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1、 第9章SMT生产线与产品质量管理 根据机械工业出版社同名教材何丽梅主编 9 1 1组装方式 SMT的组装方式及其工艺流程主要取决于表面组装组件 SMA 的类型 使用的元器件种类和组装设备条件 大体上可将SMA分成单面混装 双面混装和全表面组装3种类型共6种组装方式 如表9 1所列 不同类型的SMA其组装方式有所不同 同一种类型的SMA其组装方式也可以有所不同 根据组装产品的具体要求和组装设备的条件选择合适的组装方式 是高效 低成本组装生产的基础 也是SMT工艺设计的主要内容 表面组装组件的安装方式 1 单面混合组装第一类是单面混合组装 即SMC SMD与通孔插装元件 THC 分布在PCB不同
2、的两个面上混装 但其焊接面仅为单面 这一类组装方式均采用单面PCB和波峰焊接工艺 具体有两种组装方式 先贴法 第一种组装方式称为先贴法 即在PCB的B面 焊接面 先贴装SMC SMD 而后在A面插装THC 后贴法 第二种组装方式称为后贴法 是先在PCB的A面插装THC 后在B面贴装SMC SMD 2 双面混合组装第二类是双面混合组装 SMC SMD和THC可混合分布在PCB的同一面 同时 SMC SMD也可分布在PCB的双面 双面混合组装采用双面PCB 双波峰焊接或再流焊接 在这一类组装方式中也有先贴还是后贴SMC SMD的区别 一般根据SMC SMD的类型和PCB的大小合理选择 通常采用先贴
3、法较多 该类组装常用两种组装方式 SMC SMO和THC同侧方式 SMC SMD和THC同在PCB的同一侧 SMC SMD和THC不同侧方式 把表面组装集成芯片 SMIC 和THC放在PCB的A面 而把SMC和小外形晶体管 SOT 放在B面 这类组装方式由于在PCB的单面或双面贴装SMC SMD 而又把难以表面组装化的有引线元件插入组装 因此组装密度相当高 混合组装工艺流程 3 全表面组装第三类是全表面组装 在PCB上只有SMC SMD而无THC 由于目前元器件还未完全实现SMT化 实际应用中这种组装形式不多 这一类组装方式一般是在细线图形的PCB或陶瓷基板上 采用细间距器件和再流焊接工艺进行
4、组装 它也有两种组装方式 1 单面表面组装方式 2 双面表面组装方式 双面均采用焊锡膏 再流焊工艺流程 9 3 1静电及其危害 当两个物体互相摩擦时 一种物体中一部分电子会转移到另一个物体上 于是这个物体失去了电子 并带上 正电荷 另一个物体得到电子并带上 负电荷 电荷不能创造 也不能消失 它只能从一个物体转移到另一个物体 防静电的基本概念是防止产生静电荷或已经存在静电荷的地方如何迅速而可靠地消除 为了弄清哪些地方可能会产生静电 首先应知道静电产生的原因 1 静电的产生 1 接触摩擦起电 除了不同物质之间的接触摩擦会产生静电外 在相同物质之间也会发生 有时干燥的环境中当人快速在桌面上拿起一本书
5、 书的表面也会产生静电 几乎常见的非金属和金属之间的接触分离均产生静电 这也是最常见的产生静电的原因之一 静电能量除了取决于物质本身外 还与材料表面的清洁程度 环境条件 接触压力 光洁程度 表面大小 摩擦分离速度等有关 2 剥离起电 当相互密切结合的物体剥离时 会引起电荷的分离 出现分离物体双方带电的现象 称为剥离起电 剥离带电根据不同的接触面积 接触面积的黏着力和剥离速度而产生不同的静电量 3 断裂带电 材料因机械破裂使带电粒子分开 断裂两半后的材料各带上等量的异性电荷 4 高速运动中的物体带电 物体的高速运动 其物体表面会因与空气的摩擦而带电 最典型的案例是高速贴片机贴片过程中因元器件的快
6、速运动而产生静电 其静电压约在600V左右 特别是贴片机的工作环境通常湿度相对较低 器件因高速运动而产生的静电 对于CMOS器件来说 有时是一个不小的威胁 与运动有关的还有如清洗过程中 有些溶剂在高压喷淋过程中也会产生静电 2 静电放电 ESD 对电子工业的危害 电子产品在生产 包装运输及装联成整机的加工 调试 检测过程中 难免受到外界或自身的接触摩擦而形成很高的表面电位 根据静电的力学和放电效应 其静电损坏大体上分为两类 这就是由静电引起的浮尘埃的吸附以及由静电放电引起的敏感元器件的击穿 1 静电吸附 在半导体和半导体器件制造过程广泛采用SiO2及高分子物质的材料 由于它们的高绝缘性 在生产
7、过程中易积聚很高的静电 并易吸附空气中的带电微粒导致半导体介面击穿 失效 为了防止危害 半导体和半导体器件的制造必须在洁净室内进行 同时洁净室的墙壁 天花板 地板和操作人员及一切工具 器具均应采取防静电措施 2 静电击穿 超大规模集成电路集成度高 输入阻抗高 这类器件受静电的损害越来越明显 特别是金属氧化物半导体 MOS 器件 受静电击穿的几率更高 静电放电对静电敏感器件的损害主要表现 硬击穿 一次性造成整个器件的失效和损坏 软击穿 造成器件的局部损伤 降低了器件的技术性能 而留下不易被人们发现的隐患以致设备不能正常工作 软击穿带来的危害有时比硬击穿更危险 9 3 2静电防护原理与方法 1 静
8、电防护原理对SSD进行静电防护的基本原则有两个 一是对可能产生静电的地方要防止静电的积聚 即采取一定的措施 减少高压静电放电带来的危害 使之边产生边 泄放 二是迅速 安全 有效地消除已经产生的静电荷 即对已存在的静电荷积聚采取措施 使之迅速地消散掉 即时 泄放 因此 电子产品生产中的静电防护的核心是 静电消除 当然这里的消除并非指 一点不存在 而是控制在最小限度之内 2 静电防护方法1 静电防护中所使用的材料 对于静电防护 原则上不使用金属导体 因导体漏放电流大 会造成器件的损坏 而是采用表面电阻l l05 以下的所谓静电导体 以及表面电阻为1 105 1 l08 的静电亚导体 例如在橡胶中混
9、入导电碳黑后 其表面电阻可控制在1 106 以下 即为常用的静电防护材料 2 泄漏与接地 对可能产生或已经产生静电的部位 应提供通道 使静电即时泄放 即通常所说的接地 一般防静电工程中 均需独立建立 地线 工程 并保证 地线 与大地之间的电阻小于10 静电防护材料接地的方法是 将静电防护材料如防静电桌面台垫 地垫 通过1M 的电阻连接到通向地线的导体上 详情见SJ T10630 1995电子元器件制造防静电技术要求 IPC A 6100标准中推荐的防静电工作台接地方法如图9 8所示 通过串接1M 电阻的接法是确保对地泄放电流小于5mA 称为软接地 而对设备外壳和静电屏蔽罩通常是直接接地 则称为
10、硬接地 IPC A 6100标准中推荐的防静电工作台接地方法 3 导体带静电的消除导体上的静电可以用接地的方法使其泄漏到大地 工程上一般要求在1s内将静电泄漏 使静电电压降至100V以下的安全区 这样可以防止因泄漏时间过短 泄漏电流过大对SSD造成损坏 在静电防护系统中通常使用1M 的限流电阻 将泄放电流控制在5mA以下 这也是同时考虑操作者的安全而设计的 4 非导体带静电的消除1 使用离子风机 离子风机可以产生正 负离子以中和静电源的静电 用于那些无法通过接地来泄放静电的场所 如空间 贴片机头附近 使用离子风机排除静电具有良好的防静电效果 2 使用静电消除剂 静电消除剂是各种表面活性剂 通过
11、洗擦的方法 可以去掉一些物体表面的静电 如仪表表面 3 控制环境湿度 湿度的增加可以使非导体材料的表面电导率增加 故物体不易积聚静电 在工艺条件许可时 可以安装增湿机来调节环境的湿度 这种方法效果明显而且价格低廉 4 采用静电屏蔽 静电屏蔽是针对易散发静电的设备 部件 仪器而采取的屏蔽措施 通过屏蔽罩或屏蔽笼将静电源与外界隔离 并将屏蔽罩或屏蔽笼有效地接地 放静电包装袋 防静电液 5 工艺控制法目的是在生产过程中尽量少产生静电荷 为此应从工艺流程 材料选用 设备安装和操作管理等方面采取措施 控制静电的产生和积聚 当然具体操作应针对性的采取措施 在上述的各项措施中 工艺控制法是积极的措施 其他措
12、施有时应综合考虑 以便达到有效防静电的目的 9 3 3常用静电防护器材 1 人体静电防护系统人体静电防护系统 包括防静电的腕带 工作服 鞋袜 帽 手套等 这种整体的防护系统兼具静电泄漏与屏蔽功能 直接接触静电敏感器件的人员均应戴防静电腕带 腕带应与人体皮肤有良好接触 腕带必须对人体无刺激 无过敏影响 腕带系统对地电阻值应在106 108 范围内 防静电桌垫上应不少于两个腕带接头 一个供操作人员使用 另一个供技术人员 检验人员或其它人员使用 进入防静电工作区或接触SSD的人员应穿防静电工作服 防静电工作服面料应符合GBl2014规定 在相对湿度大于50 的环境中 防静电工作服允许选用纯棉制品 进
13、入防静电工作区或接触SSD的人员应穿防静电工作鞋 防静电工作鞋应符合GB4385的有关规定 一般情况下允许穿普通鞋 但应同时使用导电鞋束或脚腕带 脚腕带 防静电工作服 手套 鞋 防静电腕带 2 防静电地坪防静电地坪是为了有效的将人体静电通过地面尽快地泄放到大地 特别是因移动操作而不宜使用腕带的人体静电 同时也能泄放设备 工装上的静电 地面防静电性能参数的确定是既要保证在较短的时间内将静电电压降至100V以下 又要保证人员的安全 系统电阻应控制在105 108 之间 防静电地板 工作台 台垫 常用于防静电地坪的材料有下列几种 防静电橡胶地面 施工简单 抗静电性能优良 但易磨损 PVC防静电塑料地
14、板 防静电效果好 持久强度高 使用广泛 防静电地毯 防静电效果好 使用方便 但成本高 防静电活动地板 防静电效果好 美观 成本极高 允许使用经特殊处理过的水磨石地面 如事先敷设地线网 渗碳或在地面喷涂抗静电剂等 防静电水磨石地面寿命长 成本低 适用于新厂房 3 防静电操作系统防静电操作系统是指各工序经常会与元器件 组件成品发生接触 分离或摩擦作用的工作台面 生产线体 工具 包装袋 储运车以及清洗液等 由于构成上述介绍的操作系统所用的材料均是高绝缘的橡胶 塑料 织物 木材制作 极易在生产过程中产生静电 因此都应进行防静电处理 即操作系统应具备防静电功能 防静电操作系统包括 防静电台垫 操作台面均
15、设有防静电台垫 表面电阻在105 109 之间 并通过1M 电阻与地相接 周转箱 盒等一切容器应为防静电材料制作 并贴有标志 防静电包装袋 一切包装电路板或器件的塑料袋均应为防静电袋 表面电阻为105 109 在将电路板放入或拿出袋中时 人手应戴防静电手腕 防静电物流车 用于运送器件 组件的专用物流车 应具备防静电功能 特别是物流车的橡胶轮 应采用防静电橡胶轮 表面电阻为105 109 防静电工具 防静电工具 特别是电烙铁 吸锡枪等应具有防静电功能 通常电烙铁应低电压操作 24V 36V 烙铁头应良好接地 9 3 4电子产品作业过程中的静电防护 1 生产线内的防静电设施生产线内的防静电区域禁止
16、直接使用木质地板或铺设毛 麻 化纤地毯及普通地板革 应选用由静电导体材料构成的地面 如防静电活动地板或在普通地面上铺设防静电地垫 并有效接地 防静电区域内的天花板材料应选用抗静电型材料制品 一般情况下允许使用石膏板制品 禁止使用普通塑料制品 墙壁面料应使用抗静电型墙纸 一般情况下允许使用石膏涂料或石灰涂料墙面 禁止使用普通墙纸及塑料墙纸 生产线内的防静电设施应有独立地线 并与防雷线分开 地线可靠 并有完整的静电泄漏系统 车间内保持恒温 恒湿的环境 一般温度控制在 25 2 湿度为65 5 RH 入门处配有离子风 防静电工作区应标明区域界限 并在明显处悬挂警示标志 警示标志应符合GJB1649规定 工作区入口处应配置离子化空气风浴设备 防静电警示标志如图12 6所示 下图是GJB1649规定的防静电标志 图中标记a是对ESD敏感的符号 呈三角形 里面画有一只被拉一道痕的手 用来表示该物体对ESD引起的伤害十分敏感 标记b是对ESD防护的符号 它和标记a的区别是在三角形外面围着一个弧圈 三角形内手上的一道痕没有了 用来表示该物体经过专门设计 具有静电防护能力 防静电标志可以贴在设备 器件
