印刷后焊膏不易坍塌。合适的黏度。(3)再流加热时要求焊膏具有下列特性:具有良好的润湿性能。减少焊料球的形成。焊料飞溅少。(4)再流焊接后要求的特性:洗净性。焊接强度。
8、焊膏的发展方向:
1、与器件和组装技术发展相适应:(1)与细间距技术相适应。(2)与新型器件和组装技术的发展相适应。
2、与环保要求和绿色组装要求相适应:(1)与水清洗相适应的水溶性焊膏的开发。(2)免洗焊膏的应用。(3)无铅焊膏的开发。
10、胶黏剂的黏结原理:当采用混合组装工艺时,在波峰焊接之前,一般需采用胶黏剂将元器件暂时固定在PCB上。黏结时,为使胶黏剂与被黏结的材料紧密接触,材料表面不能有任何类型的污染,以使胶黏剂能对材料产生良好的润湿。当胶黏剂润湿被黏结的材料表面并与之紧密接触,则在它们之间产生化学的和物理的作用力,从而实现二者的黏结。
12、SMT对清洗剂的要求:
1、良好的稳定性。
2、良好的清洗效果和物理性能。
3、良好 的安全性和低损耗。
13、胶黏剂不同涂敷方式的特点比较:针式转移:特点:适用于大批量生产;所有胶点一次成形;基板设计改变要求针板设计有相应改变;胶液曝露在空气中;对胶黏剂黏度控制要求严格;对外界环境温度、温度的控制要求高;只适用于表面平整的电路板;欲改变胶点的尺寸比较困难。速度:300000点/h。胶点尺寸大小:针头的直径;胶黏剂的黏度。胶黏剂的要求:不吸潮;黏度范围在15pa.s左右。
注射法:特点:灵活性大;通过压力的大小及施压时间来调整点胶量因而胶量调整方便;胶液与空气不接触;工艺调整速度慢,程序更换复杂;对设备维护要求高;速度慢,效率不高;胶点的大小与形状一致。速度:20000点/h~40000点/h。胶点尺寸大小:胶嘴针孔的内径;涂覆压力、时间、温度;“止动”高度。胶黏剂的要求:能快速点涂;形状及高度稳定;黏度范围70pa.s~100pa.s。
模板印刷:特点:所有胶点一次操作完成;可印刷双胶点和特殊形状的胶点;网板的清洁对印刷效果影响很大;胶液曝露在空气中,对外界环境湿度,温度要求较高;只适用于平整表面;模板调节裕度小;元件种类受限制,主要适用片式矩形元件及MELF元件;位置准确、涂敷均匀、效率高。速度:15s/块~30s/块。胶点尺寸大小:模板开孔的形状与大小;模板厚度;胶黏剂的黏度。胶黏剂的要求:不吸潮;黏度范围为200pa.s~300pa.s。
14、分配器点涂技术基本原理:分配器点涂是预先将胶黏剂灌入分配器中,点涂时,从分配器上容腔口施加压缩空气或用旋转机械泵加压,迫使胶黏剂从分配器下方空心针头中排出并脱离针头,滴到PCB要求的位置上,从而实现胶黏剂的涂敷。
15、分配器点涂技术的特点:适应性强,特别适合多品种产品场合的胶黏剂涂敷;易于控制,可方便地改变胶黏剂量以适应大小不同元器件的要求;而且由于贴装胶处于密封状态,其粘结性能和涂敷工艺都比较稳定。
16、针式转印技术原理:操作时,先将钢针定位在装有胶黏剂的容器上面;而后将钢针头部浸没在胶黏剂中;当把钢针从胶黏剂中提起时,由于表面张力的作用,使胶黏剂黏附在针头上;然后将黏有胶黏剂的钢针在PCB上方对准焊盘图形定位,接着使钢针向下移动直至胶黏剂接触焊盘,而针头与焊盘保持一定间隙;当提起针时,一部分胶黏剂离开针头留在PCB的焊盘上。
17、针式转印技术的特点:能一次完成许多元器件的胶黏剂涂敷,设备投资成本低,适用于同一品种大批量组装的场合。但它有施胶量不易控制、胶槽中易混入杂物、涂敷质量和控制精度较低等缺陷。随着自动点胶机的速度和性能的不断提高,以及由于SMT产品的微型化和多品种少批量特征越来越明显,针式转印技术的适用面已越来越小。
18、印刷涂敷原理:印刷前将PCB放在工作支架上,由真空或机械方法固定,将已加工有印刷图像窗口的丝网/漏模板在一金属框架上绷紧并与PCB对准;当采用丝网印刷时,PCB顶部与丝网/漏模板底部之间有一距离,当采用金属漏模板印刷时不留刮动间隙;印刷开始时,预先将焊膏放在丝网/漏模板上,刮刀从丝网/漏模板的一端向另一端移动,并压迫丝网/漏模板使其与PCB表面接触,同时压刮焊膏通过丝网/漏模板上的印刷图像窗口印制在PCB的焊盘上。
19、印刷涂敷的特点:(印刷涂敷分为丝网印刷和模板漏印)丝网印刷:
1、刮板前方的焊膏沿刮板前进方向作顺时针走向滚动;
2、丝网和PCB表面隔开一小段距离;
3、丝网从接触到脱开PCB表面的过程中,焊膏从网孔传递到PCB表面上。
模板漏印:
1、刮板前方的焊膏沿刮板前进方向作顺时针走向滚动;
2、漏模板脱开PCB表面的过程中,焊膏从网孔传递到PCB表面上。20、丝网印刷原理:丝网印刷时,刮板以一定速度和角度向前移动,对焊膏产生一定的压力,推动焊膏在刮板前滚动,产生将焊膏注入网孔所需的压
力。由于焊膏是黏性触变流体,焊膏中的黏性摩擦力使其流层之间产生切变。在刮板凸缘附近与丝网交接处,焊膏切变速率最大,这就一方面产生使焊膏注入网孔所需的压力,另一方面切变率的提高也使焊膏黏性下降,有利于焊膏注入网孔。当刮板完成压印动作后,丝网回弹脱开PCB。结果在PCB表面就产生一低压区,由于丝网焊膏上的大气压与这一低压区存在压差,所以就将焊膏从网孔中推向PCB表面,形成印刷的焊膏图形。
21、模板漏印特点:模板漏印属直接印刷技术,采用金属模板代替丝网印刷中的网板进行焊膏印刷,也称模板印刷或金属掩膜印刷技术。金属模板上有按照PCB上焊盘图形加工的无阻塞开口,金属模板与PCB直接接触,焊膏不需要溢流。它印刷的焊膏比丝网印刷的要厚,厚度由所用金属箔的厚度确定。模板可以采用刚性金属模板,将它直接连接到印刷机的框架上,也可以采用柔性金属模板,利用其四周的聚酯或不锈钢丝网与框架相连接。
22、模板印刷和丝网印刷相比:虽然它比较复杂,加工成本高。但有许多优点,如对焊膏粒度不敏感、不易堵塞、所用焊膏黏度范围宽、印刷均匀、可用于选择性印刷或多层印刷,焊膏图形清晰、比较稳定,易于清洗,可长期储存等。并且很耐用,模板使用寿命通常为丝网的25倍以上。为此,模板印刷技术适用于大批量生产和组装密度高、多引脚细间距的产品。
23、焊膏印刷的主要工序为:基板输入→基板定位→图像识别→焊膏印刷→基板输出。
24、焊膏印刷的不良现象,原因及改进措施:(1)位置偏移不良:原因:装置本身的位置精度不好;焊膏印刷时进入网板开口部的均匀性差;由刮刀及其摩擦因素对网板形成的一种拉力不良。改进措施:加强对网板内的印刷压力,另外还可检查一下焊膏的特性是否符合要求。(2)焊膏量不足:原因:因印刷压力过大对网板开口部生成一种挖取力所致;因印刷压力过大引起其中的焊剂溢出,产生脱板性劣化;因印刷压力不足,焊膏滞留网板表面造成脱板性劣化。改进措施:应及时观察网板反面的渗溢状况,适当地调整印刷压力。(3)焊膏量过多:原因:由印刷压力不足、网板表面留存的焊膏残留会使印刷量增加焊膏渗流到网板反面,影响网板的紧贴性,使印刷量增加。改进措施:应及时观察网板反面的渗溢状况,适当地调整印刷压力。(4)印刷形状不良:原因:焊膏的n值偏大。改进措施:较理想的印刷状态应该是触变性系数在0.7左右。(5)焊膏渗透:基板与网板紧贴性差;印刷时压力过大会产生焊膏的溢出;由刮刀及其摩擦因素对网板形成的一种拉力原因所致。改进措施:应适当降低印刷压力。
25、印刷工艺参数(采用印刷机涂敷焊膏时需调整的主要工艺参数):(1)刮刀速度(2)刮刀角度(3)印刷压力(4)焊膏的供给量(5)刮刀硬度、材质(6)切入量(7)脱板速度(8)印刷厚度(9)模板清洗
26、贴装机的3个最重要的特性:精度、速度、适应性。(1)贴片的精度包含:贴装精度、分辨率、重复精度。(2)一般可以采用以下几种定义描述贴装机的贴装速度:贴装周期、贴装率、生产量。(3)贴装机的适应性包含以下内容:(1)能贴装元器件类型;(2)贴装机能容纳的供料器数目和类型;(3)贴装机的调整。
28、影响准确贴装的主要因素:(1)、SMD贴装准确度分析;(2)、贴装机的影响因素;(3)、坐标读数的影响;(4)、准确贴装的检测;(5)、计算机控制。
29、SMD贴装准确度的影响因素:(1)、引脚与焊盘图形的匹配性;(2)、贴装吸嘴与焊盘的对称性;(3)、贴装偏差测量数据的分析;(4)、定位精度与重复精度。30、贴装机的影响因素:(1)贴片机XY轴传动系统的结构;【常见传动结构形式有三种:(1)PCB承载平台XY轴坐标平移传动。(2)贴装头/PCB承载平台XY轴平移联动。(3)贴装头XY轴正交平移传动。】(2)XY坐标轴向平
移传动误差;(3)XY位移检测装置;(4)真空吸嘴Z轴运动对器件贴装偏差的影响;(5)贴装区平面的精度;(6)贴装机的结构可靠性;(7)贴装速度对贴装准确度的影响。
31、坐标读数的影响:
1、PCB对准标志;【把PCB的位置特征寄存在贴装机的坐标系统中,采用的方法有:(1)寄存PCB边缘;(2)寄存加工孔;(3)PCB级视觉对准。】
2、元器件定心。【元器件定心方法:(1)机械定心爪;(2)定心台;(3)光学定心。】
32、准确贴装的检测:
1、元器件检测;【元器件检测主要有3项基本内容:元器件有/无;机械检测;电气检测。】
2、贴装准确度的检测。【贴装准确度的测量方法:(1)多引脚器件贴装准确度的测量;(2)片式器件贴装准确度的测量。】
33、计算机的组成:计算机是由控制硬件和程序两部分组成。
34、高精度视觉贴装机的功能:它要能完成高密度PCB线路的贴片,即使在PCB焊盘变形扭曲或PCB翘曲和采用细间距器件情况下,也能可靠地精确贴片。
35、高精度贴装机的组成:主要是由中央控制计算机、视觉处理计算机系统和贴装现场控制计算机系统组成。
36、SMT与THT相比具有以下特点:(1)元器件本身受热冲击大;(2)要求形成微细化的焊接连接;(3)由于表面组装元器件的电极或引线的形状、结构和材料种类繁多,因此要求能对各种类型的电极或引线都能进行焊接;(4)要求表面组装元器件与PCB上焊盘图形的接合强度和可靠性高。
37、波峰焊的基本原理:波峰焊是利用波峰焊机内的机械泵或电磁泵,将熔融钎料压向波峰喷嘴,形成一股平稳的钎料波峰,并源源不断地从喷嘴中溢出。装有元器件的印制电路板以直线平面运动的方式通过钎料波峰面而完成焊接的一种成组焊接工艺技术。
38、波峰焊工艺基本流程:准备→元件插装→喷涂钎剂→预热→波峰焊→冷却→清洗
39、波峰焊接中的3个主要因素是:钎剂的供给、预热和熔融焊料槽。焊剂的供给方式有:喷雾式、喷流式和发泡式。40、波峰焊工艺中常见的问题及分析:(1)润湿不良:原因:印制电路板和元器件被外界污染物污染;PCB及元件严重氧化;助焊剂可焊性差等。措施:可采用强化清洗工序、避免PCB及元器件长期存放;选择合格助焊剂等方法解决。(2)钎料球:原因:PCB预热温度不够,导致线路板的表面助焊剂未干;助焊剂的配方中含水量过高及工厂环境湿度过高等。措施:注意控制PCB的预热温度及助焊剂的含水量。(3)冷焊:原因:输送轨道的皮带振动,机械轴承或电机电扇转动不平衡,抽风设备或电扇太强等。措施:PCB焊接后,保持输送轨道的平稳,让钎料合金在固化的过程中,得到完美的结晶,即能解决冷焊的困扰。当冷焊发生时可用补焊的方式修整,若冷焊严重时,则可考虑重新焊接一次。(4)焊点不完整:原因:焊孔钎料不足,焊点周围没有全部被钎料包覆;通孔润湿不良,钎料没有完全焊接到孔壁顶端,此情形只发生在双层或多层板;钎料锅的工艺参数不合理,钎料锅温度过低,传送带速度过快等。措施:对于通孔润湿不良,要注意是否有元器件及PCB本身的可焊性不良,通孔壁有断裂或有杂物残留,通孔受污染,防焊油墨流入通孔内,助焊剂因过度受热而没有活性,通孔与原件脚的比例不正确,钎料波不稳定或输送带振动等不良现象存在。(5)包焊料:原因:压钎料的深度不正确;预热或钎料锅温度不足;助焊剂活性与密度的选择不当;不适合的油脂类混在焊接流程或钎料的成分不标准或已严重污染等。(6)冰柱:原因:机器设备或使用工具温度输出不均匀,PCB板焊接设计不合理,焊接时会局部吸热造成热传导不均匀,热沉大的元器件吸热;PCB板或原件本身的可焊性不良,助焊剂的活性不够,不足以润湿;助焊剂中的固体百分含量太低;PCB板过钎料太深,钎料波流动不稳定,手动或自动钎料锅的钎料面有
钎料渣或浮物;元件脚与通孔的比例不正确,插元件的过孔太大,PCB表面焊接区域太大时,造成表面熔融钎料凝固慢,流动性大等。(7)桥接:原因:PCB焊接面没有考虑钎料流的排放,PCB线路设计太近,元器件脚不规律或元件脚彼此太近等;PCB或元器件脚有锡或铜等金属杂物残留,PCB板或元器件脚可焊性不良,助焊剂活性不够,钎料锅受到污染;预热温度不够,钎料波表面冒出污渣,PCB沾钎料太深等。措施:当发现桥接时,可用手工焊分离。(8)焊点短路:原因:露出的线路太靠近焊点顶端,元件或引脚本身互相接触;钎料波振动太严重等。40.再流焊接与波峰焊接技术相比具有以下特点:(1)它不像波峰焊接那样,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。但由于其加热方法不同,有时会施加给器件较大的热应力。(2)仅在需要部位施放焊料;能控制焊料施放量,能避免桥接等缺陷的产生。(3)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,只要焊料施放位置正确,就能自动校正偏离,使元器件固定在正常位置。(4)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。(5)焊料中一般不会混入不纯物。使用焊膏时,能正确地保持焊料的组成。
41、在再流焊接中,将焊料施放在焊接部位的主要方法是:(1)焊膏法(2)预敷焊料法(3)预成形焊料
42、根据提供热源的方式不同,再流焊有:传导、对流、红外、激光、气相等方式。再流焊主要加热方法:红外、气相、热风、激光、热板。再流焊技术主要按照加热方法进行分类:主要包括:(1)热板传导再流焊(2)红外线辐射加热再流焊(3)热风对流加热再流焊与红外热风再流焊(4)气相加热再流焊(5)激光加热再流焊
44、气相再流焊接技术与其它再流焊接方法相比,有以下特点:(1)由于在SMA的所有表面上普遍存在凝聚现象,气化潜热的转移对SMA的物理结构和几何形状不敏感,所以可使组件均匀地加热到焊接温度。(2)由于加热均匀,热冲击小,能防止元器件产生内应力。(3)焊接温度保持一定。(4)在无氧气的环境中进行焊接。(5)热转换效率高。
45、气相再流焊接中需注意的问题:(1)在焊接前需进行预热;(2)VPS系统运行中应控制氟惰性液体和辅助液体的消耗;(3)应严格控制工艺参数以确保SMA焊接的可靠性;(4)采用vps系统时,必须对液体进行定期或连续处理,以确保去掉液体低级分解产生的酸;(5)vps设备应按规定进行维修;(6)应注意气相再流焊接时产生的缺陷。
46、影响液体消耗的因素:(1)开口部的处理;(2)通道是否倾斜;(3)液体种类的差别;(4)传送机构的差别。控制vps工艺参数时应考虑以下因素:(1)加热槽内液体面必须高于浸没式加热器。(2)冷却蛇形管内的冷却剂应始终保持制造厂家推荐的温度范围。(3)应该连续监控蒸气温度和液体沸点。(4)SMA在主蒸气区的停留时间取决于SMA的质量。气相再流焊接缺陷:(1)芯吸现象:原因:再流加热时,元器件引线比PCB焊盘先达到焊料熔融温度,使焊料上吸。(2)曼哈顿现象:原因:左右两边电极上焊料熔融时间不同,表面张力不平衡和VPS液体浮力的作用,产生元件直立。措施:在VPS中对SMA进行预热、防止焊膏厚度过厚、注意元件的大小与排列可避免“曼哈顿”现象产生。
47、红外再流焊接的优点(与VPS相比):(1)波长范围1μm--5μm的红外线能使有机酸和焊膏中的氢氧化氨焊剂活化剂离子化,显著改善了焊剂的助焊能力。(2)红外线能量渗透到焊膏里,使溶剂排放出来,而不会引起焊膏飞溅或表面剥落。(3)允许采用不同成分或不同熔化温度的焊料。(4)加热速度比VPS缓慢,元器件所受热冲击小。(5)在红外加热条件下,PCB温度上升比气相加热快。(6)与VPS相比,加热温度
和速度可调整。(7)可采用惰性气体气氛进行焊接,可适用于焊后免洗工艺。
48、红外再流焊接工艺问题:(1)预热温度和时间。(2)在预热之后,逐渐提高再流加热温度,使SMA达到焊料合金的润湿温度,最后达到峰值,使SMA在峰值温度下暴露时间最短,以防元器件劣化。(3)传送机构的运动速度应满足所需工艺要求。
49、工具再流焊接技术根据加热方式的不同有:热棒法、热压块法、平行间隙法和热气喷流法等4种类型。50、在激光再流焊接中普遍采用:固体YAG激光和CO2激光
53、再流焊的焊接不良及其对策:
1、焊膏的未熔融:(1)在固定部位发生的未熔融(2)发生的部位不固定,属随即发生。
2、焊料量不足:检验项目:(1)刮刀将网板上的焊膏转移时,网板上有没有残留焊膏。对策:确认印刷压力设定基板、网板、刮刀的平行度(2)印刷网板的开口部有没有被焊膏堵塞。对策:当焊膏性能恶化会引起黏度上升,这时会同时带来润湿不良,从而对其进行检查焊膏印刷状态与开口部尺寸是不是吻合(3)网板开口部内壁面状态是否良好。对策:要注意到用腐蚀方式成形的开口部内壁面状态的检验,必要场合,应更换网板。(4)聚酯型刮刀的工作部硬度是否适合。对策:刮刀工作部如果太软,印刷时会切入网板开口部挤走焊膏,这在开口部尺寸比较宽时特别明显。(5)焊膏的滚动性是否正常:措施:重新设定印刷条件在焊膏黏度上升时,如同时出现润湿不良,从而对其进行检查。检验对印刷机供给量的多或少。
3、焊料润湿不良。
4、焊料桥连:检验项目:(1)印刷网板与基板间是否有间隙。对策:检查基板是否存在挠曲,如有挠曲可在回流焊炉内装上防变形机构检查印刷机的基板顶持结构,使基板的保持状态与原平面一致调整网板,基板工作面的平行度。(2)对应网板面的刮刀工作面是否存在倾斜。对策:调整刮刀的平行度。(3)刮刀工作速度是否超速。措施:重复调整刮刀速度。(4)焊膏是否回流到网板的反面一侧。对策:网板开口部设计是否比基板焊区要略小一些网板与基板间不可有间隙是否过分强调使用微间距组装用的焊膏,微间距组装常选择粒度小的焊膏,如没必要,可更换焊膏。(5)印刷压力是否过高,有否刮刀切入网板开口部现象。对策:聚酯型刮刀的工作部硬度要适中,太软易产生对网板开口部的切入不良重新调整印刷压力。(6)印刷机的印刷条件是否适合。对策:检查刮刀的工作角度,尽可能采用60度角。(7)每次供给的焊膏量是否适合。对策:可调整印刷机的焊膏供给量。
5、焊料球:(1)焊膏中焊料粉末氧化场合。解决对策:首先检查一下焊料粉末氧化的原因,在再流焊中有没有发生氧化,或者是焊膏的使用方法是否适当,是否因再流焊时间过长使焊膏失去活性所致。(2)由焊膏加热时的塌边而发生的场合。对策:先检查焊膏的印刷量是否正确,再调查焊接预热时间是否充分或是否发生焊膏中溶剂的飞散不良,当上述检查得不到满意结果或仍情况不明,则可考虑对选用的焊膏提出更换要求,或请供应商提供加入了防止加热熔融塌边材料的新焊膏品种。(3)由焊膏中溶剂的沸腾而引起焊料飞散场合。对策:检查焊接工序设定的温度曲线是否符合工艺要求,焊接预热是不是充分,在找不到原因时,可对使用的焊膏提出更换要求。
6、元件位置偏移:检验项目:(1)在回流炉的进口部元件的位置有没有错位。对策:检验贴片机贴装精度,调整贴片机检查焊膏的黏结性观察基板进入回流炉时的传送状况。(2)在回流焊接中发生了元件的错位。对策:检查升温曲线和预热时间是否符合规定基板进入回流炉内是否存在振动等影响预热时间是否过长,使活性剂失去作用,再检查升温曲线。(3)焊区印刷的焊膏是否过多。对策:调整焊膏的供给量。(4)基板焊区设
计是否正确。对策:按焊区设计要求重新检查。(5)焊膏的活性力是否合格。对策:可改变使用活性力强的焊膏。
7、引脚吸料现象:(1)焊料润湿不良。对策:对润湿不良实施对策。(2)焊接中引脚部温度比焊接部温度高,熔融焊料易向温度高的部位移动,从而导致吸料现象。对策:对再流焊工序的温度曲线重新确认或调整。
54、免洗焊接包括的两种技术:(1)采用低固体含量的焊后免洗焊剂。(2)惰性气体焊接和在反应气氛中进行焊接。
55、免洗焊接工艺主要有:惰性气氛焊接工艺和反应气氛焊接工艺
56、无铅焊接技术与传统焊接技术相比的优缺点:优点:无铅焊接除了对环境保护有利之外,与传统含铅焊料Sn/Pb合金相比,它还有抗蠕变特性好,能提高电子产品质量和寿命等。缺点:(1)由于焊接温度提高带来的问题。(2)焊接以后的焊点外观变化带来的问题。(3)金相组织变化带来的问题。(4)无铅焊料合金的润湿性、扩散性不如Sn/Pb焊料合金好,表面张力大、比重小,容易受元器件、基板电极的Pb、Bi、Cu等杂质的影响,更容易产生红眼、桥连、焊料球、接合部的剥离、强度劣化等质量故障。
58、影响清洗的主要因素:
1、元器件类型与排列。
2、PCB设计。
3、焊剂类型。
4、再流焊接工艺与焊后停留时间。
59、污染物的测试方法:
1、基本测试方法(目测法、溶剂萃取法、表面绝缘电阻法)。
2、极性污染物的测试。
3、非极性污染物和焊剂剩余物的测试。60、SMT检测技术的基本内容:可测试性设计;原材料来料检测;工艺过程检测和组装后的组件检测等。61、来料检测包括:
1、元器件来料检测(1、元器件性能和外观质量检测。
2、元器件可焊性检测。
3、元器件引脚共面性检测。)
2、PCB来料检测(1、PCB尺寸与外观检测。
2、PCB的翘曲和扭曲检测。
3、PCB的可焊性测试。
4、PCB阻焊膜完整性测试。
5、PCB内部缺陷检测。)
3、组装工艺材料来料检测(1、焊膏检测。
2、焊料合金检测。
3、焊剂检测。
4、其它来料检测。)62、AOI技术检测功能:元器件检验、PCB光板检查、焊后组件检查63、常用的焊点检测技术主要有:激光/红外检测、X射线检测、超声波检测、图像比较AOI技术等。66、返修加热方法:可以用3种方法对PCB加热:(1)热传导加热。(2)热空气对流加热。(3)辐射加热
第五篇:PCB工艺总结
PCB工艺总结:
第一章、原材料
1、基板:一般印制电路板用基板材料可分为两大类:刚性基板材料和柔性基板材料。一般刚性基板材料的重要品种是覆铜板。它是用增强材料(包括玻纤布基覆铜板;纸基覆铜板;复合基覆铜板,另外还有特殊增强材料构成的覆铜板还有:芳酰胺纤维无纺布基覆铜板、合成纤维基覆铜板等),浸以树脂胶黏剂(即绝缘材料,酚醛树脂、环氧树脂(EP)、聚酰亚胺树脂(PI)、聚酯树脂(PET)、聚苯醚树脂(PPO或)、氰酸酯树脂(CE)、聚四氟乙烯树脂(PTFE)、双马来酰亚胺三嗪树脂(BT)),通过烘干、裁剪、叠合成坯料,然后覆上铜箔,用钢板作为模具,在热压机中经高温高压成形加工而制成的。一般的多层板用的半固化片,则是覆铜板在制作过程中的半成品(多为玻璃布浸以树脂,经干燥加工而成)。
2、铜箔:覆铜板的铜箔在出厂前需要进行表面处理。(有电镀铜箔和碾压铜箔,后者主要用在挠性产品中。)A 传统处理
a、瘤化处理:在粗面迅速镀一层铜 b、是否镀锌、镀镍处理 c、是否进行钝化处理
3、防焊漆:主要作用是留出板上等焊的通孔及PAD(锡垫),将其它的线路及铜面盖住,防止波焊时造成短路;防止湿气及各种电解质侵害线路、防止外来的机械伤害;绝缘功能。
防焊油漆颜色有绿、黄、白、黑。种类主要有环氧树脂IR烘烤型、UV硬化型、液态感光型,干膜防焊漆。
环氧树脂IR烘烤型:
UV硬化型:
液态感光型:液态感光双组份防焊油墨吧,其主要成份是:树脂,色粉,铜面促进剂,消泡剂,稳定剂等
干膜防焊漆:
4、油墨:
第二章 生产工工艺
一、内层制作工艺
1、裁板、磨边:将一张大料根据不同拼板要求用机器切成小料的过程。开料后的板边尖锐,容易划伤手,同时使板与板之间擦花,所以开料后再用磨边机磨边。
2、铜面处理:在印刷电路板制程中不管那一个步骤,铜面的清洁与粗化的效果关系着下一工序的成败。以下工序需要进行铜面处理: a.干膜压膜;b.内层氧化处理前; c.钻孔后;d.化学铜前;e.镀铜前;
f.绿漆前;g.喷锡(或其它焊垫处理流程)前;h.金手指镀镍前
除a.c.f.g.外,其余工序的铜面处理皆属制程自动化中的一部分。(1)铜面处理工艺(a.刷磨法、b.喷砂法、c.化学法)1刷磨法:需要做刷良试验,确定刷深及均匀性。○
a、优点: 成本低、制程简单弹性;
b、缺点: 薄板细线路板不易进行、基材拉长不适内层薄板、刷痕深时易造成D/F附着不易而渗镀、有残胶之潜在可能
c、工艺流程:利用刷磨均匀抛刷铜面其平整且刷痕一致,获得均匀的粗糙度,对油墨有良好的附著力。刷磨轮分三种: 尼龙刷磨;白毛清洗刷磨(无研磨剂)、不织布刷磨轮;
2.喷砂法:喷砂材料由70%矿物化火山岩组成,去除氧化物,粗糙铜面。○3 化学微蚀法(发展趋势,因为产品向着超薄方向发展):只针对内层薄片○(厚度小于8mil)使用。有时与刷磨工序联合使用。主要微蚀液为sps(过硫酸钠)+硫酸,过硫酸铵+硫酸体系;双氧水+硫酸体系.微蚀速度40~60u/s.3、图像转移
(1)印刷法(将逐步被干膜法替代):下列是目前尚可以印刷法cover的制程: a.单面板之线路,防焊(大量产多使用自动印刷,以下同)b.单面板之碳墨或银胶 c.双面板之线路,防焊 d.湿膜印刷 e.内层大铜面 f.文字
g.可剥胶(Peelable ink)(2)丝网印刷:
丝网印刷中几个重要基本原素:网材,网版,乳剂,曝光机,印刷机,刮刀,油墨,烤箱等,.a.网布材料
(1)依材质不同可分丝绢(silk),尼龙(nylon),聚酯(Polyester,或称特多龙),不锈钢,等.电路板常用者为后三者.(2)编织法:最常用也最好用的是单丝平织法 Plain Weave.b.网版(Stencil)的种类
(1).直接网版(Direct Stencil)将感光乳胶调配均匀直接涂布在网布上烘干后连框共同放置在曝光设备台 面上并覆以原稿底片再抽真空使其密接感光经显像后即成为可印刷的网 版通常乳胶涂布多少次,视印刷厚度而定.此法网版耐用,安定性高,用于大 量生产.但制作慢,且太厚时可能因厚薄不均而产生解像不良.(2).间接网版(Indirect Stencil)把感光版膜以曝光及显像方式自原始底片上把图形转移过来然后把已有图 形的版膜贴在网面上待冷风干燥后撕去透明之载体护膜即成间接性网版 其厚度均匀,分辨率好,制作快,多用于样品及小量产.c.油墨
油墨的分类有几种方式(1).以组成份可分单液及双液型.(2).以烘烤方式可分蒸发干燥型化学反应型及紫外线硬化型(UV)(3).以用途可分抗蚀,抗镀,防焊,文字,导电,及塞孔油墨.不同制程选用何种油墨,须视各厂相关制程种类来评估,如碱性蚀刻和酸性蚀刻 选择之抗蚀油墨考虑方向就不一样.d、烘烤
不同制程会选择不同油墨, 烘烤条件也完全不一样,须根据厂商提供的 data sheet,再依厂内制程条件的差异而加以修改.一般因油墨组成不一 烘烤方式有风干,UV,IR等烤箱须注意换气循环温控时控等.3、干膜法:
4、蚀刻:用于蚀刻的化学药液种类常见者有两种:一是酸性氯化铜(CuCl2)蚀刻液,一种是碱性氨水蚀刻液,主要配方见下图:
酸性蚀刻液中CU2+浓度控制:
a.CuCl2酸性蚀刻反应过程之分析
铜可以三种氧化状态存在原子形成Cu°, 蓝色离子的Cu++以及较不常见 的亚铜离子Cu+金属铜可在铜溶液中被氧化而溶解见下面反应式1 Cu°+Cu++2 Cu+-------------(1)在酸性蚀刻的再生系统就是将Cu+氧化成Cu++,因此使蚀刻液能将更多的 金属铜咬蚀掉
以下是更详细的反应机构的说明 b.反应机理及过程
直觉的联想在氯化铜酸性蚀刻液中Cu++ 及Cu+应是以CuCl2 及CuCl存 在才对但事实非完全正确两者事实上是以和HCl形成的一庞大错化物存 在的
Cu° + H2CuCl4 + 2HCl 2H2CuCl3-------------(2)金属铜 铜离子 亚铜离子
其中H2CuCl4 实际是 CuCl2 + 2HCl 2H2CuCl3 实际是 CuCl + 2HCl 在反应式(2)中可知HCl是消耗品即使(2)式已有些复杂但它仍是以下两 个反应式的简式而已
Cu°+ H2CuCl4 2H2CuCl3 + CuCl(不溶)----------(3)CuCl + 2HCl 2H2CuCl3(可溶)----------(4)式中因产生CuCl沈淀会阻止蚀刻反应继续发生但因HCl的存在溶解 CuCl维持了蚀刻的进行由此可看出HCl是氯化铜蚀刻中的消耗品而且 是蚀刻速度控制的重要化学品。
1)蚀刻机理:
Cu+CuCl2→Cu2Cl2 Cu2Cl2+4Cl-→2(CuCl3)2-
2)影响蚀刻速率的因素:影响蚀刻速率的主要因素是溶液中Cl-、Cu+、Cu2+的含量及蚀刻液的温度等。a、Cl-含量的影响:溶液中氯离子浓度与蚀刻速率有着密切的关系,当盐酸浓度升高时,蚀刻时间减少。在含有6N的HCl溶液中蚀刻时间至少是在水溶液里的1/3,并且能够提高溶铜量。但是,盐酸浓度不可超过6N,高于6N盐酸的挥发量大且对设备腐蚀,并且随着酸浓度的增加,氯化铜的溶解度迅速降低。添加Cl-可以提高蚀刻速率的原因是:在氯化铜溶液中发生铜的蚀刻反应时,生成的Cu2Cl2不易溶于水,则在铜的表面形成一层氯化亚铜膜,这种膜能够阻止反应的进一步进行。过量的Cl-能与Cu2Cl2络合形成可溶性的络离子(CuCl3)2-,从铜表面上溶解下来,从而提高了蚀刻速率。b、Cu+含量的影响:根据蚀刻反应机理,随着铜的蚀刻就会形成一价铜离子。较微量的Cu+就会显著的降低蚀刻速率。所以在蚀刻操作中要保持Cu+的含量在一个低的范围内。c、Cu2+含量的影响:溶液中的Cu2+含量对蚀刻速率有一定的影响。一般情况下,溶液中Cu2+浓度低于2mol/L时,蚀刻速率较低;在2mol/L时速率较高。随着蚀刻反应的不断进行,蚀刻液中铜的含量会逐渐增加。当铜含量增加到一定浓度时,蚀刻速率就会下降。为了保持蚀刻液具有恒定的蚀刻速率,必须把溶液中的含铜量控制在一定的范围内。d、温度对蚀刻速率的影响:随着温度的升高,蚀刻速率加快,但是温度也不宜过高,一般控制在45~55℃范围内。温度太高会引起HCl过多地挥发,造成溶液组分比例失调。另外,如果蚀刻液温度过高,某些抗蚀层会被损坏。
5、剥膜:剥膜在pcb制程中有两个工序会使用:一是内层线路蚀刻后之D/F剥除,二 是外层线路蚀刻前(剥除(若外层制作为负片制程))。化学药液多为NaOH或KOH浓 度在1~3%重量比。内层之剥膜后有加 酸洗中和也有防铜面氧化而做氧化处理者。
6、AOX检测:内层板线路成完后,必须保证通路及绝缘的完整性(integrity),即如同单面板一样先要仔细检查因一旦完成压合后,不幸仍有缺陷时,则已为时太晚,对于高层次板子而言更是必须先逐一保证其各层品质之良好,始能进行压合, 由于高层板渐多,内层板的负担加重,且线路愈来愈细,万一有漏失将会造成压合后的昂贵损失.传统目视外,自动光学检查(AOI)之使用在大厂中已非常普遍, 利用计算机将原图案牢记,再配合特殊波长光线的扫瞄,而快速完美对各层板详作检查但AOI有其极限,例如细断路及漏电(Leakage)很难找出,故各厂渐增加短断路电性测试。
7、压合:
(1)表面氧化处理:
A.增加与树脂接触的表面积,加强二者之间的附着力(Adhesion).B.增加铜面对流动树脂之润湿性,使树脂能流入各死角而在硬化后有更强的抓地力
C.在裸铜表面产生一层致密的钝化层(Passivation)以阻绝高温下液态树脂中胺类(Amine)对铜面的影响
主要有黑化与棕化工艺:
黑化:黑化工艺:它是一种氧化处理在碱性介质中的一种化学反应,使得树脂与铜面的接触面积增大,结合力加强。在化学反应中通常使用强氧化剂亚氯酸钠(NaclO2)、高锰酸钾(K2MnO4)等,以NaclO2化学反应为例: 4Cu+NaCLO2------2Cu2O+NaCL 2Cu2O+NaCLO2------4CuO+NaCL 黑氧化处理的产物主要是氧化铜(CuO),黑化层因液中存有高碱度而杂有Cu2O,此物容易形成长针状或羽毛状结晶。此种亚铜在高温下容易折断而大大影响铜与树脂间的附着力, 并随流胶而使黑点流散在板中形成电性问题,而且也容易出现水份而形成高热后局部的分层爆板。黑化因结晶较长,厚度较厚,一般铜面的瑕疵较容易盖过去而能得到色泽均匀的外表。但光面的黑化层却容易受酸液之侧攻而现出铜之原色,有些人认为黑化的产物是氧化铜和氧化亚铜,这是业内的一些错误论调,经过分析,可以测定铜原子和氧原子之间的结合能,氧化物表面铜原子和氧原子之间的比例;
黑化同时也带来了一种缺陷,黑化层较厚,经PTH后常会发生粉红圈, 这是因 PTH中的微蚀或活化或速化液攻入黑化层而将之还原露出原铜色之故。对于粉红圈的处理又分为还原法和溶解法,其解决方法是提高黑化膜的抗酸能力,但是整个生产成本明显增高。
棕化:棕化过程是铜在一种酸性的介质中的一种化学反应,棕化处 理的产物主要是氧化亚铜(CU20),棕化层则呈碎石状瘤状结晶贴铜面,其结构紧密无疏孔,与胶片间附着力远超过黑化层,不受高温高压的影响,成为聚亚醯胺,另外氧化亚铜膜具有致密、完整、均匀提供一致性的粗糙度,为下一步有机金属转化膜提供了良好的物理结构。
棕化液的组成[3~6]:
① 硅烷类化合物,特别是易水解成膜的硅烷偶联剂,使用一种或多种,有些不易溶于水,需要使用醇类有机溶剂,辅助溶解,最佳使用浓度质量百分比1%-5%(未水解时的浓度)。加入棕化液前,令硅烷部分或完全水解。水解处理就是把硅烷与酸性水混合搅拌,或者与含醇类化合物的水混合。
② 唑、吡咯等化合物。咪唑、苯并咪唑、三唑、苯并三唑等衍生物。如1,2,3-三唑,1,2,4-三唑,3-甲基-1,2,4-三唑,羟基苯并三唑等。使用浓度:重量百分比0.1%-10%。最佳1%-3%。
③ 氧载体。如过氧化氢。有助于唑类化合物吸附于铜表面,若缺少,则唑类化合物无法吸附于铜面上。原因:很薄的一层铜被氧氧化后,铜表面很可能首先形成了铜-唑类化合物。用量:重量百分比0.1%-5%,最好1%-2%。太少则处理时间过长,太多则微蚀过度。过氧化氢在这里的作用不是微蚀形成粗糙铜,而是去除一薄层铜,有利于有机铜层的沉积,该层能有效地提高结合力。
④ 有机或无机酸。如硫酸、磷酸、硝酸,醋酸、甲基磺酸、乙醇酸、柠檬酸等。其中硫酸最好,成本低,不会增加废液处理难度。硫酸作用:一方面有利于硅烷水解,另一方面有利用去除一薄层铜。使用浓度:重量百分比1%-40%,最好5%-15%。
⑤ 锌化合物。可溶性的有机或无机锌盐。如硝酸锌、硫酸锌、磷酸锌、醋酸锌、甲烷磺酸锌。使用浓度:重量百分比0.01%-20%。最佳0.2%-2%。作用:在铜面吸附的第一层唑类化合物与后续吸附的唑类化合物之间,锌化合物参与形成配位络合物,这样可以形成足够厚的沉积层,该沉积层表现为暗棕色,适合应用于线路板制造。如果不使用锌化合物,则沉积层厚度很薄、颜色很淡,并且沉积层非常不均匀。
⑥ 过氧化氢稳定剂:苯磺酸、乙二胺四乙酸、巯基乙酸、硅酸钠。重量百分比浓度0.001%-1%,依稳定剂种类不同,选择相应浓度。
棕化工序:碱清洗→DI水洗→预浸液→棕化液→DI水洗→烘干。碱洗目的是除去铜表面的有机残渣和轻微的氧化层。预浸目的是保证铜表面的化学活泼性,使棕化变得快速和均匀,其中棕化是整个生产线的关键。
工艺条件:
① 使用PVC或聚四氟乙烯槽,采用摇摆或轻微搅拌。② 浸渍或水平喷淋。③ 处理温度为 30℃~38℃。温度低则耗时长,温度高则铜易微蚀过度,且过氧化氢会分解。④ 处理时间为30秒~75秒(水平喷淋)。
各组分的作用 ① 硫酸:帮助双氧水微蚀铜,水解含OH的有机聚合物,使其中的R基团变为H,以增强有机聚合物与铜的结合力。② 双氧水作用是蚀刻一层很薄的铜,促使有机金属层沉积在金属铜面上。过硫酸铵(钠)等也可以使用,但文献认为双氧水更好[7]。
③ 含OH的有机A:其与相同分子之间反应的同时与半固化环氧树脂聚合;同时与含N 的杂环化合物B、金属铜(含OH)形成化学键。
④ 含N的杂环化合物B:与基体铜结合外,通过A的桥键与环氧树脂结合,含N的杂环化合物分子间通过铜离子以配位键的形式连接起来,增加了棕化层的厚度和平整性。⑤ 氯离子:对板子的颜色、微蚀厚度、抗撕强度有很大影响。需要监测其浓度。⑥ 3,5-二硝基水杨酸等含硝基的有机化合物[7],可以与金属表面反应,特别是铜和铜合金,以提供均匀的金属转化层,该层有利于和聚合物材料成键。
棕化液再生:棕化处理是一个化学蚀铜反应过程,随着棕化生产的进行,棕化液中的铜离子浓度不断上升,当铜离子超过一定限量后,棕化液便会因铜离子过多而产生棕化铜面发白、棕化铜面色泽不均等品质问题,因此,此时棕化槽液必须进行处理,使铜离子控制在一定范围内,从而保证棕化产品的品质。通常棕化过程中铜离子浓度达到一定限量后,需要不断排放棕化液,同时补充添加液以降低铜离子浓度,且保持棕化槽各有效组分含量的稳定。为了提高棕化液的利用率,可以收集排放的棕化液A,经过除铜和调整处理后作为棕化添加液B使用,即将棕化液A经过浓缩,成为铜离子含量较高的浓缩液,然后经过冷却结晶析出硫酸铜晶体,使溶液铜离子含量降低,最后通过对棕化液有效成分分析调整,得到添加液B,再添加到棕化生产过程中,达到棕化液循环使用的目的。
主要工艺流程:A.碱性清洗-也有使用酸洗.市售有多种专业的化药,能清除手指纹油脂,scum或有机物
B.酸浸-调整板面PH,若之前为酸洗,则可跳过此步骤.C.微蚀-微蚀主要目的是蚀出铜箔之柱状结晶组织(grain structure)来增加表面积,增加氧化 后对胶片的抓地力通常此一微蚀深度以50-70微英吋为宜微蚀对棕化层的颜色均匀上非 常重要, D.预浸中和-板子经彻底水洗后,在进入高温强碱之氧化处理前宜先做板面调整 ,使新鲜的铜 面生成-暗红色的预处理,并能检查到是否仍有残膜未除尽的亮点存在
E.氧化处理-市售的商品多分为两液,其一为氧化剂常含以亚氯酸钠为主,另一为氢氧化钠及添 加物,使用时按比例调配加水加温即可通常氢氧化钠在高温及搅动下容易与空气中的二氧化 碳形成碳酸钠而显现出消耗很多的情况,因碱度的降低常使棕化的颜色变浅或不均匀,宜分析 及补充其不足温度的均匀性也是影响颜色原因之一,加热器不能用石英,因高温强碱会使硅 化物溶解操作时最好让槽液能合理的流动及交换
F.还原此步骤的应用影响后面压合成败甚巨.G.抗氧化此步骤能让板子的信赖度更好,但视产品层次,不一定都有此步骤.H.后清洗及干燥-要将完成处理的板子立即浸入热水清洗,以防止残留药液在空气中干涸在板面 上而不易洗掉,经热水彻底洗净后,才真正完工(2)、叠板
胶片相态变化:胶片中的树脂为半硬化的 B-Stage 材料,在受到高温后即会软化及流动,经过一段软化而流动 的时间后,又逐渐吸收能量而发生聚合反应使得黏度增大再真正的硬化成为 C-Stage 材料。压合机种类:
a、舱压式压合机:压合机构造为密闭舱体,外舱加压、内袋抽真空受热,压合成型。各层板材所承受之热力与压力来自四面八方加压加温之惰性气体
优点: 因压力热力来自于四面八方故其成品板厚均匀流胶小可使用于高楼层
缺点: 设备构造复杂成本高且产量小
b、液压式压合机:液压式压合机构造有真空式与常压式。其各层开口之板材夹于上下两热压盘间,压力由下往上压,热力藉由上下热压盘加热传至板材。优点:a.设备构造简单成本低且产量大 b.可加装真空设备有利排气及流胶 缺点: 板边流胶量较大板厚较不均匀 C.ADARA SYSTEM Cedal 压合机 Cedal为一革命性压合机,其作动原理为在一密闭真空舱体中利用连续卷状铜箔迭板。在两端通电流,因其电阻使铜箔产生高温,加热。Prepreg用热传系数低之材质做压盘,藉由上方加压达到压合效果。因其利用夹层中之铜箔加热,所以受热均匀,内外层温差小,受压均匀。比传统式压合机省能源故其操作成本低廉。优点: a.利用上下夹层之铜板箔通电加热省能源操作成本低 b.内外层温差小受热均匀产品品质佳 c.可加装真空设备有利排气及流胶 d.Cycle time短约4Omin.e.作业空间减小很多.f.可使用于高楼层
缺点: 设备构造复杂成本高且单机产量小迭板耗时 压合机热源:
a、电加热式:于压合机各开口中之压盘内安置电加热器直接加热 优点: 设备构造简单成本低保养简易
缺点: a.电力消耗大;b.加热器易产生局部高温使温度分布不均 b、加热软水使其产生高温高压之蒸汽直接通入热压盘: 优点: 因水蒸汽之热传系数大热媒为水较便宜
缺点: a.蒸气锅炉必需专人操作设备构造复杂且易锈蚀,保养麻烦;b.高温高压操作危险性高
C.藉由耐热性油类当热媒以强制对流方式输送将热量以间接方式传至热压盘 优点: 升温速率及温度分布皆不错操作危险性较蒸汽式操作低 缺点: 设备构造复杂价格不便宜保养也不易 D.通电流式: 利用连续卷状铜箔迭板在两端通电流因其电阻使铜箔产生高温加热Prepreg用热传系数低之材质做压盘减少热流失
优点: a.升温速率快(35/min.)内外层温差小及温度分布均匀;b.省能源操作成本低廉
缺点: a.构造复杂设备成本高 叠板结构:
若压合机有十二个开口,每一开口有上下热压盘,共十三个热压盘。迭板方式以钢质载盘为底盘,放入十二张牛皮纸及一张铜箔。基板中间以一层镜面钢板一层板材的方式迭入十二层板材,上面再加一层镜面钢板及一张铜箔基板和十二张牛皮纸再盖上钢质盖板.A-1 迭板结构各夹层之目的
a.钢质载盘,盖板(Press plate): 早期为节省成本多用铝板,近年来因板子精密度的提升已渐改成硬化之钢板,供均匀传热用.b.镜面钢板(Separator plate): 因钢材钢性高, 可防止表层铜箔皱折凹陷,拆板容易。钢板使用后如因刮伤表面或流胶残留无法去除,就应加以研磨。
c.牛皮纸: 因纸质柔软透气的特性可达到缓冲受压均匀施压的效果,且可防止滑动。因热传系数低可延迟热传均匀传热之目的,在高温下操作牛皮纸逐渐失去透气的特性,使用三次后就应更换。
d.铜箔基板:其位于夹层中牛皮纸与镜面钢板之间,可防止牛皮纸碳化后污染镜面钢板或黏在上面,缓冲受压均匀施压
e.其它有脱模纸(Release sheet)及压垫(Press pad)Conformal press的运用,大半都用在 软板coverlayer压合上.压板过程中压力变化:
a.初压(吻压 Kiss pressure):每册(Book)紧密接合传热,驱赶挥发物及残余气体
b.第二段压:使胶液顺利填充并驱赶胶内气泡,同时防止一次压力过高导致的皱折及应力
c.第三段压:产生聚合反应使材料硬化而达到C-stage d.第四段压:降温段仍保持适当的压力,减少因冷却伴随而来之内应力 压板后处理: a、后烤:通常后烤条件是150,4小时以上.如果先前压合步 骤curing很完整,可不做后烤,否则反而有害(降低Tg).目的:a.让聚合更完全.b.若外表有弯翘,则可平整之.c.消除内部应力并可改善对位.B.铣靶,打靶-完成压合后板上的三个箭靶会明显的出现浮雕(Relief), 手动作业:将之置于普通的单轴钻床下用既定深度的平头铣刀铣出箭靶及去掉原贴的耐热胶 带,再置于有投影灯的单轴钻床或由下向上冲的冲床上冲出靶心的定位孔,再用此定位孔定 在钻床上即行钻孔作业注意要定时校正及重磨各使用工具, b.X-Ray透视打靶: 有单轴及双轴,双轴可自动补偿取均值,减少公差.C.剪边(CNC裁板):-完成压合的板子其边缘都会有溢胶,必须用剪床裁掉。以便在后续制程中作业方便及避免造成人员的伤害,剪边最好沿着边缘直线内1公分处切下,切太多会造成电镀夹点的困扰,最好再用磨边机将四个角落磨圆及边缘毛头磨掉,以减少板子互相间的刮伤及对槽液的污染。或者现在很普遍直接以CNC成型机做裁边的作业。
8、钻孔
钻孔房环境设计
A.温湿度控制: 一般钻房的温度应控制在18-22℃、相对湿度≦50€‚当温湿度不符合要求,会影响钻机的性能表现。
B.干净的环境:钻房环境力求清洁。钻机清理时不可使用高压风枪吹尘,此举一方面会影响操作员健康,另一方面会影响钻机的寿命及精度。
C.地板承受之重量 D.绝缘接地的考量 E.外界振动干扰
钻孔过程使用的物料:
钻针(a.硬度高耐磨性强的碳化钨(94%b.耐冲击及硬度不错的钴(4%)、c.有机黏合剂)、盖板、垫板。
9、镀通孔:
其目的使孔壁上之非导体部份之树脂及玻纤束进行金属化(metalization), 以进行后来之电镀铜制程,完成足够导电及焊接之金属孔壁。主要包括以下几个步骤:
(1)去巴里:钻完孔后,若是钻孔条件不适当,孔边缘有1.未切断铜丝2.未切断玻纤的残留,称为burr.因其要断不断,而且粗糙,若不将之去除,可能造成通孔不良及孔小,因此钻孔后会有de-burr制程.也有de-burr是放在Desmear之后才作业.一般de-burr是用机器刷磨,且会加入超音波及高压冲洗的应用.(2)除胶渣(Desmear)A.目的: a.去胶渣
b.创造表面粗糙的微孔,增加结合力。B.Smear产生的原因: 由于钻孔时造成的高温Resin超过Tg值而形成融熔状终致产生胶渣 此胶渣生于内层铜边缘及孔壁区会造成P.I.(Poor lnterconnection)C.除胶渣的四种方法: 硫酸法(Sulferic Acid)、电浆法(Plasma)、铬酸法(Cromic Acid)、高锰酸钾法(Permanganate).a.硫酸法:必须保持高浓度但硫酸本身为脱水剂很难保持高浓度且咬蚀出的孔面光滑无微孔,并不适用。
b.电浆法:效率慢且多为批次生产,而处理后大多仍必须配合其它湿制程处理。因此除非生产特殊板大多不予采用。
c.铬酸法:咬蚀速度快,但微孔的产生并不理想,且废水不易处理又有致癌的潜在风险故渐,被淘汰
d.高锰酸钾法:因配合溶剂制程可以产生微孔同时由于还原电极的推出使槽液安定性获得较佳控制因此目前较被普遍使用。
高锰酸钾法(KMnO4 Process)简介: A.膨松剂(70度,主要成分氢氧化钠、已二醇乙醚、已二醇,5min): a.功能:软化膨松Epoxy降低 Polymer 间的键结能使KMnO4 更易咬蚀形成 Micro-rough 速 率 作 用 Concentration b.不可和KMnO4 直接混合以免产生强烈氧化还原发生火灾 c.原理解释:(1)初期溶出可降低较弱的键结,使其键结间有了明显的差异。若浸泡过长,强的链接也渐次降低,终致整块成为低链接能的表面。如果达到如此状态将无法形成不同强度结面。若浸泡过短则无法形成低键结及键结差异如此 将使KMnO4咬蚀难以形成蜂窝面,终致影响到PTH的效果。
(2)表面张力的问题: 无论大小孔,皆有可能有气泡残留。而表面力对孔内湿度也影响颇大。故 采用较高温操作有助于降低表面张力及去除气泡。至于浓度的问题,为使Drag out降低减少消耗而使用略低浓度,事实上较高浓度也可操作且速 度较快
在制程中必须先湿润孔内壁以后才能使药液进入作用。否则有空气残留后续制程更不易进入孔内其Smear将不可能去除
B.除胶剂(80度): a.使用KMnO4的原因:选KMnO4而未选NaMnO4是因为KMnO4溶解度较佳,单 价也较低
b.反应原理: 4MnO4-+ C + 4OH-=MnO4 + CO2 + 2H2O(此为主反应式)2MnO4-+ 2OH-2MnO4= + 1/2 O2 + H2O(此为高PH值时自发性分解反应)MnO4-+ H2O MnO2 + 2OH-+ 1/2 O2(此为自然反应会造成Mn+4沉淀)c.作业方式:早期采氧化添加剂的方式。目前多用电极还原的方式。操作不稳 定的问题已获解决
d.过程中其化学成份状况皆以分析得知但Mn+7为紫色, Mn+6为绿色,Mn+4 为黑色可由直观的色度来直接判断大略状态若有不正常发生则可能 是电极效率出了问题须注意
除胶剂再生:KMnO4的再生:要提高KMnO4工作液的使用效率,必须考虑将溶液中的MnO4 2-再生转变为MnO4-,目前
普遍采用的是电解再生法,再生器利用的是阴极为大面积的不锈钢柱形圆筒,阳极为钛材料,其与阴极的面积比很小,MnO4-2-在阳极表面发生的反应为MnO4-2--e→MnO4-。使用450~~550A的整流器,由于MnO4 2-不断地氧化成MnO4-,因此工作液中不需大量添加KMnO4原料,它的少量添加是为了平衡工作液的带出损耗,因而大大降低了生产成本,使用较长时间的工作液在槽底会形成沉淀,需定期清除,以保证处理效果。
MLB214D为树脂蚀刻促进剂,可提高KMnO4的树脂蚀刻能力,提高工作液的润湿性,减少孔内气泡,其为白色粉末状固体。
C.中和剂(40度):由于锰是重金属,它的存在会使钯中毒,使钯离子或原子失去活化性能。必须把Mn7+/ Mn6+/MnO2用酸中和成为Mn2+,反应机理如下:
a.NaHSO3是可用的中和之一。其原理皆类似Mn or Mn+6 or Mn+4(Neutralizer)->Mn+2(Soluable)b.为免于粉红圈,在选择Acid base必须考虑。HCl及 H2SO4系列都有。但Cl易攻击氧化层。所以用H2SO4/双氧水为Base 的酸较佳(还含有草酸钠)。
c.药液使用消耗分别以H2SO4及Neutralizer用自动控制设备来补充维护。(3)整孔:
除胶渣后孔内呈现双极现象,其中Cu呈现高电位正电,Glass fiberEpoxy呈负电,整孔使表面清洁,孔壁呈正电性,以利Pd/Sn Colloid负电离子团吸附。
采用阴离子表面活性剂和硫酸。(4)微蚀:
清除清孔后表面之所形成的薄膜和氧化物。微蚀液种类:sps(过硫酸钠)+硫酸,过硫酸铵+硫酸体系;双氧水+硫酸体系.微蚀速度40~60u/s.(5)预活化 Catalpretreatment 1.为避免微蚀形成的铜离子带入Pd/Sn槽,污染槽液。2.降低孔壁的表面张力
预浸槽与活化槽的成分基本相同,区别在于预浸槽中不含活化剂钯。酸性胶体钯预浸液成分:SnCl2 :30g/L、HCl:30ml/L、NaCl:200g/L、脲素:50g/L(6)活化
①活化反应机理:溶液中的Sn2+ 和Pd2+ 的浓度为2:1时所得到的活化液活化性能最好,因此时Sn2+ 和Pd2+ 在溶液中反应形成不稳定的络合物,Pd 2+ + 2Sn2+ →〔PdSn2〕6+ →Pd+Sn4+ +Sn 2+在30℃时〔PdSn2〕6+ 络离子歧化反应12min,大约有90%以上的络合离子被还原成金属钯,它 们呈现出极其细小的金属颗粒分散在溶液中,当加入大量Sn2+ 的和Cl--时,这些细小的钯核表面上很快吸附大量的Sn2+ 的和Cl-,形成带负电的胶体化合物 〔Pd(SnCl3)〕-,这些胶体化合物悬浮在溶液中(负 负相斥),不会沉聚,胶体钯在酸性环境中较稳定,当表面带正电荷的印制板浸入处理液后,胶体钯会很快被基材吸附,而完成活化处理。活化处理过的印制板,在水洗时,表面的SnCl2水解形成碱式锡酸盐沉淀。
②目前市售的胶体钯活化剂大多为盐基胶体钯。PdCl2:1g/l、NaCl:250g/l、SnCl2:12。8g/l、HCl:40ml/l、Na2SnO3:2g/l脲素:50g/l。
③CAT44浓缩液是一种不易燃,酸性,深褐色的液体,每公升大约含钯4。7g,比重约1。2。
(7)速化 Accelerator
+71.Pd胶体吸附后必须去除Sn使Pd2+曝露如此才能在未来无电解铜中产生催化作用形成化学铜,实质是使碱式锡酸盐溶解,可用酸也可用碱处理,效果最好的是 1%的HBF4处理1~~2min。
2.基本化学反应为
Pd+2/Sn+2(HF)Pd+2(ad)+ Sn+2(aq)Pd+2(ad)(HCHO)Pd(s)(8)化学镀铜
镀液成分及作用:
铜盐(253A CuSO4²5H2O)、络合剂(253E EDTA 络合铜离子,减缓沉积速率),还原剂(甲醛,次磷酸盐(新的还原剂,反应机理:Cu2+ + H2PO2- +H2O ====Cu↓+ H2PO3+2H+(酸性);Cu2+ + H2PO2- +2OH- ====Cu↓+ H2PO3+H2O(碱性)),PH值调节剂(NaOH,甲醛在强碱条件下才具有还原性,因此必须加入适量的碱。
添加剂:溶液中存在微量的Cu+,其歧化反应形成的铜粉具有催化作用,易加速化学铜溶液的分解。添加剂能络合Cu+,减小Cu+ 的干扰。
反应机理:
正常反应为 2HCHO+4OH++Cu2+→Cu+2HCOO-+H2O+H2 从反应式可看出,溶液必须为强碱性,HCHO的还原能力取决于碱性强弱,即PH值。在碱性中,必须有足够的络合剂,以稳定Cu2+不致生成 沉 淀。溶液中的相应成分必须保持相应的一定比例。同时反应必须有催化剂的催化作用。
副反应: 不管镀铜液使用与否,总是存在以下两个反应: Cu2O的生成:2Cu2+ +HCHO+5OH-→Cu2O+HCOO-+3H2O Cu2O +H2O→2Cu+ +2OH-2Cu+ →Cu2+ +Cu 形成的铜 粉是分子量级的,分散于溶液中,这些小颗粒具有催化能力,当铜粉数量较多时,就会引起沸腾式的反应,导致溶液迅速分解。HCHO与NaOH的反应:2HCHO+OH-→HCOO-+CH3OH 对于放置不用的化学铜液,几天后,因歧化反应,HCHO变成CH3OH和HCOOH,且消耗大量的NaOH,溶液PH值变低,因此放置不用的溶液重新起用时,必须重新调整HCHO和PH值,特别是HCHO含量小于3g/L时,会加速Cu2O的生成,加速铜液的分解。
目前新工艺:超声波辐射化学镀铜、激光增强化学镀、无钯化学镀(9)剥挂架
10、一次铜
非导体的孔壁经PTH金属化后立即进行电镀铜制程, 其目的是镀上200~500微英吋以保护仅有20~40微英吋厚的化学铜被后制程破坏而造成孔破(Void)。
三、外层制作
1、铜面前处理(同内层制作工序)
2、压干膜:(溶剂显像型、半水溶液显像型、碱水溶液显像型),目前流行的为碱水溶液显像型,以碳酸钠显像、用稀氢氧化钠剥膜。
一、干膜的结构和种类
(1)干膜制造印制电路的优点 分辨率高,能制造线宽0.1mm的图形,在干膜厚度范围以内都能获得边缘垂直的线条,保证线条精度;干膜的厚度和组成基本稳定,避免成像时的不连续性,可靠性高;便于掌握。应用干膜可大大简化印制板制造工序,有利于实现机械化和自动化。
(2)干膜结构 干膜由保护膜聚乙烯、光致抗蚀剂膜和载体聚酯薄膜三部分组成,三者厚度分别是25弘m,几十至100μm和25μm。
(3)干膜种类 依照干膜显影和去膜方法的不同,将干膜分成三类:溶剂型干膜、水溶性干膜和剥离型干膜。
根据干膜的用途,也将干膜分成三类:抗蚀干膜、掩孔干膜和阻焊干膜。(4)干膜的主要成分及作用
①胶黏剂 主要是使胶膜具有一定的化学、物理及机械性能,通常是酯化或酰胺化的聚苯丁树脂。胶黏剂不含感光基团,属于光惰性物质,它与组分的混溶性、成膜性、显影性和去膜性良好。
②光聚合单体 是胶膜的主要成分,在光引发剂的存在下,经紫外光照射发生聚合反应,而不溶于显影液,未感光部分被显影掉,形成抗蚀干膜图像。光聚合单体还是增塑剂,直接影响干膜的韧性、抗蚀性及贴膜性。它主要采用高沸点、易混溶的多官能团不饱和酯类,如三乙二醇双丙烯酸酯,季四醇三烯酸酯等。③光引发剂 在紫外光的照射下分解成游离基,引发聚合和交联反应的物质常用安息醚,叔丁基蒽、醌等。④增塑剂 用于增加干膜的韧性,降低贴膜温度,常用的是三缩乙二醇二乙酸酯。
⑤增黏剂 可增强干膜与铜表面之间的结合力,克服干膜固化后与铜表面之间产生应力而黏附不牢引起胶膜起皮翘起、渗镀。常用增黏剂有苯并三氮,苯并咪唑等,是氮杂环化合物,与铜表面形成配价键结构而提高黏附力。
⑥热阻聚剂 在于膜的制造、运输、贮存和使用过程中,可能发生热聚合,影响干膜的解像力和显影性能。为阻止热能引发的干膜聚合,可在于膜抗蚀剂中加入了对苯二酚,对甲氧基酚等物质。
⑦色料为使干膜抗蚀剂感光显影后形成良好的视觉反差,在干膜中加入了孔雀石绿、甲基紫、亚甲基蓝等颜料。
⑧溶剂 干膜中常用溶剂是丙酮和乙醇。
操作环境:无尘室中进行万级以上,环境温度应控制在23°±3,相对湿度应保持50RH±5左右。操作人员也要带手套及抗静电之无尘衣帽。
压膜机可分手动及自动两种,有收集聚烯类隔层的卷轮、干膜主轮、加热轮、抽风设备等四主要部份。一般压膜条件为:
压膜热轮温度 120°±10 板面温度 50±10 压膜速度 1.5~2.5米/分 压力 15-40 psi
3、曝光: 曝光机种类 手动与自动
平行光与非平行光 LDI雷射直接暴光
A.手动曝光机是将将欲曝光板子上下底片以手动定PIN(引线末端的一段,通过软钎焊使这一段与印制板上的焊盘共同形成焊点)对位后送入机台面 吸真空后曝光
B.自动曝机一般含Loading/unloading,须于板子外框先做好工具孔,做初步定位。再由机台上之CCDCheck底片与孔的对位状况并做微调后入曝光区。
C、非平行光与平行光的差异:平行光可降低Under-Cut 其差异点可见图8.5显影后的比较做细线路(4mil以下)非得用平行光之曝光机
D、LDI(Laser Direct Imaging)激光直接感光之设备与感光方式是利用特殊之感光膜coating在板面。不须底片直接利用激光扫描曝光其细线可做 到2mil以内利用多beam方式18in³24in的板子已有号称曝光时间仅30秒。
4、显影
显像是把尚未发生聚合反应的区域用显像液(碳酸钠)将之冲洗掉已感光部份则因已发生聚合反应而洗不掉仍留在铜面上成为蚀刻或电镀之阻剂膜注意在 显像前不可忘记把表面玻璃纸撕掉。
5、二次铜(负片制作):(1)脱脂(2)水洗(3)微蚀(4)水洗(5)酸浸(6)镀铜(7)水洗
(8)镀锡
镀液成分及作用:
硫酸铜:是供给槽液铜离子的主源。配槽时要用化学级之含水硫酸铜结晶溶解使用。平时作业中,则由阳极磷铜块解离补充。配液后要做活性炭处理(Carbon treatment)及假镀(是指对于重金属污染物,可用较大面积的电解镍板,经活化洗净后,进入镀液中进行电解,以此去除重金属离子。这种方法叫做“假镀”(dummy))
硫酸:要使用试药级的纯酸硫酸有导电及溶解阳极的功用。日常操作中铜量因 吹气的氧化作用使阳极膜的溶解增加故液中的铜量会渐增而酸量会渐减。要逐日作分析,以维持其酸与铜之重量比在10:1以上,以维持良好的分布力。镀液在不镀时要关掉吹气以防铜量上升酸量下降及光泽之过度消耗。
氯离子:有助阳极的溶解及光泽剂的发挥功能。使阳极溶解均匀,镀层平滑光泽。氯离子正常时阳极膜呈黑色,过量时则变成灰白色,配液及添加用的水一 定要纯,不可用自来水。因其加有氯气或漂白粉含次氯酸盐会带入大量的氯离子
阳极:须使用含磷0.02-0.06的铜块其面积最好为阴极的两倍
添加剂:主要有活性剂(聚乙二醇)、光泽(乙撑硫脲,二硫苯骈咪唑,四氢噻唑硫酮)、整平()、载体、润湿(消除氢气泡吸附在镀层表面所产生的针孔,主要种类包含乙基巳基硫酸钠、乙基巳基硫酸钠)等功能。
镀液的过滤循环::一则使镀液流动,再则使浮游物被滤掉。其过滤速度应每小时至少使镀槽全部镀液能循环3次。当然速度愈大愈能降低扩散层的厚度,有利电镀。滤心要在5微吋以下之密度以达清洁之目的。
6、镀锡:
二次铜后镀锡铅合金的目的:
a.蚀刻阻剂, 保护其所覆盖的铜导体不会在碱性蚀铜时受到攻击 b.装配焊接, 须再经IR重熔,目前多已不使用.由于铅对人体有颇大的为害,废液处理不便宜因此纯锡电镀已渐取代传统锡铅 镀锡液组成:硫酸亚锡,硫酸和添加剂(蛋白质(Peptone)白明胶(Gelatin)-Naphthol 邻苯二酚(Hydroquinone))组成,硫酸亚锡含量控制在35克/升左右,硫酸控制在10%左右。
镀锡前需要进行水洗和酸洗,以消除Cu2+等离子污染影响。
7、蚀刻:
A.剥膜:将抗电镀用途的干膜以药水剥除 B.线路蚀刻:把非导体部分的铜溶蚀掉
碱性环境下,蚀刻液成分见内层铜蚀刻工序。
在碱性环境溶液中铜离子非常容易形成氢氧化铜之沉淀,需加入足够的氨水,使产生氨铜缝合离子团。则可抑制其沉淀的发生。同时使原有多量的铜及继续溶解的铜在液中形成非常安定的氨铜络合离子。此种二价的 氨铜络合离子又可当成氧化剂使零价的金属铜被氧化而溶解。不过氧化还 原反应过程中会有一价亚铜离子)出现即:一反应之中间态亚铜离子之溶解度很差必须辅助以,氨水氨离子及空气中大量的氧使其继续氧化成为可溶的二价铜离子而又再成为蚀铜的氧化剂周而复始的继续蚀铜直到铜量太多而减慢为止故一般蚀刻机之抽风除了排除氨臭外更可供给新鲜的空气以加速蚀铜
8、剥锡(铅):最后将抗蚀刻的锡(铅)镀层除去 上述步骤是由水平联机设备一次完工
剥锡液成分:溶液组成有氟系/H2O2,HNO3/H2O2等配方。
1、首先将需要处理的工件放入退锡水中,工件要错开放置,不要重叠,25℃—40℃条件下退除锡镀层,以退尽为止。
2、当锡镀层退除后,在铜基体上会有一层灰黑色的膜,视客户要求而定,如需要去除此膜则必须用我司配送的除膜剂再清洗一次。
3、将退尽锡层的工件从退锡水中取出后,用自来水冲洗干净,然后投入到除膜剂中把铜基体表面上的膜去掉,大约浸泡20秒钟至1分钟。最后取出工件用洁净自来水冲洗干净即可。
4、在退锡过程中要轻缓对工件进行搅拌,但要注意:不要使工件与工件之间因碰撞而损害了精密零件.最好是将工件装在固定的塑料框中,工件与工件之间有一定距离,退镀过程只要晃动框,而不需要碰到工件.同时也避免了工件之间的重叠.9、防焊:
主要工艺流程如下:
印墨包含印刷型和帘涂型、静电喷涂型。
预烤:赶走油墨内的溶剂,使油墨部分硬化,不致在进行曝光时黏底片 后烤: A.通常在显像后墨硬度不足,会先进行UV硬化,增加其硬度以免做检修时刮伤.B.后烤的目的主要让油墨之环氧树脂彻底硬化,文字印刷条件一般为150°C,30min
10、文字印刷
11、表面焊垫的各种处理(1)金手指及喷锡 A金手指:
a.贴胶,割胶:目的是让板子仅露出欲镀金手指之部份线路,其它则以胶带贴住防镀.b、镀镍(垂直):在此是作为金层与铜层之间的屏障防止铜扩散。镍液则是镍含量甚高而镀层应力极低的氨基磺酸镍(Ni(NH2SO3)2)或者硫酸镍,还有辅助剂(硼酸(缓冲作用,维持pH平衡,浓度35~55g/l)、氯化镍(保证阳极正常溶解,防止阳极钝化)、光亮剂(ACR-3010,浓度25~35ml/l)、防针孔剂(赶走氢气泡,阴离子表面活性剂:十二烷基硫酸钠、二乙基已基硫酸钠))
c、镀金:以弱酸性柠檬酸系列的微氰镀液为宜。B、喷锡(又称热风平整)喷锡又称热风整平,是将印制板浸入熔融的焊料中,再通过热风将印制板的表面及金属化孔内的多余焊料吹掉,从而得一个平滑,均匀光亮的焊料涂覆层。
分为垂直式和水平式。流程:
烤板——前处理——助焊剂涂覆—— 浸入熔融焊料——热风整平—— 后处理。
前处理包含:脱脂——清洗——微蚀——水洗酸洗(中和)——水洗热风干
(2)OSP(有机保焊膜,又称护铜剂,)
洁净的裸铜表面上,以化学的方法长出一层有机皮膜。这层膜具有防氧化,耐热冲击,耐湿性,用以保护铜表面于常态环境中不再继续生锈(氧化或硫化等);但在后续的焊接高温中,此种保护膜又必须很容易被助焊剂所迅速清除,如此方可使露出的干净铜表面得以在极短的时间内与熔融焊锡立即结合成为牢固的焊点。
除油所使用药液成分:(1)柠檬酸(2)润湿剂(非离子界面活性剂)微蚀所用药液同内层微蚀工序((1)过硫酸钠、(2)硫酸),使铜表面微粗化,与OSP膜之间有更好的附着性。
预浸:主成份为异丙醇及添加剂,作用:使銅面外層上一層保護膜,以避免銅離子帶入OSP槽內.OSP:主成份(1)主成分:苯基三連唑和(2)甲酸;作用使铜面外层覆盖一层有机保焊膜,防止铜面氧化.(3)化学镍金
A、化学镀镍 镀液: B.一般常用的镍盐为氯化镍(Nickel Chloride)C.一般常用的还原剂有次磷酸盐类(Hypophosphite)/甲醛(Formaldehyde)/联氨(Hydrazine)/硼氩化合物(Borohydride)/硼氢化合物(Amine Borane)D.螯合剂以柠檬酸盐(Citrate)最常见
E.槽液酸碱度需调整控制传统使用氨水(Amonia)也有配方使用三乙醇氨(Triethanol Amine)除可调整PH及比氨水在高温下稳定同时具有与柠檬酸钠结合共为镍金属螯合剂使镍可顺利有效地沉积于镀件上.B、镀金
分为“置换式镀金”与“无电金(化学镀)”。
“浸镀金”: 镀层薄且底面镀满即停止,Ni+2Au+→Ni2++2Au由于金和镍的标准电位相差较大,在合适的溶液中会发生金在镍表面置换沉积出来从反应式我们可以看出,浸金反应要进行必须要有镍层的存在,但随着置换出的金层厚度的增加,镍被完全覆盖后,浸金后反应就停止了。
常用化学浸金的配方与工艺条件:
氯化铵(150克/升);柠檬酸氢二铵(100克/升); 氰化亚金钾(2克/升);稳定剂(适量)温度大于90℃; PH 4.0 化学镀金:原理是利用还原剂,将金还原后均匀沉积在被镀物上,达到所需要的厚度,金厚度可达15μ″以上。其反应式:Au++Red→Au0+ox 金(以氰化亚金钾形式加入)0.5-2克/升 柠檬酸铵 40-60克/升 氯化铵 70-80克/升 偏亚流酸钾(钠)10-15克/升 次亚磷酸钠 10-15克/升 PH 4.5-5.8 温度 90℃
化学镀镍层是极为均匀的,只要镀液能浸泡得到,溶质交换充分,镀层就会非常均匀,几乎可以达到仿形的效果。电镀无法对一些形状复杂的工件进行全表面施镀,但化学镀过以对任何形状工件施镀。
4、化学沉锡(垂直生产线)
酸性除油剂:甲烷磺酸<10~25% ;丁氧基乙醇<2.5~10%;水:剩余部份 微蚀液:硫酸氢钠<10~25%,过硫酸钠<50~100%
浸锡基本剂:LP
浸锡基本剂:2000 外观:无色
外观:无色 状态:液体
状态:液体 比重:1.33g/l
比重:1.12g/l 溶解性:完全溶于水
溶解性:完全溶于水 气味:有较强的刺激性
气味:有刺激性气味 主要成份:
主要成份: 甲基磺酸<10~25% 硫脲<10~25% 水:剩余部份
水:剩余部份 锡溶液:SF-C
浸锡添加剂 • 外观:浅黄色
外观:无色 • 状态:液体
状态:液体 • 比重:1.50g/l
比重:1.02g/l • 溶解性:完全溶于水
溶解性:完全溶于水 • 气味:有较强的刺激性
气味:有刺激性气味 • 主要成份:
主要成份: • 甲基磺酸锡<25~50%
甲基磺酸<2.5~5% • 水:剩余部份
水:剩余部份
5、沉银
2Ag+ + Cu0 2Ag0 + Cu++
主要工艺流程及药液
酸性清洁(175084, 100ml/L, 43oC, 45s) 水洗
微蚀(175085, 120g/l,175086,10g/l,2%的硫酸,2g/l的硫酸铜,37oC, 1min) 水洗
预浸(0.1-0.2N的硝酸, 175098,0.01-0.02M,38oC, 30s) 银槽(0.12-0.22N的硝酸, 175098,0.02-0.04M,175097,0.6-0.9g/l, 52oC,60s)热纯水洗
抗氧化(XD-7437-T, 175503,30%,49-54oC, 1min)水洗
吹烘干
四、后序工序
成型、清洗、检验。
清洗:上板、高压冲洗——轻刷——水洗——吹干——烘干——冷却