1、SMT生产管理及设备应用封面作者：PanHongliang仅供个人学习SMT生产管理及设备应用作者所在系部： 电子工程系 作者所在专业： 电子工艺与管理 作者所在班级： 10252 作 者 姓 名 ：作 者 学 号 ：指导教师姓名：摘 要表面贴装技术，在生产设备的发展上已经与现实的电子产品及电子元件在发展和开发其趋势已互相紧密的联系着。现时的电子产品如电脑产品、家庭电器、电子玩具、电子器材都已大量应用上此技术。尤其是手提电子产品，如流动手提电话、笔记本型电脑等， 其功能越来越多，但其产品体积折越来越细及重量也越来越轻。能做到这些发展都皆因电子元件的尺寸和体积能进一步微型化，以及集成电路 (In
2、tegrated Circuits) 的封装技术不断的发展和改良，使到能在不增加其体积，甚至能缩小其尺寸，而能增加其功能，再加上SMT设备能处理日益微小的电子元件才能得以实现。SMT是怎样来完成贴装焊接的，所需的设备及其工作状况又是怎样的，通过自己的实习将让大家详细了解下表面贴装技术及其设备的操作与管理。 前言- 2 -1. SMT技术 - 2- 1.1 SMT技术简介 - 2 -1.2. SMT工艺流程 - 3 -1.3. SMT工艺设备介绍 - 3 - 1.3.1 模板- 3 - 1.3.2. 丝印- 3 - 1.3.3. 贴装- 3 -1.3.4. 回流焊接- 3 - 1.3.5. 清洗
3、- 3 - 1.3.6. 检验- 3 - 1.3.7. 返修- 3 -2. 印刷设备 - 4 -2.1.印刷原理 - 4 -2.2.印刷机分类 - 5 -2.3印刷不良的解决办法和注意事项 - 6 -3. 贴片机 - 6 -4. 回流焊 - 7 -4.1 回流焊设备的发展 - 7 -4.1.1. 红外线回流焊 - 7 -4.1.2. 热风回流焊 - 7 -4.1.3. 红外/热风回流焊 - 7 -4.1.4. 氮气炉 - 8 -4.2. 回焊炉维修和保养 - 8 -4.2.1. 影响回流曲线形状的几个参数：- 8 -4.2.2. 回焊炉的日保养操作：- 8 -4.3. 小型台式回流焊机与大型多
4、温区回流焊机的性能比较 - 8 -5. 结束语 - 9 -前言随着我国通讯、计算机及网络和电子类产品快速发展，促使SMT这一支撑高技术产品发展的基础技术，已逐渐由技术性探索走向成熟的实际生产应用阶段。应用的范围也由过去少数几个电子企业扩展到几乎各个行业。仅北京电子学会SMT专业委员会的主要成员就来自电子、通信、机械、航空、航天、兵器、船舶、家电、公安和轻工等百余家企业。一些企业引进的SMT生产设备，运行情况良好，并在该技术应用领域取得了可喜的经济效益和成就。九八年北京市电子行业实现工业总产值450亿元，北京电子行业已成为支持首都经济发展的第一支柱产业但是我们还应清醒地意识到，也有不少单位SMT
5、的应用情况令人遗憾，在花费了大量外汇引进了SMT设备之后，却无法满足生产要求，出现诸如设计、工艺过程与SMT不相适应；生产过程效率低、消耗大；产品质量水平差；SMT设备运行不正常、故障率高，维修和保养工作跟不上，后期投入费用过大，造成设备长期闲置的后果。与此同时，许多企业还在技术准备不足的情况下投资上马SMT设备。另外，随着国外SMT发展趋势，适应新产品和满足IC最新封装形势的SMT技术和设备不断涌现，在用的SMT系统都面临技术和设备不断更新的问题，这不免给企业的发展增加了新的投资风险。为此应用好现有设备，使企业赢得较高的经济效益，步入良性循环，寻求新的发展，我认为具有十分现实的意义。1.SM
6、T技术1.1 SMT技术简介SMT是Surface Mount Technology的缩写，即表面贴装技术，它是指将表面贴装器件（SMD）焊接到印刷电路板上的一种电子组装技术。它将传统的电子元器件压缩成为原体积的十分之一左右,从而实现了电子产品组装的高密度、高可靠、小型化、低成本，成为电子信息化产业的基础。SMT由表面贴装元器件（SMD）、表贴工艺和表贴设备三个部分组成，由于SMD的组装密度高，使现有的电子产品在体积上缩小40%60% ，重量上减轻60%80% ，成本上降低30%50% ，同时SMD的可靠性高和高频特性，SMT工艺及其设备的选择和配置成为电子产品质量保证的关键。目前，先进的电子
7、系统，特别是在通讯、计算机及网络和电子类产品，已普遍采用表面贴装技术。国际上SMD器件产量逐年上升，OEM，EMS已成为电子行业主流资源配置方式，传统器件诸如双列直插的芯片以及通孔安装方式的电阻、电容产量逐年下降，因此随着时间的推移，表面贴装技术将越来越普及，而大型的SMT生产线一般只适合于同一品种、大批量电子产品的生产，对于多品种、小批量的电子产品的生产以及研发、教案的应用来说，使用大型SMT生产线是不现实的，而且成本、体积也让国内的众多用户难以接受。1.2.SMT工艺流程SMT主要工艺流程包括锡膏印刷、元件贴装和回流焊接三个部分。锡膏印刷是指使用网板、刮刀和丝印台将焊锡膏准确均匀地分布到所
8、需焊接的各个焊盘上。锡膏印刷所需的工具有不锈钢网板、不锈钢刮刀和丝印台。元件贴装是指使用吸笔或者贴片台将元器件准确地放置在PCB的焊盘上。元件贴装所需的工具有吸笔、贴片台，如果要贴装BGA元件，则需要配置BGA贴装系统。回流焊接是指使用回流焊机将PCB上的焊锡膏溶化，将元件和PCB焊盘连接在一起。回流焊接所需的工具有回流焊机，为了提高工作效率，可以配备PCB托架。1.3. SMT工艺设备介绍1.3.1模板：首先根据所设计的PCB确定是否加工模板。如果PCB上的贴片元件只是电阻、电容且封装为1206以上的则可不用制作模板，用针筒或自动点胶设备进行锡膏涂敷；当在PCB中含有SOT、SOP、PQFP
9、、PLCC和BGA封装的芯片以及电阻、电容的封装为0805以下的必须制作模板。一般模板分为化学蚀刻铜模板（价格低，适用于小批量、实验且芯片引脚间距0.635mm）；激光蚀刻不锈钢模板（精度高、价格高，适用于大批量、自动生产线且芯片引脚间距0.5mm）。1.3.2.丝印：其作用是用刮刀将锡膏或贴片胶漏印到PCB的焊盘上，为元器件的贴装做准备。所用设备为手动丝印台（丝网印刷机）、模板和刮刀（金属或橡胶），位于SMT生产线的最前端。1.3.3.贴装：其作用是将表面贴装元器件准确安装到PCB的固定位置上。所用设备为贴片机（自动、半自动或手工），真空吸笔或镊子，位于SMT生产线中丝印台的后面。 对于实验
10、室或小批量我公司一般推荐使用双笔头防静电真空吸笔。1.3.4. 回流焊接：其作用是将焊膏熔化，使表面贴装元器件与PCB牢固钎焊在一起以达到设计所要求的电气性能并完全按照国际标准曲线精密控制，可有效防止PCB和元器件的热损坏和变形。所用设备为回流焊炉，位于SMT生产线中贴片机的后面。 1.3.5. 清洗：其作用是将贴装好的PCB上面的影响电性能的物质或焊接残留物如助焊剂等除去，若使用免清洗焊料一般可以不用清洗。对于要求微功耗产品或高频特性好的产品应进行清洗，一般产品可以免清洗。所用设备为超声波清洗机或用酒精直接手工清洗，位置可以不固定。 1.3.6. 检验：其作用是对贴装好的PCB进行焊接质量和
11、装配质量的检验。所用设备有放大镜、显微镜，位置根据检验的需要，可以配置在生产线合适的地方。 1.3.7. 返修：其作用是对检测出现故障的PCB进行返工，例如锡球、锡桥、开路等缺陷。所用工具为智能烙铁、返修工作站等。配置在生产线中任意位置。 2. 印刷设备2.1.印刷原理锡膏印刷现在被认为是，表面贴装技术中控制最终焊锡节点品质的关键的过程步骤。印刷是一个建立在流体力学下的制程，它可多次重复地保持，将定量的物料(锡膏或黏胶)涂覆在PCB的表面，一般来讲，印刷制程是非常简单的，PCB的上面与丝网或钢板保持一定距离(非接触式)或完全贴住(接触式)，锡膏或黏胶在刮刀的作用下流过丝网或钢板的表面，并将其上
12、的切口填满，于是锡膏或黏胶便贴在PCB的表面，最后，丝网或钢板与PCB分离，于是便留下由锡膏或黏胶组成的图像在PCB上.在印刷锡膏的过程中，基板放在工作台上，机械地或真空夹紧定位，用定位销或视觉来对准。或者丝网或者模板用于锡膏印刷。在手工或半自动印刷机中，锡膏是手工地放在模板/丝网上，这时印刷刮刀处于模板的另一端。在自动印刷机中，锡膏是自动分配的。在印刷过程中，印刷刮刀向下压在模板上，使模板底面接触到电路板顶面。当刮刀走过所腐蚀的整个图形区域长度时，锡膏通过模板/丝网上的开孔印刷到焊盘上。在锡膏已经沉积之后，丝网在刮刀之后马上脱开，回到原地。这个间隔或脱开距离是设备设计所定的，大约0.0200
13、.040。脱开距离与刮刀压力是两个达到良好印刷品质的与设备有关的重要变量。如果没有脱开，这个过程叫接触印刷。当使用全金属模板和刮刀时，使用接触印刷。非接触印刷用于柔性的金属丝网。2.2.印刷机分类印刷机大致上可分为三类： 1).第一类是手动锡膏印刷机手工印刷机是最简单而且最便宜的印刷系统, PCB放置及取出均需人工完成,其刮刀可用手把或附在机台上,印刷动作亦需人手完成,PCB与钢板平行度对准或以板边缘保证位置度均需依靠作业者的技巧,如此将导致每印一块PCB,印刷的参数均需进行调整变化。此种印刷方式速度慢且印刷质量低，根本不能满足现在生产的需求，基本已经淘汰。2).第二类是半自动锡膏印刷机半自动
14、印刷机是当前使用最为广泛的印刷设备, 它们实际上很类似手工印刷机,其PCB的放置及取出仍赖手工操作,与手工机的主要区别是印刷头的发展,它们能够较好地控制印刷速度,刮刀压力、刮刀角度,印刷距离以及非接触间距,工具孔或PCB边缘仍被用来定位,而钢板系统以助人员良好地完成PCB与钢板的平行度调整,此种印刷机比手动锡膏印刷机有了很大的完善，在产量和质量上有了3).第三类是自动锡膏或全自动锡膏印刷机将锡膏印刷落底板上元件的焊盘上但现时表面贴元件体积愈来愈细小及精细， 所以电路底板之设计相应地细微及细小。因此印刷锡膏亦要大为提升其准确性及效能。 现市场大多数电子产品生产厂商都转用自动或全自动锡膏印刷机去生
15、产SMT产品。PCB的置取均是利用边缘承载的输送带完成,制程参数如刮刀速度、刮刀压力、印刷长度、非接触间距均可编程设定。PCB的定位则是利用定位孔或板边缘,有些设备甚至可利用视觉系统自行将PCB与钢板调成平行,当使用该类视觉系统时,便可免却边缘定位带来的误差,而且令定位变得容易,人工的定位确认为视觉系统所取代 。而较新型的锡膏印刷机更具备视像镜头，可随时监控印刷情况作出修正。2.3印刷不良的解决办法和注意事项1).使用SPC作数据分析统计过程控制(SPC, Statistical Process Control)是一个过分吹嘘的工具。陷井之一是收集过多的数据。关键是决定什么数据重要，什么信息是
16、毫无价值的。 限制数据量的一个方法是，只检查每个板的关键位置，而不是所有板的100%检查。一个经验法则是，监测板的左、右、中间、以及关键的BGA和密脚位置。这个技术抓住了低锡膏量，或当压力、速度或下停位置设定不正确时的最常见的问题。2).消除工艺规程中的印刷缺陷大多数焊膏印刷缺陷与印刷工艺并没有直接的关系。如果这些缺陷在组装过程中产生，则应重新检查PCB规范、模板的设计及焊膏成分。只要注意这几个因素，就可避免大多数缺陷。需要注意的主要缺陷有七种：漏印、印刷不均匀、焊膏塌落、焊球、污损、偏移和清洗不彻底。3. 贴片机贴片机最主要分为两类型： 第一类是拱架型 ( Gantry ) 贴片机。 元件送
17、料器、基板(PCB)是固定的，贴片头(安装多个真空吸料嘴)在送料器与基板之间来回移动，将元件从送料器取出，经过对元件位置与方向的调整，然后贴放于基板上。由于贴片头是安装于拱架型的X/Y坐标移动横梁上，所以得名。这种形式由于贴片头来回移动的距离长，所以速度受到限制。现在一般采用多个真空吸料嘴同时取料(多达上十个)和采用双梁系统来提高速度，即一个梁上的贴片头在取料的同时，另一个梁上的贴片头贴放元件，速度几乎比单梁系统快一倍。但是实际应用中，同时取料的条件较难达到，而且不同类型的元件需要换用不同的真空吸料嘴，换吸料嘴有时间上的延误。这类机型的优势在于：系统结构简单，可实现高精度，适于各种大小、形状的
18、元件，甚至异型元件，送料器有带状、管状、托盘形式。适于中小批量生产，也可多台机组合用于大批量生产。第二类是转塔型 ( Turret ) 贴片机 ：元件送料器放于一个单座标移动的料车上，电路板 ( PCB )放于一个X/Y坐标系 统移动的工作台上，贴片头安装在一个转塔上，工作时，料车将元件送料器 移动到取料位置，贴片头上的真空吸料嘴在取料位置取元件，经转塔转动到 贴片位置 ( 与取料位置成180度 )，在转动过程中经过对元件位置与方向的调整，将元件贴放于电路板上。 此机型在速度上是优越的，适于大批量生产，但其只能用带状包装的元件，如果是密脚、大型的集成电路(IC)，只有托盘包装，则无法完成，因此
19、还有赖于其它机型来共同合作。这种设备结构复杂，造价昂贵，最新机型约在US$50万，是拱架型的三倍以上。4.回流焊4.1 回流焊设备的发展4.1.1.红外线回流焊八十年代使用的红外线(infrared radiation)回流焊利用了红外线穿透力传递能量的原理进行加热。辐射的热传导是高效和大功率。4.1.2.热风回流焊90年代开始兴起的全热风回流焊是一种通过对流喷射管嘴或者耐热风机来迫使气流循环，从而实现被焊件加热的焊接方法。目前应用较广。优点：加热均匀:PCB和元器件的温度接近给定的加热温区的气体温度，完全克服了红外再流焊的温差和遮蔽效应。4.1.3.红外/热风回流焊此类回焊炉是在IR炉基础上
20、加上热风使炉内温度更均匀，是目前较为理想的加热方式。具备上述两类炉子的优点，克服二者的缺点，最先进的回流炉。优点：(1)克服了红外回流焊的温差和遮蔽效应。(2)弥补了热风回流焊气体流速过快而造成元件移位。(3)节能高效4.1.4.氮气炉现代科技发展日新月异，尤其最近几年，SMT生产技术发生巨大变化，其中：生产标准不断升级，无铅锡膏走向前沿，新型基材得到利用，包括元器件本身材料和设计的革新，因此更细、更小、更轻的组装技术，更短的产品周期、更多、更密的I/O引线和更强的可操作性与可控制性都促使热处理工艺向前发展。这时出现了惰性气体保护的回流炉-氮气回流炉。回流焊接过程中，元件，锡膏和PCB焊盘都可
21、能在高温下被氧化，尤其随着组装密度的提高，精细间距组装技术的出现，惰性气体保护的回流炉出现了。惰性气体一般使用氮气。4.2. 回焊炉维修和保养4.2.1. 影响回流曲线形状的几个参数：其中最关键的是传送带速度和每个区的温度设定。带速决定机板暴露在每个区所设定的温度下的持续时间，增加持续时间可以允许更多时间使电路装配接近该区的温度设定。每个区所花的持续时间总和决定总共的处理时间。 每个区的温度设定影响PCB的温度上升速度，高温在PCB与区的温度之间产生一个较大的温差。增加区的设定温度允许机板更快地达到给定温度。因此，必须作出一个图形来决定PCB的温度曲线。4.2.2. 回焊炉的日保养操作：链条运
22、行状况(运行平顺且无异物)、锡爪清洗槽及毛刷、清理毛刷槽内杂物(拆下毛刷放到稀释剂里泡约30分钟)、助焊剂压力桶清洗、输送链条轨道 (加高温链条油)、排气风扇.( 用气枪吹净风扇内灰尘)、抽风。4.3. 小型台式回流焊机与大型多温区回流焊机的性能比较在一般的大规模的SMT生产中，大多数用户都采用大型多温区回流焊机，但在产品的研发及小批量生产阶段，由于生产量小，生产不连贯，出于对成本的考虑，很多用户选用小型台式回流焊机。那么小型台式回流焊机能否满足回流焊接要求？小型台式回流焊机的加热原理又是怎样的？与大型多温区回流焊机相比，它有什么样的优点和不足？下面将结合两种典型的回流焊机，对小型台式回流焊机
23、与大型多温区回流焊机的性能结构特点进行详细的比较研究。具有代表意义的多温区热风回流焊机是VITRONICS-SOLTEC系列，型号为XPM2 1030，比较典型的小型台式回流焊机的是北京青云创新发展科技有限公司生产的回流焊机系列，型号为QHL360.XPM2 1030采用纯热风加热，炉腔内部空间大，热风循环流畅，SMA板面上各点受热均匀，不会出现局部温度偏低的情况。QHL360采用红外和热风混合加热，红外为主要加热方式，热风的作用是使炉腔内各区域的温度保持均匀，但是由于炉腔体积较小，热风循环容易出现死角，导致局部温度偏低，主要体现在四个角落。如果将SMA放置在炉腔中间位置，可以避免出现冷焊现象
24、。XPM2 1030采用链条和钢网的双重传输，用户可以根据产品的尺寸以和特点，选择合适的传输方式，轨道的传送速度可以根据用户的需要自己设置。由于机械传送，SMA在传送过程中不可避免的受到振动，虽然设备制造商通过各种减振设计使SMA受到的影响变小，但是还是会出现部分缺陷。尤其是设备保养不当，传送轨道润滑性不够时，振动的影响表现的尤为明显。QHL360在大规模连续生产中的生产效率远远不及XPM2 1030，但是在多品种、小批量的生产中，QHL360以其灵活多变，即开即用等特点，体现出很高的性价比。QHL360从开机到生产，仅仅只需要几分钟的时间，无须预热，焊接完成之后就可以关闭电源，节省能源。更换
25、温度曲线也非常方便，直接调用所需的温度曲线运行就可以进行焊接作业。综上所述，小型台式回流焊机的性能足以满足各种SMA的回流焊接要求，虽然在热稳定性，热均匀性以及大规模生产效率上不如大型多温区回流焊机，但是在多品种、小批量生产，科研教案等方面，小型台式回流焊机的灵活方便、即开即用等特点是大型多温区回流焊机无法比拟的。5. 结束语这篇论文主要研究SMT生产设备的工作状况以及部分设备的问题的处理办法，也浅显地介绍一下SMT的工艺流程，通过论文让自己加深学习了设备应用的知识，对SMT设备应用有更加深刻的了解，加深了自己的专业课认识。版权申明本文部分内容，包括文字、图片、以及设计等在网上搜集整理。版权为
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