第5章 电子组装设备与组装生产线

第5章电子组装设备与组装生产线1高等教育出版社《电子产品制造工艺》第二版配套课件引入：SMT技术概述1、SMT技术的发展

SMT，SurfaceMountingTechnology，也称表面装配技术、表面组装技术

通孔插装技术：THT，Through-HolemountingTechnology。22、SMT的发展历经了三个阶段：

⑴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。⑵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。3⑶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。43.SMT的装配技术特点

表面安装技术和通孔插装元器件的方式相比，具有以下优越性：⑴实现微型化。⑵信号传输速度高。⑶高频特性好。(5)有利于自动化生产，提高成品率和生产效率。(4)材料成本低。

⑹SMT技术简化了电子整机产品的生产工序，降低了生产成本。565.1SMT电路板组装工艺方案与组装设备(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

782.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）机电元件三大类9表面安装元件电阻、电容10表面贴装电感器11②表面安装钽电容器

钽质电容(TantalumCapacitor)钽质电容(TantalumCapacitor)正极正极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。12⑷表面安装电感器贴片电感排贴片电感13表面安装电感器14无源元件SMC

SMC包括片状电阻器、电容器、电感器、滤波器和陶瓷振荡器等。

15长方体SMC是根据其外形尺寸的大小划分成几个系列型号。欧美产品大多采用英制系列，日本产品大多采用公制系列，我国还没有统一标准，两种系列都可以使用。16典型SMC系列的外形尺寸（单位：mm/inch）1inch=1000mil；1inch=25.4mm，1mm≈40mil。17常用典型SMC电阻器的主要技术参数

18SMD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。

⑴SMD分立器件的外形尺寸

19SMD分立器件的外形尺寸203、包装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。21SMT元器件的包装225.1.1锡膏涂敷工艺和锡膏印刷机1、锡膏2、SMT所用的粘合剂(红胶）。用于SMT组装的固化胶粘合剂，在110℃~130℃的温度下很快固化；可经260℃以上的高温焊接。23电子产品的SMT生产工艺两种装配方案1、纯SMT元件装配242、插件元件与SMT混合装配251、网板印锡膏、回流焊工艺制作钢网印锡膏贴元件回流焊进行其他加工262、粘胶固化—波峰焊接工艺27SMT生产设备1、印刷机2、贴片机3、回流焊机28①制作焊锡膏丝网29

图5.2漏印模板印刷法的基本原理30②丝网漏印焊锡膏手动刮锡膏31自动刮锡膏32自动刮锡膏33345.1.2SMT元器件贴片工艺和贴片机自动贴片机以日本、欧美和韩国的品牌为主，主要有：FUJI（富士）、SIEMENS（西门子）、UNIVERSAL（环球）、PHILIPS（飞利浦）、PANASONIC（松下）、YAMAHA（雅马哈）、CASIO（卡西欧）、SONY（索尼）、SAMSUNG（三星）等。

可以分为高速机（通常贴装速度在5Chips/s以上）与中速机，一般高速贴片机主要用于贴装各种SMC元件和较小的SMD器件（最大约25mm×30mm）；而多功能贴片机（又称为泛用贴片机）能够贴装大尺寸（最大60mm×60mm）的SMD器件和连接器（最大长度可达150mm）等异形元器件。保证贴片质量三个要素：贴装元器件的正确性、贴装位置的准确性和贴装压力（贴片高度）的适度性。35③贴装SMT元器件小型贴片机362SMT生产设备37SMT元器件贴片机的类型38自动贴片机的主要结构自动贴片机相当于机器人的机械手，能按照事先编制好的程序把元器件从包装中取出来，并贴放到电路板相应的位置上。贴片机的基本结构包括设备本体、片状元器件供给系统、电路板传送与定位装置、贴装头及其驱动定位装置、贴片工具（吸嘴）、计算机控制系统等。为适应高密度超大规模集成电路的贴装，比较先进的贴片机还具有光学检测与视觉对中系统，保证芯片能够高精度地准确定位。39

图5.7贴片机的贴装精度40

图5.8元器件贴装偏差41(4)SMT焊接设备再流焊42SMT自动生产线43SMT自动生产线的组合445.1.3SMT涂敷贴片胶工艺和点胶机把贴片胶涂敷到电路板上的工艺俗称“点胶”。常用的方法有点滴法、注射法和印刷法。45自动点胶机的工作原理示意

46贴片胶的固化在涂敷贴片胶的位置贴装元器件以后，需要固化贴片胶，把元器件固定在电路板上。固化贴片胶可以采用多种方法，比较典型的方法有三种：·用电热烘箱或红外线辐射（可以用再流焊设备），对贴装了元器件的电路板加热一定时间；·在粘合剂中混合添加一种硬化剂，使粘接了元器件的贴片胶在室温中固化，也可以通过提高环境温度加速固化；·采用紫外线辐射固化贴片胶。47SMT工艺流程小结48完整的SMT工艺总流程

495.2与SMT焊接有关的检测设备与工艺方法生产厂家在大批量生产过程中，检测SMT电路板的焊接质量，广泛使用自动光学检测（AOI）或自动X射线检测（AXI）技术及设备。采用电性能测试的方法，通过在线检测（ICT）仪或飞针测试仪等自动化检测装置对焊接质量进行判断。505.2.1自动光学检测设备（AOI）DRC法是用给定的设计规则来检查电路图形，它能从算法上保证被检测电路的正确性，统一评判标准，帮助制造过程控制质量，并具有高速处理数据、编程工作量小等特点，但它对边界条件的确定能力较差。图形识别法是用已经储存在计算机里的数字化设计图形与实际产品的图形相比较，按照完好的电路样板或计算机辅助设计（CAD或EDA）时编制的检查程序进行比较，检查的精度取决于光学系统的分辨率和检查程序设定的参数。这种方法用设计数据代替DRC方法中预定的设计原则，具有明显的优越性，但其采集的数据量较大，对系统的实时性反映能力有较高的要求。51

SMT焊接质量标准

⑴可靠的电气连接:焊面3/4在焊盘上

⑵足够的机械强度

⑶光洁整齐的外观

52AOI系统AOI系统用可见光（激光）或不可见光（X射线）作为检测光源，光学部分采集需要检测的电路板图形，由图像处理软件对数据进行处理、分析和判断，不仅能够从外观上检查电路板和元器件的质量，也可以在贴片焊接工序以后检查焊点的质量53AOI功能AOI被安排在电路板组装工艺过程中的不同位置，能够完成不同的功能：①将AOI系统放在锡膏印刷机后面，可以用来检测锡膏印刷的形状、面积甚至包括锡膏的厚度。②把AOI系统放在高速贴片机之后，可以发现元器件的贴装缺漏、种类错误、外形损伤、极性方向错误，包括引脚（焊端）与焊盘上锡膏的相对位置。③将AOI系统放在多功能贴片机后面，可以检查窄间距、多引脚的集成电路贴片误差，甚至从元器件表面印制的标记识别集成电路的品种是否正确。④将AOI系统放在再流焊之后，可以检查焊接品质，发现有缺陷的焊点。545.2.2

X射线检测设备（AXI）组装有PLCC、SOJ、BGA、CSP和FC等集成电路的电路板，在焊接完成以后，由于焊点在芯片的下面，依靠人工目检或AOI系统都无从发现焊接缺陷，因此，用X射线（x-ray）检测就成为判断这些器件焊接质量的主要方法555.2.3在线检测（ICT）设备与方法ICT是在线测试技术的缩写，有时也指在线测试仪器。ICT是在大批量生产电子产品的生产线上的测试技术，所谓“在线”，具有双重含义：第一，ICT通常在生产线上进行操作，是生产工艺流程中的一道工序；第二，它把电路板接入电路，使被测产品成为检测线路的一个组成部分，对电路板以及组装到电路板上的元器件进行测试，判断组装是否正确、焊接是否良好或参数是否正确。56ICT分为静态测试和动态测试静态ICT只接通电源，并不给电路板注入信号，一般用来测试复杂产品——在产品的总装或动态测试之前首先保证电路板的组装焊接没有问题，以便安全地转入下一道工序——以前把静态ICT测试叫做通电测试；动态ICT在接通电源的同时，还要给被测电路板注入信号，模拟产品实际的工作状态，测试它的功能与性能。显然，动态在线测试对电子产品的测试更完整，也更复杂，因此一般用于测试比较简单的产品。5758测试针床和顶针示意图59ICT技术参数

⑴

最大测试点数⑵可测试的元器件种类⑶测试速度⑷测试元器件参数的范围⑸测试电压、电流、频率⑹电路板尺寸60ICT测试原理

⑴电阻测试R＝U/I⑵电容量测试⑶电感量测试⑷二极管测试。正向测试二极管时，加入一正向电流，硅二极管的正向压降约为0.6V~0.7V；若加一反向电流，二极管的压降会很大。⑸三极管测试，分三步测试三极管。⑹跳线测试。⑺测试集成电路61ICT编程（选学内容，建议学生自学）电阻元件编程：在“T”栏输入“R”；在“Partname”处输入元件图号，如R1；在“Ideal”栏输入标称值，如R1是1kΩ；在“Pin1”、“Pin2”输入其引脚相对应的针号；“%”、“T+”、“T-”栏输入该电阻的误差范围，“W”栏输入测试方法“I”（普通测试方法），如果电阻在电路中与一个电解电容器并联（如图5.22(a)所示），则因测试方法“I”的测试时间很短，电容器充电需要一定时间，将会出现测试误差，只要将“W”栏中的“I”改为“V”，再加一定的延时时间“dms”，如20ms，则测试结果就与实际值相同了。62隔离点测量电阻时，有时因为电路关系，需增加一隔离点，如图5.22(b)所示：电阻R1和R2、R3并联，当在顶针1、2位测试R1的阻值时，测试结果不是1kΩ，而是500Ω。这是由于从1号顶针位流入的电流I有一部分流入了R2、R3支路了。要解决这一问题，可以选择在3号位增加一顶针“3”，使“3”号顶针的电位和1号顶针的电位相等。那么，R2、R3支路就不会使1号顶针的电流分流，测试结果也就准确了。“3”号顶针就叫隔离点。编程对地“G”处填入“Y”，表示启动隔离功能。在“G1/4~G5”处填入“3”，表示“3”是隔离点。63电容测试

电容类元件有两种测试方法。容量100nF以下的小电容，用交流（AC）测试。在“T”填入“C”，“Partname”填入元件图号，“Ideal”填入标称容量，在“Pin1”、“Pin2”填入引脚的对应测试针号，“W”填入“A”，即AC测试方法，“Freq”填入测试频率（默认为30kHz），“%”、“T+”、“T-”填入相应的误差值，其他按默认值。大容量的如电解电容器，在“W”填入“D”，即DC测试方法，“Dms”填入适当的延时时间，如30，表示延时30ms。6465测试针床66产品测试录像674.ICT编程与调试返回685.2.4飞针测试仪

飞针测试仪是一种高精度的移动探针测试设备，通常用在专业印制板生产厂检测多层板的金属化孔质量，或在电子产品制造厂检测高密度组装的SMT产品焊接质量。作为小批量产品的高端检测设备，它的工作原理是，在固定在测试架上的印制板两侧，用快速移动的成对探针同时移动到同一位置上，测量电路的连接状态（电阻）。与ICT测试方法相比，飞针测试仪避免了为小批量产品专门制作昂贵的测试针床，只需要根据产品特性编程或直接输入电路板的CAD或EDA设计文件。69705.2.5清洗工艺、清洗设备和免清洗焊接方法

715.2.6SMT生产线的设备组合与计算机集成制造系统（CIMS）

中、小型SMT自动生产流水线设备配置平面图72计算机集成制造系统（CIMS，COMPUTERINTEGRATED

MANUFACTURINGSYSTEM）是将设计工程、管理工程、生产工程有机地连接到一起的系统工程，也叫做计算机综合生产系统。它是利用现代的信息技术、自动化技术与制造技术，通过计算机软硬件，将企业的经营、管理、计划、产品设计、加工制造、销售服务等环节和人力、财力、设备等生产要素有机地集成起来，以形成适用于小批量、多品种生产需求并能实现总体高效益的智能化制造系统。73

SMT的CIMS系统示例模型

745.3SMT工艺品质分析

SMT的工艺品质，主要是以元器件贴装的正确性、准确性、完好性以及焊接完成之后元器