SMT工藝與質(zhì)量分析研究

1、SMT工藝與質(zhì)量分析研究姓名：XXX 學(xué)號:10001xxxxx 微電子制造工程（桂林電子科技大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 廣西桂林 541004）摘要：本文借助于在生產(chǎn)線實(shí)習(xí)期間的觀察和學(xué)習(xí)的SMT貼裝設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和主要工藝流程。貼裝設(shè)備的工藝對整個(gè)SMT的生產(chǎn)質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。若此處發(fā)生缺陷而不能及時(shí)或有效的改善則可能導(dǎo)致整個(gè)生產(chǎn)工藝的問題甚至企業(yè)的重大損失。因此必須對貼裝工藝的流程與質(zhì)量進(jìn)行深入研究，以提高SMT工藝的生產(chǎn)效率和降低生產(chǎn)成本。論文主要探討了SMT的貼裝設(shè)備的結(jié)構(gòu)原理和生產(chǎn)工藝流程、貼裝工藝中常見的一系列質(zhì)量問題的引發(fā)因素以及如何從生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)管理兩個(gè)方面有效的改善和優(yōu)化進(jìn)

2、行了研究和分析。關(guān)鍵詞：貼片設(shè)備；工作流程；缺陷；組合檢測技術(shù)SMT placement process and placement quality analysis(College of mechanical and electrical engineering Guilin University of Electronic Technology Guilin 541004 )Abstract: In this paper, by means of observation of the structural design of the production line during pract

3、ice and learning SMT placement equipment and the main process. Process mount equipment on the entire SMT production quality plays a vital role. If defects occur here or not timely and effective improvements could result in significant losses of the entire production process and even businesses. Ther

4、efore, the process must be carried out in-depth study of the placement process and quality in order to improve production efficiency and SMT technology to reduce production costs.Paper mainly discusses the principles and structure of the production process of SMT placement equipment, triggering fact

5、or common placement process and how a series of quality problems from the production process and production management both effective improvement and optimization of research and analysis.Keywords: SMT equipment; work processes; defects; Combination of detection technology1 緒論隨著電子信息產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，SMT技術(shù)已經(jīng)成為

6、電子組裝技術(shù)中不可或缺的一部分。SMT技術(shù)是指將表面貼裝的電子組件，直接焊接于印刷電路底版的表面上，與傳統(tǒng)插裝工藝不同,SMT工藝的元件及焊點(diǎn)均在同一表面上。并具有微型化、大規(guī)?；?、自動化的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)今絕大部分現(xiàn)代工業(yè)中的電器，電子產(chǎn)品都離不開SMT技術(shù)的應(yīng)用。而貼裝工藝更是SMT工序中不可或缺的一道。貼片機(jī)的組主要作用是將表面組裝元器件準(zhǔn)確安裝到PCB的固定位置上。位于SMT生產(chǎn)線中印刷機(jī)的后面，一般為高速機(jī)和泛用機(jī)按照生產(chǎn)需求搭配使用。 然而在SMT生產(chǎn)過程中往往會遇到很多問題，包括設(shè)備問題和工藝問題，設(shè)備問題可以用買入新機(jī)器的方法來解決。而工藝問題往往復(fù)雜和多樣化。在生產(chǎn)過程中，可以通過對

7、貼裝設(shè)備、貼裝前準(zhǔn)備、貼裝過程的操作進(jìn)行優(yōu)化來達(dá)到提高質(zhì)量的要求，工藝的優(yōu)化不僅能大大的提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)降低了成本，創(chuàng)造了更大價(jià)值。是大多數(shù)企業(yè)不斷努力的方向。本論文著重對SMT中貼裝工藝重點(diǎn)分析，敘述貼裝工藝造成的產(chǎn)品質(zhì)量問題和原因分析以及如何用一些方法優(yōu)化貼裝工藝提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本等。2 貼裝工藝原理及設(shè)備簡介2.1貼裝設(shè)備基本結(jié)構(gòu)（1）機(jī)架 常見的機(jī)架有整體鑄造式和焊接式。（2）供料器 供料器系統(tǒng)主要由供料器、裝載及運(yùn)送機(jī)構(gòu)組成。（3）貼裝頭 是貼裝機(jī)進(jìn)行貼裝和取料動作的主要部分。通過貼裝頭部分各個(gè)結(jié)構(gòu)之間的良好配合，完成拾取和貼裝元器件，以及將錯誤的元件拋到廢料收集盒中

8、。（4）PCB定位裝置在PCB裝載入機(jī)器前確定PCB的原點(diǎn)位置與機(jī)器一致，從而通過坐標(biāo)系的變換得到正確的貼裝位置。（5）元器件對中裝置 通過攝像機(jī)視覺定位等方式找出元件的集合尺寸、特征、中心、等數(shù)據(jù)，以修正控制通過控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)對元件方向及轉(zhuǎn)角的偏差進(jìn)行修正。（6）軟件及系統(tǒng)一般各工廠均有自己的編程方式?？梢宰约壕帉戃浖蛸徺I專業(yè)的離線軟件，設(shè)備廠家也會自帶編程軟件。有支持DOS,OS/2，APPLE OS,WINDOWS,WINDOWS NT,UNIX等操作系統(tǒng)的貼片機(jī)設(shè)備軟件。2.2自動貼裝原理貼片機(jī)的主要任務(wù)就是拾取元器件和貼裝元器件，通過程序員對所要生產(chǎn)產(chǎn)品的PCB和根據(jù)機(jī)器的性能指標(biāo)

9、進(jìn)行編程從而將正確的元器件貼放到正確的位置。供料器和PCB板是固定的，貼裝頭供送料器與PCB板之間移動，將元件從送供器中拾取，經(jīng)過對元件位置與方向的調(diào)整，然后貼放于基板上。2.2.1 PCB基準(zhǔn)校準(zhǔn)原理自動貼裝機(jī)貼裝時(shí)，元器件的貼裝坐標(biāo)是以PCB的某一頂角為原點(diǎn)計(jì)算。而PCB加工時(shí)多少存在一些誤差，因此貼裝時(shí)必須對PCB進(jìn)行基準(zhǔn)校準(zhǔn)。基準(zhǔn)校準(zhǔn)采用基準(zhǔn)標(biāo)志（MARK）和貼裝機(jī)的光學(xué)對中系統(tǒng)進(jìn)行。2.2.2 視覺對中原理貼裝前會給每種元器件照一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)圖像存入圖像庫中，鐵裝飾每拾取一個(gè)元器件都會進(jìn)行照下并與該元器件在圖像庫中的標(biāo)準(zhǔn)圖像比較是否正確，如果不正確，則會判斷該元器件的型號錯誤，會根據(jù)程序設(shè)

10、置的拋棄元器件若干次后報(bào)警停機(jī)。或者將引腳變形和共面性不合格的器件識別出來并送至程序指定的拋料位置。也可以比較該元器件拾取后的中心坐標(biāo)、轉(zhuǎn)角與標(biāo)準(zhǔn)圖像時(shí)候一致，如果偏移。則回自動根據(jù)偏移量修正貼裝位置。2.3 貼片機(jī)工作流程圖1 貼裝工藝流程圖（1）基板定位PCB板經(jīng)貼裝機(jī)軌道到達(dá)停板位置時(shí)，通過相機(jī)找到PCB板上兩個(gè)識別的位置然后計(jì)算出貼裝的準(zhǔn)確位置，保證貼裝的準(zhǔn)確性以使順利、穩(wěn)定、準(zhǔn)確停板。（2）元件送料由供料器提供貼裝時(shí)所需的元件來完成（3）拾取元件貼裝頭從送料器拾取元件（4）元件定位通過機(jī)械或光學(xué)方式確定元件的集合中心，由機(jī)器計(jì)算出貼裝位置，確保貼裝時(shí)元件對應(yīng)到貼裝位置坐標(biāo)是元件的中心

11、元件位置，以保證準(zhǔn)確貼裝。（5）貼裝貼裝頭拾取元件后把元件準(zhǔn)確、完整的貼放到PCB板上3 貼裝質(zhì)量分析3.1 常見貼裝缺陷3.1.1 偏移圖2 偏移現(xiàn)象現(xiàn)象：元器件偏離焊盤（橫面偏離不超過25%，端面不能偏離），產(chǎn)生原因：（1）高度問題如果PCB再貼片機(jī)中得不到適當(dāng)?shù)闹?，它就會下沉，這樣PCB表面高度就會低于貼片機(jī)的軸零點(diǎn)，導(dǎo)致元件在PCB略高的位置就釋放，導(dǎo)致原件釋放不準(zhǔn)確。（2）吸嘴問題吸嘴端部磨損、堵塞或粘有異物或貼裝吸嘴吸著氣壓過低導(dǎo)致的貼裝吸嘴吸著氣壓過低。貼裝吸嘴上升或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動不平滑，較為遲緩，導(dǎo)致吹氣時(shí)序與貼裝頭下降時(shí)序不匹配。工作臺的平行度及或吸嘴原點(diǎn)檢測不良引起的等問題引起

12、偏移。（3）程序問題程序參數(shù)設(shè)置不良，吸嘴的中心數(shù)據(jù)、光學(xué)識別系統(tǒng)的攝像機(jī)的初始數(shù)據(jù)設(shè)值精確度不夠。改善途徑：（1）檢查貼片機(jī)的導(dǎo)軌是否有變形，PCB的放置是否平穩(wěn)正確。（2）定期檢查和清理吸嘴，對易磨損的部件進(jìn)行維護(hù)并著重潤滑保養(yǎng)。調(diào)試工作臺和吸嘴的原點(diǎn)檢測。（3）校正程序，使數(shù)據(jù)庫參數(shù)和識別系統(tǒng)的識別參數(shù)一致。并對貼裝工序的貼片、印刷結(jié)果進(jìn)行及時(shí)檢查。 3.1.2 缺件圖3 缺件現(xiàn)象現(xiàn)象：元器件在貼片位置丟失。產(chǎn)生原因：（1）氣源漏氣、堵塞問題橡膠氣管老化、破裂，密封件老化、磨損以及吸嘴長時(shí)間使用后磨損等問題造成氣源回路泄壓。或廢屑粉塵等造成吸嘴堵塞使得貼片頭無法成功拾取元件。（2）厚度設(shè)

13、置問題元器件或PCB的厚度設(shè)置錯誤，若元件或PCB較薄，而數(shù)據(jù)庫中設(shè)置較厚，那么吸嘴在貼片時(shí)，元器件未到達(dá)PCB焊盤位置就將其放下，而PCB又在移動中，由于慣性作用會導(dǎo)致飛件（3）PCB板問題如PCB板曲翹度超出設(shè)備允許誤差?；蛑武N元器件編帶放置不當(dāng)，支撐銷的擺放不均勻、高度不一致，工作臺支撐平臺平面度不良等問題使印制板支撐不平整，也會導(dǎo)致飛件。改善途徑：（1）定期檢查吸嘴是否潔凈。加大對吸嘴的取件情況監(jiān)控的力度，查出導(dǎo)致氣源問題的損壞部件并及時(shí)更換，以保證良好的狀態(tài)。 （2）厚度設(shè)置問題將厚度數(shù)據(jù)庫參數(shù)更改至合適的設(shè)置。更換合適的編帶。（3）PCB板問題檢查前段工序的PCB板是否符合質(zhì)量要

14、求，重新放置重新放置PCB和編帶。檢查工作平臺是否達(dá)到生產(chǎn)要求并作出合理的調(diào)整和改善。3.1.3 拋料現(xiàn)象：生產(chǎn)過程中吸到料之后不貼而是放到料盒或其它地方。或者沒有到料就執(zhí)行動作。出現(xiàn)原因：（1）吸嘴問題由吸嘴變形、堵塞、破損等問題有可能引起氣壓不足、漏氣、取料不起或不正、識別無法通過等諸多問題。（2）識別系統(tǒng)問題識別系統(tǒng)視覺的不良。光學(xué)攝像系統(tǒng)的光源在使用一段時(shí)間后，光照強(qiáng)度會逐漸下降，同時(shí)也會造成灰度值的減小，當(dāng)光源強(qiáng)度和灰度值達(dá)不到要求時(shí)，圖像就會無法識別?；蜩D射頭處有雜物干擾識別。也有識別系統(tǒng)已損壞的可能（3）程序設(shè)定問題編輯的程序與元件參數(shù)的設(shè)置是否符合。取料必須在料的中心位置，若取

15、料高度不正確，或取料偏移、取料不正等問題會導(dǎo)致識別系統(tǒng)和對應(yīng)的數(shù)據(jù)參數(shù)不符造成無法被識別系統(tǒng)識別而當(dāng)做無效料拋棄。，或所編輯程序中的元件參數(shù)設(shè)置與來料實(shí)物亮度或尺寸等參數(shù)設(shè)置不符會造成無法通過識別而拋棄元件（4）供料器問題供料器由于長時(shí)間的使用或操作工操作不當(dāng)，會造成供料器驅(qū)動部分的磨損或結(jié)構(gòu)變形。棘爪會不斷磨損，若棘爪磨損嚴(yán)重會造成棘爪不能驅(qū)動卷帶盤塑料帶正常剝離，使得吸嘴不能正常完成取件工作。若供料器位置變形、供料器進(jìn)料不良（如供料器棘齒輪損壞，料帶孔沒有卡在供料器的棘齒輪上，供料器下方有異物，彈簧老化，或電氣不良），下放有異物（5）來料問題來料或元件引腳不規(guī)則、不合格等問題也會造成無法識

16、別而拋料。改善途徑：（1）做好吸嘴的取件情況的監(jiān)控。對堵塞或取件不良的吸嘴應(yīng)及時(shí)清洗或更換，以保證良好的狀態(tài)。在安裝吸嘴時(shí)，必須保證正確、牢固的安裝。（2）定期清潔擦拭識別系統(tǒng)的鏡頭、玻璃片以及反光板上的灰塵與器件污物以保持干凈無雜物沾污和防止因灰塵或器件影響光源強(qiáng)度。定期進(jìn)行校正檢測，如重新示校和調(diào)整光圈焦距。當(dāng)光源光強(qiáng)度弱到無法識別器件時(shí)，只能更換光源。（3）安裝共料器時(shí)應(yīng)正確、牢固地安裝到供料部平臺上。在安裝編帶前應(yīng)仔細(xì)檢查供料器的棘爪輪是否已磨損并進(jìn)行修復(fù)，若不能修復(fù)應(yīng)及時(shí)更換。做好對供料器的清潔、清洗、加油潤滑等日常的維護(hù)與保養(yǎng)。（4）對來料進(jìn)行嚴(yán)格的篩選和檢測，以防使用錯誤的物料。

17、（5）必須正確設(shè)置攝像機(jī)的有關(guān)初始數(shù)據(jù)。若有誤需修改程序及取料位置等元件參數(shù)。3.2 貼裝質(zhì)量提高方法3.2.1 貼裝前準(zhǔn)備根據(jù)產(chǎn)品工藝文件的貼裝明細(xì)表領(lǐng)取PCB和元器件并認(rèn)真核對，元器件本身的尺寸、形狀、顏色是否一致。開機(jī)前做好安全檢查，壓縮起空氣源氣壓是否達(dá)到設(shè)備要求，檢查并確保導(dǎo)軌、貼裝頭、吸嘴庫托盤架周圍或移動范圍內(nèi)是否有雜物。必須按照設(shè)備安全技術(shù)操作規(guī)范開機(jī)。3.2.2 首件貼裝后進(jìn)行嚴(yán)格檢查檢查各位號上的元器件規(guī)格、方向、極性、是否與工藝文件相符；元件、引腳、有無損壞或變形；元器件的貼裝位置偏離焊盤是否超出允許范圍。通常按照單位定制的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來判定。3.2.3 首件試貼結(jié)果的檢驗(yàn)和

18、調(diào)整若PCB上的元器件貼裝位置有偏移，硬通過修正PCB MARK點(diǎn)的坐標(biāo)值來校準(zhǔn)，把PCB MARK點(diǎn)的坐標(biāo)向元器件偏移方向移動，移動量與元器件貼裝位置偏移量相等。也可通過攝像機(jī)重新照出正確的坐標(biāo)。若拾取失敗，說明拾取高度不合適，元件厚度設(shè)置不正確，拾取坐標(biāo)錯誤，檢查后按實(shí)際值調(diào)整修正。檢查吸嘴是否堵塞、不干凈，或端面磨損、有裂紋，應(yīng)及時(shí)清洗或更換吸嘴。吸嘴太大可能造成漏氣，吸嘴太小會造成吸力不夠等，根據(jù)元器件尺寸和重量選擇合適的吸嘴型號。檢查氣路是否漏氣，及時(shí)增加或疏通氣壓。檢查圖像處理是否正確，如不正確，則可能頻繁棄片，應(yīng)重新拍攝圖像。4 貼裝生產(chǎn)管理4.1 貼片機(jī)維護(hù)管理在生產(chǎn)過程中及前

19、后，必須確認(rèn)貼片機(jī)的工作性能，以需要隨時(shí)監(jiān)控貼片機(jī)的主性能指標(biāo)、操作軟件、機(jī)械和氣源的狀況是否正常并進(jìn)行日常的維護(hù)和及時(shí)的維修。4.1.1貼片機(jī)主要性能指標(biāo)（1）指示燈、按鍵、操作模塊外觀完成，操作、顯示正常；（2）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)工作正常。（3）輸入輸出系統(tǒng)工作正常。4.1.2機(jī)械部件（1）各傳動導(dǎo)軌、絲杠運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)協(xié)調(diào)，無雜音、漏油等異常現(xiàn)象。（2）各傳送皮帶、鏈條、連接銷桿完整，檢查是否有老化、損壞現(xiàn)象。4.1.3氣源系統(tǒng)（1）壓縮空氣的干燥過濾裝置齊全完好（2）驅(qū)動汽缸。、電磁閥及配管、連接件無雜物堵塞，無松動或破損漏氣。驅(qū)動汽缸及電磁閥工作正常，無雜音異常。4.2 通過質(zhì)量管理提高貼裝質(zhì)量除

20、了生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)工藝的優(yōu)化，依靠靠科學(xué)的管理方法提高生產(chǎn)管理和品質(zhì)控制、人員和物料等的管理以實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗的生產(chǎn)。利用基礎(chǔ)管理使性能優(yōu)良的設(shè)備創(chuàng)造更大的利潤和價(jià)值，是企業(yè)追求的目標(biāo)。4.2.1 質(zhì)量流程管理與貼裝質(zhì)量生產(chǎn)中難免常遇到工藝缺陷。有可能是設(shè)計(jì)不合理、來料不規(guī)格不符、設(shè)備故障或操作員失誤等諸多因素。來料引起的質(zhì)量問題一般是來料的選擇、采購和儲存不規(guī)范，說明企業(yè)技術(shù)員和設(shè)計(jì)人員缺乏良好的對材料工藝性好壞判斷能力，這些誤判也許是技術(shù)員的知識不足或粗心大意。采購時(shí)應(yīng)對物料進(jìn)行嚴(yán)格篩選和檢測，保證元件的規(guī)格正確、功能正常、外觀引腳等部位良好無破損。設(shè)備故障則可能是因?yàn)椴僮鲉T及時(shí)的發(fā)現(xiàn)問

21、題及進(jìn)行日常的設(shè)備檢測。應(yīng)提高人力資源管理的質(zhì)量，如建立定期的員工培訓(xùn)制度，提高員工素質(zhì)。員工是企業(yè)生產(chǎn)與發(fā)展的根本所在。因此必須注重員工隊(duì)伍的技能培訓(xùn)與思想觀念的培訓(xùn)，學(xué)習(xí)如何熟練、正確地操作設(shè)備，正確安裝、使用供料器，定時(shí)維護(hù)、保養(yǎng)設(shè)備、才能有效地保證產(chǎn)品質(zhì)量，降低物耗，避免發(fā)生重復(fù)性問題，提高生產(chǎn)效率。選擇正確的編程方式。生產(chǎn)部門的負(fù)責(zé)人可以通過采用不同的變成方式來應(yīng)對不同的生產(chǎn)方案。必須考慮解決方案對生產(chǎn)效率、生產(chǎn)線使用的安排、PCB價(jià)格、工藝控制、缺陷率水平、供應(yīng)商管理、設(shè)備成本以及存貨管理會帶來何種影響。4.2.2 質(zhì)量過程管理與貼裝質(zhì)量質(zhì)量問題除了和設(shè)計(jì)、工藝、材料有關(guān)，也和過程

22、控制有關(guān)。這關(guān)系到工藝工程師對生產(chǎn)過程進(jìn)行的準(zhǔn)備、執(zhí)行和檢測，還有操作員是否按照規(guī)范的方式來操作設(shè)備。應(yīng)建立對設(shè)備的定期維護(hù)保養(yǎng)計(jì)劃。實(shí)行預(yù)防性能故障及維護(hù)與檢修，從而減少設(shè)備因臨時(shí)故障面停機(jī)的時(shí)間和造成的損失。設(shè)立健全的設(shè)備運(yùn)行和維修檔案，分析和記錄設(shè)備故障發(fā)生的現(xiàn)象、過程、原因。及設(shè)備更換的周期和導(dǎo)致因素，并研究更完善的處理方式以此降低生產(chǎn)成本。也可以借助一些綜合性軟件或可執(zhí)行的制造規(guī)程來進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)。把產(chǎn)品跟蹤、性能分析、質(zhì)量分析及可追溯性落實(shí)確認(rèn)，并貫穿于成個(gè)工藝流程，完善整個(gè)提高生產(chǎn)質(zhì)量的解決方案。4.3.3 組合檢測技術(shù)要成功的利用測試和檢驗(yàn)做為過程控制的方法，制造商首先必須認(rèn)識

23、到測試和檢驗(yàn)是產(chǎn)品成功的重要保證。每種檢測技術(shù)都有各自的檢測域，而且檢測域有一定的交集，沒有一種檢測手段是萬能的。在實(shí)際 SMT 產(chǎn)品質(zhì)量檢測中，應(yīng)根據(jù)不同應(yīng)用情況、檢測技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)和發(fā)現(xiàn)缺陷的能力，進(jìn)行合理選擇與有機(jī)組合，通過互補(bǔ)性測試覆蓋全部產(chǎn)品范圍，這樣才能把產(chǎn)品缺陷降最低程度。為此在了解工藝、檢測設(shè)備、外購元件質(zhì)量、產(chǎn)品要求、成和用戶需求的基礎(chǔ)上，目前開發(fā)出的 QMS(質(zhì)量和測試模擬系統(tǒng))，可以將各種測試加以比較，以決定用戶策略。 例如有 7 個(gè) BGA 封裝， 9 個(gè)細(xì)間距 QFP， 1505 個(gè)芯片， 總焊點(diǎn) 10731 個(gè)， 1714個(gè)元件。實(shí)踐中總結(jié)出來的幾種檢測策略為： (1)人工>AOI>ICT>FT； (2)人工>AXI>ICT>FT；(3)AOI>AXI>ICT>FT。QMS 使用的是第二種方案。此外，需要用環(huán)境應(yīng)力篩選/屏蔽(ESS)或熱沖擊測試來進(jìn)行制造過程可靠性評估。綜上所述，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的過程中，檢測技術(shù)的組合策略最好與分析