《现代电子制造工艺》PPT课件.ppt

现代电子制造工艺 关于SMT的介绍 目录 SMTIntroduce SMT历史 印刷制程 贴装制程 焊接制程 检测制程 质量控制 ESD SMT历史 SMT工艺流程 什么是SMT 什么是SMT SMT surfacemounttechnology 表面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直接将表面组装元器件贴 焊到印制板表面规定位置上的装联技术 同义词 表面安装技术 表面贴装技术为什么要用表面贴装技术 SMT 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 SMTIntroduce SMTIntroduce 什么是SMT Surfacemount Through hole 与传统工艺相比SMT的特点 什么是SMT SMT的特点装密度高 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 可靠性高 抗振能力强 焊点缺陷率低 高频特性好 减少了电磁和射频干扰 易于实现自动化 提高生产效率 降低成本达30 50 节省材料 能源 设备 人力 时间等 SMTIntroduce SMTIntroduce 什么是SMT 自动化程度 类型 THT ThroughHoleTechnology SMT SurfaceMountTechnology 元器件 双列直插或DIP 针阵列PGA有引线电阻 电容 SOIC SOT SSOIC LCCC PLCC QFP PQFP 片式电阻电容 基板 印制电路板 2 54mm网格 0 8mm 0 9mm通孔 印制电路板 1 27mm网格或更细 导电孔仅在层与层互连调用 0 3mm 0 5mm 布线密度高2倍以上 厚膜电路 薄膜电路 0 5mm网格或更细 焊接方法 波峰焊 再流焊 面积 大 小 缩小比约1 3 1 10 组装方法 穿孔插入 表面安装 贴装 自动插件机 自动贴片机 生产效率高 SMTIntroduce SMT历史 年代 代表产品 器件 元件 组装技术 电子管收音机 电子管 带引线的大型元件 札线 配线 手工焊接 60年代 黑白电视机 晶体管 轴向引线小型化元件 半自动插装浸焊接 70年代 彩色电视机 集成电路 整形引线的小型化元件 自动插装波峰焊接 80年代 录象机电子照相机 大规模集成电路 表面贴装元件SMC 表面组装自动贴装和自动焊接 电子元器件和组装技术的发展 SMTIntroduce SMT的发展历经了三个阶段 第一阶段 1970 1975年 这一阶段把小型化的片状元件应用在混合电路 我国称为厚膜电路 的生产制造之中 第二阶段 1976 1985年 这一阶段促使了电子产品迅速小型化 多功能化 SMT自动化设备大量研制开发出来 第三阶段 1986 现在 主要目标是降低成本 进一步改善电子产品的性能 价格比 SMT工艺可靠性提高 SMT历史 电子整机概述 SMTIntroduce SMT工艺流程 SMT有关的技术组成电子元件 集成电路的设计制造技术电子产品的电路设计技术电路板的制造技术自动贴装设备的设计制造技术电路装配制造工艺技术装配制造中使用的辅助材料的开发生产技术 SMTIntroduce SMT工艺流程 SMT的主要组成部分 表面组装元件 设计 结构尺寸 端子形式 耐焊接热等 各种元器件的制造技术 包装 编带式 棒式 散装式 组装工艺 组装材料 粘接剂 焊料 焊剂 清洁剂等 组装设计 涂敷技术 贴装技术 焊接技术 清洗技术 检测技术等 组装设备 涂敷设备 贴装机 焊接机 清洗机 测试设备等 电路基板 但 多 层PCB 陶瓷 瓷釉金属板等 组装设计 电设计 热设计 元器件布局 基板图形布线设计等 SMT工艺流程 SMTIntroduce SMT工艺流程 一 单面组装 来料检测 丝印焊膏 点贴片胶 贴片 烘干 固化 回流焊接 清洗 检测 返修 SMTIntroduce SMT工艺流程 通常先作B面 再作A面 印刷锡高 贴装元件 再流焊 翻转 贴装元件 印刷锡高 再流焊 翻转 清洗 双面再流焊工艺A面布有大型IC器件B面以片式元件为主充分利用PCB空间 实现安装面积最小化 工艺控制复杂 要求严格常用于密集型或超小型电子产品 如手机 二 双面组装 A 来料检测 PCB的B面丝印焊膏 点贴片胶 贴片 烘干 固化 A面回流焊接 清洗 翻板 PCB的A面丝印焊膏 点贴片胶 贴片 烘干 回流焊接 最好仅对B面 清洗 检测 返修 此工艺适用于在PCB两面均贴装有PLCC等较大的SMD时采用 SMTIntroduce B 来料检测 PCB的A面丝印焊膏 点贴片胶 贴片 烘干 固化 A面回流焊接 清洗 翻板 PCB的B面点贴片胶 贴片 固化 B面波峰焊 清洗 检测 返修 此工艺适用于在PCB的A面回流焊 B面波峰焊 在PCB的B面组装的SMD中 只有SOT或SOIC 28 引脚以下时 宜采用此工艺 SMT工艺流程 SMTIntroduce SMT工艺流程 三 单面混装工艺 来料检测 PCB的A面丝印焊膏 点贴片胶 贴片 烘干 固化 回流焊接 清洗 插件 波峰焊 清洗 检测 返修 SMTIntroduce 四 双面混装工艺 A 来料检测 PCB的B面点贴片胶 贴片 固化 翻板 PCB的A面插件 波峰焊 清洗 检测 返修先贴后插 适用于SMD元件多于分离元件的情况B 来料检测 PCB的A面插件 引脚打弯 翻板 PCB的B面点贴片胶 贴片 固化 翻板 波峰焊 清洗 检测 返修先插后贴 适用于分离元件多于SMD元件的情况C 来料检测 PCB的A面丝印焊膏 贴片 烘干 回流焊接 插件 引脚打弯 翻板 PCB的B面点贴片胶 贴片 固化 翻板 波峰焊 清洗 检测 返修A面混装 B面贴装 SMT工艺流程 SMTIntroduce D 来料检测 PCB的B面点贴片胶 贴片 固化 翻板 PCB的A面丝印焊膏 贴片 A面回流焊接 插件 B面波峰焊 清洗 检测 返修A面混装 B面贴装 先贴两面SMD 回流焊接 后插装 波峰焊E 来料检测 PCB的A面丝印焊膏 点贴片胶 贴片 烘干 固化 回流焊接 翻板 PCB的B面丝印焊膏 贴片 烘干 回流焊接1 可采用局部焊接 插件 波峰焊2 如插装元件少 可使用手工焊接 清洗 检测 返修A面贴装 B面混装 SMT工艺流程 SMTIntroduce SMT工艺流程 SMTIntroduce ScreenPrinter Mount Reflow AOI SMT工艺流程 SMTIntroduce SMTIntroduce 8 SMT自动生产线的组合 SMTIntroduce 上板 贴片 焊接 SMTIntroduce SMT生产设备 电子产品生产过程 目录 SMT历史 印刷制程 贴装制程 焊接制程 检测制程 质量控制 ESD ScreenPrinter基本概念 ScreenPrinter的基本要素 模板 Stencil 制造技术 锡膏丝印缺陷分析 在SMT中使用无铅焊料 SMTIntroduce ScreenPrinter screenprinter 丝网印刷使用网版 将印料印到承印物上的印刷工艺过程 简称丝印 同义词丝网漏印其作用是将焊膏或贴片胶漏印到PCB的焊盘上 为元器件的焊接做准备 所用设备为丝印机 丝网印刷机 位于SMT生产线的最前端 ScreenPrinter基本概念 SMTIntroduce ScreenPrinter STENCILPRINTING ScreenPrinter内部工作图 SMTIntroduce SMTIntroduce 1 锡膏 锡膏 SMTIntroduce 丝网漏印焊锡膏 手动刮锡膏 SMTIntroduce 自动刮锡膏 SMTIntroduce 自动刮锡膏 ScreenPrinter 产品名称 手动丝印机型号 TYS3040主要特征 印刷台以铝为结构 适合小型精密套色印刷 印刷台有20mm内可前后左右调整 以提高其印刷精密度 为配合印刷物之厚度 在100mm内可自由调整工作台面积 300 400mm最大印刷面积 260 360mm最大PCB厚度 60mm微调范围 10mm外形尺寸 560 340 300mm SMTIntroduce ScreenPrinter 产品名称 半自动高精度印刷机产品型号 TYS4040主要特征 采用双滚动直线导轨导向 手动驱动刮刀座 确保印刷质量稳定性和精密度 刮刀压力可调 精密压力表及调速器 滚动直线导轨导向 双杆气缸驱动悬浮式钢刮刀上下 使印刷更均匀 组合式万用工作台 蜂窝定位板可依PCB大小设定支撑顶针位置 定位工作台面可X轴 Y轴 角度精密微调 方便快速精确对正 单 双面PCB均可印刷 仅有气源即可作业 工作状态稳定可靠 操作简易 故障率低 电机驱动刮刀座和真空吸附装置可选配 SMTIntroduce ScreenPrinter 产品名称 半自动丝印机型号 TYS550产品介绍 采用松下调速刹车马达驱动刮刀座 结合精密直线导轨 保证印刷精度 印刷刮刀可向上旋转45度固定 便于印刷网板及刮刀的清洗和更换 刮刀座可前后调节 以选择合适的印刷位置 组合式印刷台板 具有固定沟槽及定位PIN 安装调节方便 适用于单双面板的印刷 校版方式采用钢网移动 并结合印刷台 PCB 的X Y Z校正调整 方便快捷 采用微电脑控制 液晶屏幕显示 菜单操作界面 人机对话方便 可设定单向及双向多种印刷方式 钢刮刀及橡胶刮刀均适合 具有自动记数功能 方便产量统计 SMTIntroduce ScreenPrinter ScreenPrinter的基本要素 Solder 又叫锡膏 由粉末状焊料合金 焊剂和一些起粘性作用及其他作用的添加剂混合制成具有一定粘度和良好触变性的焊料膏 简称焊膏 为了满足对焊点的焊锡膏量的要求 通常选用85 92 金属含量的焊膏 焊膏制作厂商一般将金属含量控制在89 或90 使用效果较好 焊剂是焊膏载体的主要组分之一 现有的焊膏焊剂有三大类型 R型 松香焊剂 RMA型 适度活化的松香 以用RA型 全部活化的松香 一般采用的是含有RMA型焊剂是以松香和称为活化剂的盐溶液组成的 这种焊剂靠盐激活 适合于消除轻微的氧化膜及其它污染 增加了熔化的焊料与焊盘 元件端焊头或孔线之间的润湿作用 SMTIntroduce ScreenPrinter 锡膏的主要成分 SMTIntroduce ScreenPrinter ScreenPrinter的基本要素 经验公式 三球定律至少有三个最大直径的锡珠能垂直排在模板的厚度方向上至少有三个最大直径的锡珠能水平排在模板的最小孔的宽度方向上单位 锡珠使用米制 Micron 度量 而模板厚度工业标准是美国的专用单位Thou 1m 1 10 3mm 1thou 1 10 3inches SMTIntroduce 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 ScreenPrinter SMTIntroduce 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 再增加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的可接受范围即可达到好的印制效果 ScreenPrinter 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 SMTIntroduce Stencil PCB Stencil的梯形开口 ScreenPrinter 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 SMTIntroduce ScreenPrinter 模板 Stencil 制造技术 SMTIntroduce ScreenPrinter 模板 Stencil 材料性能的比较 SMTIntroduce ScreenPrinter 锡膏丝印缺陷分析 问题及原因对策 搭锡BRIDGING锡粉量少 粘度低 粒度大 室温度 印膏太厚 放置压力太大等 通常当两焊垫之间有少许印膏搭连 于高温熔焊时常会被各垫上的主锡体所拉回去 一旦无法拉回 将造成短路或锡球 对细密间距都很危险 提高锡膏中金属成份比例 提高到88 以上 增加锡膏的粘度 70万CPS以上 减小锡粉的粒度 例如由200目降到300目 降低环境的温度 降至27OC以下 降低所印锡膏的厚度 降至架空高度SNAP OFF 减低刮刀压力及速度 加强印膏的精准度 调整印膏的各种施工参数 减轻零件放置所施加的压力 调整预热及熔焊的温度曲线 SMTIntroduce 问题及原因对策 2 发生皮层CURSTING由于锡膏助焊剂中的活化剂太强 环境温度太高及铅量太多时 会造成粒子外层上的氧化层被剥落所致 3 膏量太多EXCESSIVEPASTE原因与 搭桥 相似 避免将锡膏暴露于湿气中 降低锡膏中的助焊剂的活性 降低金属中的铅含量 减少所印之锡膏厚度提升印着的精准度 调整锡膏印刷的参数 锡膏丝印缺陷分析 ScreenPrinter SMTIntroduce 锡膏丝印缺陷分析 ScreenPrinter 问题及原因对策 4 膏量不足INSUFFICIENTPASTE常在钢板印刷时发生 可能是网布的丝径太粗 板膜太薄等原因 5 粘着力不足POORTACKRETENTION环境温度高风速大 造成锡膏中溶剂逸失太多 以及锡粉粒度太大的问题 增加印膏厚度 如改变网布或板膜等 提升印着的精准度 调整锡膏印刷的参数 消除溶剂逸失的条件 如降低室温 减少吹风等 降低金属含量的百分比 降低锡膏粘度 降低锡膏粒度 调整锡膏粒度的分配 SMTIntroduce 锡膏丝印缺陷分析 ScreenPrinter 问题及原因对策 6 坍塌SLUMPING原因与 搭桥 相似 7 模糊SMEARING形成的原因与搭桥或坍塌很类似 但印刷施工不善的原因居多 如压力太大 架空高度不足等 增加锡膏中的金属含量百分比 增加锡膏粘度 降低锡膏粒度 降低环境温度 减少印膏的厚度 减轻零件放置所施加的压力 增加金属含量百分比 增加锡膏粘度 调整环境温度 调整锡膏印刷的参数 SMTIntroduce ScreenPrinter 在SMT中使用无铅焊料 在前几个世纪 人们逐渐从医学和化学上认识到了铅 PB 的毒性 而被限制使用 现在电子装配业面临同样的问题 人们关心的是 焊料合金中的铅是否真正的威胁到人们的健康以及环境的安全 答案不明确 但无铅焊料已经在使用 欧洲委员会初 步计划在2004年或2008年强制执行 目前尚待批准 但是电子装配业还是要为将来的变化作准备 SMTIntroduce 无铅锡膏熔化温度范围 ScreenPrinter SMTIntroduce ScreenPrinter 无铅焊接的问题和影响 SMTIntroduce 视频SMT装配 目录 SMT历史 印刷工程 贴装工程 焊接工程 检测工程 质量控制 ESD 表面贴装对PCB的要求 表面贴装元件介绍 表面贴装元件的种类 阻容元件识别方法 IC第一脚的的辨认方法 来料检测的主要内容 贴片机的介绍 贴片机的类型 贴片机过程能力的验证 SMTIntroduce MOUNT MOUNT 贴装 其作用是将表面组装元器件准确安装到PCB的固定位置上 所用设备为贴片机 位于SMT生产线中丝印机的后面 SMTIntroduce MOUNT 表面贴装对PCB的要求 外观的要求 光滑平整 不可有翘曲或高低不平 否者基板会出现裂纹 伤痕 锈斑等不良 热膨胀系数的关系 元件小于3 2 1 6mm时只遭受部分应力 元件大于3 2 1 6mm时 必须注意 导热系数的关系 耐热性的关系 耐焊接热要达到260度10秒的实验要求 其耐热性应符合 150度60分钟后 基板表面无气泡和损坏不良 铜铂的粘合强度一般要达到1 5kg cm cm 弯曲强度要达到25kg mm以上 电性能要求 对清洁剂的反应 在液体中浸渍5分钟 表面不产生任何不良 并有良好的冲载性 SMTIntroduce MOUNT 表面贴装元件介绍 表面贴装元件具备的条件 元件的形状适合于自动化表面贴装 尺寸 形状在标准化后具有互换性 有良好的尺寸精度 适应于流水或非流水作业 有一定的机械强度 可承受有机溶液的洗涤 可执行零散包装又适应编带包装 具有电性能以及机械性能的互换性 耐焊接热应符合相应的规定 SMTIntroduce SMTIntroduce 1 SMT元件引脚距离短 目前引脚中心间距最小的已经达到0 3mm 2 SMT元器件直接贴装在印制电路板的表面 将电极焊接在与元器件同一面的焊盘上 1 表面装配元器件的特点 SMTIntroduce 2 表面装配元器件的种类和规格 从结构形状分类 有薄片矩形 圆柱形 扁平异形等 从功能上分类为无源元件 SMC SurfaceMountingComponent 有源器件 SMD SurfaceMountingDevice 和机电元件三大类 SMTIntroduce 典型SMC系列的外形尺寸 单位 mm inch 1inch 1000mil 1inch 25 4mm 1mm 40mil SMTIntroduce 片状元器件可以用三种包装形式提供给用户 散装 管状料斗和盘状纸编带 电容 MOUNT SMTIntroduce SMTIntroduce 表面安装电容器 表面安装多层陶瓷电容器 SMTIntroduce 表面安装钽电容器 表面安装钽电容器的外型都是矩形 按两头的焊端不同 分为非模压式和塑模式两种 MOUNT SMTIntroduce SMTIntroduce 表面安装电阻器 二种封装外形 SMTIntroduce 电阻排SOP SmallOutlinePackage 封装 表面安装电阻网络 常见封装外形有 0 150英寸宽外壳形式 称为SOP封装 有8 14和16根引脚 0 220英寸宽外壳形式 称为SOMC封装 有14和16根引脚 0 295英寸宽外壳形式 称为SOL封装件 有16和20根引脚 SMTIntroduce SMC的焊端结构 镍的耐热性和稳定性好 对钯银内部电极起到了阻挡层的作用 镀铅锡合金的外部电极可以提高可焊接性 SMTIntroduce SMC元件的规格型号表示方法 SMT元件的规格型号表示方法因生产厂商而不同 如1 8W 470 5 的陶瓷电阻器 日本某公司生产 RX391G471JTA 种类 尺寸 外形 温度特性 标称阻值 阻值误差 包装形式 SMTIntroduce 国内某企业生产 RI111 8471J 种类 尺寸 额定功耗 标称阻值 阻值误差 SMTIntroduce SMD分立器件 SMD分立器件包括各种分立半导体器件 有二极管 三极管 场效应管 也有由两 三只三极管 二极管组成的简单复合电路 SMD分立器件的外形尺寸 SMTIntroduce SMD分立器件的外形尺寸 SMTIntroduce 二极管 无引线柱形玻璃封装二极管 塑封二极管 SMTIntroduce 三极管 三极管采用带有翼形短引线的塑料封装 SOT ShortOut lineTransistor 可分为SOT23 SOT89 SOT143几种尺寸结构 MOSFET SMTIntroduce SMD集成电路 IC的主要封装形式有QFP TQFP PLCC SOT SSOP BGA等 SOP SmallOutlinePackage 小型封装 SSOP ShrinkSmallOutlinePackage 缩小型封装 TQFP ThinQuadPlatPackage 薄四方型封装 QFP QuadPlatPackage 四方型封装 TSSOP ThinShrinkSmallOutlinePackage 薄缩小型封装 SMTIntroduce PLCC PlasticLeadedChipCarrie 宽脚距塑料封装 SOT SmallOutlineTransistor 小型晶体管 DIP DualIn LinePackage 双列直插封装 BGA BallGridArray 球状栅阵列 SIP SingleIn LinePackage 单列直插封装 SOJ SmallOutlineJ J形脚封装 CLCC CeramicLeadedChipCarrie 宽脚距陶瓷封装 PGA PinGridArray 针状栅阵列 SMTIntroduce Outline 表面粘贴类 小型三极管类 SOT SOP QFP SSOP TQFP TSSOP PQFP 两边 四边 鸥翼型脚 SMTIntroduce Outline 表面粘贴类 BGA SOJ LCC PLCC CLCC 两边 四边 J型脚 球形引脚 焊点在元件底部 MOUNT SMTIntroduce MOUNT SMTIntroduce MOUNT SMTIntroduce MOUNT SMTIntroduce MOUNT 表面贴装元件的种类 有源元件 陶瓷封装 无源元件 单片陶瓷电容 钽电容 厚膜电阻器 薄膜电阻器 轴式电阻器 CLCC ceramicleadedchipcarrier 陶瓷密封带引线芯片载体 DIP dual in linepackage 双列直插封装 SOP smalloutlinepackage 小尺寸封装 QFP quadflatpackage 四面引线扁平封装 BGA ballgridarray 球栅阵列 SMC泛指无源表面安装元件总称 SMD泛指有源表面安装元件 SMTIntroduce 阻容元件识别方法1 元件尺寸公英制换算 0 12英寸 120mil 0 08英寸 80mil Chip阻容元件 IC集成电路 英制名称 公制mm 英制名称 公制mm 1206 0805 0603 0402 0201 3 2 1 6 50 30 25 25 12 1 27 0 8 0 65 0 5 0 3 2 0 1 25 1 6 0 8 1 0 0 5 0 6 0 3 MOUNT SMTIntroduce MOUNT 阻容元件识别方法2 片式电阻 电容识别标记 电阻 电容 标印值 电阻值 标印值 电阻值 2R2 5R6 102 682 333 104 564 2 2 5 6 1K 6800 33K 100K 560K 0R5 010 110 471 332 223 513 0 5PF 1PF 11PF 470PF 3300PF 22000PF 51000PF SMTIntroduce MOUNT IC第一脚的的辨认方法 IC有缺口标志 以圆点作标识 以横杠作标识 以文字作标识 正看IC下排引脚的左边第一个脚为 1 SMTIntroduce SMT电子工艺视频 MOUNT 来料检测的主要内容 SMTIntroduce MOUNT 贴片机的介绍 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 这类机型的优势在于 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 这类机型的缺点在于 贴片头来回移动的距离长 所以速度受到限制 SMTIntroduce MOUNT 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 这类机型的优势在于 这类机型的缺点在于 贴装元件类型的限制 并且价格昂贵 SMTIntroduce MOUNT 对元件位置与方向的调整方法 产品名称 全视觉泛用型贴片机Full VisionMulti FunctionalChipMounter型号 EM 360 EM 360S全视觉取置头 Heads 4搭载最佳速度 Speed CHIP 0 25sec IC 1 00sec QFP100pin 产能 ChipsperHour 最佳 13000 hr opt IPC9850 10000 hr供料站数FeederLanes 80 40 SMTIntroduce MOUNT SMTIntroduce MOUNT SMTIntroduce MOUNT 贴片机的结构与特性 SMTIntroduce 目前 世界上生产贴片机的厂家有几十家 贴片机的品种达几百个之多 但无论是全自动贴片机还是手动贴片机 无论是高速贴片机还是中低速贴片机 它的总体结构均有类似之处 贴片机的结构可分为 机架 PCB传送机构及支撑台X Y与Z 伺服 定位系统 光学识别系统 贴片头 供料器 传感器和计算机操作软件 MOUNT 贴片机的结构与特性 SMTIntroduce 机架机架是机器的基础 所有的传动 定位 传送机构均牢固地固定在它上面 大部分型号的贴片机及其各种送料器也安置在上面 因此机架应有足够的机械强度和刚性 目前贴片机有各种形式的机架 大致可分为两类 1 整体铸造式整体铸造的机架的特点是整体性强 刚性好 整个机架铸造后采用时效处理 机架的变形微小 工作时稳固 高档机多采用此类结构 2 钢板烧焊式这类机架由各种规格的钢板等烧焊而成 再经时效处理以减少应力变形 它的整体性比整体铸造低一点 但具有加工简单 成本较低的特点 在外观上 去掉机器外壳 可见到焊缝 机器采用那种结构的机架 取决于机器的整体设计和承重 通常机器在运行过程中应平稳 轻松 无震动感 用金属币立于机器上不会出现翻倒 从某种意义上来讲机架起着关键作用 MOUNT 贴片机的结构与特性 SMTIntroduce 传送机构传送机构的作用是将需要贴片的PCB送到预定位置 贴片完成后再将SMA送至下道工序 传送机构是安放在轨道上的超薄型皮带传送系统 通常皮带安置在轨道边缘 皮带分为A B C三段 并在B区传送部位设有PCB夹紧机构 在A C区装有红外传感器 更先进的机器还带有条形码阅读器 它能识别PCB的进入和送出 记录PCB的数量 传送机构根据贴片机的类型又分为两种 1 整体式导轨通常光学定位的精度高于机械定位 但定位时间较长 2 活动式导可做X Y移动的PCB承载台 并可做上下升降运动 MOUNT 贴片机的结构与特性 SMTIntroduce X Y与Z 伺服 定位系统X Y定位系统是贴片机的关键机构 也是评估贴片机精度的主要指标 它包括X Y传动结构和X Y伺服系统 它的功能有两种 一种是支撑贴片头 即贴片头安装在X导轨上 X导轨沿Y方向运动从而实现在X Y方向贴片的全过程 这类结构在通用型贴片机 泛用机 中多见 另一种功能是支撑PCB承载平台并实现PCB在X Y方向移动 这类结构常见于塔式旋转头类的贴片机 转塔式 中 这类高速机中 其贴片头仅做旋转运动 而依靠送料器的水平移动和PCB承载平面的运动完成贴片过程 上述两种X Y定位系统中 X导轨沿Y方向运动 从运动的形式来看 属于连动式结构 其特点是X导轨受Y导轨支撑 并沿Y轴运动 它属于动式导轨 MovingRail 结构 MOUNT 贴片机的结构与特性 SMTIntroduce 光学对中系统贴片机的对中是指贴片机在吸取元件时要保证吸嘴吸在元件中心 使元件的中心与贴片头主轴的中心线保持一致 因此 首先遇到的是对中问题 早期贴片机的元件对中是用机械方法来实现的 称为 机械对中 当贴片头吸取元件后 在主轴提升时 拨动四个爪把元件抓一下 使元件轻微的移动到主轴中心上来 目前这种对中方式已不在使用 取而代之的是光学对中 贴片头吸取元件后 CCD摄象机对元器件成像 并转化成数字图象信号 经计算机分析出元器件的几何尺寸和几何中心 并与控制程序中的数据进行比较 计算出吸嘴中心与元器件中心在 X Y和 的误差 并及时反馈至控制系统进行修正 保证元器件引脚与PCB焊盘重合 MOUNT 1 机械对中调整位置 吸嘴旋转调整方向 这种方法能达到的精度有限 较晚的机型已再不采用 2 激光识别 X Y坐标系统调整位置 吸嘴旋转调整方向 这种方法可实现飞行过程中的识别 但不能用于球栅列陈元件BGA 3 相机CCD识别 X Y坐标系统调整位置 吸嘴旋转调整方向 一般相机固定 贴片头飞行划过相机上空 进行成像识别 比激光识别耽误一点时间 但可识别任何元件 也有实现飞行过程中的识别的相机识别系统 机械结构方面有其它牺牲 贴装头对元件位置与方向的调整方法 SMTIntroduce MOUNT 贴片机的结构与特性 SMTIntroduce 贴片头贴片头是贴片机关键部件 它拾取元件后能在校正系统的控制下自动校正位置 并将元器件准确地贴放到指定的位置 贴片头的发展是贴片机进步的标志 贴片头已由早期的单头 机械对中发展到多头光学对中 下列为贴片头的种类形式 单头贴片头 固定式多头 水平旋转式 转塔式旋转式 垂直旋转 转盘式 MOUNT 贴装头示意图 SMTIntroduce MOUNT 贴装头也叫吸 放头 是贴装机上最复杂 最关键的部分 它相当于机械手 它的动作由拾取 贴放和移动 定位两种模式组成 第一 贴装头通过程序控制 完成三维的往复运动 实现从供料系统取料后移动到电路基板的指定位置上 第二 贴装头的端部有一个用真空泵控制的贴装工具 吸嘴 不同形状 不同大小的元器件要采用不同的吸嘴拾放 一般元器件采用真空吸嘴 异形元件 例如没有吸取平面的连接器等 用机械爪结构拾放 当换向阀门打开时 吸嘴的负压把SMT元器件从供料系统 散装料仓 管装料斗 盘状纸带或托盘包装 中吸上来 当换向阀门关闭时 吸盘把元器件释放到电路基板上 贴装头通过上述两种模式的组合 完成拾取 放置元器件的动作 贴装头还可以用来在电路板指定的位置上点胶 涂敷固定元器件的粘合剂 第三 贴装头的X Y Z 定位系统一般用直流伺服电机驱动 通过机械丝杠传输力矩 磁尺和光栅定位的精度高于丝杠定位 但后者容易维护修理 贴装头工作过程 SMTIntroduce MOUNT 贴片机的结构与特性 SMTIntroduce 供料器供料器 feeder 的作用是将片式元器件SMC SMD按照一定规律和顺序提供给贴片头以便准确方便地拾取 它在贴片机中占有教多的数量和位置 它也是选择贴片机和安排贴片工艺的重要组成部分 随着贴片速度和精度要求的提高 近几年来供料器的设计与安装 愈来愈受到人们的重视 根据SMC SMD包装的不同 供料器通常有带状 tape 管状 stick 盘状 waffle 和散料等几种 MOUNT 贴片机的结构与特性 SMTIntroduce 传感器贴片机中装有多种传感器 如压力传感器 负压传感器和位置传感器 随着贴片机智能化程度的提高 可进行元件电器性能检查 它们象贴片机的眼睛一样 时刻监视机器的正常运转 传感器运用越多 表示贴片机的智能化水平越高 现将各种传感器的功能简介如下 1 压力传感器 2 负压传感器 3 位置传感器 4 图象传感器 5 激光传感器 6 区域传感器 7 元器件检查 8 贴片头压力传感器 目录 SMT历史 印刷制程 贴装制程 焊接制程 检测制程 质量控制 ESD 再流的方式 ConveyorSpeed的简单检测 测温器以及测温线的简单检测 基本工艺 影响焊接性能的各种因素 几种焊接缺陷及其解决措施 回流焊接缺陷分析 SMTIntroduce REFLOW 焊接工程包括Reflow 回流焊接WaveSolder 波峰焊 SMTIntroduce REFLOW 再流的方式 REFLOW 回流焊接其作用是将焊膏融化 使表面组装元器件与PCB板牢固粘接在一起 所用设备为回流焊炉 位于SMT生产线中贴片机的后面 SMTIntroduce REFLOW REFLOW 回流焊接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 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 SMTIntroduce REFLOW 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 SMTIntroduce REFLOW 工艺分区 一 预热区目的 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 SMTIntroduce REFLOW 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 工艺分区 二 保温区 SMTIntroduce REFLOW 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 四 冷却区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 二 再流焊区 工艺分区 SMTIntroduce REFLOW 产品名称 八温区无铅回流焊产品型号 TY RF816LF S 上8下8加热 温度曲线设定轻而易举 高加热效率 从常温到温度平衡的开始时间 20min温度曲线转换时间 15min 温度调整幅差值100 加热温区控制精度 1 采用特殊设计风加速系统和匀风板 使温度分布更加均匀 横向温差 2 温度范围0 350 适用高温度焊接 温度控制方式 PID控制 采用进口高温马达直联驱动进行热风加热 噪音低 震动小加热元件采用日本进口 效率高 寿命长 采用前后回风的运风方式 使温度曲线更加平滑稳定 无掉温现象 优异的热补偿功能 大量进板而无掉温现象加热区长度为2900mm SMTIntroduce REFLOW 产品名称 六温区无铅回流焊产品型号 TY RF612LF S 上6下6加热 高加热效率 从常温到温度平衡的开始时间 20min 温度曲线转换时间 15min 温度调整幅差值 100 加热温区控制精度 1 采用特殊设计风加速系统和匀风板 使温度分布更加均匀 横向温差 2 温度范围0 350 适用高温度焊接 温度控制方式 PID控制 采用进口高温马达直联驱动进行热风加热 噪音低 震动小 加热元件采用日本进口 效率高 寿命长 采用前后回风的运风方式 使温度曲线更加平滑稳定 无掉温现象 优异的热补偿功能 大量进板而无掉温现象 加热区长度为2140mm SMTIntroduce REFLOW 影响焊接性能的各种因素 工艺因素 焊接前处理方式 处理的类型 方法 厚度 层数 处理后到焊接的时间内是否加热 剪切或经过其他的加工方式 焊接工艺的设计 焊区 指尺寸 间隙 焊点间隙导带 布线 形状 导热性 热容量被焊接物 指焊接方向 位置 压力 粘合状态等 SMTIntroduce REFLOW 焊接条件 指焊接温度与时间 预热条件 加热 冷却速度焊接加热的方式 热源的载体的形式 波长 导热速度等 焊接材料 焊剂 成分 浓度 活性度 熔点 沸点等焊料 成分 组织 不纯物含量 熔点等母材 母材的组成 组织 导热性能等焊膏的粘度 比重 触变性能基板的材料 种类 包层金属等 影响焊接性能的各种因素 SMTIntroduce SMTIntroduce 典型SMT焊点的外观 SMTIntroduce 典型SMT焊点的外观 有末端重叠部分 SMTIntroduce 形成原因多为 焊接点氧化 焊接温度过低 助焊剂过度蒸发 SMT焊接的焊点缺陷 SMTIntroduce 焊锡接触元件体 SMT焊接的焊点缺陷 SMTIntroduce 其他焊接缺陷 侧装 竖件 翻件 正常 SMTIntroduce 锡球 光洁度差 泼溅 锡桥 其他焊接缺陷 SMTIntroduce 其他焊接缺陷 裂缝 金属镀层脱落 元件本体破损 REFLOW 几种焊接缺陷及其解决措施 回流焊中的锡球 回流焊中锡球形成的机理 回流焊接中出的锡球 常常藏于矩形片式元件两端之间的侧面或细距引脚之间 在元件贴装过程中 焊膏被置于片式元件的引脚与焊盘之间 随着印制板穿过回流焊炉 焊膏熔化变成液体 如果与焊盘和器件引脚等润湿不良 液态焊锡会因收缩而使焊缝填充不充分 所有焊料颗粒不能聚合成一个焊点 部分液态焊锡会从焊缝流出 形成锡球 因此 焊锡与焊盘和器件引脚润湿性差是导致锡球形成的根本原因 SMTIntroduce 原因分析与控制方法 以下主要分析与相关工艺有关的原因及解决措施 a 回流温度曲线设置不当 焊膏的回流是温度与时间的函数 如果未到达足够的温度或时间 焊膏就不会回流 预热区温度上升速度过快 达到平顶温度的时间过短 使焊膏内部的水分 溶剂未完全挥发出来 到达回流焊温区时 引起水分 溶剂沸腾 溅出焊锡球 实践证明 将预热区温度的上升速度控制在1 4 C s是较理想的 b 如果总在同一位置上出现焊球 就有必要检查金属板设计结构 模板开口尺寸腐蚀精度达不到要求 对于焊盘大小偏大 以及表面材质较软 如铜模板 造成漏印焊膏的外形轮廓不清晰 互相桥连 这种情况多出现在对细间距器件的焊盘漏印时 回流焊后必然造成引脚间大量锡珠的产生 因此 应针对焊盘图形的不同形状和中心距 选择适宜的模板材料及模板制作工艺来保证焊膏印刷质量 REFLOW SMTIntroduce c 如果在贴片至回流焊的时间过长 则因焊膏中焊料粒子的氧化 焊剂变质 活性降低 会导致焊膏不回流 焊球则会产生 选用工作寿命长一些的焊膏 至少4小时 则会减轻这种影响 d 另外 焊膏印错的印制板清洗不充分 使焊膏残留于印制板表面及通孔中 回流焊之前 被贴放的元器件重新对准 贴放 使漏印焊膏变形 这些也是造成焊球的原因 因此应加强操作者和工艺人员在生产过程的责任心 严格遵照工艺要求和操作规程行生产 加强工艺过程的质量控制 REFLOW SMTIntroduce REFLOW 立片问题 曼哈顿现象 回流焊中立片形成的机理 矩形片式元件的一端焊接在焊盘上 而另一端则翘立 这种现象就称为曼哈顿现象 引起该种现象主要原因是元件两端受热不均匀 焊膏熔化有先后所致 SMTIntroduce REFLOW 如何造成元件两端热不均匀 a 有缺陷的元件排列方向设计 我们设想在再流焊炉中有一条横跨炉子宽度的再流焊限线 一旦焊膏通过它就会立即熔化 片式矩形元件的一个端头先通过再流焊限线 焊膏先熔化 完全浸润元件的金属表面 具有液态表面张力 而另一端未达到183 C液相温度 焊膏未熔化 只有焊剂的粘接力 该力远小于再流焊焊膏的表面张力 因而 使未熔化端的元件端头向上直立 因此 保持元件两端同时进入再流焊限线 使两端焊盘上的焊膏同时熔化 形成均衡的液态表面张力 保持元件位置不变 SMTIntroduce 在进行汽相焊接时印制电路组件预热不充分 汽相焊是利用惰性液体蒸汽冷凝在元件引脚和PCB焊盘上时 释放出热量而熔化焊膏 汽相焊分平衡区和饱和蒸汽区 在饱和蒸汽区焊接温度高达217 C 在生产过程中我们发现 如果被焊组件预热不充分 经受一百多度的温差变化 汽相焊的汽化力容易将小于1206封装尺寸的片式元件浮起 从而产生立片现象 我们通过将被焊组件在高低箱内以145 C 150 C的温度预热1 2分钟 然后在汽相焊的平衡区内再预热1分钟左右 最后缓慢进入饱和蒸汽区焊接消除了立片现象 c 焊盘设计质量的影响 若片式元件的一对焊盘大小不同或不对称 也会引起漏印的焊膏量不一致 小焊盘对温度响应快 其上的焊膏易熔化 大焊盘则相反 所以 当小焊盘上的焊膏熔化后 在焊膏表面张力作用下 将元件拉直竖起 焊盘的宽度或间隙过大 也都可能出现立片现象 严格按标准规范进行焊盘设计是解决该缺陷的先决条件 REFLOW SMTIntroduce REFLOW 细间距引脚桥接问题 导致细间距元器件引脚桥接缺陷的主要因素有 a 漏印的焊膏成型不佳 b 印制板上有缺陷的细间距引线制作 c 不恰当的回流焊温度曲线设置等 因而 应从模板的制作 丝印工艺 回流焊工艺等关键工序的质量控制入手 尽可能避免桥接隐患 SMTIntroduce 回流焊接缺陷分析 REFLOW 1 吹孔BLOWHOLES焊点中 SOLDERJOINT 所出现的孔洞 大者称为吹孔 小者叫做针孔 皆由膏体中的溶剂或水分快速氧化所致 调整预热温度 以赶走过多的溶剂 调整锡膏粘度 提高锡膏中金属含量百分比 问题及原因对策 2 空洞VOIDS是指焊点中的氧体在硬化前未及时逸出所致 将使得焊点的强度不足 将衍生而致破裂 调整预热使尽量赶走锡膏中的氧体 增加锡膏的粘度 增加锡膏中金属含量百分比 SMTIntroduce SMAIntroduce 回流焊接缺陷分析 REFLOW 问题及原因对策 3 零件移位及偏斜MOVEMENTANDMISALIGNNENT造成零件焊后移位的原因可能有 锡膏印不准 厚度不均 零件放置不当 热传不均 焊垫或接脚之焊锡性不良 助焊剂活性不足 焊垫比接脚大的太多等 情况较严重时甚至会形成碑立 TOMBSTONING或MAMBATHANEFFECT 或DRAWBRIGING 尤以质轻的小零件为甚 改进零件的精准度 改进零件放置的精准度 调整预热及熔焊的参数 改进零件或板子的焊锡性 增强锡膏中助焊剂的活性 改进零件及与焊垫之间的尺寸比例 不可使焊垫太大 回流焊接缺陷分析 REFLO