SMT生产工艺及PCB板的维修分析

《SMT生产工艺及PCB板的维修分析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《SMT生产工艺及PCB板的维修分析（21页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、 IVT-REJX-5 苏州工业园区职业技术学院毕业项目 2011 届项目类别： 毕业论文 项目名称：SMT生产工艺及PCB板的维修分析专业名称 表面贴装工艺与设备 姓 名 ： 学 号 ： 班 级： 指导教师： 2011年 05 月 13 日苏州工业园区职业技术学院 2011届毕业项目 IVT-REJX-51苏州工业园区职业技术学院毕业项目任务书（个人表）系部： 电子工程系 毕业项目类别：工业案例毕业项目名称：SMT生产工艺及PCB板的维修分析校内指导教师： 职称：高级工程师类别：专职校外指导教师： 职称：技术员类别：兼职学 生： 专业：SMD班级：1、毕业项目的主要任务及目标主要任务: 对S

2、MT生产中的各个环节及一些机器的操作做简要介绍，并对生产中的有问题的产品维修的技能做相应介绍目标：完成一篇7000字以上的论文2、毕业项目的主要内容 :(1)SMT结构及特性；(2)介绍各个生产环节；(3)阐述了生产过程中产品出现的问题及维修方法续表：3、主要参考文献:SMT功能简介（NOKIA的产品资料）4、进度安排毕业项目各阶段任务起止日期1 选题12月20日至1月25日2 查询资料1月26日至4月15日3 整理4月16日至4月30日 4 后期完善和答辩准备5月1日至5月15日注： 此表由指导老师填写。诚 信 声 明本人郑重声明：所呈交的毕业项目报告/论文SMT生产工艺及PCB板的维修分析

3、是本人在指导老师的指导下，独立研究、写作的成果。论文中所引用是他人的无论以何种方式发布的文字、研究成果，均在论文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人独自承担。 作者签名： 年 月 日 摘 要本文简要介绍了NOKIA公司SMT（表面组装技术）生产环节以及贴片机的组成和功能，并对PCB板的维修做了说明。主要针对PCB板维修时常见问题进行阐述，其中列出了AOI测试出的问题（主要是冷焊、桥接、偏移、漏件等一些常见问题），并且详细介绍了ICT测试后经常出现的问题及修理方法。关键词：流程 贴片机 控制 维修。设计者：陈杰 指导老师：李红益目 录一、概述11.1 SMT的特点11.2 SMT组成11.3

4、 SMT的意义2二、SMT生产流程22.1基本流程22.2 SMT基本装配步骤32.3第三步回流焊3三、贴片机（FUJICP-6 ）基本结构53.1外观图片63.2功能分类63.3贴装头63.4供料器7四、贴片机的操作控制84.1 FUJI-CP6系列的图形用户界面84.2基本操作84.3安全事项9五、PCB板的维修95.1 Agilent 3070系统硬体简介95.2测试流程简介115.3解析error reports12六、文献参考资料15七、致谢15苏州工业园区职业技术学院 2011届毕业项目一、概述SMT就是表面组装技术（Surface Mounted Technology的缩写），是

5、目前电子组装行业里最流行的一种技术和工艺，使电子制造业对于知识的依赖是前所未有的!1.1 SMT的特点优点：1）组装密度高、电子产品体积小、重量轻，贴片元件的体积和重量只有传统插装元件的1/10左右，一般采用SMT之后，电子产品体积缩小40%60%，重量减轻60%80%。 2）可靠性高、抗振能力强。焊点缺陷率低。 3）高频特性好。减少了电磁和射频干扰。 4）易于实现自动化，提高生产效率。 5）降低成本达30%50%。节省材料、能源、设备、人力、时间等。缺点：1）技术复杂，需要较高的培训和学习成本以及较高素质的员工。2）设备投资较大，设立生产投资的设备风险较大。3）微型化和众多的焊点种类使工艺和

6、检查复杂化。4）较复杂的热处理5）发展快速，需不断更新。1.2 SMT组成SMT组成：主要由表面贴装元器件（SMD），贴装技术，贴装设备三部分。 1.2.1 SMD包括 1) 制造技术：指SMD生产过程中导电物印刷加热修正焊接成型等技术2) 产品设计：设计中对尺寸精度、电极端结构/形状、耐热性的设计与规定。 3) 包装设计：指适合于自动贴装的编带、托盘或其他形式的包装。1.2.2 贴装技术包括： 1) 组装工艺类型：单面/双面表面贴装、单面混合贴装、双面混合贴装。2) 焊接方式分类：分波峰焊接、再流焊接。波峰焊接-选择焊机、贴片胶、焊剂、焊料及贴片涂敷技术。 再流焊接-加热方式有红外线、红外加

7、热风组合、VPS、热板、激光等。 3) 印制电路板： 基板材料-玻璃纤维、陶瓷、金属板。电路板设计-图形设计、布线、间隙设定、拼版、SDM焊盘设计和布局。1.2.3 贴装系列设备主要包括电胶机、丝印机、贴片机、回流炉、自动检测设备和维修设备等.1.3 SMT的意义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）电子产品功能更完整，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，不得不采用表面贴片元件 3)产品批量化，生产自动化，厂方要以低成本高产量，出产优质产品以迎合顾客需求及加强市场竞争力4)电子元件的发展，集成电路(IC)的开发，半导体材料的多元应用 5)电子

8、科技革命势在必行，追逐国际潮流二、SMT生产流程2.1基本流程SMT工艺流程比较复杂，这里做一个简单说明：首先，PCB板通过DEK印刷焊膏，然后通过轨道进入 CP1开始安放原件并依次进入随后CP2、CP3以及QP的安装，随后进入FA 对其进行检查，OK后放行开始过炉，继而通过AOI拍照最终确认板子是否OK。光板PCB（根据产量从Buffer里领取相应型号板子，再打上响应的标签贴在板子的标签处，然后放到RAKE里，放到JOT里）。在经过DEK焊锡膏印刷，检查OK后，投入贴片机生产，装贴好并经过FA检查，如果OK，就进行回流焊；如果有问题，并且问题较大，就退到印刷处，进行清洗板子，再重新投入生产。

9、在等回流焊出来后，经AOI检测如果无任何焊接问题，就转下道工序。如果有问题，就退到维修部，进行维修，经过QC确认OK后，再投入生产。2.2 SMT基本装配步骤图2.2（SMT基本装配步骤）2.3第三步回流焊2.3.1回流焊接工艺的发展在SMT早期使用，其工艺控制及焊接质量都存在很多问题。于八十年代中期被红外回流所取代。其主要缺点是对阴影及颜色的不同比较敏感。大元件产生的阴影使得周围区域难以被加热，元件的各种颜色红外能量的吸收也不同，导致PCB各处的温度差异较大。目前被最广泛地使用。利用被加热的空气，通过对流的形式，对流经焊炉的PCB加热。2.3.2焊炉程序界面介绍图2.3.2（焊炉程序界面）1

10、) 标题栏 2) 菜单栏 3) 工具栏 4) 状态栏 5) 控制部件 6) 程序信息 7) 信息栏2.3.3基本操作 开机1）旋转Main switch(机器后侧)到ON2）启动电脑. 3）双击 进入画面4）双击 进入主界面5）按启动按钮6）输入用户名和密码.7）调用相应程序.关机1）确认炉内无PCB.2）手动关闭加热器3）等到所有温区低于150度.4）按停机按钮5）关闭电脑6)旋转Main switch(机器后侧)到OFF注：1)决定温度曲线的主要因素 a.元件性能 b.PCB基材 c.焊锡膏 2)在这之前需要经过FA的检查确认PCB板元件一些特定要检查的元件没有问题（如：BGA等大元件正负

11、级打反、元件打乱等）。过炉后要经过AOI的检测。3)AOI检测常见焊接缺陷：图八除此之外还有元件错位等，其中BGA桥接后果最为严重，其成本高昂且维修十分复杂。一般如无问题则SMT部分完成。三、贴片机（FUJICP-6 ）基本结构随着社会的发展,电子工业的兴起,贴片机的型号也越来越多,无论在外观还是在性能上也都有很大差别.现在比较流行的是西门子,松下,日本富士等. 从八十年代早期第一代贴片机的产生,经过了这几年,贴片机也早已是今非昔比.在过渡时期FUJI-CP6是个典型代表. 由单个械式贴片头发展到转塔式贴片机,从此贴片机进入一个新的时代,在性能和产量上有了飞越的发展.我们本项目中重点介绍FIJ

12、I-CP6的贴片机的性能及结构,3.1外观图片图3.13.2功能分类1)上料机 供料器(feeder)2)控制部分 总电源 伺服箱 控制箱 3)操作部分 操作面板 贴装头 Mark照相机 4)传输部分 输出传送带 输入传送带注：供料器是载料部分,型号不同是根据料的大小分的,KWD/E其中D是指平槽,E是支凹槽.08是指料的宽度,而04是指料的Pitch值.控制部分是控制机器正常运行的必要条件.操作部分中操作面板是操作工对机器开关机,设数量,换程序等的操作,贴装头是对板子的装贴过程,是整个机器的核心部件.Mark照相机是对板子的定位过程,确保装贴的料在指定的位置.传输部分是传递板子的基本运输部件

13、.3.3贴装头1)贴装头的发展在八十年代早期第一代贴片机采用单个机械式贴片头及Pick & Place的模式。其运行速度较慢(1000-2000 cph )。随后发展起的用于小元件贴装的转塔式贴片机，采用了图象对准系统，使得贴片速度更快，精度更高。2)转塔式贴片机一般，转塔上安装有十几到二十几个贴片头，每个贴片头上安装24个真空吸嘴(较早机型)至56个真空吸嘴(现在机型)。由于转塔的特点，将动作细微化，选换吸嘴、送料器移动到位、取元件、元件识别、角度调整、工作台移动(包含位置调整)、贴放元件等动作都可以在同一时间周期内完成，所以实现真正意义上的高速度。目前最快的时间周期达到0.080.10秒钟

14、一片元.FUJI-CP6系列的贴片机,属于转塔式贴片机,共有二十站,进行循环贴装. 理论最大贴片速度: 0.09 秒/元件 or 40000点/小时3)基本步骤元件送料器放于一个单坐标移动的料车上，基板(PCB)放于一个X/Y坐标系统移动的工作台上，贴片头安装在一个转塔上，工作时，料车将元件送料器移动到取料位置，贴片头上的真空吸料嘴在取料位置取元件，经转塔转动到贴片位置(与取料位置成180度)，在转动过程中经过对元件位置与方向的调整，将元件贴放于基板上此机型在速度上是优越的，适于大批量生产，但其只能用带状包装的元件，如果是密脚、大型的集成电路(IC)，只有托盘包装，则无法完成，因此还有赖于其它

15、机型来共同合作。3.4供料器供料器是载料部分，是贴片机的起始部分。关于它有一些相关参数： PX 中的X代表元件载料带中的周期长度,不管什么样的元件,其料带两孔之间的中心距均为4mm,X/4即为元件载料带中所占的孔距;Wy 中的Y即为料带的 宽度.例如:P4W8E(即0804)代表的含义是:4为周期长度即元件在料带中占一个孔距,8 代表料带宽度为8mm.WD:平槽(适合于纸质料带)WE:凹槽(适合于塑料料带)FEEDER满90天或150000点任一条件,那么这把FEEDER就需要保养.图3.4.1（供料器外观图片）四、贴片机的操作控制4.1 FUJI-CP6系列的图形用户界面1）标题栏 (tit

16、le bar)2）程序信息 (display area)3）状态区 (status area)4）信息栏 (info bar) 5）菜单栏 （menu bar） 图4.14.2基本操作4.2.1关机步骤: 1)在机器处理完所有PCB后,将机器归零, 2)按下紧急停止按钮3)单击机器电源按钮4)将总电源开关扳至OFF位置.4.2.2开机步骤:1)将总电源开关扳至ON位置.2)松开紧急停止按钮3)单击机器电源按钮(注:若CP机刚进行关机动作,需至少等待一分钟后方可开机,否则有烧毁CP机控制线路板的可能)4.3安全事项因为CP机的运转速度非常快,操作是必须严格遵守安全规则,以免自己和同事受到机器的伤

17、害。短路钥匙使机器的安全电路失效,所以仅仅在监控机器运转状态时会使用它,而且用此钥匙的人必须是授权的。在一些紧急情况下,常常需要将手按住紧急开关,以便作出迅速反应,避免事故发生。五、PCB板的维修5.1 Agilent 3070系统硬体简介5.1.1简介 3070系统可以大致分为三個部分，分別为工作站 ( Controller )，testhead 以及扩充箱 ( Support Bay )。 5.1.2硬体架构 Agilent 3070 Operator Training1） Module and Bank：依系统的型号不同，会有不同数量的module。Module和bank的定义如下图所示

18、。在module中会有许多的卡片，各有各的用途。 图5.1.22） Module中的卡片：每个module可以插11片卡片。第一槽是Control card,第六槽是ASRU card，其他的则是Pin card。I. Control Card： 在毎一个Module必须要有一片，也只能有一片，而且要放在Slot 6的位置。简单来说，Control Card的工作就是控制module中其他的卡片，告诉它们要做什么，要怎么做。如：在类比量测( Analog Test )时，Control Card 会发出命令让某些pin card上的relay(继电器)关闭以形成量测回路,並启动ASRU car

19、d上的仪器进行量测。 II. ASRU Card： 在毎一个Module必须要有一片，也只能有一片，而且要放在Slot 1的位置。ASRU( Analog Stimulus/Response Unit ) Card的工作就是负责类比量测。在ASRU Card中有信号源(source)，侦测器(detector)以及一些用来做多工(multiplexing)的排线(bus)。 III. Pin Card： 在毎一个module中至少要一片，而毎一个module中可以放最多九片Pin Card。Pin Card上有relay來进行多工的动作,以形成量测回路。Pin card有两种，hybrid和a

20、nalog。Hybrid card可提供数位和类比测试所需的线路，而analog card只有类比的线路。一个系统內pin card越多则可测的点数越高。 3） BRC( Bank , Row , Column )的算法：在3070上有很多的卡片，而毎一片卡片的毎一支Pin的位置要怎么来定义我们用所谓的BRC來做定义(格式为brrcc)。所谓B就是Bank，在图中我们可以看到，从正面来看3070系统，右旁这两个module ( module 0 及 module 1 )称为Bank 1；而左旁这两个module ( module 2 及 module 3 ) 称为Bank 2。所谓R就是Row

21、，在图中我们可以看到，Row是从上到下来数的，可是一个module至多只有11片卡片( 包含一片ASRU Card及一片Control Card )为何会有第23列呢 这是因为在module及module之间有一条分隔槽，而为了方便计算，我们把这一条分隔槽也算进去。所以module 3的第一列应该是13才对。至于C就是Column，在毎一片Card都有78支Pin，从右至左算。 5.2测试流程简介Agilent 3070 程式的基本测试项目包含未上电测试及上电测试两大部份，测试顺序如图5.1.2所示: 未上电测试: 1） Testing Pin Contact(pins) ：测试待测板跟夹具间

22、的接触是否良好(並沒有测试元件的好坏)。这个测试並不一定需要，可视厂内制程来决定。可用testplan的Set_Custom_Options副程式中Chek_Point_Mode旗標来控制，有Off(不测)、Pretest(每一次测试都先测)、Failure(若有其他测试不良再测)、这三种选择可用。 2） Testing Preshorts：测试Jumper、Fuse、Switch可变电阻等元件。 3） Testing Shorts：测试待测板上应该短路的地方是否短路，应该开路的地方是否开路。 4） Testing Analog Unpowered：测试电容、电阻、二及体、电晶体等元件。 5）

23、 Testing Testjet：利用Testjet来检查IC的pin 脚是否有开路。 6） Testing Polarity Check：检查极性电容是否反向。 7） Testing Connect Check：利用量测IC I/O pin的clamping diode(保户二极体)，来检查IC pin脚是否开路。上电测试: 1） Setting Up Power Supplies：对待测板上电並检查这些电源是否正常工作。 Agilent 3070 Operator Training 2） Testing Digital Incircuit：一般的数位IC测试。 3） Testing Dig

24、ital Functional：数位IC的群组(cluster)功能测试，一般少用。 4） Testing Analog Powered and Mixed：量测IC的电压、震荡器的频率，及数位类比混合型IC的测试。 5.3解析error reports以下将针对 3070 各种不良报表做简单的解释与说明： 1）Shorts:Open #1 Thresh 9, Delay 50us Ohms From: J201-1 22072 Open To: J201-2 22073 Message is: None. - 此报告中“Open”代表开路不良，即点J201-1与J201-2之间应该有短路(小

25、于临界阻抗9ohm) ，待测板上却量测为开路(9ohm), 22072代表即点J201-1所连接的MINT pin(BRC) 。（注 ：可能是测试点没打准，也可能是有地方开路）- Short #1, Thresh 1000, Delay 50us Ohms From: CR201-C 22163 3 To: VR201-C 22162 3 Total of 2 nodes, Message is: None. - 此报告中“Short”代表短路不良,即点CR201-C与VR201-C之间应该是开路(临界阻抗1000ohm) ，待测板上却量测为短路，量测值为3ohm，小于临界阻抗。 2） ana

26、log in-circuit :- r205 HAS FAILED Measured: 1.9413M Nominal: 1.0000k High Limit: 1.0836k Low Limit: 962.20 Resistance in OHMS - 此报告中 “r205 HAS FAILED”表示电阻不良，R205应该是1kohm的电阻，上限1.0836kohm，下限962.2ohm，却量测到1.9413Mohm。 3）l201 HAS FAILED ：-Measured: -17.153 Nominal: 10.000m High Limit: 10.897m Low Limit: 9

27、.8110m Inductance in HENRYS - 此报告所示电感L201不良。 4）- cb313 HAS FAILED Measured: -2839.8p Nominal: 66.660u High Limit: 72.086u Low Limit: 54.061u Capacitance in FARADS - DEVICES IN PARALLEL cb314 22.0u cb315 22.0u cb301 100n cb302 100n - 此报告所示电容CB313不良，並联元件有CB314、CB315、CB301、CB302。 5）d1 HAS FAILED Measur

28、ed: 1.4187 High Limit: 828.00m Low Limit: 213.00m Forward VOLTAGE drop Status: 2cH Moa Voltage/Current Compliance Detector Over Range Integrator Over Voltage - 此报告所示二极体D1不良,导通电压上限828mV、下限213mV，量测值为1.4187V。 6）testjet - Open #1 Device u10 Pin 1 Node DVOCLKOUT Measured 2.0 (BRC 21423) Open #2 Device u1

29、 Pin 10 Node DRV2A Through c12 Measured 3.6 (BRC 214104) - 此报告所示元件U10第1脚及第10脚不良，第1脚之即点为DVOCLKOUT量测值为2fF。 （注:以上问题可以用更换掉损坏元件来解决，有时也会出现其所报原件本身并无问题，而是与其所连接的IC有问题，短路问题我并没有列出，因为那要视情况而定）六、文献参考资料1、NOKIA公司内部文献资料；2、SMT表面组装技术 王应海 屈有安 袁丽娟 朱利军编七、致谢踉踉跄跄地忙碌了几个月，我的毕业设计课题也终将告一段落。但由于能力和时间的关系，总是觉得有些不尽人意的地方。这也让我了解到做一件事情，不必过于在乎最终的结果，可贵的是过程中的收获。不过在此非常感谢李红益老师对我的论文不厌其烦的进行细心指点和鼓励。李老师首先细致地为我解题，当我迷茫于如何下手时，李老师又为我提纲挈领，梳理脉络，使我确立了本文的框架。论文写作中，多次得到李老师的指点。从框架的完善，到内容的扩充以及自己在工作中的经验心得。从行文的用语，到格式的规范，李老师都严格要求，力求完美。我再次为李老师的付出表示忠心的感谢！- 15 -