表面装贴工艺技术(2)

表面组装工艺技术西北大学信息学院电子工程系第二章SMT工艺流程与组装生产线2.1SMT组装方式与组装工艺流程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。工艺流程与组装生产线工艺流程与组装生产线序号组装方式组件结构电路基板元器件特征1单面混装先贴法组件1单面PCB表面组装元器件及通孔插装元器件先贴后插，工艺简单，组装密度低2后贴法组件2单面PCB同上先插后贴，工艺较复杂，组3双面混装SMD和THC都在A面组件3双面PCB同上装密度高4THC在A面A、B两面都有SMD组件4双面PCB同上先插后贴，工包较复杂，组装密度高5表面组装单面表面组装组件5单面PCB或陶瓷基板表面组装元器件THC和SMC／SMD组装在PCB同一侧工艺简单，适用于小型、薄型化的电路6双面表面组装组件6双面PCB或陶瓷基板同上组装高密度组装，薄型化表2－1单面混合组装2.1.1单面混合组装•单面混合组装是指将两种封装形式的元器件放置在PCB板的两面，但是只有一面用来焊接的组装方式。•SMC／SMD与通孔插装元件(THC)分布在PCB不同的一面上混装，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(现一般采用双波峰焊)工艺，具体的操作有以下两种组装方式（具体流程见图2－1）。单面混合组装来料检测组装开始B面涂粘接剂贴SMC粘接剂固化翻版A面插THC波峰焊清洗最终检测A面插THC翻版B面涂粘接剂贴SMC粘接剂固化翻版图2－1单面组装的流程图单面混合组装(1)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.•(2)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SMD。工艺流程与组装生产线2．双面混合组装•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，通常采用先贴法较多。工艺流程与组装生产线双面组装常用两种组装方式。•(1)SMC／SMD和THC同侧方式•(2)SMC／SMD和THC不同侧方式。•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。双面混和组装•波峰焊插通孔元件清洗图2－1混合安装工艺多用于消费类电子产品的组装印刷锡膏贴装元件再流焊翻转点贴片胶贴装元件加热固化翻转先作A面：再作B面：插通孔元件后再过波峰焊：跳转工艺流程与组装生产线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组装。工艺流程与组装生产线全表面组装也有两种组装方式。（1）单面表面组装方式。表2—1所列的第五种方式，采用单面PCB在单面组装SMC／SMD。(2)双面表面组装方式。表2—1所列的第六种方式，采用双面PCB在两面组装SMC／SMD，组装密度更高。双面SMT组装•通常先作B面再作A面印刷锡膏贴装元件再流焊翻转贴装元件印刷锡膏再流焊翻转清洗图2－2双面纯SMT再流焊工艺组件：A面布有大型IC器件B面以片式元件为主特点：充分利用PCB空间，实现安装面积最小化，工艺控制复杂，要求严格。常用于密集型或超小型电子产品，如手机。跳转工艺流程与组装生产线2.2SMT生产线的设计不同的SMA组装过程所采用的流程及其设备是有差异的，但是基本的构成单元又是相同的（图2－1，2－2）。典型的SMA组装流程包含的主要环节有：与基本流程相应的SMT生产线基本构成为：点胶机、焊膏印刷机、SMC／SMD贴片机、再流焊接设备、检测设备等组装和检测设备组成，图2－3是一种适用于双面表面组装的SMT生产线组成示意图。来料检测粘结剂涂敷焊膏涂敷贴片焊接清洗工艺流程与组装生产线图2－3SMT组装生产线的构成示意图总体设计•２.２.１总体设计••1.SMT生产线设计的基本原则：•组装生产线的设计必须结合所生产组件的结构特点和生产规模，同时要具有一定的适应性和先进性。•总体设计•2.SMT生产线设计一般步骤：•在需要的组装产品未确定的情况下，生产线设计应考虑产品形状、单位时间生产量、换代周期、投入强度等。•在已知组装产品对象的情况下，建立SMT生产线前应该先进行SMT总体设计，确定需组装元器件种类和数量、组装方式及工艺和总体设计目标，然后再进行生产线设计。而且最好在PCB电路设计初步完成后，才进行SMT生产线设计；这样可使所设计生产线投入产出比达到最佳状态。总体设计•3.生产线设计主要内容：•A.元器件(含基板)选择•元器件(含基板)选择是决定组装方式及工艺复杂性和生产线及设备投资的第一因素。元器件选择过程中必须建立元器件数据库和元器件工艺要求，并注意以下几点：•(1)要保证元器件品种齐套，应有后备供应商。•(2)元器件的质量和尺寸精度应有保证。•(3)SMC／SMD对组装工艺的要求。•(4)确定元器件的类型和数量、元器件最小引脚间距、最小尺寸等，并注意其与组装工艺的关系。总体设计•B.组装方式及工艺流程的确定•在生产线设计中，组装方式是决定生产工艺复杂性、生产线规模和投资强度的确定性因素。•组装方式确定之后，即可初步设计出工艺流程，并制定出相应的关键工序及其工艺参数和要求，如贴片精度要求，焊接工艺要求等，便于设备选型之用。设计中应充分重视“按需设计”这一设计原则。生产线自动化程度•2.2.2生产线自动化程度•现代先进的SMT生产线属于柔性自动化(FlexibleAutomation)生产方式，其特征是采用机械手、计算机控制和视觉系统，能从一种产品的生产很快地转换为另一种产品的生产，能适合于多品种、中/小批量生产等。其自动化程度主要取决于贴片机、运输系统和线控计算机系统。表2—2表示了按生产效率划分的SMT生产线的类型。•一般根据年产量、生产线效率系数和计划投资额，来确定SMT生产线的自动化程度。生产线分类表2－2SMT生产线主要类型自动化程度产量手动半自动低速中速高精度高速备注一般1000/h+0.1mm(500-2000)片/h不定3000片/h+0.2mm(3000-8000)片/h+0.2mm(3000-6000)片/h+0.1mm8000片/h+0.2mm研究实验小批量少品种多品种产量中/大批量少品种多品种器件要求变量变种器件要求价格/万美元2-35-88-1210-2020-4060-100最小配置注：优选：可选生产线自动化程度•1．高速SMT生产线•高速SMT生产线一般由贴片速度大于8000片/h的高速贴片机组成，主要用于彩电调谐器、计算机板卡等大批量单一产品的组装生产。目前也出现了数万片/h的高速高精度贴片机，主要应用于产量大的组装产品，如通信产品等。生产线自动化程度•2．中速高精度SMT生产线•细间距器件的发展很快，在计算机、通信、录像机、仪器仪表等产品中已被广泛应用。组装该类产品较适宜采用中速高精度SMT生产线，它不仅适用于多品种中／小批量生产，而且多台联机也适用于大批量生产，能满足生产扩展需要。在投资强度足够的情况下，应优选中速高精度SMT生产线，而不选普通中速线。一般认为中速贴片机的贴片速度为(3000—8000)片/h。生产线自动化程度•3．低速半自动SMT生产线•低速半自动SMT生产线一般只用于研究开发和实验。因其产量规模、精度和适应性难以满足发展所需，产品生产企业不宜选用。低速贴片机的贴片速度一般小于3000片／h。生产线自动化程度•4．手动生产•手动生产成本较低、应用灵活，可用于帮助了解熟悉SMT技术，也可用于研究开发或小批量多品种生产，并可用作返修工具。为此，这种形式的生产也有一定的应用面。设备选型•2.2.3设备选型•SMT生产线的建立主要工作是设备选型。•建立生产线的目的是要以最快的速度生产出优质、富有竞争力的产品，要以效率最高、投资最小、回收年限最短为目标。由于贴片机是生产线的关键设备，其价格占全线投资的比重较大，因此一般以贴片机的选型为重点。设备选型•设备选型的原则：•1．性能、功能及可靠性•A.设备选型首先要看设备性能是否满足技术要求；•B.选择设备生产厂家，保证设备的可靠性；•C.根据组件要求和投入资金选择设备功能。设备选型•2．可扩展性和灵活性•设备组线扩展性和灵活性主要指功能的扩展、指标提高、生产能力的扩大，以及良好的组线接口等。设备选型•3．可操作性和可维护性•设备要便于操作，对于国内用户，计算机控制软件应该采用中文界面；对中高精度贴片机，一定要有自动生成贴片程序功能。设备要便于维护、调试和维修，应把维修服务作为设备选型的重要标准之一。设备选型•2.2.4生产线设计中的其它问题•1．生产线装配完成后的验收•目前国内对SMT生产线和设备尚无成熟的验收方法与统一的验收标准。常用的验收方式有3种：性能指标验收、标准样板验收和产品验收。设备选型•2．技术队伍•SMT是复杂的综合系统工程。SMT生产线的建立和使用必须依靠掌握SMT的技术队伍。要生产出优质合格产品，光有设备是不行的，为此，建立SMT生产线时，就要考虑培养技术骨干和管理骨干队伍。工艺流程与组装生产线2.3工艺设计和组装设计文件生产线设计完成后要进行组件的生产，必须有相关的设计文件支持。要保证生产线高效、稳定的生产出满足要求的组件，最基本的设计文件包括技术文件和工艺文件。技术文件用于指导产品的设计；而工艺文件则由于指导产品的制造。一般的工艺文件在产品设计过程中完成，包含了工艺设计和组装设计。工艺流程与组装生产线2.3.1工艺设计工艺设计文件包括：材料清单、工艺流程图、工艺要求和生产线设计文件。具体内容有：1．工艺流程图和工艺要求工艺流程图和工艺要求包含：(1)生产效率与节拍；(2)SMT设备主要工艺参数；(3)检查维修点；(4)网板或漏板等外协加工要求等。工艺流程与组装生产线2．SMT生产线设计文件SMT生产线设计文件包含：(1)生产线布置、场地与动力；(2)设备选型的技术指标清单等。3．SMT工艺材料清单SMT工艺材料清单包含组装工艺中需要的焊膏、粘接剂、清洗剂等各种工艺材料的清单。工艺流程与组装生产线2．3．2组装设计组装设计文件用于指导产品生产中具体操作步骤和方法，包含以下内容：1．印制网板或漏板图形文件印制网板或漏板图形文件包含板图和相关结构参数和精度参数等。2．贴片机组装文件贴片机组装文件包括：(1)元器件描述(2)元器件数据库(3)贴片机结构设置(4)拾放程序报告(5)贴片数据报告(6)元件号报告(7)板号报告(8)吸嘴数据报告(9)送料器报告工艺流程与组装生产线3．焊接设备文件焊接设备文件包含：(1)波峰焊接设备参数：焊接温度曲线；工艺参数、传输速度、波峰高度、角度等。(2)再流焊接设备参数：焊接温度曲线；传输速度等。4．测试文件测试文件主要包含测试方法与程序等。工艺流程与组装生产线(1)决定工艺流程主要应考虑哪些因素?(2)什么是先贴法和后贴法?二者的主要差别是什么?(3)不同的表面组装工艺流程中有哪些主要工序是必不可少的?(4)SMT生产线的主要组成设备有哪些?(5)SMT生产线设计的主要内容是什么?(6)SMT工艺设计和组装设计中的主要文件有哪些?思考题2