王文豐

(山西省電子工業(yè)科學(xué)研究所有限公司，山西 太原 030006)

1 SMT生產(chǎn)工藝

SMT生產(chǎn)主要由印刷、貼裝、焊接三大部分組成，基于回流焊接技術(shù)發(fā)展而來(lái)，通過(guò)融化預(yù)先印刷在PCB焊盤(pán)上的錫膏，實(shí)現(xiàn)表面組裝元器件焊端或引腳與PCB焊盤(pán)之間機(jī)械和電器連接的一種軟釬焊接工藝。印刷是將適量的錫膏均勻的施加在PCB的焊盤(pán)上，以保證貼片元器件與PCB相對(duì)應(yīng)的焊盤(pán)在回流焊接時(shí)，達(dá)到良好的電器連接，并具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。錫膏通過(guò)各焊盤(pán)在鋼網(wǎng)上對(duì)應(yīng)的開(kāi)孔，在刮刀的作用下將錫均勻的涂覆在各焊盤(pán)上；貼裝是用貼片機(jī)將片式元器件準(zhǔn)確的貼裝到印好錫膏或貼片膠的PCB表面相應(yīng)的位置；回流焊是英文Reflow Soldring的直譯，是通過(guò)熔化電路板焊盤(pán)上的錫膏，實(shí)現(xiàn)表面組裝元器件焊端與PCB焊盤(pán)之間機(jī)械與電氣連接，形成電氣回路。

現(xiàn)代的全自動(dòng)SMT生產(chǎn)線由送板設(shè)備、印刷設(shè)備、錫膏檢測(cè)設(shè)備、分揀設(shè)備、貼片設(shè)備、回流焊、AOI、下板設(shè)備等部分組成，是一個(gè)有機(jī)的整體，任何一個(gè)小問(wèn)題都會(huì)導(dǎo)致整條SMT生產(chǎn)線產(chǎn)品質(zhì)量。所以SMT生產(chǎn)中任何問(wèn)題都不容忽視，合理處理SMT生產(chǎn)中的常見(jiàn)問(wèn)題才能提高產(chǎn)品質(zhì)量，優(yōu)化生產(chǎn)效率，減少浪費(fèi)。

2 拋料問(wèn)題

SMT生產(chǎn)線的核心是貼片機(jī)，因元器件的價(jià)格較高，拋料會(huì)造成嚴(yán)重的材料浪費(fèi)，極大的增加生產(chǎn)成本。

西門(mén)子貼片機(jī)通過(guò)內(nèi)置的攝像機(jī)拍照對(duì)比確定元器件的品質(zhì)。在西門(mén)子貼片機(jī)的生產(chǎn)中元器件形狀的制作是解決拋料問(wèn)題的第一關(guān)鍵。元件形狀的制作必須準(zhǔn)確無(wú)誤，可以適當(dāng)?shù)卦黾釉螤罟钪?，光照的選擇也是重中之重。西門(mén)子貼片機(jī)采用真空吸取的方式取料，吸嘴的選擇，取料位置的選擇是第二個(gè)關(guān)鍵。吸嘴的真空位置，形狀和大小以取料位置最大面積為宜，但吸嘴的外徑不能超出料槽。西門(mén)子貼片機(jī)的裝料、接料與進(jìn)料間距都是操作人員人工設(shè)定，操作不當(dāng)是造成拋料的另一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，必須嚴(yán)格規(guī)范員工的操作步驟，定期培訓(xùn)。

3 設(shè)備的保養(yǎng)維護(hù)

西門(mén)子貼片機(jī)以高速、穩(wěn)定的強(qiáng)大特性贏得了電子行業(yè)一致認(rèn)同的同時(shí)，“嬌貴”也是其令人詬病的另一大特性，其內(nèi)部有大量的光學(xué)鏡頭，所以對(duì)生產(chǎn)環(huán)境有嚴(yán)格的要求，溫度以24 ℃為最佳，濕度以55%為最佳，工作環(huán)境空氣清潔度最好達(dá)10 W級(jí)(BGJ73-84)。如果貼片機(jī)工作環(huán)境多灰塵，會(huì)對(duì)于微小元件，如0201和01005以及細(xì)間距(0.3 mm)元件的貼裝和焊接產(chǎn)生質(zhì)量影響，同時(shí)也會(huì)加大設(shè)備磨損程度，甚至有可能導(dǎo)致設(shè)備故障，增加設(shè)備維護(hù)及維修工作量。西門(mén)子貼片機(jī)的保養(yǎng)維護(hù)工作非常重要，分日常保養(yǎng)、月度保養(yǎng)、季度保養(yǎng)與年度保養(yǎng)，定期的保養(yǎng)才能讓設(shè)備更有效更長(zhǎng)久的工作。

4 SMT生產(chǎn)線的生產(chǎn)速度

西門(mén)子貼片機(jī)D1理論貼片速度是20 000 cph，D2的理論貼片速度是40 500 cph，SMT生產(chǎn)線上裝配一臺(tái)西門(mén)子D1加一臺(tái)西門(mén)子D2，那么理論貼片速度是60 500 cph，但是在實(shí)際生產(chǎn)中我們遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到這個(gè)速度，甚至連它一半理論速度都達(dá)不到，這里面除了有元器件形狀、大小、重量的原因需要主動(dòng)降速，另一個(gè)主要原因就是兩臺(tái)貼片機(jī)互相之間的平衡，還有D2中兩個(gè)取料位之間的平衡問(wèn)題。在編寫(xiě)貼裝程序時(shí)，同類型元件要盡量排列在一起，可以減少貼裝頭拾取元件時(shí)更換吸嘴的次數(shù)，節(jié)省貼裝時(shí)間。貼裝數(shù)量較多的供料器應(yīng)安放在靠近印制板的料站上。在一個(gè)貼片循環(huán)過(guò)程中，盡量只從正面或后面的料站上取料，以減少貼裝頭移動(dòng)距離。在每個(gè)拾放循環(huán)過(guò)程中，要使貼裝頭滿負(fù)荷。在進(jìn)行站位分配和設(shè)備優(yōu)化時(shí)可使用優(yōu)化軟件，優(yōu)化軟件包括設(shè)備的優(yōu)化程序和生產(chǎn)線平衡軟件。設(shè)備的優(yōu)化程序主要是針對(duì)貼裝程序和供料器的配置進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化程序會(huì)對(duì)貼裝頭的運(yùn)動(dòng)路徑和供料器的配置情況進(jìn)行優(yōu)化，盡量減少貼裝頭的移動(dòng)路程，從而節(jié)省貼裝時(shí)間。生產(chǎn)線平衡軟件是對(duì)整個(gè)生產(chǎn)線進(jìn)行優(yōu)化的有效工具，優(yōu)化軟件采用一定的優(yōu)化算法，目前的優(yōu)化軟件已經(jīng)具備一定的智能化，可以既快又好地完成優(yōu)化過(guò)程。

SMT生產(chǎn)線另一個(gè)影響生產(chǎn)速度的因素就是原材料采購(gòu)中，因?yàn)榉N種原因，沒(méi)有采購(gòu)貼片機(jī)可以吸取的元件，比如散料，無(wú)吸取位置的異性料，這種情況只能選擇手動(dòng)貼裝，而手動(dòng)貼裝的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有貼片機(jī)自動(dòng)貼裝的速度快，需要手動(dòng)貼裝的器件越多，則整條SMT生產(chǎn)線的生產(chǎn)速度越慢。

整條SMT生產(chǎn)線的生產(chǎn)速度取決于生產(chǎn)線中最慢的一臺(tái)自動(dòng)化設(shè)備，而最慢的自動(dòng)化設(shè)備一般都是貼片機(jī)，這時(shí)我們還可以通過(guò)增加貼片機(jī)來(lái)提高整條SMT生產(chǎn)線的生產(chǎn)速度，同時(shí)還可以充分利用其它設(shè)備過(guò)剩的生產(chǎn)能力。

5 產(chǎn)品質(zhì)量

產(chǎn)品質(zhì)量是企業(yè)的生命，SMT生產(chǎn)線的產(chǎn)品只有PCB電路板，在貼片生產(chǎn)中出現(xiàn)的不良品有缺件、缺錫、錯(cuò)位、連錫、錯(cuò)件、極性錯(cuò)誤等，解決這些問(wèn)題就要從整個(gè)SMT生產(chǎn)線的每一個(gè)步驟做起。

印刷機(jī)負(fù)責(zé)PCB板錫膏的印刷，首先是刮刀的類型與硬度，然后是刮刀的角度，在印刷的時(shí)候，一定要保證刮刀和FPC之間的間隔，一般這個(gè)夾角的數(shù)值在60到75之間，夾角過(guò)大或者過(guò)小都會(huì)影響最終印刷的效果，在進(jìn)行印刷操作時(shí)，速度不要太快，否則很有可能造成有些地方?jīng)]有被印到，相反，速度太慢的話，會(huì)讓印刷不均勻。一般來(lái)說(shuō)，印刷的速度堅(jiān)持在10 mm/s～25 mm/s這個(gè)范圍之內(nèi)為最佳，這樣就可以完成印刷的最佳化。一般來(lái)說(shuō)，范圍最好設(shè)定為0.1 kg/cm～0.3kg/cm。太小的印刷壓力會(huì)使FPC上錫膏缺失，而太大的壓力會(huì)使焊錫膏印得太薄，增加了焊錫膏污染金屬漏板和FPC表面的可能性。

貼片機(jī)負(fù)責(zé)在錫膏印刷完成的PCB板上貼裝元器件，貼裝位置的準(zhǔn)確嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量。貼片機(jī)貼裝精度包含三個(gè)項(xiàng)目：貼裝精度、分辨率、重復(fù)精度。貼裝精度表示元器件相對(duì)于PCB上標(biāo)定位置的貼裝偏差大小，被定義為貼裝元器件端子偏離標(biāo)定位置最大值的綜合位置誤差。影響貼裝精度的因素主要有兩種，即平移誤差和旋轉(zhuǎn)誤差。貼裝SMC要求精度達(dá)到±0.01 mm，貼裝高密度、窄間距的SMD要求精度至少達(dá)到±0.06 mm。分辨率描述貼片機(jī)分辨空間連續(xù)點(diǎn)的能力。還可以簡(jiǎn)單地描述為是機(jī)器運(yùn)行的最小增量的一種度量，在衡量機(jī)器本身的運(yùn)動(dòng)精度時(shí)，它是重要的性能指標(biāo)。重復(fù)精度是描述貼裝工具重復(fù)地返回標(biāo)定點(diǎn)的能力。在給重復(fù)精度下定義時(shí)，常采用雙向重復(fù)精度這個(gè)概念，一般定義為：在一系列試驗(yàn)中，從兩個(gè)方向接近任何給定點(diǎn)時(shí)離開(kāi)平均值的偏差。總的來(lái)講，元器件盡量貼裝在元件框正中心，IC元件與密腳芯片所有管腳必須對(duì)稱貼裝在焊盤(pán)中心，無(wú)錯(cuò)位，無(wú)旋轉(zhuǎn)，元件與PCB板貼合面平整，無(wú)起翹。

回流焊是SMT貼裝工藝中主要工藝中的一種?；亓骱钢饕怯脕?lái)焊接已經(jīng)貼裝好元件的線路板，靠加熱把錫膏融化，使貼片元件與線路板焊盤(pán)融合焊接在一起，然后再通過(guò)回流焊的冷卻把錫膏冷卻使元件和焊盤(pán)固化在一起。當(dāng)PCB進(jìn)入升溫區(qū)時(shí)，焊膏中的溶劑、氣體蒸發(fā)掉，同時(shí)，焊膏中的助焊劑潤(rùn)濕焊盤(pán)、元器件端頭和引腳，焊膏軟化、塌落、覆蓋了焊盤(pán)，將焊盤(pán)、元器件引腳與氧氣隔離。PCB進(jìn)入保溫區(qū)時(shí)，使PCB和元器件得到充分的預(yù)熱，以防PCB突然進(jìn)入焊接高溫區(qū)而損壞PCB和元器件。當(dāng)PCB進(jìn)入焊接區(qū)時(shí)，溫度迅速上升使焊膏達(dá)到熔化狀態(tài)，液態(tài)焊錫對(duì)PCB的焊盤(pán)、元器件端頭和引腳潤(rùn)濕、擴(kuò)散、漫流或回流混合形成焊錫接點(diǎn)。最后進(jìn)入冷卻區(qū)，使焊點(diǎn)凝固，此時(shí)完成了回流焊。我們可以看出，回流焊的焊接工藝主要分預(yù)升溫、保溫、焊接、固化這四個(gè)步驟，四個(gè)步驟的溫度各有要求，這樣我們就必須設(shè)置合理的回流焊溫度曲線。并且因?yàn)樵O(shè)備運(yùn)行時(shí)的高溫，可能會(huì)對(duì)回流焊各部分的爐溫造成誤差，所以還要定時(shí)對(duì)實(shí)際爐溫經(jīng)行檢測(cè)。

6 結(jié)語(yǔ)

隨著電子行業(yè)的發(fā)展，高精度、高集成、小體積成為未來(lái)PCB技術(shù)的趨勢(shì)，SMT表面貼裝技術(shù)組裝密度高、電子產(chǎn)品體積小、重量輕，可靠性高、抗振能力強(qiáng)，高頻特性好等特點(diǎn)，使其成為電子行業(yè)的主流，更好的使用SMT生產(chǎn)才能有效降低成本，提高生產(chǎn)效率。