《电子工艺实训》PPT课件.ppt

电子工艺实训,表面贴装技术,武汉科技大学工程训练中心,片状元器件（surface mount component/device）,(SMC)/SMD元器件的特点特征：无引线或短引线小型化片状元件小、轻、薄。安装密度高、体积和重量为60%普通元器件。高频特性好，减小了引线分部电容，降低了寄生电容和电感，增强了抗电磁干扰和射频干扰能力。易于实现自动化，组装时无需钻孔、剪线、打弯等工序，降低了成本，易于大规模生产。,片状元器件的包装,片状元器件包装形式有以下三类：1、散装（或称袋装），用字母B表示，可供手工贴装、维修和大数量漏斗贴装使用。2、盒式包装：用C表示，将片状元件按一定方向排列在塑料盒中，适合夹具式贴片机使用。3、编带包装：用T或U表示，将贴片元件按一定方向逐只装入纸编带或塑料编带孔内并封装，再卷绕在带盘上，适合全自动贴片机使用。,SMT工艺介绍,传统穿孔式电子组装流程乃是将组件之引脚插入PCB的导孔固定之后，利用回流焊的制程，如图一所示，经过助焊剂涂布、预热、焊锡涂布、检测与清洁等步骤而完成整个焊接流程。由于电子工业之产品随着时间和潮流不断的将其产品设计成短小轻便，相对地促使各种零组件的体积及重量愈来愈小，其功能密度也相对提高，以符合时代潮流及客户需求，在此变迁影响下，表面黏着组件即成为PCB上之主要组件，其主要特性是可大幅节省空间，以取代传统浸焊式组件(Dual In Line Package；DIP)。,SMT工艺步骤,锡膏印刷(Stencil Printing)：锡膏为表面黏着组件与PCB相互连接导通的接着材料，首先将钢板透过蚀刻或雷射切割后，由印刷机的刮刀(squeegee)将锡膏经钢板上之开孔印至PCB的焊垫上，以便进入下一步骤。组件置放(Component Placement)：组件置放是整个SMT制程的主要关键技术及工作重心，其过程使用高精密的自动化置放设备，经由计算机编程将表面黏着组件准确的置放在已印好锡膏的PCB的焊垫上。由于表面黏着组件之设计日趋精密，其接脚的间距也随之变小，因此置放作业的技术层次之困难度也与日俱增。回流焊接(Reflow Soldering)：回流焊接是将已置放表面黏着组件的PCB，经过回流炉先行预热以活化助焊剂，再提升其温度至183使锡膏熔化，组件脚与PCB的焊垫相连结，再经过降温冷却，使焊锡固化，即完成表面黏着组件与PCB的接合。,焊膏印刷,在手动或者半自动印刷机中，是通过手工用刮刀把焊膏放到模板/丝网的一端。自动印刷机会自动地涂布焊膏。在接触式印刷过程中，电路板和模板在印刷过程中保持接触，当刮刀在模板上走过时，电路板和模板是没有分开的。在非接触式印刷过程中，丝网在刮刀走过之后剥离或者脱离电路板，在焊膏涂布完了之后回到最初的位置。网板与电路板的距离和刮刀压力是两个与设备有关的重要变量。,钢网印刷分配：将焊膏通过一定形状模板一次性均匀漏印到PCB的焊盘上，该分配方法具有焊膏涂覆均匀，准确等特色，适合于同种规格PCB板批量焊膏分配。,高精度丝印台,成型钢网,焊膏分配,焊膏印刷,刮刀磨损、压力和硬度决定了印刷质量。它的边缘应当锋利而且是直的。刮刀的压力较低，这会造成印刷遗漏和边缘粗糙；而刮刀的压力高或者刮刀软，印刷到焊盘上的焊膏会模糊不清，而且可能会损坏刮刀、模板或者丝网。双倍厚度的模板可以把适当数量的焊膏加到微间距组件焊盘和标准焊表面安装组件焊盘。这要用橡皮刮刀迫使焊膏进入模板上的小孔。使用金属刮刀可以防止焊膏体积出现变化，但是需要修改模板上孔的设计，避免把过多的焊膏涂在微间距焊盘上。模板孔的宽度与厚度之比最好是1:1.5，这样可以防止出现堵塞。,粘合剂/环氧化树脂与点胶技术,环氧化树脂粘合剂的涂敷能力好、胶点的形状和尺寸一致、湿润性和固化强度高、固化快、有柔性，而且能够抗冲击。它们还适合高速涂敷非常小的胶点，在固化后电路板的电气特性良好。粘接强度是粘合剂性能中最重要的参数。组件和印刷电路板的粘接度，胶点的形状和大小，以及固化程度，这些因素将决定粘接强度。流变性会影响环氧化树脂点的形成，以及它的形状和尺寸。为了保证胶点的形状合乎要求，粘合剂必须具有触变性，意思是粘合剂在搅动时会越来越稀薄，而在静止时则越来越稠。在建立可重复使用的粘合剂涂敷系统时，最重要的一点是如何把各种正确的流变特性结合起来。,组件贴装,贴装组件就是从传送带、传送架或者料盘中拾取组件，然后再把它们正确地贴到电路板上。组件贴装分为手动贴装、半自动贴装和全自动贴装。手动贴装非常适合返修时使用，但是它的精确度差，速度也不快，不适合目前的组件技术和生产线的要求。半自动贴装是用真空的办法把组件吸起来，然后放到电路板上。这个方法比手动贴装快得多，但是，由于它需要人的干预，还是会有出错的可能。全自动贴装在大批量组装中的应用非常普遍。高速组件贴装使用的可能就是这种机器，贴片速度从每小时三千到八万个组件不等。,器件贴装,贴片器件贴装通常有两种方法：A、采用真空吸笔贴装；B、采用具有图像放大系统的精密贴片台贴装。真空吸笔贴装：真空吸笔主要用于重量在500mg以下微型器件的贴放。由于自带电磁释放器，通过吸笔孔的人工掩放来控制器件的贴放。该设备具有操作简单、速度快的特点，但不适合体积大、引脚多的IC贴装。,真空吸笔,精密贴片台贴装：精密IC贴片台具有机械3自由度，x,y轴可精密微调，z轴可大范围调整，同时配备大倍率摄像头及彩色显示终端，极适合于高精密封装器件的贴装。流水线贴装：在线路板贴片器件焊接及学生SMT实训过程中,一般线路板贴片器件的数量在数十个以上，因此，在回流焊整个工艺过程中，贴片是最复杂、最关键的一环。采用贴片流水线作业，辅以工艺图，有助于提高贴片效率，增加贴片成功率，同时使学生了解流水作业的流程。,精密IC贴片台,表面贴装流水线,焊接,在无铅再流焊方面，最常见的问题是，气泡、电路板变形和元件的损坏，这些都是再流焊工艺在超出技术规范规定的范围时造成的。有一些元件，例如，铝电解电容器和一些其他塑料连接器，要求温度比较低，要防止温度过高而造成损坏，但是象插座这样的大元件需要更多的热量才能得到好的焊点，因此当电路板上有这些不同类型元件时，制定再流焊温度曲线是一个挑战性的问题。向后兼容性（装在锡铅电路板上的无铅BGA元件）也使问题变得更加复杂。在对流焊接中，再流焊的温度较高，这表示，要求助焊剂不可以很容易就燃烧。对再流焊炉来说，助焊剂收集系统不仅要在更高的温度下工作，并且要容纳更多的助焊剂。,回流焊接,回流焊又称再流焊，它是通过重新熔化预先放置的焊料而形成焊点，在焊接过程中不再添加任何焊料的一种焊接方法。回流焊机分为有铅回流焊机和无铅回流焊机。回流焊机一般由预热区、保温区、再流区、冷却区等几大温区组成，同时各大温区又可分成几个小温区。无铅回流焊机比有铅回流焊机具有更多的温区，其焊接工艺更复杂。由于大型回流焊机设计复杂，成本高，导致价格昂贵，所以在教学实训当中，可采用小型回流焊机进行实训，既满足了教学需求，了解了回流焊全过程，又节省了高额的设备投入。,小型回流焊机特点：1、由多温度控制段替代多温区设计，大大降低设备复杂程度，减小设备体积；2、进仓、预热、保温、焊接、冷却、出仓全过程由微电脑自动控制，并具有全过程的图形界面显示。,焊接好样板,分配焊膏样板,小型回流焊主机,常见回流焊接缺陷：1、桥连/桥接；2、立碑/吊桥；3、错位；4焊膏未熔化；5、吸料/芯吸现象。桥连/桥接：焊料在不需要的金属部件之间产生连接，造成短路现象，此缺陷一般为焊膏分配过多引起；立碑/吊桥：重量轻的片状元件出现立起现象，根本原因是元件两边的湿润力不平衡；错位：元件位置移动出现开路状态，产生此缺陷的主要原因是器件贴装位置不准确；焊膏未熔化：产生此缺陷的主要原因是焊接温度设置不合理；吸料/芯吸：焊料脱离焊盘沿引脚上行到芯片本体之间，形成严重的虚焊现象，产生此缺陷的主要原因是元件引脚导热率大，升温迅速，使焊料与器件引脚间的湿润力远大于焊料与焊盘之间的湿润力，解决办法是使PCB板充分预热。,波峰焊接工艺流程,电阻电容成型,手动插件,上板,波峰焊接,出板,线路板剪脚,超声波清洗,流水线检修,波峰焊工艺流程图,波峰焊及基本原理：波峰焊接（波峰焊）主要用于传统通孔插装印制电路板电装工艺，以及表面组装与通孔插装元器件的混装工艺。完成点胶、贴装、胶固化、插装通孔元器件的印制板从波峰焊机的入口端随传送带向前运行，通过焊剂发泡(或喷雾)槽时，印制板下表面的焊盘、所有元器件端头和引脚表面被均匀地涂覆上一层薄薄的焊剂。随着传送带运行，印制板进入预热区，焊剂中的溶剂被挥发掉，焊剂中松香和活性剂开始分解和活性化，印制板焊盘、元器件端头和引脚表面的氧化膜以及其它污染物被清除；同时，印制板和元器件得到充分预热。,波峰焊接,清洗,清洗印刷电路板是非常重要而且能够增加价值的工艺，它可以清除由不同制造工艺和处理方法造成的污染。如果没有经过适当的清洗，表面污物可能会在生产过程中造成缺陷。无铅增加了清洗工艺的重要性。比起锡铅工艺，无铅焊接工艺通常需要使用更多的助焊剂和活性更高的助焊剂，因此，往往需要进行清洗，把去助焊剂残渣去掉。在SMT组装中，最常用的清洗方法是在线喷洒系统或者批量喷洒系统。超声波和蒸汽去脂的方法属于其他的批量清洗方法。批量清洗方法最适合产量低、品种多的生产。在线喷洒针对的是产量高、品种单一的生产，或者是品种很多的生产。,用途：主要用于线路板助焊剂、油污等污渍的清洗，恢复线路板的清洁、光亮。工作原理：超声波功率发生器产生20-40KHz的超声电能，通过超声换能器转换为机械振动，清洗液在超声波的作用下，产生大量的微小气泡，这些气泡在超声波纵向传播的负压区形成，并在正压区迅速闭合，这种现象称为空化。空化过程气泡闭合时形成超过1000个大气压的瞬间高压，连续不断产生的瞬间高压，就象不断的在物体的表面进行爆炸，使物体表面和缝隙的污垢迅速剥落，达到清洗的目的。,超声波清洗机,超声波清洗,测试和检验,现有的测试办法是：在再流焊之后进行电路内测试（ICT），这是，对元件单独加电测试，来检验印刷电路板是否有问题。传统的ICT系统使用针床测试设备来接触印刷电路板下面一侧的多个测试点。飞针是一种ICT测试，它使用一根探针在通电情况进行测试，在测试设备和印刷电路板之间不需要针床接口。它用大量到处游走的针来检查印刷电路板。边界扫描测试可以弥补通电检查的不足。边界扫描使用边缘连接器或者一个有限的针床设备，它可以对ICT和飞针接触不到的被测元件和电路节点进行测试。,