表面贴装设备及SMT缺陷分析毕业设计Word文档格式.docx
《表面贴装设备及SMT缺陷分析毕业设计Word文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《表面贴装设备及SMT缺陷分析毕业设计Word文档格式.docx（59页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
然后简要说明SMT贴装设备（以西门子或三洋等较新的型号机为例）的部件结构、工作流程、设备选型、产线配置等内容，并在此基础上，重点分析SMT缺陷形成的原因（要求从热力学的角度分析与探讨）及解决方案。
四、设计参考书：
《电子产品制造工艺》、《SMT培训教材》、《电子产品生产设备维护与检修》、《SMT器件》等。
五、设计说明书内容
1、封面
2、目录
3、内容摘要（200～400字左右，中英文）
4、引言
5、正文（设计方案与选择，设计方案原理、计算、分析、论证，设计结果的说明及特点）
6、结束语
7、附录（参考文献、图纸、材料清单等）
六、毕业设计进程安排
第1周：
方案设计讨论，教师辅导；
第2周：
分部分方案说明初稿、贴装设备选型、部件原理等；
第3周：
SMT缺陷分析、方案修改、设计说明书初稿；
第4周：
第一次检查，讨论并改写文稿；
第5周：
第二次检查，完善文稿辅导答辩；
第6周：
设计书成绩评定、答辩。
七、毕业设计答辩与论文要求
1.毕业设计答辩要求
答辩前三天，每个学生应按时将毕业设计说明书或毕业论文、专题报告等必要资料交指导教师审阅，由指导教师写出审阅意见。
学生答辩时对自述部分应写出书面提纲，内容包括课题的任务、目的和意义，所采用的原始资料或参考文献、设计基本内容和主要方法、成果结论和评价。
答辩小组质询课题的关键问题，质询与课题密切相关的基本理论、知识、设计与计算方法、实验方法、测试方法，鉴别学生独立工作能力、创新能力。
1.毕业设计论文要求
文字要求：
说明书要求打印（除图纸外），不能手写。
文字通顺，语言流畅，排版合理，无错别字，不允许抄袭。
图纸要求：
按工程制图标准制图，图面整洁，布局合理，线条粗细均匀，圆弧连接光滑，尺寸标注规范，文字注释必须使用工程字书写。
曲线图表要求：
所有曲线、图表、线路图、程序框图、示意图等不准用徒手画，必须按国家规定的标准或工程要求绘制。
Ⅰ（论文）内容摘要
SMT是一门包括元器件、材料、设备、工艺以及表面组装电路基板设计与制造的系统性综合技术；
是突破了传统的印制电路板通孔基板插装元器件方式而发展起来的第四代组装方法；
是现在最热门的电子产品组装换代新观念；
也是电子产品能有效地实现“轻、薄、短、小”，多功能、高可靠优质量、低成本的主要手段之一。
本文以伟创力（珠海）电子有限公司SMTB11生产车间一条组装生产线为例，介绍了SMT技术及SMT组装生产线的组成，对产线上典型贴装设备的结构部件、工作原理、设备选型、设备的维护和保养等作了全面的讲解。
并介绍了SMT元器件贴片工艺、工作流程和SMT常见缺陷分析及解决方案。
关键词：
结构部件；
工作原理；
设备选型；
产线配置；
维护；
保养；
贴片工艺；
常见缺陷；
解决方案。
Ⅱ（论文）Abstract
SMTisaincludingcomponents,materials,equipment,processandsurfacemountthecircuitboarddesignandmanufacturingofsystemiccomprehensivetechnology;
Isitbreaksthroughthetraditionalprintedcircuitboardstature,theboardcartridgecomponentswayanddevelopedtothefourthgenerationofassemblymethod;
Isnowthemostpopularelectronicsassemblygenerationnewideas;
Alsoistheelectronicproductcaneffectivelyachievethe"
light,thin,shortandsmall"
multi-function,highreliablequality,lowcostoneoftheprincipalmeansof.
Thispaperflextronics（zhuhai）electronicsCo.,LTD.SMTB11productionworkshopaassemblylineforanexample,thispaperintroducedtheSMTtechnologyandSMTassemblylinescomposition,productionlineoftypicalmountedequipmentstructureparts,workingprinciple,equipmentselection,equipmentmaintenanceandthemaintenanceoftheequipment,thecomprehensiveexplanation.AndintroducedtheSMTcomponentspatchtechnology,workingprocessandSMTcommondefectanalysisandsolution.
Keywords:
structureparts,theworkingprinciple,theselectionofequipment,productionlineconfiguration,maintenance,maintenanceandSMDprocess,commondefects,solution.
第1章引言
1.1课题选题背景及意义
最近二十年来，电子应用技术的迅速发展表现出三个显著的特征：
1.智能化，是电信号从模拟量转换为数字量，并用计算机进行处理。
2.多媒体化，从文字信息交流向声音、图像信息交流的转化发展，使电子设备更加人性化、更加深入人们的生活与工作。
3.网络化，用网络技术把独立系统连接起来，高速、高频的信息传输使整个单位、地区、国家以至全世界实现资源共享。
这种发展趋势和市场需求对电路组装技术的要求是：
1）高密度化：
单位体积电子产品处理信息量的提高。
2）高速化：
单位时间内处理信息量的提高。
3）标准化：
用户对电子产品多元化的需求，使少量品种的大批量生产转化为多品种、小批量的生产体制，必然对元件及装配手段提出更高的标准化要求。
这些要求迫使对在通孔基板PCB上插装电子元件的方式进行革命，电子产品的装配技术必然全方位地转向SMT。
SMT是新一代电子组装技术，它将传统的电子元器件压缩成为体积只有几十分之一的器件，从而实现了电子产品组装的高密度、高可靠、小型化、低成本，以及生产的自动化。
这种小型化的元器件称为：
SMY器件（或称SMC、片式器件）。
将元件装配到印刷（或其它基板）上的工艺方法称为SMT工艺。
相关的组装设备则称为SMT设备。
作为从事SMT这一行业的人员而言，掌握SMT技术相当的重要。
本文就是以伟创力SMT技术员的角度提出的，为了能更好的学习SMT设备、维修SMT设备、了解SMT工艺流程、掌握SMT技术而设计的。
1.2SMT工艺的现状
美国是SMT和SMD的发明地，并一直重视在投资类电子产品和军事装备领域发挥SMT高组装密度和高可靠性能方面的优势，具有很高的水平。
1963年世界出现第一只表面贴装元器件和飞利蒲公司推出第一块表面贴装集成电路以来，SMT已由初期主要应用在军事，航空，航天等尖端产品和投资类产品逐渐广泛应用到计算机，通讯，军事，工业自动化，消费类电子产品等各行各业。
SMT发展非常迅猛。
进入80年代SMT技术已成为国际上最热门的新一代电子组装技术，被誉为电子组装技术一次革命。
日本在70年代从美国引进SMD和SMT应用在消费类电子产品领域，并投入世资大力加强基础材料、基础技术和推广应用方面的开发研究工作，从80年代中后期起加速了SMT在产业电子设备领域中的全面推广应用，仅用四年时间使SMT在计算机和通信设备中的应用数量增长了近30％，在传真机中增长40％，使日本很快超过了美国，在SMT方面处于世界领先地位。
欧洲各国SMT的起步较晚，但他们重视发展并有较好的工业基础，发展速度也很快，其发展水平和整机中SMC/SMD的使用效率仅次于日本和美国。
80年代以来，新加坡、韩国、香港和台湾省亚洲四小龙不惜投入巨资，纷纷引进先进技术，使SMT获得较快的发展。
据飞利浦公司预测，到2010年全球范围插装元器件的使用率将由目前和40％下降到10％，反之，SMC/SMD将从60％上升到90％左右。
我国SMT的应用起步于80年代初期，最初从美、日等国成套引进了SMT生产线用于彩电谐器生产。
随后应用于录像机、摄像机及袖珍式高档多波段收音机、随身听等生产中，近几年在计算机、通信设备、航空航天电子产品中也逐渐得到应用。
据2000年不完全统计，我国约有40多家企业从事SMC/SMD的生产，全国约有300多家引进了SMT生产线，不同程度的采用了SMT。
全国已引进4000-5000台贴装机。
随着改革开放的深入以及加入WTO，近两年一些美、日、新加坡、台商已将SMT加工厂搬到了中国，仅2001-2002一年就引进了4000余台贴装机。
我国将成为SMT世界加工厂的基地。
我国SMT发展前景是广阔的。
1.3SMT工艺的发展趋势
1.3.1SMT工艺的发展趋势
SMT总的发展趋势是：
元器件越来越小、组装密度越来越高、组装难度也越来越大。
最近几年SMT又进入一个新的发展高潮。
为了进一步适应电子设备向短、小、轻、薄方向发展，出现了0210（0.6mm＊0.3mm）的CHIP元年、BGA、CSP、FLIP、CHIP、复合化片式元件等新型封装元器件。
由于BGA等元器件技术的发展，非ODS清洗和元铅焊料的出现，引起了SMT设备、焊接材料、贴装和焊接工艺的变化，推动电子组装技术向更高阶段发展。
SMT发展速度之快，的确令人惊讶，可以说，每年、每月、每天都有变化。
当前，SMT正在以下4个方面取得新的技术进展：
1.元器件体积进一步小型化。
在大批量生产的微型电子整机产品中，0201系列元件（外形尺寸0.6mm*0.3mm）、窄引脚间距达到0.3mm的QFP或BGA、CSP和FC等新型封装的大规模集成电路已经大量采用。
由于元器件体积的进一步小型化，对SMT表面组装工艺水平、SMT设备的定位系统等提出了更高的精度与稳定性要求。
2.进一步提高SMT产品的可靠性。
面对微小型SMT元器件被大量采用和无铅焊接技术的应用，在极限工作温度和恶劣环境条件下，消除因为元器件材料的线膨胀系数不匹配而生产的应力，避免这种应力导致电路板开裂或内部断线、元器件焊接被破坏。
3.新型生产设备的研制。
在SMT电子产品的大批量生产过程中，锡膏印刷机、贴片机、和再流焊设备是不可缺少的。
近年来，各种生产设备正朝着高密度、高速度、高精度和多功能方向发展，高分辨率的激光定位、光学视觉识别系统、智能化质量控制等先进技术得到了推广应用。
4.柔性PCB的表面组装技术。
随着电子产品组装中柔性PCB的广泛应用，在柔性PCB上安装SMC元件已被业界攻克，其难点在于柔性PCB如何实现刚性固定的准确定位要求。
1.3.2无铅焊接
1.铅的危害
铅及其化合物是对人体有害的、多亲和性的重金属毒物，它主要损伤神经系统、造血系统和消化系统，对儿童的身体发育、神经行为、语言能力发展产生负面影响，是引发多种重疾病的因素。
并且，对水、土壤和空气都能产生污染。
在电子产品制造中采用铅锡合金作为印制电路板和电子元器件引线的表面镀层和焊接材料。
每年都有很多被淘汰、报废掉的电子产品这样更加剧了铅对环境的污染和对人民健康的危害。
2．无铅焊接工艺的提出及无铅焊料的研究与推广
日本是最早开展无铅焊接研究、首先研制出无铅焊料的国家，各大公司已经把无铅焊接技术应用在电子产品的实际生产中。
目前，国际上无铅焊料的成分还没有统一的标准，通常以锡为主体，添加其他金属，规定铅的含量少于0.1%。
对无铅焊料的理想化技术要求如下：
无毒性、性能好、兼容性好、材料成本低。
最有可能替代铅锡焊料的无毒合金是以锡为主，添加银、锌、铜、铋、铟等金属元素，通过合金化来改善焊料的性能，提高可焊性。
研究表明，Sn-Ag系焊料、Sn-Zn系焊料和Sn-Bi系焊料这三种合金为主，适量添加其他的金属元素的合金成为无铅焊料的选择方案。
3．无铅焊料存在的危害
无铅焊料的缺陷主要表现为：
扩展能力差；
熔点高。
使用无铅焊料进行手工焊接必须注意：
选用热量稳定、均匀的电烙铁；
控制烙铁头的温度。
4.无铅焊料引发的新课题
随着无铅焊料的研制，焊料的成分和性能发生了变化，与焊接过程相关的课题还在探讨研究中。
1）元器件问题
多数无铅焊料的熔点都比较高，焊接过程的温度比现在高，要求元器件以及各种结构性材料能够耐受更高的温度。
在推广无铅焊接的同时，焊端镀有Sn-Pn的镀层也必须采用无铅材料。
2）印制电路板问题
要求印制电路板的材料能够承受更高的温度；
焊接表面镀层无铅化，与无铅焊料兼容，且成本低。
3）助焊剂问题
必须研制润湿性更好的新型助焊剂，其温度特性应该与无铅焊料的预热温度和焊接温度相匹配吧，而且满足环境保护的要求。
4）焊接设备问题
要适应更高的焊接温度，再流焊设备要改变温区设置，预热区必须加长或更换新的加热元件；
波峰焊设备的焊料槽、焊料波喷嘴和传送导轨的爪钩材料要能够承受高温腐蚀；
焊接温度和设备的控制变得比铅锡焊料复杂；
要采用新的抑制焊料氧化技术或采用惰性气体保护焊接技术；
采用氮气保护焊接，有利于价格昂贵的无铅焊料减少氧化，但气体的产生、保管、防泄漏、回收问题都需要解决；
要大规模生产无铅焊接设备，成本增高。
5）工艺流程中的问题
在SMT工艺流程中，无铅焊料的涂敷印刷、元器件的贴片、焊接、助焊剂残渣的清洗以及焊接质量的检查都是需要不断改善的问题。
6）废料回收问题
从无铅焊料的残渣中回收Bi、Cu、Aｇ金属，也必须解决。
7）豁免条款问题
1.4 SMT产线介绍
1.4.1SMT工艺流程
SMT工艺流程如图1-4-1所示：
图1-4-1
在企业实际生产中，在SMT工艺流程的每一个阶段完成之后，都要进行质量检验。
完整的SMT工艺总流程（包含质检环节）如图1-4-2所示。
图1-4-2
1.4.2SMT组装生产线设备组成
图1-4-3
上图是伟创力B11Emulex一条SMT组装生产线（波峰焊前）的设备。
一条完整的生产线包括自动上板机、丝印机、接驳台、贴片机、回流炉、AOI和波峰焊接炉设备，除以上设备外，还有分板机和一些在线测试设备等。
自动上板机：
它是生产线的第一站，是一台自动传送设备，将PCB板自动传送到下一站。
丝印机：
也叫网板印刷机，是将焊膏均匀、适量地涂敷到印刷电路板焊盘表面的专用工艺设备。
接驳台：
接驳台是连接丝印和贴片的桥梁，它构成了产线的自动化。
贴片机：
它是完成将贴片元件准确的贴到PCB板子上的自动化设备（见第3章）。
回流炉：
又称再流焊炉，是完成将预先印刷有焊焊膏和贴有元器件的PCB送入再流焊炉，先经过炉子的预热区对之进行预热；
再经过炉子的焊接区使焊膏重新熔化，即再次流动；
最后经过炉子的冷却区使焊膏凝固，从而实现元器件与PCB焊盘之间可靠的机械与电气连接的焊接设备。
AOI：
光学自动检测，用来检查印制电路板的质量。
生产线计算机：
用来连接产线上的每台贴装设备以及编写程序和传送程序。
第2章贴装工艺过程
2.1锡膏印刷过程
1）待印刷的PCB进入传送轨道，在轨道入口处的传感器发现PCB，系统通知传送带电机工作，将PCB送入下一位置。
2）PCB进入工作区起点，传送装置将PCB送入丝印位置，在即将到位时触发贴装丝印位置的传感器，系统控制相应机构使PCB停留在预定丝印位置上。
机械定位装置工作，将PCB固定在预定位置。
夹紧装置工作，将PCB夹紧固定，避免PCB移动。
3）PCB定位装置工作，确定PCB的位置是在预定的位置上，否则对PCB的位置坐标参照系统坐标系进行修正。
4）按照程序设定对加工光学判别标志点（BadMark）进行检查，确定需要加工的PCB。
5）印刷头动作，带动刮刀前移、后移，刮刀从丝网上刮过去，压迫丝网与PCB表面接触，同时压刮焊膏通过丝网上的图形印刷到PCB焊盘上。
印刷完成，印刷头复位，系统通知传送带电机工作，将PCB送出。
2.2表面贴装过程
1）待贴装的PCB进入传送轨道，在轨道入口处的传感器发现PCB，系统通知传送带电机工作，将PCB送入下一位置。
2）PCB进入工作区起点，传送装置将PCB送入贴装位置，在即将到位时触发贴装位置的传感器，系统控制相应机构使PCB停留在预定贴装位置上。
5）包装在专用供料器中的元器件按照程序设定的位置被运送或准备到预定的位置。
6）贴装头吸嘴移动到拾取元件位置，真空打开，吸嘴下降吸取元件，通过真空压力传感器或光电传感器检测是否吸到元件。
7）通过摄像头或光电传感器检测元件高度（垂直方向），通过摄像头或光电传感器检测元件转角（水平方向），并识别元件特征，然后读取元件数据库中预先设置的元件特征值，将实际值与检测值相比较，从而对元件特征进行判断。
当特征值不符时则判别拾取元件错误，重新拾取。
如相符则对元件目前的中心位置、转角进行计算。
8）将错误的元件抛到废料收集盒中，按照程序设定，通过贴装头的旋转调整元件角度；
通过贴装头的移动，或PCB的移动调整X/Y方向坐标到程序设定的位置，使元件中心与贴装位置点重合。
9）吸嘴下降到预先设定的高度，真空关闭，元件落下。
完成贴装。
10）贴装部分移动到与卸载装置水平，将贴装好的PCB传送到卸载轨道。
卸载轨道开始位置的传感器被触发，控制系统通知传送带电机工作，将PCB送入下一位置。
直到送出机器。
2.3回流焊接过程
1）贴装好元器件的电路板进入再流焊设备，光电传感器检测到板子，由计算机监控系统显示板子进入炉子的位置。
2）传输系统带动电路板通过设备里各个设定的温度区域，焊锡膏经过干燥、预热、熔化、润湿、冷却，将元器件焊接到印制电路板上。
第3章贴装设备结构原理
3.1丝印机
伟创力使用的是全自动钢网印刷机，DEK系列丝印机（见附录图1）是伟创力B11使用得最多的。
1.丝印机的组成结构
丝印机一般由以下几部分组成：
1）夹持PCB板的工作台。
包括工作台面、板边夹持机构、工作台传输控制机构。
2）印刷头系统。
包括刮刀、刮刀固定机构、印刷头传输控制系统等。
3）漏印模板及其固定机构。
4）保证印刷精度而配置的其它选件。
包括视觉对中系统、插板系统和二维、三维测量系统等。
2．丝网印刷工作原理
将PCB通过印刷机固定机构固定在工作支架上，将印刷图形的漏印丝网绷紧在框架上并通过视觉对中系统与PCB对准，将焊锡膏放在漏印丝网上，印刷头传输控制系统工作，将刮刀从丝网上刮过去，压迫丝网与PCB表面接触，同时压刮焊膏通过丝网上的图形印刷到PCB焊盘上。
丝网印刷具有的特征：
丝网和PCB表面隔开一小段距离；
刮刀前方的焊膏颗粒沿刮刀前进的方向滚动；
漏印模板脱开PCB表面的过程中，焊膏从网孔转移到PCB表面上。
3.刮刀头及驱动机构
刮刀及驱动机构如图3-1-1所示。
刮刀头是通过刮刀驱动机构运转实现焊膏印刷。
刮刀头在伺服电机的驱动下，沿滚珠丝杆作往复运动，通过气缸作用施加给刮刀压力，实现焊膏的印刷。
图3-1-1刮刀头及驱动机构
基板在工作台上定位首先是通过光纤感应器的检测感知，其定位方式主要由基板边夹、上夹以及顶针等形式。
光纤传感器可检测出基板传入轨道位置状况，基板应定位在基板传入水平方向中心线与工作台水平方
升级会员 