浅谈SMT印刷工艺毕业论文.doc

毕业设计论文作者 学号 系部 专业 题目 浅谈SMT印刷工艺 指导教师 评阅教师 完成时间： 毕业设计(论文)中文摘要（题目）：浅谈SMT印刷工艺摘要：印刷主要目的是将焊膏（锡铅膏状物）涂敷于PCB板上，使贴片工序贴装的元器件能够黏在PCB焊盘上。当前，用于焊膏印刷的印刷机品种很多，以自动化程度来分类，可以分为手动印刷机、半自动印刷机、全自动印刷机三类。印刷设备对于SMT 生产的效率和品质有着至关重要的影响，印刷设备的选择以及程序的优化很大程度上决定了SMT生产的产量和质量，如影响印刷质量和效率的印刷参数有刮刀压力、分离速度、分离间隙等，此外，通过对印刷结果产生的不良分析可以通过优化编辑的程序来提高印刷质量等一系列问题。本文探讨了SMT印刷设备的流程以及印刷过程中的质量控制等，另外还介绍了印刷设备的结构和印刷设备在印刷过程中常见故障的分析和解决方法。关键词：SMT 印刷机 工艺 毕业设计(论文)外文摘要Title : Discussion on SMT Printing Process Abstract: The main objective is to solder paste printing ( tin paste. ) coating on the PCB board, the patch process mount components can be stuck to the PCB pad. Current, used for solder paste printing machine for many varieties, the degree of automation to the classification, can be divided into manual printing machine, printing machine, automatic printing machine three class. Printing equipment for SMT production efficiency and quality is having crucial effect, printing equipment choice and the optimization procedure is largely determined by SMT production yield and quality, such as the impact of quality and efficiency of printing printing parameters with squeegee pressure, speed of separation, separation and so on, in addition, the printing results adverse analysis can be achieved by optimizing editing procedures to improve the quality of the printing and a series of problems.This paper discusses the SMT printing equipment structure design and the main working procedure and quality control in the printing process, the paper also introduces the structure of printing equipment and printing equipment in the printing process of the common fault analysis and solutions.Keywords: SMT, Printing Machine, Technology目录1 引言2 印刷机的组成及设备简介2.1 印刷机的组成2.2 印刷设备简介3 锡膏简介3.1 锡膏的成分3.2 影响锡膏粘度的因素3.3 锡膏的有效期限及保存及使用环境4 印刷机印刷流程及作用5 印刷工艺参数设置6 影响印刷质量的因素7 印刷缺陷分析及预防对策结论致谢参考文献结论致谢参考文献1 引言进入21世纪以来，中国电子信息产品制造业加快了发展步伐，每年都以20%的速度高度增长，成为国民经济的支柱产业，整体规模连续3年居全球第2位。随着电子制造业的高速发展，中国的SMT技术以及产业也同样迅猛发展，整体规模也居世界前列。电子产品追求小型化，以前使用的穿孔插件元件已无法缩小。印刷主要目的是将焊膏（锡铅膏状物）涂敷于PCB板上，使贴片工序贴装的元器件能够黏在PCB焊盘上。当前，用于焊膏印刷的印刷机品种很多，以自动化程度来分类，可以分为手动印刷机、半自动印刷机、全自动印刷机三类。印刷设备对于SMT 生产的效率和品质有着至关重要的影响，印刷设备的选择以及程序的优化很大程度上决定了SMT生产的产量和质量，如影响印刷质量和效率的印刷参数有刮刀压力、分离速度、分离间隙等，此外，通过对印刷结果产生的不良分析可以通过优化编辑的程序来提高印刷质量等一系列问题。2 印刷机的组成及设备简介2.1 印刷机的组成印刷机是把一定的锡膏量按要求印刷分布到PCB（印制线路板）上的过程。它为回焊阶段的焊接过程提供焊料，是整个SMT电子装联工序中的第一道工序，也是影响整个工序直通率的关键因素之一。无论哪种印刷机，都是由机架、印刷工作台、模板固定机构、印刷头系统以及其他保证印刷精度而配备的选件，如定位系统，擦板系统、测量系统等组成的。2.2 印刷设备简介当前，用于焊膏印刷的印刷机品种很多，以自动化程度来分类，可以分为手动印刷机、半自动印刷机、全自动印刷机三类。手动印刷机(如图2.1所示)的各种参数和动作均需要人工调节与控制，通常仅用于小批量或者难度不高的产品。半自动印刷机（如图2.2所示）除了PCB装夹过程是人工放置以外，其余动作均由机器连续完成，但第一块PCB与模版的窗口位置是通过人工来对准的。通常PCB是通过印刷机台面上的定位销来实现定位对准的，因此PCB版面上应没有高精度的定位孔，以供装夹用。 图2.1 手动印刷机 图2.2 半自动印刷机全自动印刷机（如图2.3所示）通过带有光学对中系统，通过对PCB和模板上的对中标志（Fiducial Mark）的识别，可以实现模板开口与PCB焊盘的自动对中。印刷机一般的重复精度可达到0.025mm，在配有PCB装夹系统后，能实现全自动运行。但印刷机的多种工艺参数，如刮刀速度、刮刀压力、模板与PCB之间的间隙仍然需要人工来设定。图2.3 全自动印刷机印刷机中，PCB放进和取出的方式有两种，一种是将整个刮刀机构连同模板抬起，将PCB放进和放出，PCB定位精度取决于转动轴的精度，一般不太高，这种方式多见于手动印刷机和半自动印刷机；另一种是刮刀机构和模板不动，PCB平进与平出，模板与PCB垂直分离，这种方式定位精度高，多见于全自动印刷机。3 锡膏简介3.1 锡膏的成分锡膏是将焊料粉末（如图3.1所示）与具有助焊功能的糊状助焊剂（松香、稀释剂、稳剂等）混合而成的一种浆料。就重量而言，8090%是金属合金就体积而言，50%金属50%焊剂图3.1 锡膏颗粒3.1.1 金属合金以往，焊料的金属粉末主要是锡铅（Sn/Pb）合金粉末，伴随着无铅化及ROHS绿色生产的推进，有铅锡膏已渐渐淡出了SMT制程，对环境及人体无害的ROHS对应的无铅锡膏已经被业界所接受。 目前，ROHS无铅焊料粉末成份，是由多种金属粉末组成，目前的几种无铅焊料配比共晶有，锡Sn-银Ag-铜Cu、锡Sn-银Ag-铜Cu-铋Bi、锡Sn-锌Zn，其中锡Sn-银Ag-铜Cu配比的使用最为广泛。锡Sn-银Ag-铜Cu：具有良好的耐热疲劳性和蠕变性，熔化温度区域狭窄；不足的是冷却速度较慢，焊锡表面易出现不平整的现象。锡Sn-银Ag-铜Cu-铋Bi：熔点较Sn-Ag-Cu合金低，润湿性较Sn-Ag-Cu合金良好，拉伸强度大；缺点熔化温度区域大。锡Sn-锌Zn：低熔点，较接近有铅锡膏的熔点温度，成本低；缺点是润湿性差，容易被氧化且因时间加长而发生劣化。如表3.1所示就是不同合金焊料的熔点温度比较。焊料合金成分熔点温度及其范围SnCu0.7227SnAg3.5225SnAg3.8Cu0.7217SnAg3.88Cu0.7Sb0.25217SnAg2.5Cu0.8Sb0.5210216SnBi5Ag1203211表3.1 不同合金焊料的熔点温度比较3.1.2 助焊剂主要作用 使金属颗粒成为膏状，以适应印刷工艺； 控制锡膏的流动性； 清除焊接面和锡膏的氧化物，提高焊接性能； 减缓锡膏在室温下的化学反应； 提供稳固的SMT贴片时所需要的粘着力。3.2 影响锡膏粘度的因素锡膏合金粉末含量对粘度的影响，锡膏中合金粉末的增加引起粘度的增加。锡膏合金粉末颗粒大小对粘度的影响，颗粒度增大时粘度会降低。温度对锡膏粘度的影响，温度升高粘度下降，印刷的最佳环境温度为23 3 。剪切速率对锡膏粘度的影响，剪切速率增加粘度下降。如图3.2所示就是不同因素对焊膏粘度的影响。图3.2 不同因素对焊膏粘度的影响3.3锡膏的有效期限及保存及使用环境一般锡膏在密封状态下，010条件下可以保存6个月，开封后要尽快使用完；锡膏的使用环境是要求SMT车间的温度为：2226，湿度为：4060。未开罐冷藏保存时间制造日期后4个月未开罐环境温湿度下保存时间48小时回温时间使用前应回温4小时以上（根据各锡膏厂商的规定搅拌时间回温OK的锡膏在开罐首次使用前须搅拌机搅拌5分钟开罐后一次未全部用完旋紧罐盖在环境温湿度下的放置时间18小时在丝网上的使用时间12小时印刷后锡膏在线上停留时间2小时开罐后至回流前的时间18小时回温时间+开罐后至回流前的时间48小时表3.2 锡膏有效期及保存使用环境4 印刷机印刷流程及作用来板检测进板对中印刷出板检测流入下道工序图4.1 印刷机印刷流程印刷机的作用主要是将焊膏（锡铅膏状物）涂敷于PCB板上，使贴片工序贴装的元器件能够黏在PCB焊盘上。印刷机印刷流程大致可分为来板检测、进板、对中印刷、出板、检测流入下道工序等（如图4.1所示）。一般对于SMT行业行业来说来料的好坏直接影响到生产出来的产品的质量的好坏，所以工厂对于来料的检测是必不可少的一个环节，在这里本文就侧重讲一下印刷机的来料检测也就是对电路板（PCB板）的检测，印制电路板是一个产品能够正常运行的基础所以保证一块电路板的良好也是保证生产出来的产品正常的一个前提，检测一块电路板的好坏只要观察电路板板面的电路是否完整如果有断线的情况是坚决不能用的，还有板面是否干净等。下一个过程就是进板，一般工厂里都是自动化的流水线印制电路板一般都是由光学传感器通过轨道传送到机器里的。紧接着就是对中印刷了，对于手动和半自动的印刷机来说对中就是人工对中，但对于全自动印刷机来说只要就是通过光学对中，对中前电路板和丝网上都有Mark点当板子进入到机器的时候光学摄像头就会到板子和丝网之间如果两个Mark点和电脑里事先储存的影响重合那么就能够对中完成然后进行焊膏的印刷。出板就是和进板的过程一样的在此就不多说的。最后就是检测进入下道工序，有的公司会在印刷机后面加一台AOT（自动光学检测仪）机器进行印刷检测这样就能保证印刷这道工序不会向下道工序传送不良印刷的电路板。5 印刷工艺参数设置在表面组装细间距等要求下，印刷过程涉及的工艺参数非常多，每个参数调整不当都会对组装质量产生很大的影响。只要参数有刮刀压力、刮刀速度、刮刀选择、分离速度、印刷间隙、印刷行程、清洗模式及频率等。 印刷行程。为避免焊膏造成浪费及浪费印刷时间，印刷前一般需要设置前、后印刷极限，即确定印刷行程。前极限一般在模板图形前20mm处，后极限一般在模板图形后20mm处。 印刷速度。印刷速度一般设置为15mms100mms。有细间距、高密度图形时，速度要慢一些。 刮刀压力。刮刀压力一般设置在26kgc，具体刮刀压力要根据实际生产产品的要求而定。在刮刀角度一定的情况下，印刷速度和刮刀压力存在一定的关系，降低印刷速度相当于增加压力，适当降低压力可起到提到印刷速度的效果。 印刷间隙。印刷间隙是指模板装夹后模板地面与PCB表面之间的距离（刮刀与模板未接触前）。 分离速度。当刮刀完成一个印刷行程后，模板离开PCB的瞬时速度称为分离速度。适当调节分离速度，使模板离开焊膏图形时有一个微小停留过程，让焊膏从模板的开口中完整释放出来（脱膜），以获最佳的焊膏图形，有细间距、高密度图形时，分离速度要慢一些。 刮刀角度。刮刀角度一般为4560，此时，焊膏具有良好的滚动性。 清洗模式和清洗频率。经常清洗模板地面也是保证印刷质量的因素。在印刷过程中对模板底部进行清洗，消除其底部的附着物，以防止对PCB的污染。清洗通常采用无水乙醇作为清洗液。模板清洗方式有湿干、湿真干等。6 影响印刷质量的因素影响焊膏印刷质量的因素有很多，概括起来可包括8个因素，分别为人、环境、印刷电路板、印刷电路板、印刷机、模板、滚筒（刀）、焊膏材料和印刷参数。 模板对焊膏印刷质量的影响。 基准点设置； 模板开口的外形尺寸及开口形状； 模板厚度； 焊膏对焊膏印刷质量的影响。 焊膏的密度； 焊膏的粘性； 焊膏颗粒的均匀性与大小； 焊膏的金属含量； 印刷工艺对焊膏的影响有刮刀压力、印刷速度、印刷行程、刮刀的参数、分离速度等。 其他对焊膏印刷质量的影响。在印刷高密度细间距产品时，印刷机的印刷精度和重复印刷精度也会起到一定的作用。7 印刷缺陷分析及预防对策 焊膏桥连(如图7.1所示)图7.1 桥连原因分析： 刮刀硬度过小，反面支撑不足。刮刀硬度偏低将导致焊膏不易成形，脱膜时不能保持焊膏印刷形状，外观模糊； 焊膏粘度过低； 印刷焊膏厚度过高； 模板不清洁。解决措施: 选用较硬刮刀，提高支撑力度； 可以通过改变搅拌速度、增加焊膏中的金属含量比例、降低合金粉末的粒度、降低工作环境的温度等来调节； 可以通过调整印刷间隙、选用较薄的模板、减少施加的印刷压力等 改变清洗模式、增加清洗频率使模板背面保持清洁。 焊膏印刷拉尖（如图7.2所示）图7.2 焊膏拉尖原因分析： 离网不良，易造成焊膏不易从模板窗口分离，污染模板，形成拉尖； 印刷平面不平行，影响印刷厚度； 网板开口面有凹凸不平，焊膏不易分离，造成拉尖； 印刷间隙不良； 焊膏黏度太大。解决措施： 改善印刷机的分离速度； 调整印刷机的水平度； 提高网板窗口四壁的精度、降低其粗糙度； 改善印刷间隙； 选用合适黏度的焊膏。 焊膏印刷厚度太薄原因分析： 网板太薄； 焊膏流动性差，不易在模板上滚动，从而导致焊膏印刷太薄； 印刷间隙太小。解决措施 可以适当调整增加模板厚度，或局部增加模板厚度； 更换焊膏，选择流动性好的焊膏； 适当增加印刷间隙，提高印刷机的准确度。 焊膏印刷偏移（如图7.3所示）图7.3 焊膏印刷偏移原因分析： 网板位置偏离或制造尺寸误差； PCB制造尺寸误差； 印刷压力过大； 浮动机构调节不平衡。解决措施： 选用制造精度高的PCB； 降低印刷压力； 调好浮动机构的平衡。 漏印、印刷不完全（如图7.4所示）图7.4 漏印、印刷不完全原因分析： 模板漏孔堵塞； 分离速度过慢。焊膏在常温下具有一定的黏度，分离速度过慢将导致焊膏不能良好的脱网，不仅使焊盘得不到足够的焊膏，印刷不完全； 模板开口偏小或位置不对； 焊膏滚动性不好。解决措施: 更换模板清洗模式及频率，擦拭模板底部； 提高分离速度； 改变模板开口尺寸与形状； 刮刀印刷速度可以改变焊膏的滚动性，减慢印刷速度，适当增加刮刀延时，使刮刀上的焊膏充分流到模板上，可改善其滚动性。 焊膏黏着力不足原因分析： 焊料粉末粒度太大； 操作环境温度和湿度偏高，风速大； 搅拌不均匀。解决措施： 选择合适粒度的焊膏； 生产车间的环境一般为232，相对湿度在60%RH一下，放静电，防尘，尽量做到无风，减少焊剂的挥发； 焊膏搅拌时间过长，造成黏度下降；搅拌时间过短，搅拌不均匀，部分焊膏不能完全浸润。 PCB表面沾污原因分析