《电子产品生产工艺 教学课件 ppt 作者 李宗宝 6《电子产品生产工艺》第六章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电子产品生产工艺 教学课件 ppt 作者 李宗宝 6《电子产品生产工艺》第六章（94页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第六章 表面安装元器件贴片 再流焊工艺,电子产品生产工艺,6.1 任务驱动：调幅/调频收音机电路板贴片再流焊接,电子产品的微型化和集成化是当代电子科技革命的重要标志，也是未来发展的方向。日新月异的高性能、高可靠、高集成、微型化、轻型化的电子产品，正在改变我们的生活，促进人类文明的进程。而这一切都要求元器件安装工艺的改革。20世纪70年代问世，80年代成熟的表面安装技术（Surface Mounting Technology，简称SMT），是实现电子产品微型化和集成化的关键。 本次任务将复杂的工艺过程简单化，神秘的设备表面化，使学生在极短的时间里掌握SMT的基本工作过程，并亲自动手实践，完成实用
2、小产品调幅/调频收音机的制作。,6.1 任务驱动：调幅/调频收音机电路板贴片再流焊接,1知识目标 1）掌握SMT元器件的分类与认知； 2）掌握SMT印制板设计与制作技术，了解SMT的特点； 3）学习SMT工艺流程，熟悉其基本工艺过程，掌握基本的操作技能； 2技能目标 1）能够正确识读表面贴装元器件的类别、规格参数和质量参数； 2）熟悉印刷机、贴片机、再流焊接设备的操作规程和工艺要求； 3）能够根据生产设备完成印制电路板的贴装与再流焊接。,6.1 任务驱动：调幅/调频收音机电路板贴片再流焊接,1）根据印制电路板及元件装配图对照电原理图和材料清单，对已经检测好的元器件进行成型加工处理。 2）对照印
3、制电路板及元件装配图按照正确装配顺序进行锡膏印刷、元器件贴装和再流焊接。 3）装配焊接后进行检查，无误后装入机壳通电试机。,6.2 任务资讯,再流焊是SMT流程中非常关键的一环，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，有红外式及气相式，现在较多厂商采用的是热风式再流焊，还有部分先进的或特定场合使用的再流方式，如：热型芯板、白光聚焦、垂直烘炉等。,6.2 任务资讯,现在所使用的大多数新式的再流焊接炉，叫做强制对流式热风再流焊炉。它通过内部的风扇，将热空气吹到装配板上或周围。这种炉的一个优点是可以对装配板逐渐地和一致地提供热量，不管零件的颜色和质地。虽然，由于不同的厚度和元件
4、密度，热量的吸收可能不同，但强制对流式炉逐渐地供热，同一PCB上的温差没有太大的差别。另外，这种炉可以严格地控制给定温度曲线的最高温度和温度速率，其提供了更好的区到区的稳定性，和一个更受控的回流过程。,6.2 任务资讯,热风再流焊过程中，焊膏需经过以下几个阶段，如图6-3所示，主要包括溶剂挥发；助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。一个典型的温度曲线（Profile：指通过回焊炉时，PCB上某一焊点的温度随时间变化的曲线）分为预热区、保温区、回流区及冷却区。,6.2 任务资讯,图6-3 再流焊曲线图,6.2 任务资讯,6.2 任务资讯,使用惰性气体，一般采用氮气，
5、这种方法在再流焊工艺中已被采用了相当长的一段时间，因为惰性气体可以减少焊接过程中的氧化，因此，这种工艺可以使用活性较低的焊膏材料。这一点对于低残留物焊膏和免清洗尤为重要。另外，对于多次焊接工艺也相当关键。比如：在双面板的焊接中，氮气保护板子在多次回流工艺中有很大的优势，因为在N2的保护下，板上的铜质焊盘与线路的可焊性得到了很好的保护。使用氮气的另一个好处是增加表面张力，它使得制造商在选择器件时有更大的余地（尤其是超细间距器件），并且增加焊点表面光洁度，使薄型材料不易褪色。,6.2 任务资讯,（1）焊膏的作用 在焊膏中，焊剂是合金焊料粉的载体，其主要的作用是清除被焊件以及合金焊料粉的表面氧化物，
6、使焊料迅速扩散并附着在被焊金属表面。,6.2 任务资讯,表面贴装用助焊剂的要求：具一定的化学活性；具有良好的热稳定性；具有良好的润湿性；对焊料的扩展具有促进作用；留存于基板的焊剂残渣对基板无腐蚀性；具有良好的清洗性；氯的含有量在0.2%（W/W）以下。助焊剂的物理化学作用是：辅助热传导，去处金属表面和焊料本身的氧化物或其他污染，浸润被焊接金属的表面，覆盖在高温焊料表面，保护金属表面避免氧化和减少熔融焊料表面张力，促进焊料扩展和流动，提高焊接质量。,6.2 任务资讯,（2）对焊剂的要求 在焊膏中，焊剂是合金焊料粉的载体，其主要的作用是清除被焊件以及合金焊料粉的表面氧化物，使焊料迅速扩散并附着在被
7、焊金属表面。对焊剂的要求主要有以下几点：,6.2 任务资讯,焊剂与合金焊料粉要混合均匀。 要采用高沸点溶剂，防止再流焊时产行飞溅。 高粘度，使合金焊料粉与溶剂不会分层。 低吸湿性，防止因水蒸汽引起飞溅。 氯离子含量低。,6.2 任务资讯,焊剂的组成： 通常，焊膏中的焊剂应包括以下几种成分：活性剂、成膜剂和胶粘剂、润湿剂、触变剂、溶剂和增稠剂以及其他各类添加剂。,6.2 任务资讯,（3）焊膏的保存及使用注意事项,6.2 任务资讯,用贴装机或人工的方式，将SMC/SMD准确地贴放到PCB板上印好焊锡膏或贴片胶的表面相应位置上的过程，叫做贴装（贴片）工序。在目前国内的电子产品制造企业里，主要采用自动
8、贴片机进行自动贴片，也可以采用手工方式贴片。手工贴片现在一般用在维修或小批量的试制生产中。 要保证贴片质量，应该考虑三个要素：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。,6.2 任务资讯,6.2 任务资讯,1）矩形元器件允许的贴装偏差范围。 如图6-4所示，图6-4a的元器件贴装优良，元器件的焊端居中位于焊盘上。图6-4b表示元件在贴装时发生横向移位（规定元器件的长度方向为“纵向”），合格的标准是：焊端宽度的3/4以上在焊盘上，即D1焊端宽度的75%；否则为不合格。,6.2 任务资讯,图6-4c表示元器件在贴装时发生纵向移位，合格的标准是：焊端与焊盘必须交叠；如果D2
9、0，则为不合格。图6-4d表示元器件在贴装时发生旋转偏移，合格的标准是：D3焊端宽度的75%；否则为不合格。图6-4e表示元器件在贴装时与焊锡膏图形的关系，合格的标准是：元件焊端必须接触焊锡膏图形；否则为不合格。,6.2 任务资讯,图6-4 矩形元件贴装偏差,6.2 任务资讯,2）小外形晶体管（SOT）允许的贴装偏差范围： 允许有旋转偏差，但引脚必须全部在焊盘上。,6.2 任务资讯,3）小外形集成电路（SOIC）允许的贴装偏差范围： 允许有平移或旋转偏差，但必须保证引脚宽度的3/4在焊盘上。如图6-5所示。,图6-5 SO IC集成电路贴装偏差,6.2 任务资讯,4）四边扁平封装器件和超小型器
10、件（QFP，包括PLCC器件）允许的贴装偏差范围： 要保证引脚宽度的3/4在焊盘上，允许有旋转偏差，但必须保证引脚长度的3/4在焊盘上。,6.2 任务资讯,5）BGA器件允许的贴装偏差范围： 焊球中心与焊盘中心的最大偏移量小于焊球半径，如图6-6示。,图6-6 BGA集成电路贴装偏差,6.2 任务资讯,元器件贴装压力要合适，如果压力过小，元器件焊端或引脚就会浮放在焊锡膏表面，使焊锡膏不能粘住元器件，在传送和再流焊过程中可能会产生位置移动。 如果元器件贴装压力过大，焊膏挤出量过大，容易造成焊锡膏外溢粘连，使再流焊时产生桥接，同时也会造成器件的滑动偏移，严重时会损坏器件。,6.2 任务资讯,片状元
11、器件贴装机，又称贴片机。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，并贴放到印制板相应的位置上。由于SMT的迅速发展，国外生产贴片机的厂家很多，其型号和规格也有多种，但这些设备的基本结构都是相同的。,贴装机的基本结构包括设备本体、片状元器件供给系统、印制板传送与定位装置、贴装头及其驱动定位装置、贴装工具（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，比较先进的贴装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。图6-7是多功能贴片机正在工作时的照片。,6.2 任务资讯,6.2 任务资讯,图6-7 多功能贴片机在工作,6.2 任务资
12、讯,6.2 任务资讯,衡量贴片机的三个重要指标是精度、速度和适应性。 （1）精度 精度与贴片机的对中方式有关，其中以全视觉对中的精度最高。一般来说，贴片的精度体系应该包含三个项目：贴装精度、分辨率、重复精度，三者之间有一定的相关关系。,6.2 任务资讯,贴装精度是指元器件贴装后相对于PCB上标准贴装位置的偏移量大小，被定义为贴装元器件焊端偏离指定位置最大值的综合位置误差。贴装精度由两种误差组成，即平移误差和旋转误差，如图6-8所示。平移误差主要因为X-Y定位系统不够精确，旋转误差主要因为元器件对中机构不够精确和贴装工具存在旋转误差。定量地说，贴装SMC要求精度达到0.01mm，贴装高密度、窄间
13、距的SMD至少要求精度达到0.06mm。,6.2 任务资讯,图6-8 贴片机的贴装精度,6.2 任务资讯,分辨率是描述贴装机分辨空间连续点的能力。贴装机的分辨率由定位驱动电机和传动轴驱动机构上的旋转位置或线性位置检测装置的分辨率来决定，它是贴装机能够分辨的距离目标位置最近的点。分辨率用来度量贴装机运行时的最小增量，是衡量机器本身精度的重要指标，例如丝杠的每个步进为0.01mm，那么该贴装机的分辨率为0.01mm。但是，实际贴装精度包括所有误差的总和，因此，描述贴装机性能时很少使用分辨率，一般在比较不同贴装机的性能时才使用它。,6.2 任务资讯,重复精度描述贴片头重复返回标定点的能力。通常采用双
14、向重复精度的概念，它定义为“在一系列试验中，从两个方向接近任一给定点时，离开平均值的偏差”，如图6-9所示。,图6-9 贴片机的重复精度,6.2 任务资讯,（2）贴片速度 影响贴装机贴装速度的因素有许多，例如PCB板的设计质量、元器件供料器的数量和位置等。一般高速机贴装速度高于0.2s/Chip元件，目前最高贴装速度为0.06s/Chip元件；高精度、多功能机一般都是中速机，贴装速度为0.30.6s/Chip元件左右。贴装机速度主要用以下几个指标来衡量。,6.2 任务资讯,贴装周期。指完成一个贴装过程所用的时间，它包括从拾取元器件、元器件定心、检测、贴放和返回到拾取元器件的位置这一过程所用的时
15、间。 贴装率。指在一小时内完成的贴装周期数。测算时，先测出贴装机在50mm250mm的PCB板上贴装均匀分布的150只片式元器件的时间，然后计算出贴装一只元器件的平均时间，最后计算出一小时贴装的元器件数量，即贴装率。目前高速贴片机的贴装率可达每小时数万片。,6.2 任务资讯,生产量。理论上每班的生产量可以根据贴装率来计算，但由于实际的生产量会受到许多因素的影响，与理论值有较大的差距，影响生产量的因素有生产时停机、更换供料器或重新调整PCB板位置的时间等因素。,6.2 任务资讯,（3）适应性 适应性是贴装机适应不同贴装要求的能力，包括以下内容。 能贴装的元器件的种类。一般高速贴片机主要可以贴装各
16、种SMC元件和较小的SMD器件（最大约2530mm）；多功能机可以贴装从1.00.5mm5454mm的SMD器件（目前可贴装的元器件尺寸已经达到最小0.60.3mm，最大6060mm），还可以贴装连接器等异形元器件，连接器的最大长度可达150mm。,6.2 任务资讯,贴装机能够容纳供料器的数目和种类。贴装机上供料器的容纳量通常用能装到贴装机上的8mm编带供料器的最多数目来衡量。一般高速贴片机的供料器位置大于120个，多功能贴片机的供料器位置在60120个之间。由于并不是所有元器件都能包装在8mm编带中，所以贴装机的实际容量将随着元器件的类型而变化。,6.2 任务资讯,贴装面积。由贴装机传送轨道以及贴装头的运动范围决定。一般可贴装的PCB尺寸，最小为5050mm，最大应大于250300mm。 贴装机的调整。当贴装机从组装一种类型的电路板转换到组装另一种类型的电路板时，需要进行贴装机的再编程、供料器的更换、电路板传送机构和定位工作台的调整、贴装头的调整和更换等工作。高档贴装机一般采用计算机编程方式进行调整，低档贴装机多采用人工
