《电子工艺实训》PPT课件

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1、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）l (SMC)/SMD元 器 件 的 特 点l 特 征 ： 无 引 线 或 短 引 线 小 型 化l 片 状 元 件 小 、 轻 、 薄 。 安 装 密 度 高 、 体 积 和 重 量 为60%普 通 元 器 件 。l 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 。l 易 于 实 现 自 动 化

2、 ， 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 ：l 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 。l 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 。l 3、 编 带 包 装 ： 用 T或 U表 示 ， 将 贴 片 元 件 按

3、 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l 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

4、 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l 锡 膏 印 刷 (Stencil Printing)： 锡 膏 为 表 面 黏 着 组 件 与 PCB相 互 连 接 导 通 的

5、 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 。l 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

6、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 。l 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 。

7、焊 膏 印 刷l 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 。l 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

8、 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l 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

9、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 。l 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 ，

10、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 l 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

11、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 。l 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

12、点 是 如 何 把 各 种 正 确 的流 变 特 性 结 合 起 来 。 组 件 贴 装 l 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 ，

13、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

14、 吸 笔 贴 装 ： 真 空 吸 笔 主 要 用 于 重 量 在 500m g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

15、， 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

16、 焊 接 l 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

17、， 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 。l 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

18、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 ，

19、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

20、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 ，

21、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

22、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

23、)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 。 清 洗 l 清 洗 印 刷 电 路 板 是 非 常 重 要 而 且 能

24、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 。l 在 SMT组 装 中 ， 最 常 用 的 清 洗 方 法 是 在 线 喷 洒

25、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

26、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

27、 洗 测 试 和 检 验 l 现 有 的 测 试 办 法 是 ：l 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 。l 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 。l 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 。