电子工艺与电子CAD 教学课件 PPT 作者 刘素芳 第四章表面安装

1、SMT和THT的比较,2、表面组装方式,单面,制造SMT的关键工艺为： 涂膏、点胶、固化、贴片、焊接、清洗、检测。,1焊膏涂敷,焊膏涂敷是将焊膏涂敷在PCB的焊盘图形上，为表面组装元器件的贴装、焊接提供粘附和焊接材料。焊膏涂敷主要有非接触印刷和直接接触印刷两种方式。非接触印刷常指丝网漏印，直接接触印刷则指模板漏印。,1) 丝网漏印,丝网漏印技术是利用已经制好的网板，用一定的方法使丝网和印刷机直接接触，并使焊膏在网板上均匀流动，由掩膜图形注入网孔。当丝网脱开印制板时，焊膏就以掩膜图形的形状从网孔脱落到印制板的相应焊盘图形上，从而完成焊膏在印制板上的印刷。,丝网漏印焊锡膏,手动刮锡膏,自动刮锡膏,自动刮锡膏,2) 模板漏印,模板漏印属直接印刷技术，它是用金属漏模板代替丝网漏印机中的网板。所谓漏模板是在一块金属片上，用化学方式蚀刻出漏孔或用激光刻板机刻出漏孔。此时，焊膏的厚度由金属片的厚度确定，一般比丝网漏印的厚。, 模板印刷法： 模板的结构:它是在金属模板上通过激光切割、电镀或蚀刻的方法制作出开口图形。 模板类型： 全金属模板:不锈钢板或黄铜板(变形量小的材料) 柔性金属模板: 将金属模板粘接 在丝网上，实际 上是丝网板与金 属模板的结合,激 光 刻 模 板,(3)注射法 将焊膏置于注射器内部并借助于气动、液压或电驱动方式加压，使焊膏经针孔排出点在SMB焊盘表面。 形状由注射针尺寸、点胶时间和压力大小来控制。,2、点胶 是指在SMC/SMD主体的 下方（非焊接部位）点上 胶粘剂的方法及过程， 作用: 是在焊接前固定它们 的位置。,SMT在实际生产时，有两种情况需要点胶： 采用波峰焊焊接前，需先将片状元件用胶粘剂粘贴在SMB的规定位置，然后才能进入波峰焊焊接;,采用再流焊焊接双面板前,为防止先焊好的A面上的大型器件B面再流焊时脱落,需要在先焊的A面大型器件下点胶,将其粘接在SMB上。,3.常用点胶方法 印刷法 与焊膏的印刷方法相仿。 针孔转印法： 在硬件系统控制下，针 板网格在胶粘剂托盘中 吸收胶粘剂后转移到 SMB上。它的优点是简 便高效，适用于单一品 种的大批量生产 注射法 与焊膏的印刷方法相仿,SMT点胶机,点胶机正在点胶,4.点胶质量标准 (1)胶点轮廓: 不应出现塌落、拉丝、沾污焊盘等不良现象。,(2)点胶量：C 2(A+B) 。,3、固化 固化方法是根据所使用的胶粘剂的类型而确定。 1.常用固化方法（P136） (1)热固化 适用于环氧胶粘剂的固化，热固化可以在红外炉内通过红外辐射加热完成。 (2)紫外光加热固化 适用于聚丙烯的胶粘剂固化，先用紫外光照射几秒钟，然后再加热固化，它较单一的热固化更快。,4、贴片 把表面组装元器件贴装到印制电路板上，使它们的电极准确定位于各自的焊盘。 贴片可以采用手工、半自动、全自动的方式，贴片设备通常叫做贴片机。由于片状元器件的微小化、安装的高密度的特点，贴片作业基本上均需采用贴片机，手工贴放只是在数量很少的情况下才使用。 ,贴片定位精度、贴片速度和贴片机的适应性是贴装技术和贴装设备的关键指标。 1精度 精度是贴片机的主要指标之一。它决定贴片机能贴装的元器件种类和适用范围，包括贴装精度、分辨率和重复精度3个项目。 (1) 贴装精度： (2) 分辨率： (3) 重复精度,2速度 速度决定贴片机和生产线的生产能力，一般用以下几种定义来描述。 (1) 贴装周期：是指从拾取元器件开始，经过定义、检测、贴放，到返回拾取元器件位置所用的时间。完成一次贴装操作就是完成一个贴装周期。 (2) 贴装率：一小时贴装的元器件数，也等于每小时的贴装周期数。,1手工贴放 虽然，手工贴放片状元器件既不可靠、也不经济，但在试生产时往往还需采用这种方式。 元件的贴放主要是拾取和贴放下去 两个动作。手工贴放时，最简单的工具是小镊子，但最好是采用手工贴放机的真空吸管拾取元件进行贴放。 ,2.自动贴片 在规模生产中，由于贴片的准确度要求，几乎迫使人们必须采用自动化的设备，它是SMT的关键设备。在中等产量的表面安装生产线中，贴片设备的费用约占总投资的50%左右。自动贴片机主要由下列五个部分组成：,贴片机的组成: (1)贴装头： 贴装头也叫做吸/放头，它的工作由移动/定位、拾取/释放两种模式组成: 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SMB的指定位置上。 第二，贴装头的端部有一个用真空泵控制的吸盘，当换向阀打开时，吸盘上的负压把元器件从供料系统中吸上来；当换向阀门关闭时吸盘把元器件释放到SMB上,(2)供料系统： 供料系统由元器件包装容器及机械供料器组成。 供料系统的工作方式根据元器件的包装形式和贴片机的类型而确定。 元器件的包装形式有散装、编带、棒式、托盘四种。 ,元器件为散装时，随着贴装进程，装载着各种不同元器件的散装料的料仓水平旋转，把即将贴装的那种元器件转到料仓门下方，便于贴装头拾取； 元器件为编带包装时，盘装编带随编带架垂直旋转供料; 而棒式包装时，管 状定位料斗在水平面上 二维移动，为贴装头提 供待取元件。 ,(3) SMB定位系统： 是一个固定的二维平面移动的工作台，在计算机控制系统的操纵下，随工作台移动到工作区域内，并被精确定位，使贴装头能把元器件准确地释放到需要的位置上。 (4)计算机控制系统： 贴片机能够准确有序地工作，其核心机构是微型计算机。它是通过计算机程序，控制贴片机的自动工作步骤。 ,(5) 视觉检测系统： 它也是以计算机为主体的图像观察、识别和分析系统。 视觉检测系统的主要功能通常有： SMB的精确定位、 元器件定心和对准、 元器件有/无、 机械性能及电器性能的检测等。 ,5、 表面安装焊接,SMT的工艺流程有两种，主要取决于焊接方式。 1采用波峰焊,2采用再流焊,采用再流焊接装配SMT(表面组装技术的简称Surface Mounting Technology)，的工艺流程如图所示。,1波峰焊 波峰焊是利用波峰焊接机内的机械泵或电磁泵，将熔融焊料压向波峰喷嘴，形成一股平稳的焊料波峰，并源源不断地从喷嘴中溢出。装有元器件的印制电路板以直线平面运动的方式通过焊料波峰，实现元器件焊端或引脚与印制板焊盘之间的机械与电气连接的软钎焊。,波峰焊接中的主要工艺因素有助焊剂、预热、焊接、传输和控制系统。 1) 助焊剂系统 3) 焊接系统 5) 控制系统,2) 预热系统 4) 传输系统,波峰焊机焊锡槽示意图,一般波峰焊机的内部结构示意图,波峰焊有单波峰焊和双波峰焊之分。单波峰焊用于SMT时，容易出现较严重的质量问题，因此，在表面组装技术中广泛采用双波峰焊和喷射式波峰焊接工艺和设备。,波峰焊,预热,焊接,2再流焊 再流焊，又称回流焊，是SMT的主要焊接方法。这种焊接技术是先将焊料加工成一定粒度的粉末，加上适当液态粘合剂，使之成为有一定流动性的糊状焊膏，用它将待焊元器件粘在印制板上，然后加热使焊膏中的焊料熔化而再流动，因此达到将元器件焊到印制板上的目的。,1) 再流焊的特点 与波峰焊相比，再流焊有以下技术特点： (1) 元器件不直接浸渍在熔融的焊料中，所以元器件受到的热冲击小。但由于加热方式不同，有时施加给元器件的热应力较大。 (2) 能控制焊料施放量，避免桥接现象的出现。,(3) 当元器件贴放位置有一定偏差时，由于熔融焊料表面张力的作用，只要焊料施放位置正确，就能自动校正偏差，使元器件固定在正确位置上。 (4) 可以采用局部热源加热，从而可以在同一块基板上采用不同的焊接工艺。 (5) 使用焊膏时，能正确地保证焊料的组成。,SMT焊接设备,再流焊,6、 清洗工艺 为什么要清洗？ 由于贴装密度高、电路引线细，当助焊剂残留物或其他杂质存留在印制板表面或空隙中，会导致产品在使用过程中，在各种应力的加速作用下，使电路及元器件引脚因腐蚀而断路，所以必须及时清洗，才能保证产品的可靠性。,2.SMA上残留的污染物 特殊污染物是指尘埃、纤维屑、焊锡珠等特殊杂质，这些残留物可采用机械方法,诸如:喷雾器、喷嘴压力和超声等方法清除掉大部分。 极性污染物主要来自于焊剂中的活性剂，有卤化物、酸和盐等，会引起电路腐蚀。 非极性污染物有松香残留物、设备中使用的油、操作工的手指印等，它们虽然呈绝缘状态，但会妨碍检测时探针的接触、影响外观及保护层的涂覆，当它们吸附灰尘时也会造成电路绝缘性能的下降。 ,3.清洗类型 通常清洗类型是按所采用的清洗剂的不同而区分，主要有溶剂清洗、半水清洗、水清洗三种类型。 (1) 溶剂清洗 自70年代以来，出现了以CFC-113(三氟三氯乙烷)和甲基氯仿(1,1,1-三氯乙烷)为主体的两大类清洗剂，它们在SMT工艺中获得了广泛应用。 但CFC-113和甲基氯仿对大气臭氧层有破坏作用，危害地球的生态平衡。根据1990年修订的蒙特利尔协定书，这两类物质都属于20002005年先后停止生产和使用的范畴，对于发展中国家限定时间尚可延缓10年。 为此，各国均在积极采取措施。 ,(2)半水清洗 先用低挥发卤化碳氢化合物溶剂(萜烯溶剂)，分解松香基助焊剂残留物，然后再用水漂洗。 萜烯是从柑桔、柠檬、木材加工的副产品中获得的天然溶剂。 因为不能高度挥发，必须实施水漂洗过程，因此也叫“半水清洗”。 它的缺点是易燃、成本高，对某些塑料有溶解作用，有气味，有污水处理问题 。 。,(3) 水清洗 松香型助焊剂焊接的SMA，由于残留物不溶于水，一般是在水中加5%10%的皂化剂(碱性材料)，它能和松香反应，产生可溶于水的脂肪酸盐，然后用去离子水喷淋冲洗、加乙醇脱水、烘干。 它的缺点是有污水处理问题。 ,4.清洗方法 保证清洗清洁度的重要因素之一是清洗方法，尤其是水比溶剂有较高的表面张力，清洗时更难渗透到SMD的下方，有必要在清洗时加上适当的机械力，目前有下列方法。 (1)离心清洗：依靠旋转产生的离心力与清洗剂的化学作用去除污染物。 ,(2)汽相清洗： 把SMA放入加热到汽相的溶液中清洗。 (3)超声清洗：用超声波发生器发出的高频振荡(20KHZ)转换成机械振荡，激励清洗剂产生很强的冲击力和扩散作用，对元件底部缝隙清洗效果较好。 (4)喷射清洗：在压力泵的作用下，清洗剂经喷嘴高速喷出冲洗SMA。 ,印制板（清洗）测试,设计的针床,正在检查中,正在检查中,本章结束,SMT电路板的焊接检测设备,AOI自动光学检测系统,SMT电路板维修工作站,德国ERSA公司IR-550维修工作站,上板,贴片,焊接,大型SMT生产线,七. SMT焊接质量标准,1 SMT焊点的质量标准, 可靠的电气连接, 足够的机械强度, 光洁整齐的外观,典型SMT焊点的外观,典型SMT焊点的外观：有末端重叠部分,最大焊点高度,典型SMT焊点的外观,可接受标准,焊接宽度C可焊宽度W的3/4,或,焊接宽度C焊盘宽度P的3/4,2 SMT常见焊点缺陷及其分析,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：,焊锡接触元件体,SMT焊接的焊点缺陷：,无末端重叠部分,SMT焊接的焊点缺陷：,其他焊接缺陷：,侧装,竖件,翻件,正常,锡球,光洁度差,泼溅,锡桥,其他焊接缺陷：,作业：某电子企业有下列设备：手动网印机、自动贴片机、 波峰焊接机、插件线、补焊装配线。现有一款电磁炉产品， 控制板上有元器件100个，其中焊接面上贴片元件80个，并假 设所有元器件均可通过波峰焊接。画出生产此控制板贴片元件 的基本工艺流程图。,