SMT基本工艺与设计试验参考指导书

实验一、Fuji高速贴片机和锡膏印刷机演示实验一、实验目和意义1.实验目①通过实验使学生进一步地理解SMT工艺流程和生产线自动化限度。②掌握既有SMT设备构造原理、使用性能和操作办法。③通过实验使学生对元器件贴装技术有更深一层理解。2.实验意义采用表面贴装技术可以使：1）、电子产品追求小型化，此前使用穿孔插件元件已无法缩小。2）、电子产品功能更完善，所采用集成电路（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，同步加强市场竞争力。4）、电子元件发展，集成电路（IC）开发，半导体材料多元华应用。5）、电子科技革命是在必行，追逐国际潮流。二、实验内容和规定1.掌握SMT生产设备系统基本构成。2.理解并掌握SMT工艺技术内容及其特点。3.理解并熟悉既有设备工作原理及其使用性能和操作办法。4.理解并掌握在实际生产中，焊锡膏使用时常用问题。5.理解线路板搬入和线路板定位基本办法。6.理解从元件吸取准备到元件贴装工作原理。7.理解XY工作台移动和元件贴装之间关系。三、实验仪器与设备1、CPⅡ贴片机1台刮刀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组装技术。SMT生产系统构成形式是依照组装产品和组装工艺规定不同而不同，其重要差别体当前：该生产线重要用于贴装单面还是双面PCB；生产线上与否具备自动检测功能；系统集成化限度高低；以及系统组装效率、组装精度等性能指标。其中，在SMT生产线基本构成形式中最为典型是配备有自动上板机、丝网印刷机、贴片机、再（回）流焊炉、自动收板机等设备单线（短线）形式，它即可用于PCB单面贴装，也可用于双面贴装。图1.1为日本生产FUJI惯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生产线基本构成形式：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系列送板机有：轻触式按键、液晶数显，定位自我检测，合用累叠式/分层式输送架等等类型，重要用于上料（PCB）。2、丝网印刷机——FUJIGSP-500型，它重要由刮刀装置机构、丝网固定机构、机架、凸轮机构以及控制系统等构成。它工艺过程如图1.2所示。钢网PCB图1.2丝网印刷工艺过程工作时，刮板在网板上以一定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，焊膏切变速率最大。这就一方面产生使焊膏注入网孔时所需压力，另一方面切变速率提高也会使焊膏粘性下降，有助于将焊膏注入网孔。当刮板速度和角度恰当时，焊膏就会顺利地注入丝网网孔。因而，刮板速度、刮板与丝网角度以及焊膏粘度、施加在焊膏上压力以及由此引起切变速率大小是重要影响因素，并且它们之间存在一定制约关系，对的控制这些参数就能获得优良焊膏印刷质量。因此说PCB贴装质量好坏，焊膏印刷质量是核心。也就是说PRINTING之重要性，PRINTING在SMT全制程中是最重要，制程中有90%问题出自于此，并且不易看出。如：Toomuchsolderpaste→short（锡膏太多导致短路）Toolesssolderpaste→open（锡膏太少导致空焊）FYPT（firstyieldpassrate第一次良率）有A，B两块Board,如A因浮现短路，ICT未过因素而有几次Rework，其FYPT会低于B，将来易出问题。若FYPT低，则须Rework板子比率即高，这些板子将来出问题机会也较高。因此咱们要努力提高FYPT，减少Rework数量。□SolderPaste(锡膏)a.锡膏中包括锡珠﹑FLUX和SOLVENTS锡珠直径介于20-50μoxide102050μ普通不使用直径20μ如下锡珠，由于其氧化面积较大，由图可见在20-50μ之间，曲线较平缓，其氧化面积较小。b.Flux含量及关于锡膏氧化问题由于咱们使用no-clean制程，因此Solderpaste中Flux含量较少(即Flux不能太多)，在Reflow过程中会被parts﹑PCB﹑Solderpaste表面氧化层消耗掉。由于Solderpaste随着温度和时间增长，其氧化层会不断增长，因此要减少Solderpaste保存温度和时间，否则须加入更多Flux。建议锡膏放在冰箱10℃如下，否则Solvent挥发掉或FLUX活性减少(或作用完)后来，Rework无用，之后会浮现许多氧化而导致问题。锡膏打开后，要在三天內使用完毕（最多不超过一种星期）。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，由于从冰箱中取出锡膏，打开盖子后，由于外界温度较高，水(H2O)会凝结到Solderpaste上去，导致氧化。此外，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，导致氧化(水比氧氣影响力更大),因此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,由于那会使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%适当温度应保持在22℃～26℃之间操作高于30℃锡膏会太稀不大于20℃锡膏会太稠22℃26℃2.MetalContentBOARDStencila.以锡膏厚度来测量锡量，不及以锡膏重量测量来得对的，由于锡膏中具有Flux和Solvents，Flux和Solvents重量较轻，体积较大，因此在测出厚度差不多情況下，锡量其实会有相称大差别。以厚度来测量，由于有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后来，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，由于用过锡受氧化，有空隙，混到新锡膏中，会导致更多氧化。因而，一次倒入锡膏量以20～50Boards为佳，时间45min～1hour(最多使用1hour,最佳低于45min,但若设立太少，导致作业管理困难)。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)dogearsmearingdogear：印刷速度快，压力大，累积到board末端，压力达到最大，可导致10%过多锡量，形成dogearsmearing：由于压力过大导致缝隙中锡膏溢出Pressuretoohighdogearsmearing需cleaning(清洁sencil频率要更快)toomuchsolderpaste也会导致short问题□Conclusion：a、makepressureaslowaspossible(尽量減小压力)b、limitthespeed（限制速度）PressureNormalPressure：2kgforeach100mmsqueegee(100mm刮刀使用２kg压力)5kgforeach250mmsqueegee(250mm刮刀使用5kg压力)pressure15n/sspeedSpeedNormalSpeed：speed20～25mm/sforpitch0.5mmspeed15～20mm/sforpitch0.4mm由于压力小缘故，印刷后钢板上会留有锡膏（锡珠）锡珠直径为20～50μ,solderpaste为150μ,因此有一种锡珠出来,tolerance就为30%，易导致短路.解决办法：用pin撑PCB(即撑钢板)，使钢板无凹陷，有时在钢板有凹情況下,会以加压方式来解決,这种做法不对的,普通可以调pin,pintolerance可她达到20～25μ。如pin不够高，可在pin上贴透明胶帶,使用大头pin会较佳。☼POWER☼COUNTUP☼CHECKPCB☼ORIGINALPOSITION☼CHECKAIR☼ALARMPASSTHRUAUTOMANUALRECIPRSINGLELINEONOFFSTARTCYCLESTOPSTEPMOVEMENTORIGINALR'TOPSPEEDRESET循序渐进地增长压力，到无锡珠时OK。如果浮现短路诸多现象，在SNAP-OFF无问题前提下，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设立值。刮刀角度：60～70度（钢刮刀好于橡胶刮刀）。如果浮现空焊诸多现象，要检查锡膏使用情況。在钢板离膜时,会浮现两边均有dogear现象(普通出当前印刷初始几片),这是由于放置时间过长,Thixotropy作用力減小,viscosity上升导致，因此应尽量使中间间断减少。印刷机控制界面一下图1.3所示：图1.3FUJIGSP-500型印刷机控制界面3、贴片机——将SMC/SMD等各种类型表面芯片贴放到PCB指定位置上过程称为贴装，相应设备称为贴片机或者贴装机。它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：借助设备控制系统自动供料和拾取、PCB和元器件自动精准对位以及焊锡膏粘接作用而实现。随着细间距器件发展和普及，高精度视觉贴片机已成为当今贴装发展主流方向。高精度视觉贴装机组装工艺、设计比普通贴装机复杂得多。它要完毕高密度PCB线路贴片，虽然在PCB焊盘变形扭曲、PCB翘曲或者贴装细间距器件状况下，也能可靠、精准贴片。它为什么能达到如此高精度，因素是它采用贴装系统和视觉系统相结合，能获得满意细间距器件贴片精度，普通能贴0.3mm间距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)时状况进行阐明。线路板流动从右向左(R→L)时，请将“L传送带”和“R传送带”位置互换。(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)线路板搬运部送料棘爪下降，L2传送带逆转，被送至XY工作台前线路板将接触到该送料棘爪1。(3)线路板搬运部送料棘爪1将线路板搬运到XY工作台上后，返回到原点位置。与此同步，线路板通过定位针等被定位在XY工作台上。3.2从元件吸取准备到元件贴装贴装安装头通过安装头塔外侧圆周上各停止位置(如下称为位置编号)期间，执行元件吸取准备到元件贴装。Fig2B5转塔外侧构造图概要位置7到12：元件吸取准备位置12：元件供应和元件吸取位置1到6:元件贴装准备位置6:XY工作台移动和元件贴装3.2.1元件吸取准备位置7：安装头原点复位，旋转贴装安装头，使其返回到原点方向。Fig.2B6安装头原点复位位置8：吸嘴落下检测、多余元件排出、吸嘴吹气□检测吸嘴落下。□将直立元件或检测出元件辨认异常元件收存到排出箱□进行吸嘴吹气。Fig.2B7多余元件排出位置8到10：吸嘴切换□随吸嘴高度，将使用于元件吸取吸嘴旋转到6点或12点位置。Fig.2B8吸嘴高度为“LowLow”时Fig.2B9吸嘴高度为“HighHigh”时位置10：使用吸嘴检测、多余吸嘴落下检测□使用光传感器确认使用吸嘴与否在所定位置(12点位置)。□进行多余吸嘴落下检测。位置10到12：吸嘴吸取定位□旋转贴装安装头，移动使用吸嘴(12点位置)到“