SMT生产工艺及PCB板的维修分析

IVT-REJX-5 苏州工业园区职业技术学院 毕毕 业业 项项 目目 2011 届 2011年 05 月 13 日 项目类别： 毕业论文 项目名称： SMT生产工艺及 PCB板的维修分析 专业名称 表面贴装工艺与设备 姓 名 ： 学 号 ： 班 级： 指导教师： 苏州工业园区职业技术学院 2011 届毕业项目 IVT-REJX-51 苏州工业园区职业技术学院 毕业项目任务书 （个人表） 系部： 电子工程系 毕业项目类别： 工业案例 毕业项目名称： SMT 生产工艺及 PCB 板的 维修 分析 校内 指导教师： 职称： 高级 工程师 类别： 专职 校 外 指导教师： 职称： 技术员 类别： 兼职 学 生： 专业： SMD 班级 ： 1、毕业项目的主要任务及目标 主要任务 : 对 SMT 生产中的各个环节及一些机器的操作做简要介绍，并对生产中的有问题的产品维修的技能 做相应介绍 目标： 完成一篇 7000 字以上的论文 2、毕业项目的主要内容 : (1)SMT结构及特性 ； (2)介绍各个生产环节 ； (3)阐述了生产过程中产品出现的问题及维修方法 续表： 苏州工业园区职业技术学院 2011 届毕业项目 3、主要参考文献 : SMT 功能简介（ NOKIA 的产品资料） 4、进度安排 毕业项目各阶段任务 起止日期 1 选题 12 月 20 日至 1 月 25 日 2 查询资料 1 月 26 日至 4 月 15 日 3 整理 4 月 16 日 至 4 月 30 日 4 后期完善和答辩 准备 5 月 1 日 至 5 月 15 日 注： 此表由指导老师填写。 苏州工业园区职业技术学院 2011 届毕业项目 诚 信 声 明 本人郑重声明： 所呈交的毕业项目报告 /论文 SMT 生产工艺及 PCB 板的维修分析 是本人在指导老师的指导下，独立研究、写作的成果。论文中所引用是他人的无论以何 种方式发布的文字、研究成果，均在论文中以明确方式标明。 本声明的法律结果由本人独自承担。 作者签名： 年 月 日 苏州工业园区职业技术学院 2011 届毕业项目 摘 要 本 文 简要介绍了 NOKIA 公司 SMT（ 表面组装技术 ） 生产环节 以 及贴片机的组成 和 功能， 并对 PCB 板的维修做了 说明。 主要针对 PCB 板维修时常见问题进行阐 述，其中列出了 AOI 测试出的问题（ 主要是冷焊、桥接、偏移、漏件等一些常见问题），并且详细介绍了 ICT 测试后经常出现的问题及修理方法。 关键词 ：流程 贴片机 控制 维修。 设计者： 陈杰 指 导老师： 李红益 苏州工业园区职业技术学院 2011 届毕业项目 目 录 一、概述 . 1 1.1 SMT 的特点 . 1 1.2 SMT 组成 . 1 1.3 SMT 的意义 . 2 二、 SMT 生产流程 . 2 2.1 基本流程 . 2 2.2 SMT 基本装配步骤 . 3 2.3 第三步回流焊 . 3 三、贴片机（ FUJICP-6 ）基本结构 . 5 3.1 外观图片 . 6 3.2 功能分类 . 6 3.3 贴装头 . 6 3.4 供料器 . 7 四、贴片机的操作控制 . 8 4.1 FUJI-CP6 系列的图形用户界面 . 8 4.2 基本操作 . 8 4.3 安全事项 . 9 五、 PCB 板的维修 . 9 5.1 Agilent 3070 系统硬体简介 . 9 5.2 测试流程简介 . 11 5.3 解析 error reports. 12 六、文献参考资料 . 15 七、致谢 . 15 苏州工业园区职业技术学院 2011 届毕业项目 - 1 - 一 、 概述 SMT 就是表面组装技术（ Surface Mounted Technology 的缩写），是目前电子组装行业里最流行的一种技术和工艺 ，使电子制造业对于知识的依赖是前所未有的 ! 1.1 SMT 的特点 优点 ： 1） 组装密度高、电子产品体积小、重量轻， 贴片元件的体积和重量只有传统插装元件的 1/10 左右，一般采用 SMT 之后，电子产品体积缩小 40%60%，重量减轻 60%80%。 2） 可靠性高、抗振能力强。焊点缺陷率低。 3） 高频特性好。减少了电磁和射频干扰。 4） 易于实现自动化，提高生产效率。 5） 降低成本达 30%50%。节省材料、能源、设备、人力、时间等。 缺点 ： 1） 技术复杂，需要较高的培训和学习成本以及较高素质的员工。 2） 设备投资较大，设立生产投资的设备风险较大。 3） 微型化和众多的焊点种类使工艺和检查复杂化。 4） 较复杂的热处理 5） 发展快速，需不断更新。 1.2 SMT 组成 SMT 组成：主要由表面贴装元器件（ SMD），贴装技术，贴装设备三部分。 1.2.1 SMD 包括 1) 制造技术：指 SMD 生产过程中导电物印刷加热修正焊接成型等技术 2) 产品设计：设计中对尺寸精度、电极端结构 /形状、耐热性的设计与规定。 3) 包装设计：指适合于自动贴装的编带、托盘或其他形式的包装。 苏州工业园区职业技术学院 2011 届毕业项目 - 2 - 1.2.2 贴装技术包括： 1) 组装工艺类型：单面 /双面表面贴装、单面混合贴装、双面混合贴装。 2) 焊接方式分类： 分波峰焊接、再流焊接。 波 峰焊接 -选择焊机、贴片胶、焊剂、焊料及贴片涂敷技术。 再流焊接 -加热方式有红外线、红外加热风组合、 VPS、热板、激光等。 3) 印制电路板： 基板材料 -玻璃纤维、陶瓷、金属板。 电路板设计 -图形设计、布线、间隙设定、拼版、 SDM 焊盘设计和布局。 1.2.3 贴装系列设备主要包括 电胶机、丝印机、贴片机、回流炉、自动检测设备和维修设备等 . 1.3 SMT 的意 义 1） 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 2） 电子产品功能更完整，所采用的集成电路 (IC)已无 穿孔元件，特别是大规模、高集成 IC，不得不采用表面贴片元件 3)产品批量化，生产自动化，厂方要以低成本高产量，出产优质产品以迎合顾客需求及加强市场竞争力 4)电子元件的发展，集成电路 (IC)的开发，半导体材料的多元应用 5)电子科技革命势在必行，追逐国际潮流 二 、 SMT 生产流程 2.1 基本流程 SMT 工艺流程比较复 杂，这里做一个 简单说明： 首先， PCB 板 通过 DEK 印刷焊膏，然后通过轨道进入 CP1 开始安放原件并依次进入随后 CP2、 CP3 以及 QP的安装，随后进入 FA 对其进行检查， OK 后放行开始过炉 ，继而通 过 AOI 拍照最终确认板子是否 OK。 光板 PCB（根据产量从 Buffer 里领取相应型号板子，再打上响应的标签贴苏州工业园区职业技术学院 2011 届毕业项目 - 3 - 在板子的标签处，然后放到 RAKE 里，放到 JOT 里）。在经过 DEK 焊锡膏印刷，检查 OK 后，投入贴片机生产，装贴好并经过 FA 检查，如果 OK，就进行回流焊；如果有问题， 并且问题较大， 就退到印刷处，进行清洗板子，再重新投入生产。在等回流焊出来后，经 AOI 检测如果无任何焊接问题，就转下道工序。如果有问题，就退到维修部，进行维修，经过 QC 确认 OK 后，再投入生产 。 2.2 SMT 基本装配步骤 图 2.2（ SMT 基本装配步骤） 2.3 第三步回流焊 2.3.1 回流焊接工艺的发展 在 SMT 早期使用，其工艺控制及焊接质量都存在很多问题。于八十年代中期被红外回流所取代。其主要缺点是对阴影及颜色的不同比较敏感。大元件产生的阴影使得周围区域难以被加热，元件的各种颜色红外能量的吸收也不同，导致PCB 各处的温度差异较大。目前被最广泛地使用。利用被加热的空气，通过对流的形式，对流经焊炉的 PCB 加热 。 苏州工业园区职业技术学院 2011 届毕业项目 - 4 - 2.3.2 焊炉程序 界面介绍 图 2.3.2（焊 炉程序界面） 1) 标题栏 2) 菜单栏 3) 工具栏 4) 状态栏 5) 控制部件 6) 程序信息 7) 信息栏 2.3.3 基本操作 开机 1） 旋转 Main switch(机器后侧 )到 ON 2） 启动电脑 . 3） 双击 进入画面 4） 双击 进入主界面 5） 按启动按钮 6） 输入用户名和密码 . 7） 调用相应程序 . 关机 1） 确认炉内无 PCB. 2） 手动关闭加热器 3） 等到所有温区低于 150 度 . 苏州工业园区职业技术学院 2011 届毕业项目 - 5 - 4） 按停机按钮 5） 关闭电脑 6)旋转 Main switch(机器后侧 )到 OFF 注： 1)决定温度曲线的主要因素 a.元件性能 b.PCB 基材 c.焊锡膏 2)在这之前需要经过 FA 的检查确认 PCB 板元件一些特定要检查的元件没有问题（如： BGA 等大元件正负级打反、元件打乱等）。过炉后要经过 AOI 的检测。 3)AOI 检测常见焊接缺陷： 图八 除此之外还有元件错位等，其中 BGA 桥接后果最为严重，其成本高昂且维修十分复杂。一般如无问题则 SMT 部分完成。 三 、 贴片机 （ FUJICP-6 ） 基本结构 随着社会的发展 ,电子工业的兴起 ,贴片机的型号也越来越 多 ,无论在外观还是在性能上也都有很大差别 .现在比较流行的是西门子 ,松下 ,日本富士等 . 从八十年代早期第一代贴片机的产生 ,经过了这几年 ,贴片机也早已是今非昔比 .在过渡时期 FUJI-CP6 是个典型代表 . 由单个械式贴片头发展到转塔式贴片机 ,从此苏州工业园区职业技术学院 2011 届毕业项目 - 6 - 贴片机进入一个新的时代 ,在性能和产量上有了飞越的发展 .我们本项目中重点介绍 FIJI-CP6 的贴片机的性能及结构 , 3.1 外观图片 图 3.1 3.2 功能分类 1)上料机 供料器 (feeder) 2)控制部分 总电源 伺服箱 控制箱 3)操作部分 操作面板 贴装头 Mark 照相机 4)传输部分 输出传送带 输入传送带 注： 供料器是载料部分 ,型号不同是根据料的大小分的 ,KWD/E 其中 D 是指平槽 ,E 是支凹槽 .08 是指料的宽度 ,而 04 是指料的 Pitch 值 . 控制部分是控制机器正常运行的必要条件 . 操作部分中操作面板是操作工对机器开关机 ,设数量 ,换程序等的操作 ,贴装头是对板子的装贴过程 ,是整个机器的核心部件 .Mark 照相机是对板子的定位过程 ,确保装贴的料在指定的位置 . 传输部分是传递板子的基本运输部件 . 3.3 贴装头 1)贴装头的发展 在八十年代早期第一代贴片机采用单个机械式贴片头及 Pick & Place 的模苏州工业园区职业技术学院 2011 届毕业项目 - 7 - 式。其运行速度较慢 (1000-2000 cph )。随后发展起的用于小元件贴装的转塔式贴片机，采用了图象对准系统，使得贴片速度更快，精度更高。 2)转塔式贴片机 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 24 个真空吸嘴 (较早机型 )至 56 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 0.080.10 秒钟一片元 . FUJI-CP6 系列的贴片机 ,属于转塔式贴片机 ,共有二十站 ,进行循环贴装 . 理论最大贴片速度 : 0.09 秒 /元件 or 40000 点 /小时 3)基本步骤 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 此机型在速度上是优越的，适于大批量生产，但其只能用带状包装的元件，如果是密脚、大型的集成电路 (IC)，只有托盘包装，则无法完成，因此还有赖于其它机型来共同合作。 3.4 供料器 供料器是载料部分，是贴片机的起始部分。关于它有一些相关参数： PX 中的 X 代表元件 载 料带中的周期长度 ,不管什么样的元件 ,其料带两孔之间的中心距均为 4mm,X/4 即为元件 载 料带中所占的孔距 ；Wy 中的 Y 即为料带的 宽度 .例如 :P4W8E(即 0804)代表的含义是 :4 为 周期长度即元件在料带中占一个孔距 ,8 代表料带宽度为 8mm.WD:平槽 (适合于纸质料带 )WE:凹槽 (适合于塑料料带 )FEEDER 满 90 天或 150000 点任一条件 ,那么这把 FEEDER 就需要保养 . 苏州工业园区职业技术学院 2011 届毕业项目 - 8 - 图 3.4.1（供料器外观图片） 四、 贴 片机的操作控制 4.1 FUJI-CP6 系列的图形用户界面 1） 标题栏 (title bar) 2） 程序信息 (display area) 3） 状态区 (status area) 4） 信息栏 (info bar) 5）菜单栏 （ menu bar） 图 4.1 4.2 基本操作 4.2.1 关机步骤 : 1)在机器处理完所有 PCB 后 ,将机器归零 , 2)按下紧急停止按钮 3)单击机器电源按钮 4)将总电源开关扳至 OFF 位置 . 苏州工业园区职业技术学院 2011 届毕业项目 - 9 - 4.2.2 开机步骤 : 1)将总电源开关扳至 ON 位置 . 2)松开紧急停止按钮 3)单击机器电源按钮 (注 :若 CP 机刚进行关机动作 ,需至少等待一分钟后方可开机 ,否则有烧毁 CP机控制线路板的可能 ) 4.3 安全事项 因为 CP 机的运转速度非常快 ,操作是必须严格遵守安全规则 ,以免自己和同事受到机器的伤害 。 短路钥匙使机器的安全电路失效 ,所以仅仅在监控机器运转状态时会使用它 ,而且用此钥匙的人必须是授权的 。 在一些紧急情况下 ,常常需要将手按住紧急开关 ,以便作出迅速反应 ,避免事故发生 。 五、 PCB 板的维修 5.1 Agilent 3070 系统硬体简介 5.1.1 简介 3070 系统可以大致分为三個部分，分別为工作站 ( Controller )，testhead 以及扩充箱 ( Support Bay )。 5.1.2 硬体架构 Agilent 3070 Operator Training 1） Module and Bank：依系统的型号不同，会有不同数量的 module。 Module和 bank 的定义如 下图 所示。在 module 中会有许多的卡片，各有各的用途。 苏州工业园区职业技术学院 2011 届毕业项目 - 10 - 图 5.1.2 2） Module中的卡片：每个 module可以插 11片卡片。第一槽是 Control card,第六槽是 ASRU card，其他的则是 Pin card。 I. Control Card： 在毎一个 Module 必须要有一片，也只能有一片，而且要放在 Slot 6 的位置。简单来说， Control Card 的工作就是控制 module 中其他的卡片，告诉它们要做什么，要怎么做。如：在类比量测 ( Analog Test )时， Control Card 会发出命令让某些 pin card 上的 relay(继电器 )关闭 以形成量 测回 路 ,並 启动 ASRU card 上的 仪 器 进 行量 测 。 II. ASRU Card： 在毎一个 Module 必须要有一片，也只能有一片，而且要放在 Slot 1 的位置。 ASRU( Analog Stimulus/Response Unit ) Card 的工作就是负责类比量测。在 ASRU Card 中有信号源 (source)，侦测器 (detector)以及一些用来做多工(multiplexing)的排线 (bus)。 III. Pin Card： 在毎一 个 module 中至少要一片，而毎一个 module 中可以放最多九片 Pin Card。 Pin Card 上有 relay 來进行多工的动 作 ,以形成量测回 路。 Pin card 有 两苏州工业园区职业技术学院 2011 届毕业项目 - 11 - 种 ， hybrid和 analog。 Hybrid card可提供数位和类比测试所 需的线 路，而 analog card 只有 类比的线路。一个系统 內 pin card 越多则可测 的 点数 越高。 3） BRC( Bank , Row , Column )的算法：在 3070 上有很多的卡片，而毎一片卡片的毎一支 Pin 的位置要 怎么来定义 我 们用所谓 的 BRC 來做定义 (格式为 brrcc)。所谓 B 就是 Bank，在图中我们可以看到，从正面来 看 3070 系统 ， 右旁这两个 module ( module 0 及 module 1 )称为 Bank 1；而左 旁这两个 module ( module 2 及 module 3 ) 称为 Bank 2。所 谓 R 就是 Row，在 图中我们 可以看到， Row是从 上到下 来数 的，可是一 个 module至多只有 11片卡片 ( 包含一片 ASRU Card 及一片 Control Card )为何会 有第 23 列呢 这 是因 为 在 module 及 module之 间 有一 条 分隔槽，而 为 了方便 计 算，我 们 把 这 一 条分隔槽也算进 去。所以module 3 的第一列 应该 是 13 才 对 。 至于 C 就是 Column，在毎一片 Card 都有 78支 Pin， 从 右至左算。 5.2 测试流程简介 Agilent 3070 程式的基本测试项目包含未上电测试及上电测试两 大部份，测试顺序如 图 5.1.2 所示 : 未上电测试 : 1） Testing Pin Contact(pins) ：测试待测板跟 夹 具 间 的接 触 是否良好 (並沒有 测试元件的好坏 )。 这个测试 並不一定需要，可 视厂内制程来决 定。可用testplan 的 Set_Custom_Options副程式中 Chek_Point_Mode旗標 来 控制，有Off(不 测 )、 Pretest(每一次 测试都先测 )、 Failure(若有其他 测试 不良再 测 )、这三种选择 可用。 2） Testing Preshorts： 测试 Jumper、 Fuse、 Switch 可 变电 阻等元件。 3） Testing Shorts： 测试待测 板上 应该 短路的地方是否短路， 应该开路的地方是否开 路。 4） Testing Analog Unpowered： 测试电 容、 电 阻、二 及体 、 电晶体 等元件。 5） Testing Testjet：利用 Testjet 来检 查 IC 的 pin 脚 是否有 开 路。 6） Testing Polarity Check： 检查极性电 容是否反向。 7） Testing Connect Check：利用量 测 IC I/O pin 的 clamping diode(保苏州工业园区职业技术学院 2011 届毕业项目 - 12 - 户 二 极体 )，来检 查 IC pin 脚 是否 开 路。 上电测试 : 1） Setting Up Power Supplies：对待测板上电並检查这些电源是否正常工作。 Agilent 3070 Operator Training 2） Testing Digital Incircuit：一般的 数 位 IC 测试。 3） Testing Digital Functional： 数 位 IC 的群 组 (cluster)功能测试，一般少用。 4） Testing Analog Powered and Mixed：量测 IC 的电 压、震荡器的频率，及 数 位类比混合型 IC 的测试。 5.3 解析 error reports 以下将针对 3070 各种不良报表做简单的解释与说明： 1） Shorts: Open #1 Thresh 9, Delay 50us Ohms From: J201-1 22072 Open To: J201-2 22073 Message is: None. - 此报告中“ Open” 代表 开路不良，即点 J201-1 与 J201-2 之间应该有短路 (小于临界阻抗 9ohm) ，待测板上却 量测为开路 (9ohm), 22072 代表即点 J201-1所连接的 MINT pin(BRC) 。 （注 ：可能是测试点没打准，也可能是有地方开路） - Short #1, Thresh 1000, Delay 50us Ohms From: CR201-C 22163 3 To: VR201-C 22162 3 Total of 2 nodes, Message is: None. - 苏州工业园区职业技术学院 2011 届毕业项目 - 13 - 此报告中“ Short” 代表短路不良 ,即点 CR201-C与 VR201-C之间应该是开路 (临界阻抗 1000ohm) ，待测板上 却 量测为短路，量测值为 3ohm，小于临界阻抗。 2） analog in-circuit : - r205 HAS FAILED Measured: 1.9413M Nominal: 1.0000k High Limit: 1.0836k Low Limit: 962.20 Resistance in OHMS - 此报告中 “ r205 HAS FAILED”表示 电阻不良， R205 应该是 1kohm 的电阻，上限 1.0836kohm，下限 962.2ohm，却 量测到 1.9413Mohm。 3） l201 HAS FAILED ： - Measured: -17.153 Nominal: 10.000m High Limit: 10.897m Low Limit: 9.8110m Inductance in HENRYS - 此报告所示 电 感 L201 不良。 4） - cb313 HAS FAILED Measured: -2839.8p Nominal: 66.660u High Limit: 72.086u Low Limit: 54.061u Capacitance in FARADS 苏州工业园区职业技术学院 2011 届毕业项目 - 14 - - DE