SMT贴装工艺与质量之间的关系.docx

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SMT贴装工艺与质量之间的关系

毕业设计（论文）中文摘要

题目：

SMT贴装工艺与质量

摘要：

随着电子信息产业的迅速发展，SMT已成为现代电子装联技术的核心技术。

SMT技术在现代工业中应用的越来越广，在现代生产生活中起到了越来越重要的重要，几乎所有的军用、民用电器都是使用SMT技术生产的。

SMT生产过程中难免会产生一些质量问题，其中有设备产生的缺陷也有工艺产生的缺陷。

其中工艺对生产质量有着极其重要的作用。

本论文对SMT中贴装工艺重点分析，叙述贴装工艺造成的产品质量问题和原因分析，如何用一些方法进行优化贴装工艺来提高产品质量，降低成本，创造更大的价值。

关键词：

贴装缺陷解决方法

毕业设计（论文）外文摘要

Title：

SMTpickandplaceprocessandquality

Abstract：

Withtherapiddevelopmentofelectronicinformationindustry，SMThasbecomethemodernelectronicoutfitunitedtechnologiescoretechnology。

TheapplicationofSMTtechnologyisgettingmoreandmorewideinthemodernindustry,anditalsoplaysamoreandmoreimportantroleinthemodernproductivelifewithnearlyallmilitaryelectricapplianceandcivilelectricapplianceareproducedbytheSMTtechnology.However,itwillbringsomeunavoidableflawsinitsmanufacturingprocess,includingtheflawsproducedbyfacilityandtheflawsproducedbycraftaswell.Amongthem,theprocesshasanextremelycriticaleffectontheproducts’productionquality.Thispaperemphasislyanalysespickandplaceprocess.Itrelatestheproductqualitybypickandplaceprocessandanalysescause,andhowtooptimizepickandplaceprocesstoimproveproductquality，costreductionandcreatmorevalewithafewsolutions.

Keywords：

pickandplacedefectsolution

目录

1引言

2贴装工艺

2.1贴装工艺概述

2.2贴装元器件的工艺要求

2.3自动贴装原理

2.4贴装操作工艺规程

2.5贴装结果分析

2.6如何提高贴装质量

3贴装机发展方向

结论

致谢

参考文献

1引言

1.1SMT介绍

SMT就是表面组装技术（表面贴装技术）（SurfaceMountedTechnology的缩写），是目前电子组装行业里最流行的一种技术和工艺。

因其组装密度高、电子产品体积小、重量轻，贴装元件的体积和重量只有传统插装元件的1/10左右，一般采用SMT之后，电子产品的体积缩小40～60％，重量减轻60～80％。

可靠性高、抗振能力强。

焊点缺陷率低。

高频特性好。

减少了电磁和射频干扰。

易于实现自动化，提高生产效率。

降低成本达30～50％。

节省材料、能源、设备、人力、时间等。

为什么要用SMT。

电子产品追求小型化，以前使用的穿孔插件元件已无法缩小。

电子产品功能更完整，所采用的集成电路（IC）已无穿孔元件，特别是大规模高集成IC，不得不采用表面贴装元件。

产品批量化，生产自动化，厂方要以低成本高产量，出产优质产品以迎合顾客需求及加强市场竞争力。

电子元件的发展，集成电路（IC）的开发，半导体材料的多元应用。

2贴装工艺

2.1贴装工艺概述

贴装是在SMT工序中不可或缺的一道。

贴装机的主要任务就是拾取元器件和贴装元器件，其是将正确的元器件贴放到正确的位置。

程序员通过所要生产产品的PCB和根据机器的性能指标进行编程。

机器通过程序进行动作。

目前市场上主要流行的贴装机是德国的西门子（见图1），日本的富士，美国的环球（GSM多功能贴装机）等等。

图1贴装机

贴装的一般过程为：

（1）基板定位

PCB板经贴装机轨道到达停板位置并且顺利、稳定、准确的停板，以便下一步的贴装。

当PCB到达贴装位置是通过PCBSTOP来机械定位的，这时PCB的实际位置机器是无法准确的知道的，机器能够通过PCB相机找到PCB板上两个识别的位置然后计算出贴装的准确位置，保证贴装的准确性。

有些设备在停板时还有减速装置，较少停板时的冲击力。

（2）元件送料

提供贴装时所需的元件，供送料器来完成。

送料器的种类有：

带式送料器、盘式送料器、管料送料器、散料送料器。

（3）拾取元件

贴装头从送料器顺利、完整的拾取元件的过程，与元件大小、形状；吸嘴的大小、形状；元件位置等因素有关。

（4）元件定位

通过机械或者光学方式确定元件的位置，然后机器自动计算出与贴装位置之间的关系，保证准确的贴装。

通过确定元件的几何中心，确保贴装时元件对应到贴装位置坐标的是元件的中心。

光学识别系统在确定元件中心时不需要对元件进行机械对中，能够提高元件对中的速度。

提高生产效率。

并且光学识别系统只需要找到元件在系统中图象的中心就能够将这一偏差补充到元件的贴装位置上，保证贴装位置的准确。

（5）贴装

贴装头拾取元件后把元件准备、完整的贴放的PCB板上。

贴装头是贴装机进行贴装和取料动作的主要部分，通过贴装头部分各个结构之间的良好配合，保证取料、贴装过程的稳定和可靠。

2.2贴装元器件的工艺要求

贴装元器件应按照组装板装配图和明细表的要求，准确的将元器件逐个贴放到印制电路板规定的位置上。

2.2.1贴装工艺要求

（1）各装配位号元器件的类型、型号、标称值和极性等特征标记要符合产品装配图和明细表的要求；

（2）贴装好的元器件要完好无损；

（3）贴装元器件焊端或引脚不小于1/2厚度浸入焊膏。

对于一般元器件，贴装时焊膏挤出量应小于0.2mm，对于细间距元器件，贴装时焊膏挤出量0.1mm；

（4）元器件焊端或引脚要和焊盘图形对齐、居中。

由于回流焊有自对准效应，因此元器件贴装时允许有一定的偏差。

各种元器件的具体偏差范围参见IPC相中标准。

2.2.2保证贴装质量额三要素

（1）元件正确

要求各装配位号元器件的类型、型号、标称值和极性等特征标记要符合产品的装配图和明细表要求，不能贴错位置。

（2）位置准确

元器件的端头或引脚均和焊盘图形要尽量对齐、居中，还要确保元件焊端接触焊膏图形。

（3）压力合适

贴装压力相当于吸嘴的Z轴高度，Z轴高度高相当于贴装压力小，Z轴高度小相当于贴装压力大。

如果Z轴高度过大，元器件的焊端或引脚没有压入焊膏，浮在焊膏表面，焊膏粘不住器件，在传动和回流焊时容易产生位置移动。

另外，如果Z轴高度过大，使得贴装时元器件从高处自由落体下来，会造成贴装位置产生位移。

反之如果Z轴高度过小，焊膏挤出量过多，容易造成焊膏粘连，回流焊时容易出现桥接，同事也会由于焊膏中合金颗粒滑动，造成贴装位置偏移，严重时还会损坏元器件。

因此贴装时要求吸嘴高度要适中。

2.3自动贴装原理

2.3.1贴装工艺流程图（见图2）

图2贴装工艺流程图

2.3.2PCB基准校准原理

自动贴装机贴装时，元器件的贴装坐标是以PCB的某一个顶角（一般为左下角或右下角）为源点计算的。

而PCB加工时多少存在一定的加工误差，因此在高精度贴装时必须对PCB进行基准校准。

基准校准采用基准标志（Mark）和贴装机的光学对中系统进行。

2.3.3视觉对中原理

贴装前要给每种元器件照一个标准图像存入图像库中，贴装时每拾取一个元器件都要进行照相并与该元器件在图像库中的标准图像比较：

一是比较图像是否正确，如果图像不正确，贴装机则认为该元器件的型号错误，会根据程序设置抛弃元器件若干次后报警停机；二是将引脚变形和共面性不合格的器件识别出来并送至程序指定的抛料位置；三是比较该元器件拾取后的中心坐标X、Y、转角T与标准图像是否一致，如果有偏移，贴装时贴装机会自动根据偏移量修正该元器件的贴装位置（见图3）。

图3光学对中原理示意图

2.4贴装操作工艺规程（以西门子贴装机为例）

2.4.1贴装机操作事项

使用设备：

X4高速贴装机；

X3高精度贴装机；

X2高精度贴装机。

2.4.2贴装前的准备及注意事项

（1）按照工作订单说明调用贴装程序，并制定加工程序；

（2）在对加工程序进行可行性测试，确认贴装机轨道内无PCB板后，传输数据到各贴装站；

（3）在设备运行的过程中不要挤靠安全门，打开安全门前应先操作停止键或紧停建，然后再打开安全门；

（4）按照元件装料清单正确放置供料器平台；

（5）放置供料器前，应清洁设备元件供料器平台，清除所有遗留元件及杂物；

（6）干燥包装的元件在贴装前才装料。

通常仅从干燥柜或干燥袋中取出满足订单或当天生产需要的原件。

下班或生产结束时，将剩余的原件及时放回干燥柜或干燥袋中；

（7）调整震动供料器振幅，输入正确的托盘元件剩余数量，保证设备运行时这些参数正确，降低抛料率；

（8）贴装过程中，及时增补元件。

编带材料尽可能使用接料方式，托盘元件必须注意器件极性方向；

（9）印制板的传输方向通常与DEK印刷机一致；

（10）设备运行的过程中发现问题应及时处理，贴装完成的印制板尽可能在短的时间内通过回流焊；

（11）在设备开机后第一次回参考点或中断运行后回参考点，都必须在操作人员监控下完成。

操作人员必须确认没有任何可能阻碍贴装头移动的障碍物后，才能运行设备，如发现异常情况及时紧停设备。

2.4.3料台更换步骤

（1）当一个订单的最后一块PCB从贴装机出来的时候，在确认数量无误的前提下，应立即开始更换料台；

（2）按下贴装机的停止按钮后，按下贴装机的料台装卸按钮；

（3）料台完全卸载后，向上转动两个拉杆，将料台从贴装机中拉出来并放在指定区域；

（4）在装载新的料台之前，打开贴装机的保护盖，用刷子或者吸尘器清洁贴装机内部散落的器件，以免影响料台的位置造成取料偏差，并将扔料盒里面的材料集至指定的容器；

（5）从指定的区域将新的料台推进贴装机，按下贴装机的料台装卸按钮，直到料台完全装卸，放下拉杆；

（6）按下贴装机的开始按钮。

2.4.4SMT材料确认规则

使用设备：

条形码扫描器。

材料的确认：

（1）在供料器准备阶段：

在装料完成后，有负责供料器准备的人员使用条形码扫码描器对每一道材料进行逐个扫描仪确认所装的材料无误；

（2）在生产过程中更换料台后：

在所有的料台都安装完毕后，有SMT线操作人员使用条形扫码描器对每一TABLE进行逐个扫描，确认无误后开始贴装。

接着再使用条形扫码描器对每一个料台的每一道料进行逐个扫描确认所装的材料无误；

（3）在生产过程中：

手持空盘到BUFFER区取材料，并核对元件的材料号，确认一致后，丢弃空盘，如空盘上无空位号标识，则在新的材料上记录库位号；

接料或补料后，用条形码扫描器确认。

需特别注意，扫描的Track位置是否正确，所补得材料号是否正确，并顺序扫描相邻的两道材料，并目视检查所补材料的材料号与装料清单是否一致；

WPC材料的正确性要特别注意。

2.5贴装结果分析

2.5.1偏移

（1）现象：

元器件偏离焊盘（见图4）

图4偏移

（2）原因：

①贴装程序错误；

②贴装速度太快；

③吸嘴脏；

④焊膏印刷不均匀。

（3）解决措施

①修改程序；

②降低贴装机参数设定中的速度值；

③定期检查吸嘴情况；

④对贴装前道工序印刷结果进行及时检查。

2.5.2缺件

（1）现象：

贴装后元器件不在规定的位置（见图5）

图5缺件

（2）原因：

①吸嘴漏气；

②活塞漏气；

③feeder上元器件编带放置不好，伸出；

④贴装速度过快；

⑤过滤棉堵塞。

（3）解决方法：

①更换吸嘴；

②更换活塞；

③重新放置编带，剪断露出来的编带；

④降低贴装速度；

更换过滤棉。

2.5.3极性错误

（1）现象：

器件极性贴反（见图6）

图6极性错误

（2）原因：

贴装影像出错；

FEEDER上元器件位置出错；

震动杆及华夫盘中器件放错方向。

（3）解决方法：

修改程序元件库，重新制作元件视觉图像；

调整FEEDER；

注意加料时器件的方向。

2.5.4错件

（1）现象：

焊盘出现错误器件（见图7）

图7错件

（2）原因：

贴装程序错误；

拾取程序错误；

装错材料。

（3）解决方法：

修改贴装程序；

修改拾取程序；

重新检查材料，装上正确材料。

2.5.5元件损坏

（1）现象：

贴装后，元件出现损坏（见图8）

图8元件损坏

（2）原因：

贴装压力过大；

PCB支撑不对；

元件本身损坏。

（3）解决方法：

调整贴装压力；

更换支撑；

更换元件。

2.5.6器件贴翻

（1）现象：

元器件贴翻（见图9）

图9贴翻器件

（2）原因：

①feeder的问题；

②吸嘴的问题。

（3）解决方法：

换FEEDER；或者更改吸嘴取料位置；

②更换吸嘴。

2.5.7立碑

（1）现象：

器件竖起（见图10）

图10立碑

（2）原因：

FEEDER上器件布距不对；

FEEDER不好；

吸嘴漏气。

（3）解决方法：

调整器件位置；

更换feeder；

更换吸嘴。

2.5.8抛料

（1）现象：

贴装过程中大量的抛弃材料

（2）原因：

吸嘴问题，吸嘴变形，堵塞，破损而造成气压不足，漏气，造成吸料不起，取料不正，识别通不过而抛料；

识别系统问题，视觉不良，视觉或雷射镜头不清洁，有杂物干扰识别，识别光源选择不当和强度、灰度不够，还有可能识别系统已坏；

位置问题，取料不在料的中心位置，取料高度不正确（一般以碰到零件后下压0.05MM为准）而造成偏位，取料不正，有偏移，识别时跟对应的数据参数不符而被识别系统当做无效料抛弃；

来料的问题，来料不规则，为引脚氧化等不合格产品；

程序问题，所编辑的程序中元件参数设置不对，跟来料实物尺寸，亮度等；

参数不符造成识别通不过而被丢弃。

（3）解决方法：

清洁更换吸嘴；

清洁识别系统表面，保持干净无杂物沾污等，调整光源强度、灰度；

更换识别系统部件；

调整取料位置；

做好来料检测；

修改元件参数，搜寻元件最佳参数设定。

2.6如何提高贴装质量

2.6.1编程

贴装机是计算机控制的自动化生产设备，贴装之前必须编制程序。

贴装过程就是按照贴装程序进行贴装，如果程序中坐标数据部精确，贴装精度再高的贴装机也不能保证贴装质量。

因此贴装程序控制的好与坏直接影响贴装精度和贴装效率。

贴装程序由拾取程序和贴装程序两部分组成。

拾取程序就是告诉机器到哪里去拾取、拾什么样封装的元件、元件的包装是什么样的等拾取信息。

其内容包括：

每一步的元件名、每一步拾取的X、Y和转角T的偏移量、供料器料站位置、供料器的类型、拾取高度、抛料位置、是否跳步等。

贴装程序就是告诉机器把元器件贴装到哪里、贴装的角度、贴装的高度等信息。

其内容包括：

每一步的元件名、说明、每一步的X、Y坐标和转角T、贴装的高度是否需要修正、用第几号贴装头贴装、采用几号吸嘴、是否同时贴装、是否跳步等，贴装程序中还包括PCB和局部Mark的X、Y坐标信息等。

编程注意事项：

（1）PCB尺寸、源点等数据要准确；

（2）拾取与贴装以及各种库的元件名要统一；

（3）凡是程序中涉及到的元器件，必须在元件库、包装库、供料器库、托盘库、托盘料架库、图像库建立并登记，各种元器件所需要的吸嘴型号也必须在吸嘴库中登记；

（4）建立元件库时，元器件的类型、包装、尺寸等数据要准确；

（5）在线编程时所输入元器件名称、位号、型号等必须与元件明细和装配图相符；

（6）编程过程中，应在同一块PCB上连续完成坐标的输入，重新上PCB或更换新PCB都有可能造成贴装坐标的误差。

输入数据时应经常存盘，以免停电或误操作而丢失数据；

（7）在线编程时人工优化原则：

①换吸嘴的次数最少；

②拾取、贴装路径最短；

③多头贴装机还应考虑每次同时拾取数量最多。

（8）无论离线编程或在线编程的程序，编程结束后都必须按工艺文件中元器件明细表进行校对检查，校对检查完全正确后才能进行生产。

主要检查以下内容：

①校对程序中每一步的元件名称、位号、型号规格是否正确。

对不正确处按工艺文件进行修正；

②检查贴装机每个供料器站上的元器件与拾取程序表是否一致；

③将完全正确的产品程序拷贝到备份软盘中保存；

2.6.2制作MARK和元器件图像

Mark图像做得好与不好，直接影响贴装精度和贴装效率，如果Mark图像做得虚，也就是说，Mark图像与Mark的实际图形差异较大时，贴装时会不认Mark而造成频繁停机，因此对制作Mark图像有以下要求：

（1）Mark图形尺寸要输入正确；

（2）Mark的寻找范围要适当，过大时会把PCB上Mark附近的图形划进来，造成与标准图像不一致，过小时会造成某些PCB由于加工尺寸误差较大而寻找不到Mark；

（3）照图像时各光源的光亮度一定要恰当，显示OK以后还要仔细调整；

（4）使图像黑白分明、边缘清晰；

（5）照出来的图像尺寸与Mark图形的实际尺寸尽量接近。

元器件视觉图像做得好不好，直接影响贴装效率，如果元器件视觉图像做得虚（失真），也就是说，元器件视觉图像的尺寸与元器件的实际差异较大时，贴装时会不认元器件出现抛料弃件现象，从而造成频繁停机，因此对制作元器件视觉图像有以下要求：

（1）元器件尺寸要输入正确；

（2）元器件类型的图形方向与元器件的拾取方向一致；

（3）失真系数要适当；

（4）照图像时各光源的光亮度一定要恰当，显示OK以后还要仔细调整；

（5）通过仔细调整灯光，使图像黑白分明、边缘清晰；

（6）照出来的图像尺寸与元器件的实际尺寸尽量接近。

（7）做完元器件视觉图像后应将吸嘴上的元器件放回原来位置，尤其是用固定摄象机照的元器件，否则元器件会掉在镜头内损坏镜头。

（8）ADA（自动数据处理）功能的应用：

CCD照相后自动记录元件数据。

2.6.3贴装前准备

贴装前准备工作是非常重要的，一旦出了问题，无论在生产过程中或产品检验时查出问题，都会造成不同程度的损失。

贴装前应特别做好以下准备：

（1）根据产品工艺文件的贴装明细表领料（PCB、元器件）并进行核对；

（2）对已经开启包装的PCB，根据开封时间的长短及是否受潮或污染等具体情况，进行清洗和烘烤处理；

（3）对于有防潮要求的器件，检查是否受潮，对受潮器件进行去潮处理；

（4）开封后检查包装内附的湿度显示卡，当指示湿度＞20％（在23℃±5℃时读取）,说明器件已经受潮，在贴装前需对器件进行去潮处理。

去潮的方法可采用电热鼓风干燥箱，在125±1℃下烘烤12～20小时。

2.6.4开机前安全检查

（1）检查压缩空气源的气压应达到设备要求，应达到6Kg/cm2以上；

（2）检查并确保导轨、贴装头移动范围内、自动更换吸嘴库周围、托盘架上没有任何障碍物。

2.6.5安装供料器

（1）安装编带供料器装料时，必须将元件的中心对准供料器的拾取中心；

（2）安装多管式振动供料器时，应把器件体长度接近的器件安排在同个振动供料器上；

（3）安装供料器时必须按照要求安装到位；

（4）安装完毕，必须由检验人员检查，确保正确无误后才能进行试贴和生产。

2.6.6必须按照设备安全技术操作规范开机

2.6.7首件贴装后必须严格检查

检验项目：

（1）各元件位号上元器件的规格、方向、极性是否与工艺文件（或表面组装样板）相符；

（2）元器件有无损坏、引脚有无变形；

（3）元器件的贴装位置偏离焊盘是否超出允许范围。

检验方法：

（1）检验方法要根据各单位的检测设备配置以及表面组装板的组装密度而定；

（2）普通间距元器件可用目视检验，高密度窄间距时可用放大镜、3～20倍显微镜、在线或离线光学检查设备（AOI）。

检验标准：

通常按照IPC-A-610C/D的验收条件进行判定。

或按照单位制定的企业标准。

2.6.8根据首件试贴和检验结果调整程序或重做视觉图像

若PCB的元器件贴装位置有偏移，用以下两种方法调整：

（1）若PCB上的所有元器件的贴装位置都向同一方向偏移，这种情况应通过修正PCBMark的坐标值来解决。

把PCBMark的坐标向元器件偏移方向移动，移动量与元器件贴装位置偏移量相等，应注意每个PCBMark的坐标都要等量修正。

（2）若PCB上的个别元器件的贴装位置有偏移，可估计一个偏移量在程序表中直接修正个别元器件的贴装坐标值，也可以用自学编程的方法通过摄象机重新照出正确的坐标。

若首件试贴时，贴装故障比较多要根据具体情况进行处理

（1）拾取失败。

如拾不到元器件可考虑按以下因素进行检查并处理：

①拾取高度不合适，由于元件厚度或Z轴高度设置错误，检查后按实际值修正；

②拾取坐标不合适，可能由于供料器的供料中心没有调整好，应重新调整供料器；

③编带供料器的塑料薄膜没有撕开，一般都是由于卷带没有安装到位或卷带轮松紧不合适，应重新调整供料器；

④吸嘴堵塞、吸嘴表面不干净或吸嘴端面磨损、有裂纹，应清洗或更换吸嘴；

⑤吸嘴型号不合适，孔径太大会造成漏气，孔径太小会造成吸力不够，应根据元器件尺寸和重量选择吸嘴；

⑥气压不足或气路堵塞，检查气路是否漏气、增加气压或疏通气路。

（2）弃片或丢片频繁，可考虑按以下因素进行检查并处理：

①图像处理不正确，应重新照图像；

②元器件引脚变形；

③元器件本身的尺寸、形状与颜色不一致，对于管装和托盘包装的器件可将弃件集中起来，重新照图像；

④吸嘴型号不合适、真空吸力不足等原因造成贴装路途中飞片；

⑤吸嘴端面有焊膏或其它赃物，造成漏气；

⑥吸嘴端面有损伤或有裂纹，造成漏气。

2.6.9设置焊前检测工位或采用AOI

在焊盘设计正确与焊膏的印刷质量有保证的前提下，贴装后、进入再流焊炉前设置人工检测工位或采用AOI，是减少和消除焊接缺陷、提高直通率的有效措施。

2.6.10连续贴装生产时应注意的问题

（1）拿取PCB时不要用手触摸PCB表面，以防破坏印刷好的焊膏；

（2）报警显示时，应立即按下警报关闭键，查看错误信息并进行处理；

（3）贴装过程中补充元器件时一定要注意元器件的型号、规格、极性和方向；

（4）贴装过程中，要随时注意废料槽中的弃料是否堆积过高，并及时进行清理，使弃料不能高于槽口，以免损坏贴装头。

2.6.11检