电子产品工艺与设备(大三上学期3)-1 电子产品装配工艺.ppt

心系祖国 胸怀天下 明礼诚信 博学笃行 秉承 进德修业 精益求精 的校训 珍惜大学美好时光 谱写绚丽青春篇章 大学并不是通过背诵答案获取高分的地方 而是培养探索精神 独立思考和创新能力的地方 大学是应用知识自我发现自我的过程 对于大学的师生来讲 不应受功利主义 机会主义的侵扰而放弃自己的理想 更不要随波逐流 大学生活最有意义的部分是学生在老师的指导下学习 工作 探索 思考和选择自己的人生道路 4 1装配工艺技术基础4 2印制电路板的组装4 3整机组装4 4表面贴装技术简介4 5微组装技术简介4 6焊接工艺 第4章装配焊接技术 熟悉装配工艺技术 自动焊接技术 接触焊接技术 掌握印制电路板组装和整机组装 手工焊接技术和手工焊接的工艺要求 了解微组装技术 本章要点 4 1装配工艺技术基础 1 组装特点 1 组装工作是由多种基本技术构成的 2 装配操作质量 在很多情况下 都难以进行定量分析 如焊接质量的好坏 通常以目测判断 刻度盘子 旋钮等的装配质量多以手感鉴定等 3 进行装配工作的人员必须进行训练和挑选 不可随便上岗 不然的话 由于知识缺乏和技术水平不高 就可能生产出次品 一旦混进次品 就不可能百分之百地被检查出来 产品质量就没有保证 4 1 1组装特点及技术要求 2 组装技术要求1 元器件的标志方向应按照图纸规定的要求 安装后能看清元件上的标志 2 安装元件的极性不得装错 安装前应套上相应的套管 3 安装高度应符合规定要求 同一规格的元器件应尽量安装在同一高度上 4 安装顺序一般为先低后高 先轻后重 先易后难 先一般元器件后特殊元器件 5 元器件在印刷板上的分布应尽量均匀 疏密一致 排列整齐美观 不允许斜排 立体交叉和重叠排列 元器件外壳和引线不得相碰 要保证1mm左右的安全间隙 6 元器件的引线直径与印刷焊盘孔径应有0 2 0 4mm的合理间隙 7 一些特殊元器件的安装处理 MOS集成电路的安装应在等电位工作台上进行 以免静电损坏器件 发热元件 如2瓦以上的电阻 要与印刷板面保持一定的距离 不允许贴面安装 较大元器件的安装 重量超过28g 应采取固定 绑扎 粘 支架固定等 措施 组装在生产过程中要占去大量时间 因为对于给定的生产条件 必须研究几种可能的方案 并选取其中最佳方案 目前 电子产品的组装方法 从组装原理上可以分为 1 功能法功能法是将电子产品的一部分放在一个完整的结构部件内 该部件能完成变换或形成信号的局部任务 某种功能 这种方法能得到在功能上和结构上都属完整的部件 从而便于生产 检验和维护 不同的功能部件 接收机 发射机 存储器 译码器 显示器 有不同的结构外形 体积 安装尺寸和连接尺寸 很难做出统一的规定 这种方法将降低整个产品的组装密度 此法适用于以分立元件为主的产品组装 4 1 2组装方法 2 组件法组件法是制造一些在外形尺寸和安装尺寸上都统一的部件 这时部件的功能完整性退居到次要地位 这种方法是针对为统一电气安装工作及提高安装密度而建立起来的 根据实际需要又可分为平面组件法和分层组件法 此法大多用于组装以集成器件为主的产品 3 功能组件法功能组件法是兼顾功能法和组件法的特点 制造出既有功能完整性又有规范化的结构尺寸和组件 微型电路的发展 导致组装密度进一步增大 以及可能有更大的结构余量和功能余量 因此 对微型电路进行结构设计时 要同时遵从功能原理和组件原理 电子产品组装的电气连接 主要采用印制导线连接 导线 电缆以及其它电导体等方式进行连接 1 印制导线连接印制导线连接法是元器件间通过印制板的焊接盘把元器件焊接 固定 在印制板上 利用印制导线进行连接 目前 电子产品的大部分元器件都是采用这种连接方式进行连接 但对体积过大 质量过重以及有特殊要求的元器件 则不能采用这种方式 因为 印制板的支撑力有限 面积有限 为了受振动 冲击的影响 保证连接质量 对较大的元器件 有必要考虑固定措施 4 1 3连接方法 2 导线 电缆连接对于印制板外的元器件与元器件 元器件与印制板 印制板与印制板之间的电气连接基本上都采用导线与电缆连接的方式 在印制板上的 飞线 和有特殊要求的信号线等也采用导线或电缆进行连接 导线 电缆的连接通常通过焊接 压接 接插件连接等方式进行连接 现在也有采用软印制线代替导线进行连接 3 其它连接方式在多层印制板之间的连接是采用金属化孔进行连接 金属封装的大功率晶体管以及其它类似器件通过焊片用螺钉压接 大部分的地线是利用底板或机壳进行连接 4 2印制电路板的组装 4 2 1组装工艺 通常我们把没有装载元件的印制电路板叫做印制基板 印制基板的两面分别叫做元件面和焊接面 元件面安装元件 元件的引出线通过基板的通孔 在焊接面的焊盘处通过焊接把线路连接起来 电子元器件种类繁多 外形不同 引出线也多种多样 所以印制板的组装方法也就有差异 必须根据产品结构的特点 装配密度 以及产品的使用方法和要求来决定 元器件装配到基板之前 一般都要进行加工处理 然后进行插装 良好的成形及插装工艺 不但能使机器性能稳定 防震 减少损坏等好处 而且还能得到机内整齐美观的效果 1 元器件引线的成形 1 预加工处理元器件引线在成形前必须进行加工处理 这是由于元器件引线的可焊性虽然在制造时就有这方面的技术要求 但因生产工艺的限制 加上包装 贮存和运输等中间环节时间较长 在引线表面产生氧化膜 使引线的可焊性严重下降 引线的再处理主要包括引线的校直 表面清洁及上锡三个步骤 要求引线处理后 不允许有伤痕 镀锡层均匀 表面光滑 无毛刺和残留物 2 引线成形的基本要求引线成形工艺就是根据焊点之间的距离 做成需要的形状 目的是使它能迅速而准确地插入孔内 基本要求如下 元件引线开始弯曲处 离元件端面的最小距离应不小于2mm 弯曲半径不应小于引线直径的两倍 怕热元件要求引线增长 成形时应绕环 元件标称值应处于在便于查看的位置 成形后不允许有机械损伤 引线成形基本要求如图4 1所示 图中A 2mm R 2d h 图4 1 a 为0 2mm 图4 1 b h 2mm C np p为印制电路板坐标网格尺寸 n为正整数 a 水平安装 b 垂直安装图4 1引线成形基本要求 3 成形方法为保证引线成形的质量和一致性 应使用专用工具和成形模具 成形工序因生产方式不同而不同 在自动化程度高的工厂 成形工序是在流水线上自动完成的 在没有专用工具或加工少量元器件时 可采用手工成形 使用平口钳 尖嘴钳 镊子等一般工具 有些元器件的引出脚需要修剪成形 由长到短按顺序对孔插入 如图4 2所示 图4 2多引脚修剪成形 2 元器件的安装方法元器件的安装方法有手工安装和机械安装 前者简单易行 但效率低 误装率高 而后者安装速度快 误装率低 但设备成本高 引线成形要求严格 一般有以下几种安装形式 1 贴板安装 安装形式如图4 3所示 它适用于防震要求高的产品 元器件贴紧印制基板面 安装间隙小于1mm 当元器件为金属外壳 安装面又有印制导线时 应加绝缘衬垫或套绝缘套管 2 悬空安装 安装形式如图4 4所示 它适用于发热元件的安装 元器件距印制基板面有一定高度 安装距离一般在3 8mm范围内 以利于对流散热 图4 4悬空安装 图4 3贴板安装 3 垂直安装 安装形式如图4 5所示 它适用于安装密度较高的场合 元器件垂直于印制基板面 但对质量大引线细的元器件不宜采用这种形式 4 埋头安装 倒装 安装形式如图4 6所示 这种方式可提高元器件防震能力 降低安装高度 元器件的壳体埋于印制基板的嵌入孔内 因此又称为嵌入式安装 5 有高度限制时的安装 安装形式如图4 7所示 元器件安装高度的限制 一般在图纸上是标明的 通常处理的方法是垂直插入后 再朝水平方向弯曲 对大型元器件要特殊处理 以保证有足够的机械强度 经得起振动和冲击 图4 5垂直安装图4 6埋头安装 图4 7有高度限制的安装 6 支架固定安装 安装形式如图4 8所示 这种方法适用于重量较大的元件 如小型继电 变压器 阻流圈等 一般用金属支架在印制基板上将元件固定 图4 8支架固定安装 3 元器件安装注意事项 元器件插好后 其引线的外形处理有弯头的 有切断成形等方法 要根据要求处理好 所有弯脚的弯折方向都应与铜箔走线方向相同 如图4 9 a 所示 b c 则应根据实际情况处理 图4 9引线弯脚方向 安装二极管时 除注意极性外 还要注意外壳封装 特别是玻璃壳体易碎 引线弯曲时易爆裂 在安装时可将引线先绕1 2圈再装 对于大电流二极管 有的则将引线体当作散热器 故必须根据二极管规格中的要求决定引线的长度 也不宜把引线套上绝缘套管 为了区别晶体管的电极和电解电容的正负端 一般是在安装时 加带有颜色的套管区别 大功率三极管一般不宜装在印制板上 因为它发热量大 易使印制板受热变形 4 2 2组装工艺流程 1 手工方式1 在产品的样机试制阶段或小批量试生产时 印制板装配主要靠手工操作 操作顺序是 待装元件 引线整形 插件 调整位置 剪切引线 固定位置 焊接 检验2 对于设计稳定 大批量生产的产品 印制板装配工作量大 宜采用流水线装配 每拍元件 约6个 插入 全部元器件插入 1次性切割引线 一次性锡焊 检查 引线切割一般用专用设备 割头机 一次切割完成 锡焊通常用波峰焊机完成 2 自动装配工艺流程自动装配一般使用自动或半自动插件机和自动定位机等设备 自动装配和手工装配的过程基本上是一样的 通常都是从印制基板上逐一添装元器件 构成一个完整的印制线路板 所不同的是 自动装配要求限定元器件的供料形式 整个插装过程由自动装配机完成 自动插装工艺过程框图如图4 10所示 经过处理的无器件装在专用的传输带上 间断地向前移动 保证每一次有一个元器件进到自动装配机的装插头的夹具里 插装机自动完成切断引线 引线成形 移至基板 插入 弯角等动作 并发出插装完了的信号 使所有装配回到原来位置 准备装配第二个元件 印制板靠传送带自动送到另一个装配工位 装配其它元器件 当元器件全部插装完毕 即自动进入波峰焊接的传送带 图4 10自动控制插装工艺流程 印制电路板的自动传送 插装 焊接 检测等工序 都是用电子计算机进行程序控制 它首先根据印制板的尺的大小 孔距 元器件尺寸和它在板上的相对位置等 确定可插装元器件和选定装配的最好途径 编写程序 然后再把这些程序送入编程机的存贮器中 由计算机自动控制完成上述工艺流程 自动装配对元器件的工艺要求 自动插装是在自动装配机上完成的 对元器件装配的一系列工艺措施都必须适合于自动装配的一些特殊要求 并不是所有的元器件都可以进行自动装配的 在这里最重要的是采用标准元器件和尺寸 对于被装配的元器件 要求它们的形状和尺寸尽量简单 一致 方向易于识别 有互换性等 有些元器件 另外 还有一个元器件的取向问题 即元器件在印制板什么方向取向 对于手工装配没有什么限制 也没有什么根本差别 但在自动装配中 则要求沿着X轴和Y轴取向 最佳设计要指定所有元器件只有一个轴上取向 至多排列在两个方向上 为希望机器达到最大的有效插装速度 就要有一个最好的元器件排列 元器件的引线孔距和相邻元器件引线孔之间的距离 也都应标准化 并尽量相同 4 3整机组装 4 3 1整机组装的结构形式 电子产品机械结构的装配是整机装配的主要内容之一 组成整机的所有结构件 都必须用机械的方法固定起来 以满足整机在机械 电气和其它方面性能指标的要求 合理的结构及结构装配的牢固性 也是电气性可靠性的基本保证 整机结构与装配工艺关系密切 不同的结构要有不同的工艺与之互相适应 不同的电子产品组装级 其组装结构形式也不一样 1 插件结构形式插件结构形式是应用最广的一种结构形式 主要是由印制电路板组成 在印制板的一端备有插头 构成插件 通过插座与布线连接 有的直接将引出线与布线连接 有的则根据组装结构的需要 将元器件直接装在固定组件支架 或板 上 便于元器件的组合以及与其他部分配合连接 2 单元盒结构形式这种形式是适应产品内部需要屏蔽或隔离而采用的结构形式 通常将这一部分元器件装在一块印刷板上或支架上 放在一个封闭的金属盒内 通过插头座或屏蔽线与外部接通 单元盒一般插入机架相应的导轨上或固定在容易拆卸的位置 便于维修 3 插箱结构形式一般将插件和一些机电元件放在一个独立的箱体中 该箱体有接插头 通过导轨插入机架上 插箱一般分无面板和有面板两种形式 4 底板结构形式该形式是目前电子产品中采用较多的一种结构形式 它是一切大型元器件 印制电路及机电元器件的安装基础 睡面板配合 很方便地将电路与控制 调谐等部分连接 5 机体结构形式机体结构是决定产品外形并使其成为一个整体结构 它可以给内部安装件提供组装在一起并得到保护的基本条件 还能给产品装配 使用和维修带来方便 4 3 2整机组装的工艺要求 电子产品的装配工艺在产品设计制造的整个过程中具有重要的意义 它将直接影响到各项技术指标能否实现或能否用最合理 最经济的方法实现 如果在结构设计中对工艺性考虑不周到 不仅会生产造成困难 还将直接影响到生产率的提高 1 结构装配工艺应具有相对的独立性 整机结构安装通常是指用是紧固件和胶粘剂将产品的元器件的零 部 整件按设计要求装在规定的位置上 由于产品组装采用分级组装 整机中各分机 整件和部件的划分 不仅在电气上具有独立性 而且在组装工艺上也具有相对的独立性 这样不仅便于组织生产 也便于整机的调整和检验 2 机械结构装配应有可调节环节 以保证装配精度 3 机械结构装配中所采用的连接结构 应保证安装方便和连接可靠 并尽可能地采用有效的新型连接结构形式 4 机械结构装配应便于设备的调整与维修 在电子产品中需要经常调节或更换的元器件 应保证装拆及更换的方便 并且在更换及调整时不应影响其它元器件或部件 此外 还应考臣在整机维修时 容易打开 便于观察修理 5 线束的固定和安装要有利于组织生产 并使整机装配整齐美观 6 要合理使用紧固零件 紧固件的合理使用 是结构工艺性的重要环节 一般地说 整机中使用紧固件少 工艺性就好 紧固件使用合理 工艺性就愈好 而合理使用紧固件对产品的可靠性也有很大影响 7 提高产品耐冲击 振动的措施 电子产品在使用和运输过程中 不可避免地会受到振动 冲击等机械力的作用 使其受到损坏或无法工作 为了保证电子产品在外界机械因素影响下仍能可靠的工作 除了安装减振器进行隔离外 还应考虑对产品中的各元器件和机械结构采用耐振措施 一般可从下列两上方面采取措施 提高电子产品各元器件及结构件本身抗振动 冲击的能力 采取隔振措施 隔振是防护电子产品免受振动的一种重要措施 8 应保证线路连接的可靠性 在电路装配中 线路连接的主要方法是焊接 焊接质量直接影响产品的电性能和可靠性 因此装配中的焊接工艺十分得重要 9 操用调谐机构应能精确 灵活和匀滑地工作 人工操作手感要好 1 整机联装的内容整机联装包括机械的和电气的两大部分工作 具体地说 总装的内容 包括将各零 部 整件 如各机电元件 印制电路板 底座 面板以及装在它们上面的元件 按照设计要求 安装在不同的位置上 组合成一个整体 总装的装配方式 从整机结构来分 有整机装配和组合件装配两种 对整机装配来说 整机是一个独立的整体 它把零 部 整件通过各种连接方法安装在一起 组成一个不可分的整体 具有独立工作的功能 如 收音机 电视机 信号发生器等等 而组合件装配 整机则是若干个组合件的组合体 每个组合件都具有一定的功能 而且随时可以拆卸 如大型控制台 插件式仪器等等 4 3 3整机联装 2 整机联装的基本原则整机联装的目标是利用合理的安装工艺 实现预定的各项技术指标 整机安装的基本原则是 先轻后重 先小后大 先铆后装 先装后焊 先里后外 先下后上 先平后高 易碎易损件后装 上道工序不得影响下道工序的安装 3 整机联装的工艺过程及要求整机联装的工艺过程为 准备 机架 面板 组件 机芯 导线连接 传动机构 总装检验 包装 总装工艺过程的先后程序有时可以作适当变动 但必须符合以下两条 使上下道工序装配顺序合理或加工方便 使总装过程中的元器件损耗应最小 4 常用零部件装配工艺从装配工艺程序看 零部件装配内容主要包括安装和紧固两部分 安装是指将安装配件放置在规定部件的全部过程 装配件的结构组成不外乎有电子元件 机械结构 辅助构件和紧固零件等 安装的内容是指对装配件的安放 应满足其位置 方向和次序的要求 直到紧固零件全部套上入扣为止 才算安装过程结束 紧固是在安装之后用工具紧固零件拧紧的工艺过程 在操作中 安装与紧固是紧密相联的 有时难以截然分开 当主要元件放上后 辅助构件 紧固件边套装边紧固 但是一般都不拧得很紧 待元件位置初步得到固定后 稍加调整拔正再作最后的固定 下面介绍几种常用零部件的装配 1 电位器的安装电位器的安装根据其使用的要求一般应注意两点 有锁紧装置时的安装 这里指对电位器芯轴的锁紧 芯轴位置是可变的 能影响电阻值 在安装时由固定螺母将电位器固定在装置板上 用紧锁螺母将芯轴锁定 图4 11为带锁紧装置的电位器安装 利用锁紧螺母内锥面对弹性夹锥面施加的夹合力将调整芯轴夹紧 在振动冲击中不发生角位移 拧动锁紧螺母不直接碰到芯轴 施加的是渐近力 不影响已调好的轴位 容易锁定在最佳点上 且便于调试 装配中拧动锁紧螺母检查其锁定性能 拧紧时用2寸起子应拧不动芯轴 拧松时芯轴应能被轻松地转动 图4 11有紧锁装置的电位器安装 有定位要求时的安装 定位是指元件本身的定位和元件转轴的定位 装配件必须具有两个以上的紧固点才可能得到位置上的固定 因此在元件上往往设置定位圈 定位销和定位凸缘与装置板上相应的定位孔 定位槽相嵌套 当轴向得到固定后 不致产生经向角位移 在安装中必须使定位装置准确入位 转轴定位表现在控制轴的装配效果上 如图4 12所示 电位器安装中 要求旋钮相对于面板刻度标志配制对零标志点 常用配钻点漆的方法 应保证旋钮拧到左极端位置时标志点对准面板刻度的零位 图4 12有定位要求的电位器安装 2 散热器的安装电子产品中大功率元器件的散热通常采用自然散热形式 它包括热传导 对流 辐射等几种 功率半导体器件一般都安装在散热器上 如图4 13所示为集成电路散热器安装结构 图4 13散热器安装 在安装时 器件与散热器之间的接触面要平整 清洁 装配孔距要准确 防止装紧后安装件变形 减小实际接触面积 人为地增加界面热阻 散热器上的紧固件要拧紧 保证良好的接触 以有利于散热 为使接触面密合 往往在安装接触面上涂些硅脂 以提高散热效率 但涂的数量和范围要适当 否则将失去实际效果 散热器的安装部位应放在机器的边沿 风道等容易散热的地方 有利于提高散热效果 叉指型散热器放置方向会影响散热效果 在相同功耗下因放置方向不同而温升较大 如方形叉指型散热器平放 叉指向上 比侧放 叉指向水平方向 的温升稍低 长方形和菱形叉指型散热器平放比横侧放 长轴在水平方向 散热效果要好 在没有其它条件限制时 应尽量注意这个特点 4 4表面安装技术 SMT 介绍 表面安装技术 SurfaceMountingTechnology 是一种包括电子元器件 装配设备 焊接方法和装配辅助材料等内容的系统性综合技术 是把无引线或短引线的表面安装元件 SMC 和表面安装器件 SMD 直接贴装在印制电路板的表面上的装配焊接技术 元器件的表面安装的图片 图4 14元器件的表面安装 1 表面安装技术的特点 优点 微型化程度高高频特性好有利于自动化生产简化了生产工序 降低了成本 2 表面安装技术的安装方式 1 完全表面安装 指所需安装的元器件全部采用表面安装元器件 SMC和SMD 印制电路板上没有通孔插装元器件 2 混合安装 指在同一块印制电路板上 既装有贴片元器件 又装有通孔插装的传统元器件 目前 使用较多的安装方式还是混合安装法 3 表面安装技术的工艺流程 1 安装印制电路板 2 点胶 3 贴装S