SMT生产线的检测设备介绍.ppt

广东科学技术职业学院 SMT生产线 主要设备 仪器 工具 本章内容 SMT生产线组成 主要设备 印刷机点胶机贴装机再流焊机检测设备 SMT生产线 按照生产线的规模大小可分为大型 中型和小型生产线 按照自动化程度分为全自动生产线和半自动生产线 图中 1 自动上板装置2 高精度全自动印刷机3 缓冲带 检查工位 4 高速贴装机5 高精度 多功能贴装机6 缓冲带 检查工位 7 热风或热风 远红外再流焊炉8 自动卸板装置 SMT生产线所需设备 组织实施 双面SMD THC组装工艺流程 此类要用混合安装工艺 主要用于消费类电子产品的安装 主要流程如下 AB面 印刷锡膏 点贴片胶 贴装元件 翻转 回流焊 加热固化 SMD THC组装主要流程 插通孔元件后再过波峰焊 插通孔元件 波峰焊 清洗 SMT生产线主要生产设备包括印刷机 点胶机 贴装机 再流焊炉和波峰焊机 辅助设备有检测设备 返修设备 清洗设备 干燥设备和物料存储设备等 印刷机 手工印刷机和刮刀 半自动印刷机 全自动印刷机 印刷机的基本结构 机架夹持基板的X Y 工作台印刷头系统丝网或模板的固定 分离机构视觉定位系统 擦板系统二维 三维测量系统 传输控制系统和刮刀固定机构 印刷精度的基本保证 印刷机的主要技术指标 最大印刷面积 根据最大的PCB尺寸确定印刷精度 一般要求达到 0 025mm 重复精度 一般要求达到 0 01mm印刷速度 根据产量决定 可能就这些吧 按照网板与PCB是否接触分为接触和非接触印刷 按照印刷方向分为单向和双向印刷 按照网板分离方式分为 PCB工作台固定印刷头 刮刀系统和模板固定 开放式印刷密闭式印刷 印刷方式 刮刀的种类 A 橡胶刮刀 B 金属刮刀 C 橡胶 金属刮刀 手工印刷机 手工装卸PCB手工图形对准手工印刷 半自动印刷机 手工装卸PCB印刷机自动完成印刷和网板的分离可以配置视觉定位系统 全自动印刷机 自动装卸PCB视觉定位印刷分离 印刷锡膏是SMT的关键工序 印刷机发展方向半自动印刷机配备1 全自动视觉对位2 二D检验3 自动清洗模板底部全自动印刷机增加功能部件1 CCD自动视觉识别功能 二维三维测量系统2 封闭式印刷 离板速度调整 网板自动清洁功能3 对QFP器件进行45 角印刷4 推出PlowerFlower等密闭式 流变泵 印刷头技术5 喷印功能 设备昂贵 30万以上 18 18 点胶机设备 点胶机是一种通用电子生产设备 具有结构紧凑 操作方便 性能稳定 经济实用等优点 是集运动控制技术和点胶控制技术于一体的机电一体化产品 已广泛应用于电子元件制造 电路板组装 电器产品生产 集成电路封装等行业 点胶机 点胶机设备参数 性能 程序容量 100个程序 6000点 编程界面 中 英文5 7英寸触摸屏示教器 最大承重 工作台 8千克Z轴 3千克 有效行程 X轴 400mm 左右移动 Y1轴 Y2轴 400mm 工作台前后移动 Z轴 100mm 点胶头上下移动 最高速度 X轴 800mm s Y1轴 Y2轴 800mm s Z轴 300mm s 重复精度 0 02mm 编程方式 触摸屏控制 PC编程输入 气压 0 6Kgf C 印刷机的发展 由于新型SMD不断出现 组装密度的提高以及免清洗要求 印刷机的高密度 高精度的提高以及多功能方向发展 半自动印刷机加视觉识别系统 增加了CCD图像识别 全自动印刷机 自动识别系统自动更换漏印模板 清洗网板对QFP器件进行45度角印刷二维和三维检查印刷结果 焊膏图形 等功能 贴片机 贴片机是片式元器件自动安装装置 是一种由微电脑控制的对片式元器件实现自动检选 贴放的精密设备 提示贴片机是表面安装工艺的关键设备 它是SMT生产线中最昂贵的设备之一 能达到高水平的工艺要求 贴片机 贴片机的结构框图如图1 9所示 贴片机的结构 图1 9贴片机的结构框图 全自动贴片机如图1 10所示 贴片机各部分的功能 图1 10全自动贴片机 贴片机各部分的功能如下 1 坚固的机械结构采用重型耐用的直线滚珠导轨系统 提供坚固和耐用的机械装置 2 直线编码系统采用闭环直流伺服马达并配合使用无接触式直线编码系统 提供非常高的重复精度 0 01mm 和稳定性 3 智能式送料系统智能式送料系统能够快速 准确地送料 4 点胶系统点胶系统可在IC的焊盘上快速进行点焊膏 高精密度BGA及QFPIC的视觉对中系统外形如图5 11所示 该系统具有线路板识别摄像机和元器件识别摄像机 采用彩色显示器 实现人机对话 也称为光学视觉系统 能够纠正片式元器件与相应焊盘图形间的角度误差和定位误差 以提高贴装精度 这类贴片机的贴装精度达 0 04mm 贴装件接脚间距为0 3mm 贴装速度为0 1 0 2s 件 5 飞行视觉对中系统 图1 11飞行视觉对中系统 内置精密摄像系统可自动学习PCB基准点 除标准的圆形基准点外 方形的PCB焊盘和环形穿孔焊盘也可作基准点来识别 如图1 12所示 还可精密贴装BGAIC和QFPIC 如图1 13所示 6 灵巧的基准点系统 图1 12基准点系统识别基准点 a BGAIC b QFPIC图1 13精密贴装BGAIC和QFPIC 1 按贴片机的贴装速度及所贴装元器件种类分 高速贴片机 适合贴装矩形或圆柱形的片式元器件 贴片机的种类 低速高精度贴片机 适合贴装SOP形集成电路 小型封装芯片载体及无引线陶瓷封装芯片载体等 多功能贴片机 既可贴装常规片式元器件 又可贴各种芯片载体 2 按机器归类分贴片机按机器归类分为标准型片式元器件贴片机和异形片式元器件贴片机 3 按贴片机贴装方式分贴式机按贴装方式分为同时式 顺序式 顺序 同时式与流水线式 如表1 3所示 表1 3贴片机按贴装方式分类表 贴片机 贴装机 相当于机器人 把元器件从包装中取出 并贴放到印制板相应的位置上 贴装机的的基本结构a底座b供料器 c印制电路板传输装置d贴装头e对中系统f贴装头的X Y轴定位传输装置g贴装工具 吸嘴h计算机控制系统 贴片机的主要技术指标 3 2 2 2贴装机的主要技术指标a贴装精度 包括三个内容 贴装精度 分辨率 重复精度 贴装精度 是指元器件贴装后相对于印制板标准贴装位置的偏移量 一般来讲 贴装Chip元件要求达到 0 1mm 贴装高密度窄间距的SMD至少要求达到 0 06mm 分辨率 分辨率是贴装机运行时每个步进的最小增量 重复精度 重复精度是指贴装头重复返回标定点的能力b贴片速度 一般高速机为0 2S Chip元件以内 多功能机度为0 3 0 6S Chip元件左右 c对中方式 有机械对中 激光对中 全视觉对中 激光 视觉混合对中 d贴装面积 指贴装头的运动范围 可贴装的PCB尺寸 最大PCB尺寸应大于250 300mm e贴装功能 是指贴装元器件的能力 一般高速机只能贴装较小的元器件 多功能机可贴装最小0 6 03mm 最大60 60mm器件 还可以贴装连接器等异形元器件 f可贴装元件种类数 是指贴装机料站位置的多少 以能容纳8mm编带供料器的数量来衡量 g编程功能 是指在线和离线编程优化功能 日本SONY公司的SI E1000MK 高速贴装机的45 旋转贴装头 贴片机的发展趋势 随着SMC小型化 SMD多引脚窄间距化和复合式 组合式片式元器件 BGA CSP DCA 芯片直接贴装技术 以及表面组装的接插件等新型片式元器件的不断出现 对贴装技术的要求越来越高 近年来 各类自动化贴装机正朝着高速 高精度和多功能方向发展 采用多贴装头 多吸嘴以及高分辨率视觉系统等先进技术 使贴装速度和贴装精度大大提高 目前最高的贴装速度可达到0 06S Chip元件左右 高精度贴装机的重复贴装精度为0 05 0 25mm 多功能贴片机除了能贴装0201 0 6mm 0 3mm 元件外 还能贴装SOIC 小外型集成电路 PLCC 塑料有引线芯片载体 窄引线间距QFP BGA和CSP以及长接插件 150Mm长 等SMD SMC的能力 贴片机的发展趋势 此外 现代的贴片机在传动结构 Y轴方向由单丝械向双丝杠发展 元件的对中方式 由机械向激光向全视觉发展 图像识别 采用高分辨CCD BGA和CSP的贴装 采用反射加直射镜技术 采用铸铁机架以减少振动 提高精度 减少磨损 增强计算机功能等方面都采用了许多新技术 使操作更加简便 迅速 直观和易掌握 回流炉 再流炉 再流焊炉主要有热板式 红外 热风 红外 热风和气相焊等形式 再流焊热传导方式主要有辐射和对流两种方式 辐射传导 主要有红外炉 其优点是热效率高 温度陡度大 易控制温度曲线 双面焊接时PCB上 下温度易控制 其缺点是温度不均匀 在同一块PCB上由于器件的颜色和大小不同 其温度就不同 为了使深颜色和大体积的元器件达到焊接温度 必须提高焊接温度 容易造成焊接不良和损坏元器件等缺陷 对流传导 主要有热风炉 其优点是温度均匀 焊接质量好 缺点是PCB上 上温差以及沿焊接长度方向的温度梯度不易控制 1 目前再流焊倾向采用热风小对流方式 在炉子下面采用制冷手段 以保护炉子上 下和长度方向的温度梯度 从而达到工艺曲线的要求 2 是否需要充N2选择 基于免清洗要求提出的 充N2的主要作用是防止高温下二次氧化 达到提高可焊性的目的 再流焊炉再流焊炉是焊接表面贴装元器件的设备 再流焊炉主要有红外炉 热风炉 红外加热风炉 蒸汽焊炉等 目前最流行的是全热风炉以及红外加热风炉 热风 红外再流焊炉的基本结构 炉体上下加热源PCB传输装置空气循环装置冷却装置排风装置温度控制装置以及计算机控制系统 再流焊炉的主要技术指标a温度控制精度 应达到 0 1 0 2 b传输带横向温差 要求 5 以下 c温度曲线测试功能 如果设备无此配置 应外购温度曲线采集器 d最高加热温度 一般为300 350 如果考虑无铅焊料或金属基板 应选择350 以上 e加热区数量和长度 加热区数量越多 加热区长度越长 越容易调整和控制温度曲线 一般中小批量生产选择4 5温区 加热区长度1 8m左右即能满足要求 f传送带宽度 应根据最大和最小PCB尺寸确定 再流焊的核心环节是利用外部热源加热 使焊料熔化而再次流动浸润 完成印制电路板的焊接过程 提示再流焊接是精密焊接 热应力小 适用于全表面贴装元器件的焊接 常用的再流焊接机有红外线再流焊接机 气相再流焊接机 热传导再流焊接机 激光再流焊接机 热风再流焊接机等 应用最多的是红外线再流焊接机 热风再流焊接机和气相再流焊接机 图1 5所示为大型全热风回流焊接机 图1 6所示为智能无铅回流焊接机 各种再流焊的原理和性能如表1 2所示 再流焊接机的种类 图1 5大型全热风回流焊接机 图1 6智能无铅回流焊接机 表1 2再流焊的原理和性能表 续表 再流焊又称回流焊 焊料是焊锡膏 再流焊是将适量焊锡膏涂敷在印制电路板的焊盘上 再把表面贴装元器件贴放到相应的位置 由于焊锡膏具有一定黏性 可将元器件固定 然后让贴装好元器件的印制电路板进入再流焊设备 在再流焊设备中 焊锡膏经过干燥 预热 熔化 润湿 冷却 将元器件焊接到印制电路板上 再流焊接机 再流焊炉主要由炉体 上下加热源 PCB传送装置 空气循环装置 冷却装置 排风装置 温度控制装置以及计算机控制系统组成 如图1 7所示 再流焊接机的组成 图1 7再流焊接机的结构 提示单纯的红外加热再流焊 很难使组件上各处的温度都符合规定的曲线要求 而红外 热风混合式 采用强力空气对流的远红外再流焊 热空气在炉内循环 在一定程度上改善了温度场的均匀性 红外 热风再流焊接机也称热风对流红外线辐射再流焊接机 其结构如图1 8所示 预热区的作用是激活焊膏中的助焊剂 使焊膏中的熔剂挥发物逐渐地挥发出来并保证组件整体温度均匀 从而防止焊料飞溅和基板过热 红外 热风再流焊接机 图1 8红外 热风再流焊接机的结构 再流区是实现各焊点充分均匀地润湿 采用多嘴加热组件 鼓风机将被加热的气体从专门设计的多喷嘴系统中喷入炉腔 确保工作区温度分布均匀 能分别控制顶面和底面的热气流量和温度 在实现对印制电路板顶面焊接的同时 对印制电路板底面进行冷却 以免焊接好的元器件松动 浸锡炉 浸焊是把已完成元器件安装的印制电路板浸入熔化状态的焊料液中 一次完成印制电路板上的焊接 浸锡炉是在一般锡锅的基础上加焊锡滚动装置和温度调节装置构成的 是浸焊专用设备 自动浸锡炉如图所示 图自动浸锡炉 想一想浸锡炉有哪些用途呢 浸锡炉既可用于对元器件引线 导线端头 焊片等进行浸锡 也适用于小批量印制电路板的焊接 由于锡锅内的焊料不停地滚动 增强了浸锡效果 使用浸锡炉时要注意调整温度 锡锅一般设有加温挡和保温挡 开关置加温挡时 炉内两组电阻丝并联 温度较高 便于熔化焊料 当锅内焊料已充分熔化后 应及时转向保温挡 此时电阻丝从并联改为串联 电炉温度不再继续升高 维持焊料的熔化 供浸锡用 为了保证浸锡质量 应根据锅内焊料消耗情况 及时增添焊料 并及时清理锡渣和适当补充焊剂 图5 2为现在小批量生产中仍在使用的浸焊设备示意图 图5 2 a 所示为夹持式浸焊炉 即由操作者掌握浸入时间 通过调整夹持装置可调节浸入角度 图5 2 b 所示为针床式浸焊炉 它可进一步控制浸焊时间 浸入及托起速度 这两种浸焊设备都可以自动恒温 一般还配置预热及涂助焊剂的设备 图5 2浸焊设备示意图 想一想什么是波峰焊呢 如图5 3所示 波峰焊是将熔融的液态焊料 借助机械或电磁泵的作用 在焊料槽液面形成特定形状的焊料波峰 将插装了元器件的印制电路板置于传送链上 以某一特定的角度 一定的浸入深度和一定的速度穿过焊料波峰而实现逐点焊接的过程 波峰焊适于大批量生产 5 2波峰焊接机 HS 350DS触摸屏波峰焊 图5 3波峰焊示意图 提示波峰焊是自动焊接中较为理想的焊接方法 近年来发展较快 目前已成为印制电路板的主要焊接方法 5 2 1波峰焊接机的组成 波峰焊接机通常由涂助焊剂装置 预热装置 焊料槽 冷却风扇和传送装置等部分组成 其结构形式有圆周式和直线式两种 如图5 4所示 图5 4 a 所示为圆周式 焊接机的有关装置沿圆周排列 台车运行一周完成一块印制电路板的焊接任务 这种焊接机的特点是台车能连续循环使用 图5 4 b 所示为直线式 通常传送带安装在焊接机的两侧 印制电路板可用台车传送 也可直接挂在传送带上 图5 4波峰焊接机 表面安装使用的波峰焊接机是在传统波峰焊接机的基础上进行改进 以适应高密度组装的需要 主要改进在波峰上 有双峰 峰 喷射式峰和气泡峰等新型波峰 形成湍流波 以提高渗透性 它们的工作原理和性能如表5 1所示 5 2 2表面安装使用的波峰焊接机 表面安装用波峰焊接机的主要技术指标有焊剂容量6 10L 最高18L 焊料量10kg 1000kg 带速0 6m min 带宽300mm 450mm 焊料温度220 250 焊接时间3s 4s 表5 1表面安装使用的波峰焊接机工作原理和性能表 续表 预热温度 室温 250 不同厂家所生产的波峰焊设备的参数和性能会略有不同 现以威海海天机电有限公司生产的八温区无铅波峰焊设备为例进行讲解 运输速度 0 1800mm min PCB宽度 Max 350mm 预热区数量 3个预热温区 预热器 220v AC3 0KWX3 焊接温度 室温 400 传送方向 L R R L 传输导轨角度 4 7 预热长度 1800mm 预热方式 微循环全热风加热 预热控温方式 西门子温控模块 波峰焊设备参数 性能 SMT检测 SMT品检是提高SMT产品质量的重要步骤 它能改善产品品质 努力达到 零缺陷 组装到仪器上再发现故障的费用是在装配印刷电路板时发现故障所耗费用的几十倍 而将产品投入市场后发现故障的费用将是在装配印刷电路板时发现故障所耗费用的上百倍 作业过程中为了确保SMT产品质最 就要进行有效的检测 及时发现缺陷和故障并修复 从而有效降低因制造含有故障的产品及返修所需的费用 SMT品检技术基本内容主要有 可测试性设计 原材料来料检测 工艺过程检测和组装后的组件检测等 SMT品检从检测位置上可分为来料检测 简称IQC 工艺过程检测 简称IPQC 成品检测 简称FQC 出厂检验 简称OQC 等方面 从检测方法上可分为 目视检验 在线测试 简称ICT 自动光学检测 简称AOI X ray检测 简称X ray或AXI 功能测试 简称FT 等方面 目视检验是SMT检验作业的一个基本手段 其主要目的是检验外观不良 作业的重点是来料检验 印制电路板 PCB 及焊点外观 缺件 错件 极性反 偏移 立碑等项目 目视检验作业所使用的工具包括 游标卡尺 千分尺 3 20倍放大镜 显微镜 防静电手套 工作服 镊子 防静电刷子等 此外 结构性检验工具 如拉力计 扭力计 特性检验 使用检测仪器或设备 如万用表 电容表 LCR表 示波器等 目视检验作业内容主要包括元器件来料检验 印制电路板 PCB 基板质量 工艺材料来料检验及SMT部品的印刷 贴片与回流焊 印制电路板组件 PCBA 等工艺制程方面问题进行检验 ICT测试仪 ICT是InCircuitTester英文简称 中文含义是在线测试仪 是现代电子企业必备的PCBA PrintedCircuitBoardAssembly 印刷电路板组件 生产的测试设备 ICT使用范围 测量准确性高 对检测出的问题指示明确 即使电子技术水准一般的工人处理有问题的PCBA也非常容易 使用ICT能极大地提高生产效率 降低生产成本 在线测试仪检出故障覆盖率可达95 其在生产线上的合理配置能够尽早发现制造故障并及时维修 或对生产工艺进行及时调整 有效降低因制造带有故障的产品及返修所需的费用 先进的测试技术先进的电解电容极性测试技术可测率高达100 开短路及IC保护二极体之测试程式自动学习生成 电脑自动隔离点选择功能 最高可达10个点 多连板程式自动生成功能 CMOS RELAY结合的开关板设计 使测试既快又稳定R L C相位分离技术杂散电容OFFSET功能系统自我诊断功能 完整的统计报表功能 资料可自动存储 不因断电而丢失数据 对小电阻使用特殊四线式测试模式 可排除探针与电路板之间不稳定接触电阻 应用ICClampingDiode特性 检测IC脚位故障及焊接不良 体积小 重量轻 使用灵活 符合高科科技产品轻 薄 短 小的要求 ICT单面治具 ICT双面治具 FCT夹具 FCT功能治具 FCT气动治具 ICT的工作原理及分类 电气测试使用的最基本仪器是在线测试仪 ICT 采用一种元器件级的测试方法用来测试装配后的电路板上的每个元器件 ICT可分为针床ICT和飞针ICT 飞针HCT基本只进行静态的测试 优点是不需制作夹具 程序开发时间短 针床式ICT可进行模拟器什功能和数字器件逻辑功能测试 故障覆蒜率高 但对每种单板需制作专用的针床夹具 夹具制作和程序开发周期长 检测设备 目视检查 放大镜 双面显微镜 三维旋转显微镜 投影仪自动检测设备 自动光学检测 AutoopticalInspect AOI 在线检测 In CircuitTester ICT X光检测 X Ray 功能检测 Functionaltester FT 超声波检测 AOI设备 AOI的关键技术就是软件 而软件中的检测能力就在于你对算法的运用 AOI的算法分为两种 学习型和调试型 学习型的算法主要采用了图像对比 AOI基本原理 AOI AutomatedOpticalInspection 自动光学检测 利用光学和数字成像技术 采用计算机和软件技术分析图像而进行自动检测的一种新型技术 AOI的定义是广泛的 运用是多领域的 如文字印刷检测 金属表面检测 零件几何测量 二次元 三次元 影像量测仪 各种证件识别 车牌违章拍照 以及人的面容识别等等 但从本世纪起 SMT行业对此技术运用得相对较早和更加广泛 久而久之SMT行业通常将AOI误认为是SMT行业中 专用名词 在此 为了尊重AOI行业其他领域的工作人员 我们将SMT行业的AOI可定义为SMT AOI 另外一种仅检测PCB基板 PCB厂生产的PCB基板 无元件 的AOI 可定义为PCB AOI AOI的组成 SMT AOI的运用及发展 SMT AOI可用于SMT生产过程中对锡膏印刷 贴片机贴片 回流焊接 波峰焊接的相关工艺进行品质监控和检测 相关检测项目如下 锡膏印刷检测项目 少锡 多锡 连锡 短路 污染 偏位等自动贴片检测项目 缺件 错件 错位 极性错误 破损 污染等回流焊接检测项目 少锡 多锡 连锡 短路 虚焊等波峰焊接检测项目 少锡 多锡 连锡 短路 虚焊等 AOI发展历史 上世纪末 在欧美和日本 一些多年从事SMT检测设备制造的厂商一直都在研发一种能够代替人 目测 的自动检测技术 基础理论上各个厂商无一例外的选择了光学原理 同时随着计算机的不断发展 在成像上可借助数字相机和软件处理来完成复杂的数学模型运算 由此加速AOI技术的发展和成熟 在AOI技术普及以前SMT的主流测试技术是ICT技术 In CircuitTest 在线测试 ICT测试技术是基于物理接触及加电测试的 对元器件连接性及电路通电性能进行测试 但随着元器件小型化和IC脚密集化 ICT的接触式测试越来越无法应对这类狭小空间的PCB测试 ICT制造商基本上都投入了AOI技术的研发队伍中 如Agilent 安捷伦 TERADYNE 泰瑞达 TRI 德律 等 AOI的使用在中国是比较早的 早期使用此类设备的用户基本上都是在中国的外资企业 设备全部从国外进口 2003 2006年 中国国内的SMT行业人士也投入到了AOI的研发事业中 其代表是东莞的神州视觉和厦门的福兴光电