SMT生產(chǎn)管理及設(shè)備應用(論文)

11-SMT生產(chǎn)管理及設(shè)備應用作者所在系部：電子工程系作者所在專業(yè)：電子工藝與管理作者所在班級：10252作者姓名：作者學號：指導教師姓名：摘要表面貼裝技術(shù)，在生產(chǎn)設(shè)備的發(fā)展上已經(jīng)與現(xiàn)實的電子產(chǎn)品及電子元件在發(fā)展和開發(fā)其趨勢已互相緊密的聯(lián)系著?，F(xiàn)時的電子產(chǎn)品如電腦產(chǎn)品、家庭電器、電子玩具、電子器材都已大量應用上此技術(shù)。尤其是手提電子產(chǎn)品，如流動手提電話、筆記本型電腦等，其功能越來越多，但其產(chǎn)品體積折越來越細及重量也越來越輕。能做到這些發(fā)展都皆因電子元件的尺寸和體積能進一步微型化，以及集成電路(IntegratedCircuits)的封裝技術(shù)不斷的發(fā)展和改良，使到能在不增加其體積，甚至能縮小其尺寸，而能增加其功能，再加上SMT設(shè)備能處理日益微小的電子元件才能得以實現(xiàn)。SMT是怎樣來完成貼裝焊接的，所需的設(shè)備及其工作狀況又是怎樣的，通過自己的實習將讓大家詳細了解下表面貼裝技術(shù)及其設(shè)備的操作與管理。TOC\o"1-3"\h\u28546前言

-2-17291.SMT技術(shù) -2-1.1SMT技術(shù)簡介 -2-96061.2.SMT工藝流程 -3-237851.3.SMT工藝設(shè)備介紹 -3-1.3.1模板 -3-1.3.2.絲印 -3-1.3.3.貼裝 -3-139781.3.4.回流焊接 -3-1.3.5.清洗 -3-1.3.6.檢驗 -3-1.3.7.返修 -3-146342.印刷設(shè)備 -4-53792.1.印刷原理 -4-244582.2.印刷機分類 -5-29942.3印刷不良的解決辦法和注意事項 -6-128493.貼片機 -6-49274.回流焊 -7-128334.1回流焊設(shè)備的發(fā)展 -7-41684.1.1.紅外線回流焊 -7-6684.1.2.熱風回流焊 -7-35144.1.3.紅外/熱風回流焊 -7-278424.1.4.氮氣爐 -8-67704.2.回焊爐維修和保養(yǎng) -8-33844.2.1.影響回流曲線形狀的幾個參數(shù)： -8-278654.2.2.回焊爐的日保養(yǎng)操作： -8-255474.3.小型臺式回流焊機與大型多溫區(qū)回流焊機的性能比較 -8-175115.結(jié)束語 -9-

前言

隨著我國通訊、計算機及網(wǎng)絡(luò)和電子類產(chǎn)品快速發(fā)展，促使SMT這一支撐高技術(shù)產(chǎn)品發(fā)展的基礎(chǔ)技術(shù)，已逐漸由技術(shù)性探索走向成熟的實際生產(chǎn)應用階段。應用的范圍也由過去少數(shù)幾個電子企業(yè)擴展到幾乎各個行業(yè)。僅北京電子學會SMT專業(yè)委員會的主要成員就來自電子、通信、機械、航空、航天、兵器、船舶、家電、公安和輕工等百余家企業(yè)。一些企業(yè)引進的SMT生產(chǎn)設(shè)備，運行情況良好，并在該技術(shù)應用領(lǐng)域取得了可喜的經(jīng)濟效益和成就。九八年北京市電子行業(yè)實現(xiàn)工業(yè)總產(chǎn)值450億元，北京電子行業(yè)已成為支持首都經(jīng)濟發(fā)展的第一支柱產(chǎn)業(yè)

但是我們還應清醒地意識到，也有不少單位SMT的應用情況令人遺憾，在花費了大量外匯引進了SMT設(shè)備之后，卻無法滿足生產(chǎn)要求，出現(xiàn)諸如設(shè)計、工藝過程與SMT不相適應；生產(chǎn)過程效率低、消耗大；產(chǎn)品質(zhì)量水平差；SMT設(shè)備運行不正常、故障率高，維修和保養(yǎng)工作跟不上，后期投入費用過大，造成設(shè)備長期閑置的后果。與此同時，許多企業(yè)還在技術(shù)準備不足的情況下投資上馬SMT設(shè)備。另外，隨著國外SMT發(fā)展趨勢，適應新產(chǎn)品和滿足IC最新封裝形勢的SMT技術(shù)和設(shè)備不斷涌現(xiàn)，在用的SMT系統(tǒng)都面臨技術(shù)和設(shè)備不斷更新的問題，這不免給企業(yè)的發(fā)展增加了新的投資風險。為此應用好現(xiàn)有設(shè)備，使企業(yè)贏得較高的經(jīng)濟效益，步入良性循環(huán)，尋求新的發(fā)展，我認為具有十分現(xiàn)實的意義。1.SMT技術(shù)

1.1SMT技術(shù)簡介SMT是SurfaceMountTechnology的縮寫，即表面貼裝技術(shù)，它是指將表面貼裝器件（SMD）焊接到印刷電路板上的一種電子組裝技術(shù)。它將傳統(tǒng)的電子元器件壓縮成為原體積的十分之一左右,從而實現(xiàn)了電子產(chǎn)品組裝的高密度、高可靠、小型化、低成本，成為電子信息化產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)。SMT由表面貼裝元器件（SMD）、表貼工藝和表貼設(shè)備三個部分組成，由于SMD的組裝密度高，使現(xiàn)有的電子產(chǎn)品在體積上縮小40%—60%，重量上減輕60%—80%，成本上降低30%—50%，同時SMD的可靠性高和高頻特性，SMT工藝及其設(shè)備的選擇和配置成為電子產(chǎn)品質(zhì)量保證的關(guān)鍵。目前，先進的電子系統(tǒng)，特別是在通訊、計算機及網(wǎng)絡(luò)和電子類產(chǎn)品，已普遍采用表面貼裝技術(shù)。國際上SMD器件產(chǎn)量逐年上升，OEM，EMS已成為電子行業(yè)主流資源配置方式，傳統(tǒng)器件諸如雙列直插的芯片以及通孔安裝方式的電阻、電容產(chǎn)量逐年下降，因此隨著時間的推移，表面貼裝技術(shù)將越來越普及，而大型的SMT生產(chǎn)線一般只適合于同一品種、大批量電子產(chǎn)品的生產(chǎn)，對于多品種、小批量的電子產(chǎn)品的生產(chǎn)以及研發(fā)、教學的應用來說，使用大型SMT生產(chǎn)線是不現(xiàn)實的，而且成本、體積也讓國內(nèi)的眾多用戶難以接受。1.2.SMT工藝流程SMT主要工藝流程包括錫膏印刷、元件貼裝和回流焊接三個部分。錫膏印刷是指使用網(wǎng)板、刮刀和絲印臺將焊錫膏準確均勻地分布到所需焊接的各個焊盤上。錫膏印刷所需的工具有不銹鋼網(wǎng)板、不銹鋼刮刀和絲印臺。元件貼裝是指使用吸筆或者貼片臺將元器件準確地放置在PCB的焊盤上。元件貼裝所需的工具有吸筆、貼片臺，如果要貼裝BGA元件，則需要配置BGA貼裝系統(tǒng)?；亓骱附邮侵甘褂没亓骱笝C將PCB上的焊錫膏溶化，將元件和PCB焊盤連接在一起?；亓骱附铀璧墓ぞ哂谢亓骱笝C，為了提高工作效率，可以配備PCB托架。1.3.SMT工藝設(shè)備介紹

1.3.1模板：

首先根據(jù)所設(shè)計的PCB確定是否加工模板。如果PCB上的貼片元件只是電阻、電容且封裝為1206以上的則可不用制作模板，用針筒或自動點膠設(shè)備進行錫膏涂敷；當在PCB中含有SOT、SOP、PQFP、PLCC和BGA封裝的芯片以及電阻、電容的封裝為0805以下的必須制作模板。一般模板分為化學蝕刻銅模板（價格低，適用于小批量、試驗且芯片引腳間距>0.635mm）；激光蝕刻不銹鋼模板（精度高、價格高，適用于大批量、自動生產(chǎn)線且芯片引腳間距<0.5mm）。1.3.2.絲印：

其作用是用刮刀將錫膏或貼片膠漏印到PCB的焊盤上，為元器件的貼裝做準備。所用設(shè)備為手動絲印臺（絲網(wǎng)印刷機）、模板和刮刀（金屬或橡膠），位于SMT生產(chǎn)線的最前端。1.3.3.貼裝：

其作用是將表面貼裝元器件準確安裝到PCB的固定位置上。所用設(shè)備為貼片機（自動、半自動或手工），真空吸筆或鑷子，位于SMT生產(chǎn)線中絲印臺的后面。對于試驗室或小批量我公司一般推薦使用雙筆頭防靜電真空吸筆。1.3.4.回流焊接：

其作用是將焊膏熔化，使表面貼裝元器件與PCB牢固釬焊在一起以達到設(shè)計所要求的電氣性能并完全按照國際標準曲線精密控制，可有效防止PCB和元器件的熱損壞和變形。所用設(shè)備為回流焊爐，位于SMT生產(chǎn)線中貼片機的后面。

1.3.5.清洗：

其作用是將貼裝好的PCB上面的影響電性能的物質(zhì)或焊接殘留物如助焊劑等除去，若使用免清洗焊料一般可以不用清洗。對于要求微功耗產(chǎn)品或高頻特性好的產(chǎn)品應進行清洗，一般產(chǎn)品可以免清洗。所用設(shè)備為超聲波清洗機或用酒精直接手工清洗，位置可以不固定。

1.3.6.檢驗：

其作用是對貼裝好的PCB進行焊接質(zhì)量和裝配質(zhì)量的檢驗。所用設(shè)備有放大鏡、顯微鏡，位置根據(jù)檢驗的需要，可以配置在生產(chǎn)線合適的地方。

1.3.7.返修：

其作用是對檢測出現(xiàn)故障的PCB進行返工，例如錫球、錫橋、開路等缺陷。所用工具為智能烙鐵、返修工作站等。配置在生產(chǎn)線中任意位置。

2.印刷設(shè)備2.1.印刷原理錫膏印刷現(xiàn)在被認為是，表面貼裝技術(shù)中控制最終焊錫節(jié)點品質(zhì)的關(guān)鍵的過程步驟。印刷是一個建立在流體力學下的制程，它可多次重復地保持，將定量的物料(錫膏或黏膠)涂覆在PCB的表面，一般來講，印刷制程是非常簡單的，PCB的上面與絲網(wǎng)或鋼板保持一定距離(非接觸式)或完全貼住(接觸式)，錫膏或黏膠在刮刀的作用下流過絲網(wǎng)或鋼板的表面，并將其上的切口填滿，于是錫膏或黏膠便貼在PCB的表面，最后，絲網(wǎng)或鋼板與PCB分離，于是便留下由錫膏或黏膠組成的圖像在PCB上.在印刷錫膏的過程中，基板放在工作臺上，機械地或真空夾緊定位，用定位銷或視覺來對準?；蛘呓z網(wǎng)或者模板用于錫膏印刷。在手工或半自動印刷機中，錫膏是手工地放在模板/絲網(wǎng)上，這時印刷刮刀處于模板的另一端。在自動印刷機中，錫膏是自動分配的。在印刷過程中，印刷刮刀向下壓在模板上，使模板底面接觸到電路板頂面。當刮刀走過所腐蝕的整個圖形區(qū)域長度時，錫膏通過模板/絲網(wǎng)上的開孔印刷到焊盤上。在錫膏已經(jīng)沉積之后，絲網(wǎng)在刮刀之后馬上脫開，回到原地。這個間隔或脫開距離是設(shè)備設(shè)計所定的，大約0.020"~0.040"。脫開距離與刮刀壓力是兩個達到良好印刷品質(zhì)的與設(shè)備有關(guān)的重要變量。如果沒有脫開，這個過程叫接觸印刷。當使用全金屬模板和刮刀時，使用接觸印刷。非接觸印刷用于柔性的金屬絲網(wǎng)。2.2.印刷機分類印刷機大致上可分為三類：1).第一類是手動錫膏印刷機手工印刷機是最簡單而且最便宜的印刷系統(tǒng),PCB放置及取出均需人工完成,其刮刀可用手把或附在機臺上,印刷動作亦需人手完成,PCB與鋼板平行度對準或以板邊緣保證位置度均需依靠作業(yè)者的技巧,如此將導致每印一塊PCB,印刷的參數(shù)均需進行調(diào)整變化。此種印刷方式速度慢且印刷質(zhì)量低，根本不能滿足現(xiàn)在生產(chǎn)的需求，基本已經(jīng)淘汰。2).第二類是半自動錫膏印刷機半自動印刷機是當前使用最為廣泛的印刷設(shè)備,它們實際上很類似手工印刷機,其PCB的放置及取出仍賴手工操作,與手工機的主要區(qū)別是印刷頭的發(fā)展,它們能夠較好地控制印刷速度,刮刀壓力、刮刀角度,印刷距離以及非接觸間距,工具孔或PCB邊緣仍被用來定位,而鋼板系統(tǒng)以助人員良好地完成PCB與鋼板的平行度調(diào)整,此種印刷機比手動錫膏印刷機有了很大的完善，在產(chǎn)量和質(zhì)量上有了3).第三類是自動錫膏或全自動錫膏印刷機將錫膏印刷落底板上元件的焊盤上但現(xiàn)時表面貼元件體積愈來愈細小及精細，所以電路底板之設(shè)計相應地細微及細小。因此印刷錫膏亦要大為提升其準確性及效能。現(xiàn)市場大多數(shù)電子產(chǎn)品生產(chǎn)廠商都轉(zhuǎn)用自動或全自動錫膏印刷機去生產(chǎn)SMT產(chǎn)品。PCB的置取均是利用邊緣承載的輸送帶完成,制程參數(shù)如刮刀速度、刮刀壓力、印刷長度、非接觸間距均可編程設(shè)定。PCB的定位則是利用定位孔或板邊緣,有些設(shè)備甚至可利用視覺系統(tǒng)自行將PCB與鋼板調(diào)成平行,當使用該類視覺系統(tǒng)時,便可免卻邊緣定位帶來的誤差,而且令定位變得容易,人工的定位確認為視覺系統(tǒng)所取代。而較新型的錫膏印刷機更具備視像鏡頭，可隨時監(jiān)控印刷情況作出修正。2.3印刷不良的解決辦法和注意事項1).使用SPC作數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計過程控制(SPC,StatisticalProcessControl)是一個過分吹噓的工具。陷井之一是收集過多的數(shù)據(jù)。關(guān)鍵是決定什么數(shù)據(jù)重要，什么信息是毫無價值的。限制數(shù)據(jù)量的一個方法是，只檢查每個板的關(guān)鍵位置，而不是所有板的100%檢查。一個經(jīng)驗法則是，監(jiān)測板的左、右、中間、以及關(guān)鍵的BGA和密腳位置。這個技術(shù)抓住了低錫膏量，或當壓力、速度或下停位置設(shè)定不正確時的最常見的問題。2).消除工藝規(guī)程中的印刷缺陷大多數(shù)焊膏印刷缺陷與印刷工藝并沒有直接的關(guān)系。如果這些缺陷在組裝過程中產(chǎn)生，則應重新檢查PCB規(guī)范、模板的設(shè)計及焊膏成分。只要注意這幾個因素，就可避免大多數(shù)缺陷。需要注意的主要缺陷有七種：漏印、印刷不均勻、焊膏塌落、焊球、污損、偏移和清洗不徹底。3.貼片機貼片機最主要分為兩類型：第一類是拱架型(Gantry)貼片機。元件送料器、基板(PCB)是固定的，貼片頭(安裝多個真空吸料嘴)在送料器與基板之間來回移動，將元件從送料器取出，經(jīng)過對元件位置與方向的調(diào)整，然后貼放于基板上。由于貼片頭是安裝于拱架型的X/Y坐標移動橫梁上，所以得名。這種形式由于貼片頭來回移動的距離長，所以速度受到限制。現(xiàn)在一般采用多個真空吸料嘴同時取料(多達上十個)和采用雙梁系統(tǒng)來提高速度，即一個梁上的貼片頭在取料的同時，另一個梁上的貼片頭貼放元件，速度幾乎比單梁系統(tǒng)快一倍。但是實際應用中，同時取料的條件較難達到，而且不同類型的元件需要換用不同的真空吸料嘴，換吸料嘴有時間上的延誤。這類機型的優(yōu)勢在于：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，可實現(xiàn)高精度，適于各種大小、形狀的元件，甚至異型元件，送料器有帶狀、管狀、托盤形式。適于中小批量生產(chǎn)，也可多臺機組合用于大批量生產(chǎn)。第二類是轉(zhuǎn)塔型(Turret)貼片機：元件送料器放于一個單座標移動的料車上，電路板(PCB)放于一個X/Y坐標系統(tǒng)移動的工作臺上，貼片頭安裝在一個轉(zhuǎn)塔上，工作時，料車將元件送料器移動到取料位置，貼片頭上的真空吸料嘴在取料位置取元件，經(jīng)轉(zhuǎn)塔轉(zhuǎn)動到貼片位置(與取料位置成180度)，在轉(zhuǎn)動過程中經(jīng)過對元件位置與方向的調(diào)整，將元件貼放于電路板上。此機型在速度上是優(yōu)越的，適于大批量生產(chǎn)，但其只能用帶狀包裝的元件，如果是密腳、大型的集成電路(IC)，只有托盤包裝，則無法完成，因此還有賴于其它機型來共同合作。這種設(shè)備結(jié)構(gòu)復雜，造價昂貴，最新機型約在US$50萬，是拱架型的三倍以上。4.回流焊4.1回流焊設(shè)備的發(fā)展4.1.1.紅外線回流焊八十年代使用的紅外線(infraredradiation)回流焊利用了紅外線穿透力傳遞能量的原理進行加熱。輻射的熱傳導是高效和大功率。4.1.2.熱風回流焊90年代開始興起的全熱風回流焊是一種通過對流噴射管嘴或者耐熱風機來迫使氣流循環(huán)，從而實現(xiàn)被焊件加熱的焊接方法。目前應用較廣。優(yōu)點：加熱均勻:PCB和元器件的溫度接近給定的加熱溫區(qū)的氣體溫度，完全克服了紅外再流焊的溫差和遮蔽效應。4.1.3.紅外/熱風回流焊此類回焊爐是在IR爐基礎(chǔ)上加上熱風使爐內(nèi)溫度更均勻，是目前較為理想的加熱方式。具備上述兩類爐子的優(yōu)點，克服二者的缺點，最先進的回流爐。優(yōu)點：(1)克服了紅外回流焊的溫差和遮蔽效應。(2)彌補了熱風回流焊氣體流速過快而造成元件移位。(3)節(jié)能高效4.1.4.氮氣爐現(xiàn)代科技發(fā)展日新月異，尤其最近幾年，SMT生產(chǎn)技術(shù)發(fā)生巨大變化，其中：生產(chǎn)標準不斷升級，無鉛錫膏走向前沿，新型基材得到利用，包括元器件本身材料和設(shè)計的革新，因此更細、更小、更輕的組裝技術(shù)，更短的產(chǎn)品周期、更多、更密的I/O引線和更強的可操作性與可控制性都促使熱處理工藝向前發(fā)展。這時出現(xiàn)了惰性氣體保護的回流爐氮氣回流爐?；亓骱附舆^程中，元件，錫膏和PCB焊盤都可能在高溫下被氧化，尤其隨著組裝密度的提高，精細間距組裝技術(shù)的出現(xiàn)，惰性氣體保護的回流爐出現(xiàn)了。惰性氣體一般使用氮氣。4.2.回焊爐維修和保養(yǎng)4.2.1.影響回流曲線形狀的幾個參數(shù)：其中最關(guān)鍵的是傳送帶速度和每個區(qū)的溫度設(shè)定。帶速決定機板暴露在每個區(qū)所設(shè)定的溫度下的持續(xù)時間，增加持續(xù)時間可以允許更多時間使電路裝配接近該區(qū)的溫度設(shè)定。每個區(qū)所花的持續(xù)時間總和決定總共的處理時間。每個區(qū)的溫度設(shè)定影響PCB的溫度上升速度，高溫在PCB與區(qū)的溫度之間產(chǎn)生一個較大的溫差。增加區(qū)的設(shè)定溫度允許機板更快地達到給定溫度。因此，必須作出一個圖形來決定PCB的溫度曲線。4.2.2.回焊爐的日保養(yǎng)操作：鏈條運行狀況(運行平順且無異物)、錫爪清洗槽及毛刷、清理毛刷槽內(nèi)雜物(拆下毛刷放到稀釋劑里泡約30分鐘)、助焊劑壓力桶清洗、輸送鏈條軌道(加高溫鏈條油)、排氣風扇.(用氣槍吹凈風扇內(nèi)灰塵)、抽風。4.3.小型臺式回流焊機與大型多溫區(qū)回流焊機的性能比較在一般的大規(guī)模的SMT生產(chǎn)中，大多數(shù)用戶都采用大型多溫區(qū)回流焊機，但在產(chǎn)品的研發(fā)及小批量生產(chǎn)階段，由于生產(chǎn)量小，生產(chǎn)不連貫，出于對成本的考慮，很多用戶選用小型臺式回流焊機。那么小型臺式回流焊機能否滿足回流焊接要求？小型臺式回流焊機的加熱原理又是怎樣的？與大型多溫區(qū)回流焊機相比，它有什么樣的優(yōu)點和不足？下面將結(jié)合兩種典型的回流焊機，對小型臺式回流焊機與大型多溫區(qū)回流焊機的性能結(jié)構(gòu)特點進行詳細的比較研究。具有代表意義的多溫區(qū)熱風回流焊機是VITRONICS-SOLTEC系列，型號為XPM21030，