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FoxconnTechnologyGroup SMTTechnologyDevelopmentCommittee SMTTechnologyCenterSMT技術中心 PCBA生產流程介紹 目录 SMT技朮簡介 SMT段工藝流程 印刷機 ScreenPrinter 貼片機 MOUNT 回流焊接 REFLOW 自動光學檢查 AOI 波峰焊接 WAVESOLDER 在線測試 ICTTest PCBA生產工藝流程 靜電釋放 ESD SMT技术简介 表面贴装技术 SurfaceMountingTechnology简称SMT 是新一代电子组装技术 它将传统的电子元器件压缩成为体积只有几十分之一的器件 从而实现了电子产品组装的高密度 高可靠 小型化 低成本 以及生产的自动化 这种小型化的元器件称为 SMD器件 或称SMC 片式器件 将元件装配到印刷線或其它基板上的工艺方法称为SMT工艺 相关的组装设备则称为SMT设备 目前 先进的电子产品 特别是在计算机及通讯类电子产品 已普遍采用SMT技术 国际上SMD器件产量逐年上升 而传统器件产量逐年下降 因此随着进间的推移 SMT技术将越来越普及 目录 SMT技朮簡介 SMT段工藝流程 印刷機 ScreenPrinter 貼片機 MOUNT 回流焊接 REFLOW 自動光學檢查 AOI 波峰焊接 WAVESOLDER 在線測試 ICTTest PCBA生產工藝流程 靜電釋放 ESD PCBA生產工藝流程圖 一 PCBA生產工藝流程圖 二 目录 SMT技朮簡介 SMT段工藝流程 印刷機 ScreenPrinter 貼片機 MOUNT 回流焊接 REFLOW 自動光學檢查 AOI 波峰焊接 WAVESOLDER 在線測試 ICTTest PCBA生產工藝流程 靜電釋放 ESD Printer Mount Re flow AOI SMT段生產工艺流程 目录 SMT技朮簡介 SMT段工藝流程 印刷機 ScreenPrinter 貼片機 MOUNT 回流焊接 REFLOW 自動光學檢查 AOI 波峰焊接 WAVESOLDER 在線測試 ICTTest PCBA生產工藝流程 靜電釋放 ESD SolderPrinter内部工作示意图 SMT段生產工艺流程 Printer Printer SolderPrinter的基本要素 焊膏是一种均质混合物 由合金焊料粉 糊状焊剂和一些添加剂混合而成的具有一定粘性和良好触变性的膏状体 在常温下 焊膏可将电子元器件初粘在既定位置 当被加热到一定温度时 通常183 随着溶剂和部分添加剂的挥发 合金粉的熔化 使被焊元器件和焊盘连在一起 冷却形成永久连接的焊点 对焊膏的要求是具有多种涂布方式 特别具有良好的印刷性能和再流焊性能 并在贮存时具有稳定性 錫膏的构成 焊膏的保存 焊膏的使用 SolderPrinter的基本要素還包括 我們將在以後的章節介紹 PCB PrintedCircuitBoard 即印刷电路板1 PCB组成成份电脑板卡常用的是FR 4型号由环氧树脂和玻璃纤维复合而成2 PCB作用 提供元件组装的基本支架 提供零件之间的电性连接利用铜箔线 提供组装时安全方便的工作环境 3 PCB分类根据线路层的多少分为双面板多层板 双面板指PCB两面有线路而多层板除PCB两面有线路外中间亦布有线路目前常用的多层板为四层板中间有一层电源和一层地線根据焊盘镀层可分为喷锡板和金板 喷锡板因生产工艺复杂故价钱昂贵但其上锡性能优于金板 Squeegee 又叫刮板或刮刀 菱形刮刀 拖裙形刮刀 聚乙烯材料或类似材料 金属 目前60度鋼刮刀使用較普遍 第一步 在每50mm的Squeegee长度上施加1kg的压力 第二步 减少压力直到锡膏开始留在模板上刮不干净 在增加1kg的压力第三步 在锡膏刮不干净开始到挂班沉入丝孔内挖出锡膏之间有1 2kg的可接受范围即可達到好的印制效果 Squeegee的硬度范围用颜色代号来区分 verysoft红色soft绿色hard蓝色veryhard白色 Stencil PCB Stencil的梯形开口 PCB Stencil Stencil的刀锋形开口 激光切割模板和电铸成行模板 化学蚀刻模板 模板 Stencil 制造技术 模板 Stencil 材料性能的比较 鋼板網框 鋼板金屬板部分 鋼板張網部分 金屬板與張网連接 鋼板張力應控制在35N以上 鋼板開孔基本方法 A MARK的基本開法 MARK一般為盲孔 內部填充黑色物質EPOXY B MARK基本形狀 當然我們可以用鋼板上一般開孔作為MARK 這是程式制作的問題 目录 SMT技朮簡介 SMT段工藝流程 印刷機 ScreenPrinter 貼片機 MOUNT 回流焊接 REFLOW 自動光學檢查 AOI 波峰焊接 WAVESOLDER 在線測試 ICTTest PCBA生產工藝流程 靜電釋放 ESD 一 拱架型 Gantry 元件送料器 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 該类机型的优势 系统结构简单 可实现高精度 适于各种大小 形状的元件 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 該类机型的缺点 贴片头来回移动的距离长 所以速度受到限制 SMT段生產工艺流程 Mount Mount 貼片機類型 二 转塔型 Turret 元件送料器放于一个单坐标移动的料车上 基板 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 将元件贴放于基板上 一般 转塔上安装有十几到二十几个贴片头 每个贴片头上安装2 4个真空吸嘴 较早机型 至5 6个真空吸嘴 现在机型 由于转塔的特点 将动作细微化 选换吸嘴 送料器移动到位 取元件 元件识别 角度调整 工作台移动 包含位置调整 贴放元件等动作都可以在同一时间周期内完成 所以实现真正意义上的高速度 目前最快的时间周期达到0 08 0 10秒钟一片元件 該类机型的优势 該类机型的缺点 贴装元件类型的限制 并且价格昂贵 1 SMD件的包装形式A 带装TapeB 管装StickC 托盘TrayD 散装Bulk注 同种料件可有多种包装形式 2 供料器的类型A TapeFeeder带装供料器带装零件供料器依料带的宽度可分为8mm 12mm 16mm 24mm 32mm 44mm 56mm等种类B StickFeeder管装供料器High SpeedStickFeeder高速管装代料器High PrecisionMulti StickFeeder高精度多重管装供料器High SpeedStackStickFeeder高速层式管装供料器C TrayFeeder托盘代料器手动换盘式ManualTrayFeeder自动换盘式AutoTrayStackerATS27A自动换盘拾取式换盘送料YTF31APick PlaceTrayFeederD BulkFeeder散装供料器目前较少使用种类振动式和吹气式 A 選擇料架 1 不同包裝方式的料應裝不同類型的料架上 如膠帶或紙帶 2 不同本体大小的料應裝在不同之料架上 B 裝所需物料到料架上1 根据料單的要求 將物料裝于不同的料架內2 要仔細檢查料架內的物料是否到位 料架扣有無扣好 以及料帶齒輪是否相吻合 C 根据料單确認所備之料架所示意之站別與所放斜槽之站別相一致 1 作好備料記錄并由相鄰工位确認 2 對于托盤裝BGA或IC只有半盤或大半盤時應將物料置于托盤的后面部分 而空出前部分 Tray盤的擺放方式請按Tray盤上箭頭所指的方向 進行放置 3 上線前之備料應特別留意BGA及IC的方向 以及一些有极性之元件的极性 對於溫濕度敏感性的元件的管制請參照管制規范 上料步驟與要求 備料 A 确認換料站別1 應時刻留意物料的使用狀況 2 當听到机器發出缺料報警后 巡視核實缺料信息 并确認好換料站別 B 取備用料放于机器平台相應位置 1 從料車斜槽內拿取備用料時不能錯拿其他站別之料 2 在工作TABLEL里放入物料時決不可能放錯站別 3 放入后應使料架與其他的相平 4 在換料后勿忘記將插上料架的電源與气管連線 C 關安全門 按RESET鍵盤 1 安全門一定要關嚴 以免机器故障 2 不可直接按START 而應先RESET鍵 等綠燈亮后方可按START進行貼片 D 按START鍵進行貼片作業將所換的站別以及料單上站別以及料車斜槽內的站別進行比照 進行最終确認 保証不拿錯料 不上錯料 同時作好上料記錄 相鄰工位在10分鐘內對料進行核對 上料步驟與要求 換料 紅燈亮 在生產中机器發生Error停机黃燈閃 机器待机狀況中發生警告訊息黃燈亮 机器生產中發生警告訊息綠燈閃 机器正常待机狀態綠燈亮 机器正在置件中 警示燈的提示 目录 SMT技朮簡介 SMT段工藝流程 印刷機 ScreenPrinter 貼片機 MOUNT 回流焊接 REFLOW 自動光學檢查 AOI 波峰焊接 WAVESOLDER 在線測試 ICTTest PCBA生產工藝流程 靜電釋放 ESD 1 焊錫原理印刷有錫膏的PCB 在零件貼裝完成后 經過加熱 錫膏熔化 冷卻后將PCB和零件焊接成一体 從而達到既定的机械性能 電器性能 3 回流的方式 2 焊錫三要素焊接物 PCB零件焊接介質 焊接用材料 錫膏一定的溫度 加熱設備 Re flow SMT段生產工艺流程 Re flow 热风回流焊过程中 焊膏需经过以下几个阶段 溶剂挥发 焊剂清除焊件表面的氧化物 焊膏的熔融 再流动以及焊膏的冷却 凝固 基本工艺 目的 使PCB和元器件预热 达到平衡 同时除去焊膏中的水份 溶剂 以防焊膏发生塌落和焊料飞溅 要保证升温比较缓慢 溶剂挥发 较温和 对元器件的热冲击尽可能小 升温过快会造成对元器件的伤害 如会引起多层陶瓷电容器开裂 同时还会造成焊料飞溅 使在整个PCB的非焊接区域形成焊料球以及焊料不足的焊点 作用 是用來加熱PCB 零件 斜率為1 3 秒 占總時間的30 左右 最高溫度控制在140 以下 減少熱沖擊 一PRE HEAT預熱區重點 預熱的斜率預熱的溫度 工艺分区 目的 保证在达到再流温度之前焊料能完全干燥 同时还起着焊剂活化的作用 清除元器件 焊盘 焊粉中的金属氧化物 时间约60 120秒 根据焊料的性质有所差异 二SOAK恆溫區重點 均溫的時間均溫的溫度 作用 是使大小零件及PCB受熱完全均勻 消除局部溫差 通過錫膏成份中的溶劑清除零件電極及PCBPAD及SolderPowder之表面氧化物 減小表面張力 為重溶作准備 本區時間約占45 左右 溫度在140 183 之間 目的 焊膏中的焊料使金粉开始熔化 再次呈流动状态 替代液态焊剂润湿焊盘和元器件 这种润湿作用导致焊料进一步扩展 对大多数焊料润湿时间为60 90秒 再流焊的温度要高于焊膏的熔点温度 一般要超过熔点温度20度才能保证再流焊的质量 有时也将该区域分为两个区 即熔融区和再流区 作用 為全面熱化重熔 溫度將達到峰值溫度 峰值溫度通常控制在205 230 之間 peak溫度過高會導致PCB變形 零件龜裂及二次回流等現象出現 三REFLOW回焊區重點 回焊的最高溫度回焊的時間 目的 焊料随温度的降低而凝固 使元器件与焊膏形成良好的电接触 冷却速度要求同预热速度相同 四COOLING冷卻區重點 冷卻的斜率 作用 為降溫 使PCB 零件均勻降溫 回焊爐上下各有兩個區有降溫吹風馬達 通常出爐的PCB溫度控制在120 以下 REFLOW常見的焊接不良及對策分析 Case4 SMD零件浮動 漂移 Case6 冷焊 Coldsolderjoints 原因對策1 Reflow溫度太低 最低Reflow溫度215 2 Reflow時間太短 錫膏在熔錫溫度以上至少10秒3 Pin吃錫性問題 查驗Pin吃錫性4 Pad吃錫性問題 查驗Pad吃錫性 冷焊是焊點未形成合金屬 IntermetallicLayer 或是焊接物連接點阻抗較高 焊接物間的剝離強度 PeelStrength 太低 所以容易將零件腳由錫墊拉起 目录 SMT技朮簡介 SMT段工藝流程 印刷機 ScreenPrinter 貼片機 MOUNT 回流焊接 REFLOW 自動光學檢查 AOI 波峰焊接 WAVESOLDER 在線測試 ICTTest PCBA生產工藝流程 靜電釋放 ESD 自动光学检查 AOI AutomatedOpticalInspection 运用高速高精度视觉处理技术 自动检测PCB板上各种不同帖装错误及焊接缺陷 PCB板的范围可从细间距高密度板到低密度大尺寸板 并可提供在线检测方案 以提高生产效率及焊接质量 通过使用AOI作为减少缺陷的工具 在装配工艺过程的早期查找和消除错误 以实现良好的过程控制 及早发现缺陷 避免不良品板流到随后的工站 减少修理成本 避免报废品的產生 SMT段生產工艺流程 AOI 由于电路板尺寸大小及零件向小型化趨勢的發展 對產品的品質提出了更高的要求 依靠傳統的人工检查已不能再適應產品的需求 为了解決這一問題 人工作業檢查的替代品 AOI便迎運而生 为什么使用AOI 通过使用AOI作为减少缺陷的工具 在装配工艺过程的早期查找和消除错误 以实现良好的过程控制 及早发现缺陷 避免不良品板流到随后的工站 减少修理成本 避免报废品的產生 AOI检查与人工检查的比较 1 高速检测系统与PCB板帖装密度无关 2 快速便捷的编程系统 图形界面下进行 运用帖装数据自动进行数据检测 运用元件数据库进行检测数据的快速编辑 主要特点 4 根据被检测元件位置的瞬间变化进行检测窗口的自动化校正 达到高精度检测 5 通过用墨水直接标记于PCB板上或在操作显示器上用图形错误表示来进行检测电的核对 3 运用丰富的专用多功能检测算法和二元或灰度水平光学成像处理技术进行检测 可检测的元件 元件类型 矩形chip元件 0805或更大 圆柱形chip元件 钽电解电容 线圈 晶体管 排组 QFP SOIC 0 4mm间距或更大 连接器 异型元件 检测项目 无元件 与PCB板类型无关 未对中 脱离 极性相反 元件板性有标记 直立 编程设定 焊接破裂 编程设定 元件翻转 元件上下有不同的特征 错帖元件 元件间有不同特征 少锡 编程设定 翘脚 编程设定 连焊 可检测20微米 无焊锡 编程设定 多锡 编程设定 影响AOI检查效果的因素 影响AOI检查效果的因素 内部因素 外部因素 部件 贴片质量 助焊剂含量 室内温度 焊接质量 AOI光度 机器内温度 相机温度 机械系统 图形分析运算法则 目录 SMT技朮簡介 SMT段工藝流程 印刷機 ScreenPrinter 貼片機 MOUNT 回流焊接 REFLOW 自動光學檢查 AOI 波峰焊接 WAVESOLDER 在線測試 ICTTest PCBA生產工藝流程 靜電釋放 ESD 静电的概念 1 Electrostatic 靜電靜電就是物體所帶相對靜止不動的電荷 2 ESD ElectrostaticDischarge 靜電放電具有不同靜電電位的物體 由於直接接觸或靜電感應引起的物體間靜電電荷轉移 3 EOS ElectrostaticOverstress靜電損傷由靜電放電造成的電子元器件性能退化或功能失效 4 ESDS ESDSensitivity 靜電敏感性 度 衡量一個器件對靜電破壞所能感受的程度 即其特性在不同的靜電水准下改變多少 电子元件的损坏形式有两种完全失去功能 器件不能操作 约占受静电破坏元件的百分之十间歇性失去功能 器件可以操作但性能不稳定 维修次数因而增加 约占受静电破坏元件的百分之九十在电子生产上进行静电防护 可免 增加成本 减低质量 引致客户不满而影响公司信誉 从一个元件产生以后 一直到它损坏以前 所有的过程都受到静电的威胁 这一过程包括 元件制造 包含制造 切割 接线 检验到交货 印刷电路板 收货 验收 储存 插入 焊接 品管 包装到出货 设备制造 电路板验收 储存 装配 品管 出货 设备使用 收货 安装 试验 使用及保养 其中最主要而又容易疏忽的一点却是在元件的传送与运输的过程 遭受静电破坏 静电防护要领静电防护守则原则一 在静电安全区域使用或安装静电敏感元件原则二 用静电屏蔽容器运送及存放静电敏感元件或电路板原则三 定期检测所安装的静电防护系统是否操作正常原则四 确保供应商明白及遵从以上三大原则 1 避免静电敏感元件及电路板跟塑胶制成品或工具 如计算机 电脑及电脑终端机 放在一起 2 把所有工具及机器接上地线 3 用静电防护桌垫 4 时常遵从公司的电气安全规定及静电防护规定 5 禁止没有系上手环的员工及客人接近静电防护工作站 6 立刻报告有关引致静电破坏的可能 静电防护步骤 目录 SMT技朮簡介 SMT段工藝流程 印刷機 ScreenPrinter 貼片機 MOUNT 回流焊接 REFLOW 自動光學檢查 AOI 波峰焊接 WAVESOLDER 在線測試 ICTTest PCBA生產工藝流程 靜電釋放 ESD 什么是波峰焊 波峰焊是将熔融的液态焊料 借助葉泵的作用 在焊料槽液面形成特定形状的焊料波 插装了元器件的PCB置与传送链上 经过某一特定的角度以及一定的浸入深度穿过焊料波峰而实现焊点焊接的过程 PTH段生產工艺流程 WaveSolder 1 波峰焊机的工位组成及其功能 裝板 涂布焊剂 预热 焊接 热风刀 冷却 卸板 2 波峰面 波的表面均被一层氧化皮覆盖 它在沿焊料波的整个长度方向上几乎都保持静态 在波峰焊接过程中 PCB接触到锡波的前沿表面 氧化皮破裂 PCB前面的锡波无皲褶地被推向前进 这说明整个氧化皮与PCB以同样的速度移动 3 焊点成型 PCB離開焊料波時 分離點位與B1和B2之間的某個地方 分離后形成焊點 当PCB进入波峰面前端 A 时 基板与引脚被加热 并在未离开波峰面 B 之前 整个PCB浸在焊料中 即被焊料所桥联 但在离开波峰尾端的瞬间 少量的焊料由于润湿力的作用 粘附在焊盘上 并由于表面张力的原因 会出现以引线为中心收缩至最小状态 此时焊料与焊盘之间的润湿力大于两焊盘之间的焊料的内聚力 因此会形成饱满 圆整的焊点 离开波峰尾部的多余焊料 由于重力的原因 回落到锡锅中 4 防止桥联的发生 1 使用可焊性好的元器件 PCB2 提高助焊剞的活性3 提高PCB的预热温度 增加焊盘的湿润性能4 提高焊料的温度5 去除有害杂质 减低焊料的内聚力 以利于两焊点之间的焊料分开 波峰焊机中常见的预热方法 波峰焊机中常见的预热方式有如下几种 1 空气对流加热2 红外加热器加热3 热空气和辐射相结合的方法加热 波峰焊工艺曲线解析 1 润湿时间指焊点与焊料相接触后润湿开始的时间2 停留时间PCB上某一个焊点从接触波峰面到离开波峰面的时间停留 焊接时间的计算方式是 停留 焊接时间 波峰宽 速度3 预热温度预热温度是指PCB与波峰面接触前达到的温度 見右表 4 焊接温度焊接温度是非常重要的焊接参数 通常高于焊料熔点 183 C 50 C 60 C大多数情况是指焊锡炉的温度实际运行时 所焊接的PCB焊点温度要低于炉温 这是因为PCB吸热的结果 波峰焊工艺参数调节 1 波峰高度波峰高度是指波峰焊接中的PCB吃錫高度 其數值通常控制在PCB板厚度的1 2 2 3 過大會導致熔融的焊料流到PCB的表面 形成 橋連 2 傳送傾角波峰焊機在安裝時除了使機器水平外 還應調節傳送裝置的傾角 通過傾角的調節 可以調控PCB與波峰面的焊接時間 適當的傾角 會有助于焊料液與PCB更快的剝離 使之返回錫鍋內3 熱風刀所謂熱風刀 是SMA剛離開焊接波峰后 在SMA的下方放置一個窄長的帶開口的 腔體 窄長的腔體能吹出熱氣流 尤如刀狀 故稱 熱風刀 4 焊料純度的影響波峰焊接過程中 焊料的雜質主要是來源于PCB上焊盤的銅浸析 過量的銅會導致焊接缺陷增多5 助焊劑6 工藝參數的協調波峰焊機的工藝參數帶速 預熱時間 焊接時間和傾角之間需要互相協調 反復調整 目录 SMT技朮簡介 SMT段工藝流程 印刷機 ScreenPrinter 貼片機 MOUNT 回流焊接 REFLOW 自動光學檢查 AOI 波峰焊接 WAVESOLDER 在線測試 ICTTest PCBA生產工藝流程 靜電釋放 ESD ICT測試機 ICT In circuittester 在线测试机在线测试属于接触式检测技朮 也是生产中测试最基本的方法之一 由于它具有很强的故障诊断能力而广泛使用 通常将PCBA放置在专门设计的针床夹具上 安装在夹具上的弹簧测试探针与组件的引线或测试焊盘接触 由于接触了板子上所有网络 所有仿真和数字器件均可以单独测试 并可以迅速诊断出故障器件 PTH段生產工艺流程 Test ICT在线测试机的功能 1 焊接缺陷檢查能力通常ICT能檢查的焊接缺陷如下表 ICT在线测试机的功能 2 元器件缺陷檢查能力元器件缺陷檢查的焊接缺陷如下表 ICT測試機夾治具 單面 透明压克力治具 铁制边框 纤维板面板 铝合金边框InLine治具 各類探針樣式 ICT測試機夾治具 雙面 常見的ICT測試機 捷智的GET 300 JET 300