SMT设备的操作及管理.docx

1、SMT设备的操作及管理烟 台 职 业 学 院毕 业 论 文 设 计专业 模具设计与制造年级 2008级 班级 模具一班姓名 王铮 学号 2008101324题目： SMT设备操作与管理摘 要表面贴装技术，在生产设备的发展上已经与现实的电子产品及电子元件在发展和开发其趋势已互相紧密的联系着。现时的电子产品如电脑产品、家庭电器、电子玩具、电子器材都已大量应用上此技术。尤其是手提电子产品，如流动手提电话、笔记本型电脑等， 其功能越来越多，但其产品体积折越来越细及重量也越来越轻。能做到这些发展都皆因电子元件的尺寸和体积能进一步微型化，以及集成电路 (Integrated Circuits) 的封装技术

2、不断的发展和改良，使到能在不增加其体积，甚至能缩小其尺寸，而能增加其功能，再加上SMT设备能处理日益微小的电子元件才能得以实现。SMT是怎样来完成贴装焊接的，所需的设备及其工作状况又是怎样的，通过自己的实习将让大家详细了解下表面贴装技术及其设备的操作与管理。 目 录第一章 前言1.1 表面贴装技术简介1第二章 印刷设备2.1 印刷原理32.2 印刷分类32.3 印刷锡膏的钢模板42.4 印刷锡膏的模板设计42.5 UP2000印刷机简介52.6 印刷不良的解决办法和注意事项6第三章 贴片机3.1 贴片机类 73.2 贴片机简介 83.3 SONY贴片机常见的故障以及对生产的影响举例及说明 10

3、3.4 SONY贴片机的维护及预防设备生产故障 123.5 SONY贴片机日常的保养 15第四章 回流焊4.1 回流焊设备的发展 164.2 锡膏回流曲线解析 174.3 回焊炉维修和养 18第五章 结束语5.1论文总结 195.2工作展望 19参考文献19第一章 前言如今，电子产品正向越来越小，越来越精的方向发展。而这一发展方向是手工焊接所不能配合达到的。表面贴装技术的产生，在生产设备的发展上已经与现实的电子产品及电子元件在发展和开发其趋势已互相紧密的联系着。现时的电子产品如电脑产品、家庭电器、电子玩具、电子器材都已大量应用上此技术。尤其是手提电子产品，如流动手提电话、笔记本型电脑等， 其功

4、能越来越多，但其产品体积折越来越细及重量也越来越轻。能做到这些发展都皆因电子元件的尺寸和体积能进一步微型化，以及集成电路 (Integrated Circuits) 的封装技术不断的发展和改良，使到能在不增加其体积，甚至能缩小其尺寸，而能增加其功能，再加上SMT设备能处理日益微小的电子元件才能得以实现。二十世纪后半叶是值得人们回忆的。电子计算机的诞生，智能化控制的成熟，网络通信的兴旺，标志着以信息技术为代表的高新技术己成为社会经济发展和改造传统产业的生力军，而建立在半导体和大规模集成电路技术高速发展的基础上，作为新一代电子组装技术的代言人，表面贴装技术的发展和推广应用对此次信息革命的意义极其深

5、远。与互联网一样，表面贴装技术源自于六十年代美国军用电子及航空电子领域的设备制造。早期由于该技术尚不成熟及成本高昂，因此仅应用于美国波音公司与休斯公司等极少数厂商，其发展受到了极大限制。然而，时至七十年代末，高密度印刷电路板与大规模集成电路技术的高速发展，为表面贴装技术的推广与普及提供了可能性。于是，表面贴装技术因其不可比拟的优势迅速取代了传统的通孔插装技术，进入消费类与信息类产品。时下轻便流行的笔记本电脑、手机，无一不得益于此。而作为电子类产品之一，自动化控制仪表也逐渐将目光聚焦于此项欣欣向荣的新技术。1.1表面贴装技术简介表面贴装技术(Surface Mount Technology)简称

6、SMT，在生产设备的发展上已经与现实的电子产品及电子元件在发展和开发其趋势已互相紧密的联系着。现时的电子产品如电脑产品、家庭电器、电子玩具、电子器材都已大量应用上此技术。尤其是手提电子产品，如流动手提电话、笔记本型电脑等， 其功能越来越多，但其产品体积折越来越细及重量也越来越轻。能做到这些发展都皆因电子元件的尺寸和体积能进一步微型化，以及集成电路 (Integrated Circuits) 的封装技术不断的发展和改良，使到能在不增加其体积，甚至能缩小其尺寸，而能增加其功能，再加上SMT设备能处理日益微小的电子元件才能得以实现。 现在的电子产品追求小型化，以前的穿孔元件已无法缩小其体积及尺寸。电

7、子产品功能更完整，所采用的集成電路(IC)已无穿孔元件，特別是大規模、 高集成IC，所以不得不采用表面貼裝元件，产品批量化，生产自动化，厂方要以低成本高产量来生产优质商品以迎合顾客需求及增強市市场竞争力。电子元件的发展，集成电路 ( IC ) 的开发及半导体材料的多元应用。电子科技革命势在必行，追逐国际潮流。所以现在的电子产品根本离不开表面贴装技术。而与表面贴装技术相对应的，则是通孔插装技术，即Through Hole Technology，简称THT。通孔插装技术是将电子零件脚插入印刷电路板的通孔，然后将焊锡填充其中进行金属化而成为一体；而表面贴装技术则是将电子零件安置于印刷电路板表面，然后

8、使焊锡连接电子零件的引脚与印刷电路板的焊盘进行金属化而成为一体。由于印刷电路板有两面，显然，表面贴装可在板子两面同时进行焊接，而通孔插装则不能。传统的电路板通孔插装技术所用之电子元件的焊脚大都是了针形的。而元件摆放在印刷电路板之表 面。而其焊脚则在印刷电路板之底部与焊盘焊接。所以在 印刷电路板放置元件之位置，必须要在电路板的元件焊盘位置，需要钻孔才可放置。而在电路板上元件脚之焊盘其设计多是圆形或鹅蛋形而中间便是钻孔位。表面贴装技术所用之电子元件，例如电阻器 ， 电容器不是针脚形的焊脚，而只是一个长方形的锡点位，如晶体管刞是L形的焊脚， 但集成电 路IC等，其锡脚则可分为J形，L形 或 圆珠形等

9、。而元件放在电路板面上其 焊脚的焊盘是在放置元件的同一面上。而电路板的元件的焊盘位置是无须要钻 孔的。在电路板上元件脚的焊盘设计则是用长方形、正方形或圆点形，采用那一 种形状要视符那种元件锡脚之设计，而焊盘位不须有钻孔存在。表面贴装技术在电子线路设计上会较为快捷，而且会减少线路在运作上之互相干扰。表面贴装之元件其体积细小，所以对比于插装元件摆放在电路板上所占之面积可大为缩小，这样可大为减小电路板在生产时之成本。表面贴装技术在生产线上从放置锡膏， 摆放元件和焊接等工序都可以全自动化 操作。因此在生产速度上，可靠性，精确度和品质上都比传统通孔插装技术 大为改善。表面贴装技术在电子线路上亦能大为改善

10、其线路运作性能，特别是对于一些高 频模拟线路，数码线路，高噪音和微波线路等。第二章 印刷设备2.1印刷原理锡膏印刷现在被认为是，表面贴装技术中控制最终焊锡节点品质的关键的过程步骤。印刷是一个建立在流体力学下的制程，它可多次重复地保持，将定量的物料(锡膏或黏胶)涂覆在PCB的表面，一般来讲，印刷制程是非常简单的，PCB的上面与丝网或钢板保持一定距离(非接触式)或完全贴住(接触式)，锡膏或黏胶在刮刀的作用下流过丝网或钢板的表面，并将其上的切口填满，于是锡膏或黏胶便贴在PCB的表面，最后，丝网或钢板与PCB分离，于是便留下由锡膏或黏胶组成的图像在PCB上.在印刷锡膏的过程中，基板放在工作台上，机械地

11、或真空夹紧定位，用定位销或视觉来对准。或者丝网(screen) 或者模板(stencil)用于锡膏印刷。在手工或半自动印刷机中，锡膏是手工地放在模板/丝网上，这时印刷刮刀(squeegee)处于模板的另一端。在自动印刷机中，锡膏是自动分配的。在印刷过程中，印刷刮刀向下压在模板上，使模板底面接触到电路板顶面。当刮刀走过所腐蚀的整个图形区域长度时，锡膏通过模板/丝网上的开孔印刷到焊盘上。在锡膏已经沉积之后，丝网在刮刀之后马上脱开(snap off)，回到原地。这个间隔或脱开距离是设备设计所定的，大约0.0200.040。脱开距离与刮刀压力是两个达到良好印刷品质的与设备有关的重要变量。如果没有脱开，

12、这个过程叫接触(on-contact)印刷。当使用全金属模板和刮刀时，使用接触印刷。非接触(off-contact)印刷用于柔性的金属丝网。2.2印刷机分类印刷机大致上可分为三类： 1.第一类是手动锡膏印刷机手工印刷机是最简单而且最便宜的印刷系统, PCB放置及取出均需人工完成,其刮刀可用手把或附在机台上,印刷动作亦需人手完成,PCB与钢板平行度对准或以板边缘保证位置度均需依靠作业者的技巧,如此将导致每印一块PCB,印刷的参数均需进行调整变化。此种印刷方式速度慢且印刷质量低，根本不能满足现在生产的需求，基本已经淘汰。2.第二类是半自动锡膏印刷机半自动印刷机是当前使用最为广泛的印刷设备, 它们实

13、际上很类似手工印刷机,其PCB的放置及取出仍赖手工操作,与手工机的主要区别是印刷头的发展,它们能够较好地控制印刷速度,刮刀压力、刮刀角度,印刷距离以及非接触间距,工具孔或PCB边缘仍被用来定位,而钢板系统以助人员良好地完成PCB与钢板的平行度调整,此种印刷机比手动锡膏印刷机有了很大的完善，在产量和质量上有了3.第三类是自动锡膏或全自动锡膏印刷机将锡膏印刷落底板上元件的焊盘上但现时表面贴元件体积愈来愈细小及精细， 所以电路底板之设计相应地细微及细小。因此印刷锡膏亦要大为提升其准确性及效能。 现市场大多数电子产品生产厂商都转用自动或全自动锡膏印刷机去生产SMT产品。PCB的置取均是利用边缘承载的输

14、送带完成,制程参数如刮刀速度、刮刀压力、印刷长度、非接触间距均可编程设定。PCB的定位则是利用定位孔或板边缘,有些设备甚至可利用视觉系统自行将PCB与钢板调成平行,当使用该类视觉系统时,便可免却边缘定位带来的误差,而且令定位变得容易,人工的定位确认为视觉系统所取代 。而较新型的锡膏印刷机更具备视像镜头，可随时监控印刷情况作出修正。2.3 印刷锡膏的钢模板要印刷锡膏于电路底板上，必须要预备一个钢模板。此钢模板是一片钢片而在对应电路底板上表面贴装元件的焊盘处开孔。2.4 印刷锡膏的模板设计工艺工程师对模板设计的一些最普遍的关注列出如下： 开孔尺寸：长与宽/从电路板焊盘的缩减。开孔一般都会比PCB光

15、板的pad点稍大点，但也会根据实际生产的状况来开孔钢板。 模板厚度： 生产SONY笔记本的钢板一般厚度在1.3mm左右。使用的模板技术：化学腐蚀(chem-etch)、镭射切割(laser-cut)、混合式(hybrid)、电铸 (electroformed) 。一般常用镭射切割，此种开孔方式使钢板孔壁更加适合锡膏下滑到PCB板上，减少了印刷不良。台阶/释放(step/release)模板设计:一般称此钢板为阶梯钢板，是为印刷所需的PCB板而特殊制作的，有的PCB板不同元件的贴装需要不同的锡膏厚度。可将特殊元件印刷处钢板加厚，从而得到厚一点的锡膏，更好的完成焊接。混合技术：通孔/表面贴装模板设

16、计。 片状元件的免洗开孔设计。 塑胶球栅阵列 ( PBGA ) 的模板设计。 陶瓷球栅阵列 ( CBGA ) 的模板设计。 微型BGA/晶片级包装 ( CSP ) 的模板设计。 混合技术：表面贴装/倒装晶片 ( flip chip ) 的模板设计。 锡膏释放与锡砖的理论体积 ( 长 X 宽 X 厚 ) 的比例。 2.5 UP2000印刷机简介印刷机是SMT三大制程之一,印刷机的功能是将锡膏或固定胶精确的印刷在PCB 上。一般印刷所需治工具有，钢板、刮刀、铲刀、无尘擦拭棒、气枪等。印刷所需耗材有，锡膏、清洗济、固定胶、无尘擦拭纸、除塞济等。我们用MPM UP2000系列机台为例。1.UP2000

17、印刷机特性：（1）视觉自动对准装置，该装置是通过照MARK点来完成基板和钢板的精确对位的，使自动印刷质量完全得到保障。（2）慢速脱模功能，脱模的设计使拉尖的印刷不良大幅度的减小。使SMT产品的质量大大的提高。（3）可程式设定刮刀头，可以使刮刀在任意位置以任意的速度印刷，在印刷速度上远远的超越了先前的种种印刷，实现了现在正真的高速化生产。 （4）自动擦拭钢板系统，为高质量的印刷提供了更有力的保证。2.印刷周期包含下列过程：（1）基板搬入（2）基板定位 （3）视觉系统对位 （4）印刷平台上升（5）刮刀向前后刮印锡膏 （6）慢速脱模 （7）印刷平台下降 （8）基板搬出3.UP2000印刷准备工作（1

18、）检查模板设计是否与配套表(kitting list)中列出的一致。在模板固定到印刷机之前，检查模板是否清洁，开孔是否被堵塞，还要确保金属箔的表面没有损坏。 （2）将PCB固定到工作台上，并检查是否对准。PCB固定后，升高工作台，使PCB恰好与模板表面接触。然后将PCB图像与模板图像对准，按工程设定表中的规定调节好印刷间隙。（3）装好具有干净的扁平橡胶刮刀的印刷机，调节下落行程和刮刀的压力。每天必须使用新鲜的焊膏。一定要检查焊膏是否超过了使用期限。如果印刷后检测到缺陷，必须用没用过的旧刮刀刮掉多余的焊膏，然后清洗PCB并重新印刷。 （4）工作参数编入产品例行检测卡片(route card)以后

19、，应先印刷一块PCB，然后检查印刷质量，并用检测标准参数记录。只有在印刷质量令人满意以后，才可在卡片上签署合格。批量印刷PCB时，应依循这一程序，人工或自动地检测每一次印刷。（5）印刷结束后，拆下刮板并彻底清洗。检查模板是否损坏，然后贮存起来。还应彻底清洗印刷机。 （6）签署检测卡以表明这一批印刷已完成。2.6 印刷不良的解决办法和注意事项1.使用SPC作数据分析统计过程控制(SPC, Statistical Process Control)是一个过分吹嘘的工具。陷井之一是收集过多的数据。关键是决定什么数据重要，什么信息是毫无价值的。 限制数据量的一个方法是，只检查每个板的关键位置，而不是所有

20、板的100%检查。一个经验法则是，监测板的左、右、中间、以及关键的BGA和密脚位置。这个技术抓住了低锡膏量，或当压力、速度或下停位置设定不正确时的最常见的问题。2.消除工艺规程中的印刷缺陷大多数焊膏印刷缺陷与印刷工艺并没有直接的关系。如果这些缺陷在组装过程中产生，则应重新检查PCB规范、模板的设计及焊膏成分。只要注意这几个因素，就可避免大多数缺陷。需要注意的主要缺陷有七种：漏印、印刷不均匀、焊膏塌落、焊球、污损、偏移和清洗不彻底。3.对锡膏储存和处理的抽样调查（1）锡膏在储存冰箱中是先进先出控制的吗？怎样控制？（2）在工作指示中有没有规定使用的锡膏？什么规定？（3）在锡膏容器上有规定的锡膏冷藏

21、失效日期吗？（4）锡膏从冷藏中取出的日期与时间在容器上有规定吗？（5）锡膏可使用的日期与时间在容器上有规定吗？（6）锡膏在室温下的失效日期与时间在容器上有规定吗？4.手工处理 印刷后，如果对电路板手工处理不当，就会污损焊膏。它可能是由一些物体与印迹接触而产生的，也可能是分离后模板与印迹再接触而产生的。除了人为因素，后者还可能因印刷间隙不当或分离失控而造成。切记：模板在焊盘上移动会造成焊膏污损。对于不平整的锡/铅焊盘，模板在焊盘上移动时会引起焊膏点涂不一致。用镀金镍代替锡/铅焊料改善了表面涂层，有助于模板定位。还有一种替代方法是在铜上加一层保护层。这种方法越来越普及，并且降低了成本。第三章 贴片

22、机3.1贴片机的分类贴片机最主要分为两类型： 第一类是拱架型 ( Gantry ) 贴片机。 元件送料器、基板(PCB)是固定的，贴片头(安装多个真空吸料嘴)在送料器与基板之间来回移动，将元件从送料器取出，经过对元件位置与方向的调整，然后贴放于基板上。由于贴片头是安装于拱架型的X/Y坐标移动横梁上，所以得名。对元件位置与方向的调整方法：1)、机械对中调整位置、吸嘴旋转调整方向，这种方法能达到的精度有限，较晚的机型已再不采用。2)、激光识别、X/Y坐标系统调整位置、吸嘴旋转调整方向，这种方法可实现飞行过程中的识别，但不能用于球栅列陈元件BGA。3)、相机识别、X/Y坐标系统调整位置、吸嘴旋转调整

23、方向，一般相机固定，贴片头飞行划过相机上空，进行成像识别，比激光识别耽误一点时间，但可识别任何元件，也有实现飞行过程中的识别的相机识别系统，机械结构方面有其它牺牲。这种形式由于贴片头来回移动的距离长，所以速度受到限制。现在一般采用多个真空吸料嘴同时取料(多达上十个)和采用双梁系统来提高速度，即一个梁上的贴片头在取料的同时，另一个梁上的贴片头贴放元件，速度几乎比单梁系统快一倍。但是实际应用中，同时取料的条件较难达到，而且不同类型的元件需要换用不同的真空吸料嘴，换吸料嘴有时间上的延误。这类机型的优势在于：系统结构简单，可实现高精度，适于各种大小、形状的元件，甚至异型元件，送料器有带状、管状、托盘形

24、式。适于中小批量生产，也可多台机组合用于大批量生产。第二类是转塔型 ( Turret ) 贴片机 ：元件送料器放于一个单座标移动的料车上，电路板 ( PCB )放于一个X/Y坐标系 统移动的工作台上，贴片头安装在一个转塔上，工作时，料车将元件送料器 移动到取料位置，贴片头上的真空吸料嘴在取料位置取元件，经转塔转动到 贴片位置 ( 与取料位置成180度 )，在转动过程中经过对元件位置与方向的 调整，将元件贴放于电路板上。对元件位置与方向的调整方法：1)、机械对中调整位置、吸嘴旋转调整方向，这种方法能达到的精度有限，较晚的机型已再不采用。2)、相机识别、X/Y坐标系统调整位置、吸嘴自旋转调整方向，

25、相机固定，贴片头飞行划过相机上空，进行成像识别。 一般，转塔上安装有十几到二十几个贴片头，每个贴片头上安装24个真空吸嘴(较早机型)至56个真空吸嘴(现在机型)。由于转塔的特点，将动作细微化，选换吸嘴、送料器移动到位、取元件、元件识别、角度调整、工作台移动(包含位置调整)、贴放元件等动作都可以在同一时间周期内完成，所以实现真正意义上的高速度。目前最快的时间周期达到0.080.10秒钟一片元件。此机型在速度上是优越的，适于大批量生产，但其只能用带状包装的元件，如果是密脚、大型的集成电路(IC)，只有托盘包装，则无法完成，因此还有赖于其它机型来共同合作。这种设备结构复杂，造价昂贵，最新机型约在US

26、$50万，是拱架型的三倍以上。3.2 SONY贴片机简介1.贴装头从电装机器人的概念来说，贴装头就是一只智慧的机械手，它能按要求拾取元件，精确地贴放到预置的焊盘上元件吸取吸取元件一般是采用真空负压的吸嘴吸住元件， 在拾放的动作中，吸嘴在做Z方向的移动时，既要拾放速度快，而且还要平稳。目前不少新机型都选用了新颖的机电一体化传动杆代替，使Z向运动状态都可以控制，大大提高Z方向运动综合性能。 吸嘴当真空负压产生之后吸嘴是直接接触SMD元件的零件，吸嘴孔的大小与SMD元件的外形有每一台贴片机都有一套实用性很强吸嘴。吸嘴与吸管之间还有一个弹性补偿的缓冲机构，保证在拾取过程对贴片元件的保护，提高元件的贴装

27、率。气动电磁阀贴装头的微型气动电磁是贴装头上又一个重要元件，它管理着移动和拾放等功能，随贴片机的发展集成电磁阀组亦有了相当大的发展，有些单个电磁阀厚度仅为10-18毫米。而且电磁铁驱动功率小，一般电路的驱动电平都可直接驱动，随着市场的不断发展，这些新颖的气动都能从市场上采购， 给贴片机的设计开发提供有利条件。元件的定位贴片头的元件定位系统是贴片，近年视觉一个重要环节系统伺服机构，质量的的采样技术，电脑图像处理等，已经改变了单纯用机械来解决定位问题。而是用非接触的红外，镭射对中系统，并在移动过程中对偏离值进行自动修正。 其他头各机构能协同工作安装着多种形式的感测器，有效地协调贴片的工作状态。当贴

28、片功能决定之后，贴片头总体结构设计就成了贴片机的关键，贴片头是一个高速运动的元件要提高精度就必须减小它的重量和体积，所以设计一个结构凑功能全齐的贴片头，也是贴片的设计重点。设计贴片头之前要多研究分析各种贴装的特点，还要充分由集机电一体化技术发展的各种器件性能，结构、材料等，如感测器，微电机，雷射器，真空发生器，视觉识别系统，微型电磁阀，微型珠滚丝杆等。对设计方案还要进行大量工艺研究和实践的摸索和试验，克服各种不正常现象如飞片，立片，漏片等，不然是无法研究自已的贴片头，假如贴片是采用国外引进的，那么你的贴片机国产化的水平永远将是滞后的。2.贴片机X-Y座标传动的伺服系统贴片机X-Y座标传动伺服系

29、统有两种形式，一种是PCB 板作X-Y方向的正交运动。另一种方法是由贴片头作 X-Y座标平移运动，而PCB板仍定位在一定精度的承载平台上。这两种相对运动的方法都是为了将被贴的元件准确拾放到 PCB板的焊盘上a. X-Y机构的有关参数 驱动X/Y二维运动构件的参数也是贴片机精度的关键，假如贴片头它的直线移动速度为1米/秒，滚珠丝杆的导程为20毫米，那么当贴片头移动1米，丝杆需要旋转50转，伺服电机的转速达到3000转/分，如果伺肥电机的反馈码盘取4000线，它每转就产生4000脉冲。若对20毫米导程的丝杆，那么每脉冲的移为5毫米，在3000转/分的条件反馈脉冲的输出频率要达到200千赫，伺服电机

30、的工作，实际是一组采样资料的控制系统，它是由电脑直接控制，负责接受位移参数指令，采集位置感测器的反馈信号，电脑控制函数（即控制规律），以及产生数位形式的控制信号。数位形式的控制信号，数位形式控制信号经过D/A转换和伺服放大后，驱动执行机构，使输出轴上贴片头跟踪被贴元件PCB板上位置的指令运动，从而组成数位闭环控制系统。在系统控制设计之后就需要有一组的合理结构装置和相应的传动元件。X-Y的二维运动都是在X/Y轴的导轨上进行。驱动的动力伺服有步进电机等 ，它们都应很好的动态特性和位置精度，承载运动件导轨是运动导向精度的关键零件。目前，大部分的精刻滚珠直线导轨，这种导轨摩擦系数小，精度高，寿命长，安装维护方便，便于标准化生产，常用直线轴承导轨的断面形状也有多种，在机构形式上也有大跨距双丝杆的横梁结构，单悬肩双导轨式等。在导轨安装时要保证两导轨在空间平行，并保持水平工作面，导轨应直线性好，并不应有扭弯等几何形，滚珠丝杆与伺服电机联结处，有一个高精度高性能的弹性联轴器有效地消除安装过程中产生的不同轴不同心等现象。从目前市场供货情况来看交流伺服电机，高精度大导程滚珠丝杆，小型伺服电机，传动轴上联轴器等都可从市场选购，这也是有利确保贴片的设计和生产质量。 3.3 SONY贴片机常