05-06-1SMT工艺及设计实验指导书

SMT工艺与设计实验指导书１实验一、Fuji高速贴片机和锡膏印刷机演示实验一、实验目的和意义1．实验目的①通过实验使学生进一步地了解SMT的工艺流程和生产线的自动化程度。②掌握现有SMT设备的结构原理、使用性能和操作方法。③通过实验使学生对元器件的贴装技术有更深一层了解。2．实验的意义采用表面贴装技术可以使：1）、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。2）、电子产品功能更完善，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原件。3)、产品批量化，生产自动化，厂方要以低成本高产量，产品优质来迎合顾客需求，同时加强市场的竞争力。4）、电子元件的发展，集成电路（IC）的开发，半导体材料的多元华应用。5）、电子科技革命是在必行，追逐国际潮流。二、实验内容和要求1．掌握SMT生产设备系统的基本组成。2．了解并掌握SMT工艺技术的内容及其特点。3．了解并熟悉现有设备的工作原理及其使用性能和操作方法。4．了解并掌握在实际生产中，焊锡膏使用时常见的问题。5．了解线路板搬入和线路板定位的基本方法。6．了解从元件吸取的准备到元件贴装的工作原理。7．了解XY工作台的移动和元件的贴装之间的关系。三、实验仪器与设备1、CPⅡ贴片机1台2、焊锡膏印刷机1台3、PCB板若干块四、实验原理SMT(surfacemountedtechnology)：直接將表面黏著元器件贴装,焊接到印刷电路板表面规定位置上的组装技术。SMT生产系统的组成形式是根据组装产品和组装工艺要求不同而不同，其主要差别体现在：该生产线主要用于贴装单面还是双面PCB；生产线上是否具有自动检测功能；系统集成化程度的高低；以及系统的组装效率、组装精度等性能指标。其中，在SMT生产线基本组成形式中最为典型的是配置有自动上板机、丝网印刷机、贴片机、再（回）流焊炉、自动收板机等设备的单线（短线）形式，它即可用于PCB单面贴装，也可用于SMT工艺与设计实验指导书２双面贴装。图1.1为日本生产的FUJI常用高速贴片机和精密贴片机两种机型。（a）高速贴片机CP-Ⅱ(b)精密贴片机IP-Ⅰ图1.1FUJI设备SMT生产线基本组成形式：1、送板机——送板机有TSM-1000系列，也有HD-21BL系列和HD-BF1600系列等。其中TSM-1000系列的送板机有：轻触式按键、液晶数显，定位自我检测，适用累叠式/分层式输送架等等类型，主要用于上料（PCB）。2、丝网印刷机——FUJIGSP-500型，它主要由刮刀装置机构、丝网固定机构、机架、凸轮机构以及控制系统等组成。它的工艺过程如图1.2所示。图1.2丝网印刷工艺过程工作时，刮板在网板上以一定的速度和角度向前移动，推动焊锡膏在刮板前滚动，便产生将焊锡膏注入网孔时所需压力。由于焊锡膏是粘性触变流体，焊锡膏中的粘性摩擦力会使其流体层之间产生相对滑动，并产生切变，而在刮板凸缘附近与丝网交接处，焊膏的切变速率最大。这就一方面产生使焊膏注入网孔时所需的压力，另一方面切变速率的提高也会使焊膏粘性下降，有利于将焊膏注入网孔。当刮板速度和角度适当时，焊膏就会顺利地注入丝网网孔。因此，刮板速度、刮板与丝网的角度以及焊膏粘度、施加在焊膏上的压力以及由此引起的切变速率的大小是主要影响因素，而且它们之间存在一定的制约关系，正确控制这些参数就能获得优良的焊膏印刷质量。所以说PCB贴装质量的好坏，焊膏印刷质量是关键。也就是说PRINTING之重要性，PRINTING在SMT全制程中是最重要的，制程中有90%的问题出自于此，而且不易看出。如：Toomuchsolderpaste→short（锡膏太多造成短路）Toolesssolderpaste→open（锡膏太少造成空焊）FYPT（firstyieldpassrate第一次良率）有A，B两块Board,如A因出现短路，ICT未过的原因而有几次Rework，其FYPT会低于B，未来易出问题。刮刀PCB钢网SMT工艺与设计实验指导书３若FYPT低，则须Rework的板子比率即高，这些板子未来出问题的机会也较高。所以我们要努力提高FYPT，减少Rework数量。□SolderPaste(锡膏)a.锡膏中包含锡珠﹑FLUX和SOLVENTS锡珠的直径介于20-50μoxide102050μ一般不使用直径20μ以下的锡珠，因为其氧化的面积较大，由图可见在20-50μ之间，曲线较平缓，其氧化面积较小。b.Flux的含量及关于锡膏氧化的问题由于我们使用no-clean制程，所以Solderpaste中Flux的含量较少(即Flux不能太多)，在Reflow的过程中会被parts﹑PCB﹑Solderpaste表面的氧化层消耗掉。由于Solderpaste随着温度和时间的增加，其氧化层会不断增加，所以要降低Solderpaste保存的温度和时间，否则须加入更多的Flux。建议锡膏放在冰箱10℃以下，否则Solvent挥发掉或FLUX活性降低(或作用完)以后，Rework无用，之后会出现许多氧化而造成的问题。锡膏打开后，要在三天內使用完毕（最多不超过一个星期）。锡膏从冰箱內取出，要回温24小时（16小时亦可接受）后才可以开盖及使用，因为从冰箱中取出锡膏，打开盖子后，由于外界温度较高，水(H2O)会凝结到Solderpaste上去，造成氧化。另外，由于使用完放进去冰箱時，密封情況不比出厂时好，水汽和氧氣会进去，造成氧化(水比氧氣的影响力更大),所以从冰箱中取出之锡膏,已开过盖,就不要再放回冰箱,要在三天內使用完(當然期间要将罐盖盖好,越快用完越好.)PCB在Printing和Placement(置件)之间的时间不要超过1～1.5小时（越短越好，Motorola建议为15分钟），否则时间越长，氧化越多，注意印好后不要放入干燥箱,因为那会使SOLVENT更易于挥发掉。□SOLDERPASTEPARAMETERSFLUXACTIVATION（助焊剂活性）METALCONTENT（锡量）VISCOSITY（浓稠性）SOLVENTS（溶剂）温度每升高1℃，Viscosity会下降4%适宜温度应保持在22℃～26℃之间操作高于30℃锡膏会太稀小于20℃锡膏会太稠22℃26℃2.MetalContenta.以锡膏的厚度来测量锡量，不及以锡膏的重量测量来得正确，因为锡膏中含有Flux和Solvents,Flux和Solvents重量较轻，体积较大，所以在测出厚度差不多的情況下，锡量其实会有相当大的差异。以厚度来测量，因为有dogear等情況存在，误差较大,检测率在±10%以內,而以重量来测量,检测率在±30%以內.b.印完锡Reflow以后，由于Flux等已挥发掉，PCB上锡膏厚度将下降一半。c.新旧锡膏不要混用，因为用过的锡受氧化，有空隙，混到新锡膏中，会造成更多氧化。因此，一次倒入的SMT工艺与设计实验指导书４锡膏量以20～50Boards为佳，时间45min～1hour(最多使用1hour,最好低于45min,但若设置太少，造成作业管理的困难)。粘稠度time：一□.PROCESSPARAMETERSSTENCILINGSqueegeeSpeed(印刷速度)SqueegeePressure(印刷压力)SNAP-Off(接触良好性)SolderPaste(锡膏)Temperature(溫度)dogearBOARDStencilsmearingdogear:印刷速度快，压力大，累积到board末端，压力达到最大，可造成10%的过多锡量，形成dogearsmearing:由于压力过大造成的缝隙中的锡膏溢出Pressuretoohighdogearsmearing需cleaning(清洁sencil的频率要更快)toomuchsolderpaste也会造成short的问题□Conclusion:a、makepressureaslowaspossible(尽量減小压力)b、limitthespeed（限制速度）PressureNormalPressure:2kgforeach100mmsqueegee(100mm的刮刀使用２kg压力)5kgforeach250mmsqueegee(250mm的刮刀使用5kg压力)pressure15n/sspeedSpeedNormalSpeed:speed20～25mm/sforpitch0.5mmspeed15～20mm/sforpitch0.4mm由于压力小的缘故，印刷后的钢板上会留有锡膏（锡珠）SMT工艺与设计实验指导书５锡珠直径为20～50μ,solderpaste为150μ,所以有一个锡珠出来,tolerance就为30%,易造成短路.解决办法：用pin撑PCB(即撑钢板)，使钢板无凹陷，有时在钢板有凹的情況下,会以加压方式来解決,这种做法不正确,一般可以调pin,pin的tolerance可他达到20～25μ。如pin不够高，可在pin上贴透明胶帶,使用大头pin会较佳。循序渐进地增加压力，到无锡珠时OK。如果出现短路很多的现象，在SNAP-OFF无问题的前提下，要检查压力和速度。可以以手拉方式检测squeegee压力，若用手即能拉动，压力则不至太大。可以將SNAP取为负值，以減小pressure设置值。刮刀角度：60～70度（钢的刮刀好于橡胶刮刀）。如果出现空焊很多的现象，要检查锡膏的使用情況。在钢板离膜时,会出现两边都有dogear的现象(一般出现在印刷初始的几片),这是由于放置时间过长,Thixotropy作用力減小,viscosity上升造成的，所以应尽量使中间的间断减少。印刷机的控制界面一下图1.3所示：图1.3FUJIGSP-500型印刷机的控制界面3、贴片机——将SMC/SMD等各种类型的表面芯片贴放到PCB的指定位置上的过程称为贴装，相应的设备称为贴片机或者贴装机。它的工作原理就是借助辅助仪器和设备进行人工或半自动化贴装。即：借助设备的控制系统自动供料和拾取、PCB和元器件的自动精确对位以及焊锡膏的粘接作用而实现的。随着细间距器件的发展和普及，高精度视觉贴片机已成为当今贴装发展的主流方向。高精度视觉贴装机的组装工艺、设计比普通贴装机复杂得多。它要完成高密度PCB线路的贴片，即使在PCB焊盘变形扭曲、PCB翘☼POWER☼ORIGINALPOSITION☼COUNTUP☼CHECKAIR☼CHECKPCB☼ALARMPASSTHRUAUTOMANUALRECIPRSINGLELINEONOFFSTARTCYCLESTOPSTEPMOVEMENTORIGINALR'TOPSPEEDRESETSMT工艺与设计实验指导书６曲或者贴装细间距器件的情况下，也能可靠、精确贴片。它为什么能达到如此高的精度，原因是它采用贴装系统和视觉系统相结合，能获得满意的细间距器件的贴片精度，一般能贴0.3mm间距的QFP、BGA和FPT等。3.1线路板搬入和线路板定位下面就以线路板流动从左向右(L→R)时的情况进行说明。线路板流动从右向左(R→L)时，请将“L传送带”和“R传送带”位置交换。(1)L传送带将线路板从前工序装置运出，通过L1/L2传送带传送到XY工作台前。(2)线路板搬运部的送料棘爪下降，L2传送带逆转，被送至XY工作台前的线路板将接触到该送料棘爪1。(3)线路板搬运部的送料棘爪1将线路板搬运到XY工作台上后，返回到原点位置。与此同时，线路板通过定位针等被定位在XY工作台上。SMT工艺与设计实验指导书７3.2从元件吸取的准备到元件贴装贴装安装头通过安装头塔外侧圆周上的各停止位置(以下称为位置编号)的期间，执行元件的吸取准备到元件贴装。Fig2B5转塔外侧结构图SMT工艺与设计实验指导书８概要位置7到12:元件吸取的准备位置12:元件的供给和元件的吸取位置1到6:元件贴装的准备位置6:XY工作台的移动和元件的贴装3.2.1元件吸取的准备位置7:安装头的原点复位，旋转贴装安装头，使其返回到原点方向。Fig.2B6安装头的原点复位位置8:吸嘴落下检测、多余元件的排出、