smt技术的发展趋势

smt技术的发展趋势内容摘要：

围 丝印机适用系列：各种塑料、化妆品、包装盒、金属板、刻度板、压克力、电子产品、家庭用品、贴纸 、皮革转印纸各种型态之杯子、桶子、玻璃、棒球棒、木板等。 可在平、曲面物体上，作最美观及高品质效率的印刷。 5 刮板 的 使用 (1)刮板的选择。 要求耐磨，耐溶剂，通常使用聚氨脂橡胶，刮板角度 70177。 5176。 硬度 70177。 10 刮板装上刮板架上一般外露约 2mm。 (2)刮板的使用。 刮板长度选择。 根据所印刷的图形大小用合适的橡胶刮板，一般要求刮板长度比图形两边各长 15 毫米以上。 刮板的安装。 选择刮板橡胶平直边缘锋利的一面安装在刮板柄上靠外面，以利于使用，拧紧螺丝固定好刮板。 磨刮板。 若刮板边缘有伤痕，缺口，刃口不锐利， 应在磨刮板机上进行研 磨，使刮板端面保持良好状态。 6 丝印定位方式 丝印定位的目的 ,保证每一次印刷 时，待印的印制板和网版之间不发生错位，从而保证丝印重复精度一致 ,数量不大，显影机显影压力足够大，丝印技巧运用得当时，印刷液态感光阻焊油墨常用空白网，这时丝印定位要求不严格，但丝印字元油墨，或需用网点图档住双面多层板的孔，以避免油墨漏入孔内显影冲不干净，这时就应充分考虑定位问题了。 阻焊塞导通孔，印碳油墨，印兰胶都涉及一个丝印定位问题。 7 刷板 (1)刷板机结构。 刷板是丝印阻焊前的一个十分重要的工序，成品板检查 发现阻焊膜掉，胶带试验不过关，最终客户波峰焊后板于阻焊起泡，阻焊下的大铜面有污渍等问题都同刷板有关。 经过多年的实验摸索，目前多数工厂对刷板机都形成了以下的结构形式： 入板→酸洗→水洗→磨板→水洗→吸干→烘干→出板 酸洗段目的是除板面氧化膜，通常用 1~3％硫酸；磨板段使用上下各两对尼龙刷，第一对 500目，第二对粒度 800 目。 若使用粗目如 300~400 滚刷，作高密度线路板时易产生线间微短路 丝印阻焊前的表面处理还有其他形式代替尼龙滚刷磨板。 如用浮石粉喷洗和软刷刷洗，也有的工厂用化学法清洗表面，这二种方式都能作出 高档次高质量的线路板，如何运用，要根据 10 本企业的实际，作板的档次要求，设备能力和工艺控制维护水平等因素作决定。 贴装 SMT 生产中的贴片技术通常是指用一定的方式将片式元器件准确地贴放到 PCB 指定的位置 , 这个过程英文称之为“ Pick and Place”， 显然它是指吸取 /拾取与放置两个动作。 在SMT 初期，由于片式元器件尺寸相对较大，人们用镊子等简单的工具就可以实现上述动作，至今尚有少数工厂仍采用或部分采用人工放置元件的方法。 但为了满足大生产的需要，特别是随着 SMC/SMD 的精细化，人们越 来越重视采用自动化的机器 贴片机来实现高速高精度的贴放元器件。 近 30 年来，贴片机已由早期的低速度（ 秒 /片）和低精度（机械对中）发展到高速（ 秒 /片）和高精度（光学对中，贴片精度 +60um/4δ）。 高精度全自动贴片机是由计算机、光学、精密机械、滚珠丝杆、直线导轨、线性马达、谐波驱动器以及真空系统和各种传感器构成的机电一体化的高科技装备。 从某种意义上来说，贴片机技术已经成为 SMT 的支柱和深入发展的重要标志，贴片机是整个 SMT 生产中最关键、最复杂的设备，也是人们初次建立 SMT 生产 线时最难选择的设备。 贴装机相当于机器人的机械手，把元器件按照事先编制好的程序从它的包装中取出，并贴放到印制板相应的位置上。 1．贴装机的的基本结构 (1)底座 —— 用来安装和支撑贴装机的全部部件，目前趋向采用铸铁件。 铸铁件具有质量大、振动小的特点，有利于保证贴装精度。 (2)供料器 —— 供料器用来放置各种包装形式的元器件，有散装、编带、管装和托盘四种类型。 贴装时将各种类型的供料器分别安装到相应的供料器架上。 (3)印制电路板传输装置 —— 目前大多数贴装机直接采用轨道传输，也有一些贴装机采用工作台传 输，即把 PCB 固定在工作台上，工作台在传输轨道上运行。 (4)贴装头 — 贴装头是贴装机上最复杂、最关键的部件，它相当于机械手，用来拾取和贴放元器件。 (5)贴装头的 x、 Y 定位传输装置 —— 有机械丝杠传输 (一般采用直流伺服电机驱动 )；磁尺和光栅传输。 从理论上讲，磁尺和光栅传输的精度高于丝杠传输；但是在维护修理方面，丝杠传输比较容易。 (6)贴装工具 (吸嘴 )—— 不同形状、大小的元器件要采用不同的吸嘴进行拾放，一般元器件采用真空吸嘴，对于异形元件 (例如没有吸取平面的连接器等 )也有采用机械爪结构的。 (7)对中 系统 —— 有机械对中、激光对中、激光加视觉对中，以及全视觉对中系统。 (8)计算机控制系统 —— 计算机控制系统是贴装机所有操作的指挥中心，目前大多数贴装机的计算机控制系统采用 Windows 界面。 2．贴装机的主要技术指标 (1)贴装精度：贴装精度包括三个内容：贴装精度、分辨率和重复精度。 11 贴装精度 —— 是指元器件贴装后相对于印制板标准贴装位置的偏移量。 一般来讲，贴装Ch 中元件要求达到177。 ，贴装高密度窄间距的 SMD 至少要求达到177。 分辨率 —— 分辨率是贴装机运行时最小 增量 (例如丝杠的每个步进为 mm，那么该贴装机的分辨率为 )的一种度量，衡量机器本身精度时，分辨率是重要指标。 但是，实际贴装精度包括所有误差的总和，因此，描述贴装机性能时很少使用分辨率，一般在比较贴装机性能时才使用分辨率。 重复精度 —— 重复精度是指贴装头重复返回标定点的能力。 贴装精度、分辨率、重复精度之间有一定的相关关系。 (2)贴片速度：一般高速机贴装速度为 ／ Chip 元件以内，目前最高贴装速度为 ／ Ch中元件；高精度、多功能机一般都是中速机，贴装速度为 ／ Chip 元件左右。 (3)对中方式：贴片的对中方式有机械对中、激光对中、全视觉对中、激光和视觉混合对中等。 其中，全视觉对中精度最高。 (4)贴装面积：由贴装机传输轨道以及贴装头运动范围决定，一般最小 PCB 尺寸为 50x50mm，最大 PCB 尺寸应大于 250x300mm。 (5)贴装功能：一般高速贴装机主要可以贴装各种 Chip 元件和较小的 SMD 器件 (最大 25x30mm左右 )；多功能机可以贴装从 (目前最小可贴装 )—— 54x54mill(最大60x60mm)SMD 器 件，还可以贴装连接器等异形元器件，最大连接器的长度可达 150mm。 (6)可贴装元件种类数：可贴装元件种类数是由贴装机供料器料站位置的数量决定的 (以能容纳 8mm 编带供料器的数量来衡量 )。 一般高速贴装机料站位置大于 120 个，多功能机制站位置在 60— 120 之间。 (7)编程功能：是指在线和离线编程以及优化功能。 回流焊接 回流焊的设备结构及原理 1 回流焊接的过程 回流焊的基本原理比较简单，它首先对 PCB 板的表面贴装元件（ SMD）焊盘印刷锡膏，然后通过自动贴片机把 SMD 贴放到预先印制好锡膏的焊盘上。 最后，通过回流焊接炉，在回流焊炉中逐渐加热，把锡膏融化，称为回流（ Reflow），接着，把 PCB 板冷却，焊锡凝固，把元件和焊盘牢固地焊接到一起（见图 9）。 在回流焊中，焊盘和元件管脚都不融化。 这是回流焊（ Reflow Soldering）与金属融焊（ Welding）的不同。 深入的了解回流焊就必须从焊锡膏的作用原理和焊接过程中发生的物理化学变化入手。 锡膏的成分主要锡铅合金的粉 末和助焊剂混合而成。 在受热的条件下，融化的焊锡材料中的锡原子和焊盘或焊接元件（主要成分是铜原子）的接触界面原子相互扩散，形成金属间化合物（ IMC），首先形成的 Cu6Sn5，称nphase，它是形成焊接力的关键连接层， 只有形成了 nphase，才表示有真正的可靠焊接。 随着时间的推移，在 nphase 和铜层之间中会继续生成 Cu3Sn，称为 ∈ phase，它将减弱焊接力量和减低长期可靠性。 在焊点剖面的金相图中，可以清楚地看到这个结构。 电子扫描显微镜（ SEM）显示的 CuSn IMC 金属间化合物是焊点强度 的关键因素，因此许多人员专门研究金属间化合物的变化对焊点的长期可靠性带来的影响 [4][10]。 为了保护焊盘或元件管脚的可焊性，一般它们表面都镀有锡铅合金层或有机保护层。 对非铜的金属材料的管脚一般在管脚镀层和金属之间加有镀镍层 12 作为阻断层防止金属扩散。 这个镍镀层还用来阻挡与焊锡不可焊或不相容的金属与焊锡层的接触 [5]。 另一个有关镀层的问题是关于镀金层的问题，有文章 [5]指出如果焊点中金的成分达到 3~4%以上，焊点有潜在的脆性增大的危险。 2 回流焊温度曲线 要得到好的回流焊接效果必须有一个好的回流 温度曲线（ Profile）。 那么什么是一个好的回流曲线呢。 一个好的回流曲线应该是对所要焊接的 PCB 板上的各种表面贴装元件都能够达到良好的焊接，且焊点不仅具有良好的外观品质而且有良好的内在品质的温度曲线。 3 回流炉的参数设定 要得到一个炉温曲线首先应给回流炉一个参数设定。 回流炉的参数设定一般称为 Recipe。 Recipe 一般包括炉子每区的温度设定，传送带带速设定，以及是使用空气还是氮气。 下表是BTU 炉的一个 Recipe 的设定。 温度设定：（单位： ℃ ） 带速设定：（单位： cm/分） 气体设定： 表中 1T~7T， 1B~7B 分别表示回流炉上下温区的温度设定，传送带带速为 75 cm/分，焊接环境使用空气，不使用氮气。 设定一个回流曲线要考虑的因素有很多，一般包括： 所使用的锡膏特性， PCB 板的特性，回流炉的特点等。 下面分别讨论。 4 锡 膏 特性与回流曲线的重要关系 锡膏特性决定回流曲线的基本特性。 不同的锡膏由于助焊剂（ Flux）有不同的化学组分，因此它的化学变化有不同的温度要求，对回流温度曲线也有不同的要求。 一般锡膏供应商都能提供一个参考回流曲线，用户可在此基础上根据自己的产品特性优化。 它可分为 4 个主要阶段 ： 1）把 PCB板加热到 150℃ 左右，上升斜率为 13 ℃/ 秒。 称预热（ Preheat）阶段。 2）把整个板子慢慢加热到 183 ℃。 称均热（ Soak 或 Equilibrium）阶段。 时间一般为 6090秒。 3）把板子加热到融化区（ 183 ℃ 以上），使锡膏融化。 称回流（ Reflow Spike）阶段。 在回流阶段板子达到最高温度，一般是 215 ℃ +/ 10 ℃。 回流时间以 4560 秒为宜，最大不超过90 秒。 4）曲线由最高温度点下降的过程。 称冷却（ Cooling）阶段。 一般要求冷却的斜率为 2 4℃/秒。 典型的回流焊接温度曲线 预热阶段的目的是把锡膏中较低熔点的溶剂挥发走。 锡膏中助焊剂的主要成分包括松香，活性剂，黏度改善剂，和溶剂。 溶剂的作用主要作为松香的载体和保证锡膏的储藏时间。 预热阶段需把过多的溶剂挥发掉，但是一定要控制升温斜率，太高的升温速度会造成元件的热应力冲击，损伤元件或减低元件性能和寿命，后者带来的危害更大，因为产品已流到了客户手里。 另一个原因是太高的升温速度会造成锡膏的塌陷，引起短路的危险，尤其对助焊剂含量较高（达 10%）的锡膏 均热阶段的设定主要应参考焊锡膏供应商的建议和 PCB 板热容 的大小。 因为均热 阶段有两个作用，一个是使整个 PCB 板都能达到均匀的温度（ 175℃ 左右），均热的目的是为了减少进入回流区的热应力冲击，以及其它焊接缺陷如元件翘起，某些大体积元件冷焊等。 均热阶段另一个重要作用就是焊锡膏中的助焊剂开始发生活性反应，它将清除焊件表面的氧化物和杂质，增大焊件表面润湿性能（及表面能），使得融化的焊锡能够很好地润湿焊件表面。 由于均热段的重要性，因此均热时间和温度必须很好地控制，既要保证助焊剂能很好地清洁焊面，又要保证助焊剂到达回流之前没有完全消耗掉。 助焊剂要保留到回流焊阶段是必需的，它 能促 13 进焊锡润湿过程和防止焊接表面的再氧化。 尤其是目前使用低残留，免清洗（ noclean）的焊锡膏技术越来越多的情况下，焊膏的活性不是很强，且回流焊接的也多为空气回流焊，更应注意不能在均热阶段把助焊剂消耗光。 回流阶段，温度继续升高越过回流线（ 183℃ ），锡膏融化并发生润湿反应，开始生成金属间化合物层。 到达最高温度（ 215 ℃ 左右），然后开始降温，落到回流线以下，焊锡凝固。 回流区同样应考虑温度的上升和下降斜率不能使元件受到热冲击。 回流区的最高温度是由 PCB板上的温度敏感元件的耐温能力决定的。 在回流区 的时间应该在保证元件完成良好焊接的前提下越短越好，一般为 3060 秒最好，过长的回流时间和较高温度，如回流时间大于 90 秒，最高温度大于 230 度，会造成金属间化合物层增厚，影响焊点的长期可靠性 [4]。