SMD元件贴装工艺规程

SMD元件贴装工艺规程目 录修改记录1目 录2参考文件41目的52适用范围53适用人员54名词术语55表面贴装生产线的环境要求66表面贴装工艺流程66.1单面贴装66.2双面贴装66.3单面混装76.4双面混装77自动贴装87.1工艺原理87.2工艺要求87.3自动贴装设备107.4贴装材料（表面贴装元器件SMD）127.5质量控制147.6质量标准158手工贴装178.1工艺原理178.2工艺要求178.3手工贴装工具188.4手工贴装材料（表面贴装元器件SMD）198.5质量控制198.6质量标准19参考文件1IPC-A-610D电子组件可接受性（8.2节）2GB/T 19247.2-2003/IEC 61191-2:1998印制板组装第二部分：表面安装焊接组装的要求（第5章）3SJ/T 10670-1995表面组装工艺通用技术要求(4.1节)(5.2节)1 目的1.1.1.1 本工艺规程详细说明了在丝网印刷或者点胶之后，利用手动或自动贴装设备对SMD元件进行表面贴装的工艺方法和原则。2 适用范围2.1.1.1 本工艺规程适用于SMT生产线表面贴装生产工序。 3 适用人员 3.1.1.1 本工艺规程适用于电子装联车间产品的SMT生产线表面贴装工序的操作人员、工艺人员、产品检验人员。 4 名词术语4.1.1.1 表面贴装元器件（SMD）：电极的焊端与短引脚设计成位于同一平面，并贴于印制板表面，在同一面与焊盘进行焊接，来实现电气连接的电子元件与器件。4.1.1.2 表面贴装技术（SMT）：一种无需对焊盘进行钻孔插装，直接将焊端（引脚）位于同一平面内的电子元器件（SMD）平贴并焊接于焊盘表面上与导电图形进行电连接的电子装联技术。4.1.1.3 焊端（Terminal）：由金属合金镀层所构成的无引线表面贴装元器件的外电极。4.1.1.4 引线或引脚（Pin/Lead）：由金属导线构成的电子元器件的外电极。4.1.1.5 回流焊接(Reflow Soldering) ：通过加热方法将预置涂敷在焊件之间的焊锡膏融化，并完成焊接过程，实现电连接与机械连接的过程。4.1.1.6 拼板(Multiple Printed panel)：将相同的两块或者若干块小PCB板同时制作在一块大基板上的印制板，并且在焊接完成后小板易于分离。4.1.1.7 主面（Component Side）：总设计图上定义的一个封装与互连结构（PCB）面；常为包含元器件功能最复杂的那一面。4.1.1.8 辅面（Solder Side）：与主面相对的封装与互连结构（PCB）面。4.1.1.9 阻焊膜（Solder Resist）：用于避免印制板非焊接区不粘连焊料的耐热而绝缘的膜层或涂敷材料。4.1.1.10 静电释放敏感元件（ESDS）：是那些容易受高能放电影响的元件，外形越小、运算速度越快的元件敏感度越高。5 表面贴装生产线的环境要求5.1.1.1 温度：1830，湿度：30705.1.1.2 ESDS器件必须在静电安全区域内使用，避免与塑、胶制品放置在一起。5.1.1.3 使用静电屏蔽容器运送、存放ESDS器件。5.1.1.4 操作人员必须穿戴防静电服、防静电腕带、防静电鞋，禁止没有上述防护的人员进入静电防护工作区域。6 表面贴装工艺流程6.1 单面贴装6.1.1.1 特点：在其主面全部采用SMD元器件,单面回流焊。6.1.1.2 流程：6.2 双面贴装6.2.1.1 特点：双面焊接，在两面全部采用SMD元器件；印制板经过二次回流焊。6.2.1.2 流程：6.3 单面混装6.3.1.1 特点：单面组装SMD元器件和通孔插装元器件，PCB经过一次回流焊和一次波峰焊。6.3.1.2 流程：6.4 双面混装6.4.1.1 特点：在双面组装元器件，一般主面是SMD元器件和通孔插装元器件，辅面是SMD元器件, PCB经过二次回流焊和一次波峰焊；超过28个引脚的集成电路不能在辅面贴装。6.4.1.2 流程：注：手工补焊包括了安装芯片的操作内容；7 自动贴装7.1 工艺原理7.1.1.1 在丝网印刷或点胶之后，贴片机通过编制好的程序指令，移动贴装头吸取表面贴装元器件，并且将其准确放置在PCB相应位置。7.2 工艺要求7.2.1 编制贴片程序要求贴片程序编制需主要输入的信息：7.2.1.1 元器件外形尺寸。7.2.1.2 元件所需要的贴装头与相机规格。7.2.1.3 元件所需要的供料器规格。7.2.1.4 PCB的尺寸及MARK点位置。7.2.1.5 元器件坐标。7.2.1.6 料位的分配。7.2.2 贴片机工作前的操作要求7.2.2.1 对要使用的表面贴装元器件与PCB进行来料检查；操作者依据图纸确认转入的每种表面贴装元器件的物料编码与规格型号：l 操作者依据图纸确认将要使用的每种表面贴装元器件的物料编码与规格型号；l 为了能够精确地贴装元器件，需要确认在PCB的对角线上有23个Mark点，Mark点外形通常为圆形或十字形；Mark点目检要求：尺寸一致，与周围区域对比度明显；同一批次PCB的Mark点要有一致性。7.2.2.2 操作者将经过确认的表面贴装元器件装载到与其外形尺寸相匹配的供料器上。7.2.2.3 操作者将供料器或料盘装载到所分配的料位上；对照贴片机程序中的料位信息检查装载到贴片机各料位的SMD物料编码是否与其一致。7.2.2.4 操作者按照实际PCB尺寸调整传输轨道宽度；传输轨道的宽度应略大于PCB宽度，使PCB在轨道上能够顺利通过；如果轨道过宽会使PCB产生位移影响贴装精度，严重会从轨道上滑落； 如果轨道过窄，会挤压PCB，使其无法顺利通过，甚至造成PCB变形、损坏。7.2.2.5 将编制好的程序发送到贴片机主控计算机内。7.2.3 贴片机贴装过程7.2.3.1 贴装头从供料器中拾取元器件。7.2.3.2 元器件通过图像识别，并进行对中。7.2.3.3 将元器件贴装到PCB正确的焊盘上。7.2.3.4 贴装完成，PCB传输至下一工序。7.3 自动贴装设备7.3.1 位置系统 名 称描 述特 点过顶拱架型系统使用X-Y轴来移动贴装头（安装在X轴梁上）到PCB一个特定的位置；贴装头按照两条轴梁移动从供料器吸取元件，然后移动到相应位置贴放元件适于较为广泛的元件类型，贴装精度是最高的，贴装速度较慢转塔型系统转塔型系统由于有一系列转动的贴装头，从而达到较高的贴装速度；当贴装头到达贴装位置上方的固定点时，移动供料器台将元件提供给贴装头，贴装头吸取元件；PCB在转动的贴装头下移动，直到正确贴装位置处停止，以使元件贴放因为转塔型系统经常用于片式元件或其它小型引脚元件，此类元件因不需要如同细间距元件一样的贴装精度，再加上转塔型系统的快速射出元件能力，因而具有较高的生产能力名 称描 述特 点大规模平行系统使用一系列小的独立贴装单元；每个单元有自己的丝杆位置系统安装有相机和贴装头，每个贴装头可以有限吸取带式供料器上的元件，贴装PCB所分配的区域，PCB以固定的间隔在机器内移动大规模平行系统经常用于片式元件或其它小型引脚元件，此类元件因不需要如同细间距元件一样的贴装精度，再加上大规模平行系统的快速射出元件的特性，因而具有较高的生产能力表7-1贴片机分类表 图71 过顶拱架型系统示意图 图72 转塔型系统示意图7.3.2 图像系统7.3.2.1 图像系统是确保元器件贴装精度的重要条件，自动元件贴装的精度是让机器准确知道PCB的位置和元器件相对于PCB的定位结果；这些是通过图像系统来完成的。7.3.3 供料系统7.3.3.1 过顶拱架型机器可以支持不同供料器类型，包括带料、管料、盘料；7.3.3.2 转塔型机器与大规模平行系统机器一般只能支持带料；7.3.4 选择贴片机的要求 要根据旁巴迪国内制造产品的特点及实际需求来配置SMT生产线上的贴片机，上述三类贴片机可单独使用，也可是不同类型搭配使用，总之必须满足下列常规功能： 7.3.4.1 可移动的贴装头。7.3.4.2 用于定位对中的图像系统。7.3.4.3 带料自动供料器。7.3.4.4 管料振动供料器。7.3.4.5 盘料可升降供料器。7.3.4.6 自动传输装置。7.3.4.7 控制机器贴装的计算机。7.3.4.8 用于编程的用户操作计算机。7.4 贴装材料（表面贴装元器件SMD）7.4.1 SMD封装形式7.4.1.1 SMD包装形式分为四种：卷带式、盘式、管式、散装。7.4.1.2 为了便于生产，用于机器贴装的SMD应当选用卷带式和盘式封装。7.4.2 SMD的分类与标识识别7.4.2.1 矩形贴片电阻、电容（Chip）：通常为矩形，两端有焊接端(图73)；常用的封装尺寸及对照表（见表8-1）；注释：CHIP电容无极性，而钽电容外形比CHIP电容略大，且有极性；电阻本体表面的数字代表阻值和误差：3位数值 D D M （默认误差T5）4位数值 D D D M （默认误差T1）例如：电阻标记“1001”=1K1%, “182”=1.8K5公制尺寸3.2mm x 1.6mm2.0mm x1.25mm1.6mm x 0.8mm1.0mm x 0.5mm公制代号3216212516081005英制尺寸120mil x 60mil80mil x50mil60mil x 30mil40mil x 20mil英制代号1206080506030402表8-2 矩形贴片电阻、电容外形尺寸对照表7.4.2.2 圆柱形元件（MELF）：外形为圆柱体，常见于电阻或二极管（图74），通常圆柱形二极管靠近色环端是元件的负极；7.4.2.3 小型塑封晶体管（SOT）：元件的外形尺寸分为SOT23、SOT89;常见于二极管和三极管（图75）；三极管标记为:2N（“2”是指2个PN结，表明是三极管）；二极管标识为:1N（“1”是指1个PN结，表明是二极管）注释：因这种外形的二极管与三极管很容易混淆，所以在使用前必须检查元件本体标识，进行确认； 7.4.2.4 小外形集成电路（SOIC）：SOIC为两边有引脚的小外形集成电路，其中包括翼形引脚（SOL）和J形引脚（SOJ）；元件体上的黑点/凹点表示元件的引脚“1”；l 翼形引脚（SOL）：特点是容易焊接，工艺检测方便，但是占用面积较大（图76）l J形引脚（SOJ）；特点是节省PCB面积，但不易检查、返修（图77）；7.4.2.5 四边扁平封装集成电路（QFP）：QFP四边为翼形引脚，且引出线多，面积大，具有较高的焊接强度，但在运输、贮存中引脚容易变形损坏，影响共面焊接，因此须在贮存周转的过程中需要细心保护，不得拆开包装（图78）；QFP引脚间距通常为0.5mm、0.4mm、0.3mm，引线数为44160；7.4.2.6 塑封有引线芯片载体（PLCC）：这种封装节省PCB的面积，J形引脚具有一定的弹性，可以缓解焊接或者安装产生的应力，防止焊点的断裂；但是这种封装在焊接后对焊点的检测较为困难（图79）；正方形元件引脚数为2084,矩形元件引脚数为1832。7.4.2.7 球形阵列引脚（BGA）：球形引脚均匀分布在元件底面，因此可以有较多引脚且间距较大，引脚共面性好，但焊接后检测较为困难，需使用X-ray检测以确保焊接质量（图7-10 和7-11）；焊球尺寸：0.750.89mm左右焊球间距：40mil、50mil、60mil(1.016mm、1.27mm、1.524mm)等焊球数量：169313注：因BGA焊球容易受潮，会降低其可焊性，所以在使用前应按具体要求进行烘干处理； 图7-3 片式元件示意图 图74 圆柱形元件示意图 图75 小型塑封晶体管示意图 图76 翼形引脚小外形 图77 J形引脚小外形 图78 四边扁平封装 集成电路示意图 集成电路示意图 集成电路示意图 图79 塑封有引线芯片 图710球形阵列引脚 图711球形阵列引脚图 载体示意 （完全分布）示意图 （部分分布）示意图7.5 质量控制7.5.1 质量控制点7.5.1.1 SMD贴装位置l SMD所贴装位置与组装图（总图）一致；l SOT、SOIC、QFP、PLCC等元器件本体上的缺角、凹点或白色标识点方向与PCB上的标识方向一致；l 无极性元件在PCB上的方向应尽量保持一致。7.5.1.2 SMD元件贴装偏移要符合质量标准的要求7.5.2 质量控制方法序号未达标 原因 控制方法1吸嘴无法吸取元件或吸取后掉落；吸嘴规格不合适或磨损变形；真空负压不足；吸取高度的影响；来料封装质量问题；更换合适的吸嘴；适当增大真空负压；适当增加参数中的取料高度；严重时可与厂家协商更换；2元件贴装位置偏移较大；1 元器件厚度设置错误；2 PCB厚度设置错误；3 元件坐标错误 ； 1 调整元件厚度设置；2 调整PCB厚度设置；3 检查坐标值；3抛料过量；元器件外形没有通过图像；系统的验证；更改所编辑的元器件尺寸或增大允许误差范围； 表7-3 常见问题及控制方法7.6 质量标准SMD 目 标 可 接 受不 可 接 受Chip元件侧面偏 移无任何侧面偏移；侧面偏移不能超过元件端子宽度的25%；侧面偏移超过元件端子宽度的25%；末端偏 移无任何末端偏移；无任何末端偏移；端面端子偏出焊盘；Melf元件侧面偏 移无任何侧面偏移；侧面偏移不能超过元件端子直径的25%；侧面偏移超过元件端子直径的25%；末端偏 移无任何末端偏移；无任何末端偏移；有任何末端偏移；SMD 目 标 可 接 受不 可 接 受SOTSOLQFP元件侧面偏 移无任何侧面偏移；侧面偏移不能超过元件引脚宽度的25%或0.5mm,取其中较小者；侧面偏移超过元件引脚宽度的25%或0.5mm,取其中较小者；趾部偏移趾部偏移满足最小电气间隙要求；趾部偏移不能违反最小电气间隙；趾部偏移违反最小电气间隙；SOJPLCC元件侧面偏 移无任何侧面偏移侧面偏移小于等于元件引脚宽度的25%；侧面偏移大于元件引脚宽度的25%；BGA元件偏 移锡球应位于焊盘中心，无偏移；目 标锡球轻微偏移，且不违反最小电气间隙；可 接 受锡球偏移，且违反最小电气间隙；不 可 接 受SMD锡球间距锡球间距不违反最小电气间隙；锡球间距不违反最小电气间隙锡球间距违反最小电气间隙；8 手工贴装 8.1 工艺原理8.1.1.1 此处手工贴装是在丝网印刷之后利用工具，手工将表面贴装元件放置在相应位置的过程（代替贴片机），在贴装完成后还应该通过回流炉完成焊接。8.2 工艺要求8.2.1 使用范围8.2.1.1 新产品开发研制阶段的试生产。8.2.1.2 由于个别元器件是散件、特殊元件没有相应的供料器、或由于器件的引脚变形等各种原因造成不能实现在贴片机上进行贴装时，作为机器贴装后的补充方式。8.2.1.3 辅面需经过波峰焊时