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SMT贴片机技术与贴片机  

2013-05-24 16:59:43|  分类: SMT技术文章 |  标签: |举报 |字号 订阅

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贴片技术贴片机 [HIDE]贴片精度达60um,光学定位的精度高于机械定位,但定位时间稍长。
(一)X-Y与Z/
·      X-Y定位系统是评价贴片机精度的主要指标,它包括传动机构和伺服系统;贴片速度的提高意味着X-Y传动机构运行速度的提高而发热,而滚珠丝杆是主要的热源,其热量的变化会影响贴装精度,最新研制的X-Y传动系统在导轨内设有冷却系统;在高速机中采用无磨擦线性马达和空气轴承导轨传动,运行速度做得更快。
西门子贴片机采用同步带-直线轴承驱动,该系统运行噪声低,工作环境好。
X-Y伺服系统(定位控制系统)
由交流伺服电机驱动,并在传感器及控制系统指挥下实现精确定位,因此传感器的精度起关键作用。位移传感器有园光栅编码器、磁栅尺和光栅尺。
1.      园光栅编码器
园光栅编码器的转动部位上装有两片园光栅,园光栅由玻璃片或透明塑料制成,并在片上镀有明暗相间的放射状铬线,相邻的明暗间距称为一个栅节,整个园周总栅节数为编码器的线脉冲数。铬线的多少也表示精度的高低。
其中一片光栅 固定在转动部位作指标光栅,另一片则随转动轴同眇运动并用来计数,因此指标光栅与转动光栅组成一对扫描系统,相当于计数传感器。园光栅编码器装在伺服电机中,它可测出转动件的位置、角度及角加速度,它可以将这些物理量转换为电信号舆给控制系统。编码器能记录丝杆的放置数并将信息反馈给比较器,直至符合被线性量。
该系统抗干扰性强,测量精度取决于编码器中光栅盘上的光栅数及溢珠丝杆导轨的精度。
2.磁栅尺
由磁栅尺和磁头检测电路组成,利用电磁特性和录磁原理对位移进行测量。磁栅尺是在非导磁性标尺基础上采用化学涂覆或电镀工艺在非磁性标尺上沉积一层磁性膜(一般10~20um)在磁性膜上录制代表一定年度具有一定波长的方波或正弦波磁轨迹信号。磁头在磁栅尺上移动和读取磁恪,并转变成电信号输入到控制电路,最终控制AC伺服电机的运行。
磁栅尺的优点是制造简单、安装方便、稳定性高、量程范围大,测量精度高达1~5um,贴片精度一般在0.02mm。
3.光栅尺
由光栅尺、光栅读数头与检测电路组成。光栅尺是在透明下班或金属镜面上真空沉积镀膜,利用光刻技术制作均匀密集条纹(每毫米100~300条),条纹 距离相等且平等。光栅读数头由指示光栅、光源、透镜及光敏器件组成,光栅尺有相同的条纹,光栅尺是根据根据物理学的莫尔条纹形成原理进行位移测量,精度高达0.1~1um,其定位精度比磁栅尺还要高1~2个数量级。
光栅尺对环境要求比较高,特别是防尘,尘埃落在光尺上会引起贴片机故障。
上述三种测量方法仅能对单轴向运动位置的偏差进行检测,而对导轨的变形、弯曲等因素造成的正交或旋转误差却无能为力。
4.Y轴方向运行的同步性
新型贴片机X轴运行采取完全同步控制回路的双AC伺服电机驱动系统,将内部震动降至最低,从而保证了Y轴方向同步运行,其速度快、口音低、贴片头运行流畅轻松。
5.X-Y运动系统的速度控制
调整机运行速度高达150mm/s,瞬时的启动和停止都会产生震动和冲击。最新的X-Y运动系统采用模糊控制技术,运行过程中分三段控制“慢--快――慢”(“S”型)从而使运动变得柔和,也有利于贴片精度的提高,降低噪音。
6.Z轴伺服、定位系统
在泛用机中,支撑贴片头的基座固定在X导轨上,Z轴控制系统的形式有:
1.      园光栅编码器――AC/DC马达伺服2.      系统
与X-Y伺服定位类似,采用园光栅编码器的AC/DC伺服马达-濂珠丝杆或同步机构,马达可安装在侧位,通过齿轮转换机构实现吸嘴在Z轴方向的控制。
3.      圆筒凸轮控制系统
在松下MVB型贴片机中,吸嘴Z方向运动就是这类,贴片时在PCB装载台的配合下完成贴片程序。
7.Z轴的旋转定位
早期采用气缸和挡块来实现,只能做到0、90度控制,现在的贴片机已直接将微型脉冲马达安装在贴片头内部,以实现旋转方向高精度控制。MSR型的分辨率为0.072度/脉冲,它通过高精度的诣波驱动器(减速比为30:1),直接驱动吸嘴装置,由于诣波驱动器具有输入轴与输出轴同心度高、间隙小、振动低等优点,故放置方向分辨率高达0.0024度/脉冲。

(二)光学对中系统
指贴片机在吸取元件时要保证吸嘴吸在元件中心。
原理:贴装头吸取元件后,CCD摄像机对元器件成像,并转化成数字图象信号,经计算机分析出元器件的几何中心和几何尺寸,并与控制程序中的数据进行比较,计算出吸嘴中心与元器件中心在X、Y、O的误差,并及时反馈给控制系统进行修正,以保证元器件引脚与焊盘重合。
组成:光源、CCD、显示器以及数模转换与图像处理系统组成。CCD在给定的视野范围内将实物图像的光强度分布转换成模拟电信号,模拟电信号再通过A/D转换成数字量,经图像系统处理后再转换为模拟图像,最后由显示器瓜出来。
CCD的分辨率:灰度分辩率和窨分辩率
灰度值分辩率是利用图像多级高密度来表示分辩率,机器能分辨给定点的测量光强度,所需光强度越小则其分辩率就越高,一般采用256级灰度值(人眼处理的灰度值仅在50~60左右)。
空间分辩率是指CCD分辩精度的能力,通常用像元素来表示,即规定覆盖原始图像的栅网的大小,栅网越细,网点和像元素越高,分辨精度越高。
通常在分辩率高的场合下,CCD能见到的视野小,而大视野的情况下分辩率较低,故在高速、高精度的场合下装有两种不同视野的CCD。
CCD的光源
为了配合贴片机贴好BGA、CSP之类的器件,在以往元件照明(周围、同轴)基础上增加了BGA照明。BGA照明是LED比以往更加水平。
光学系统的作用:
(1)      对PCB的位置的确认,(2)      识别定位标(3)      志,(4)      通过BUS反馈计算机,(5)      计算出贴片机原点位置误差,(6)      反馈给运动控制系统
(7)      对元器件的确认:元件外形、元件中心、元件引脚的共面性和形变
在PCB设计时还增加了小范围几何位置识别,即在要贴装的细间距QFP位置上再增加元器件图像识别标志,确保细间距器件贴装准确无误
飞行对中技术――在运动中就将位置校正好
(1)      CCD安装在贴片头上,(2)      用此方法QFP的贴装速度由原来的0.7s下降到0.3s;
(3)      CCD采用悬挂式安装,(4)      有利于SMC/SMD运动中校正位置。
(三)贴片头
固定式贴片头――通用型贴片机
(1)      吸嘴的真空系统:吸片时必须达到一定的真空度方能判别拾起元件是否正常,(2)      当元件侧立或因元件“卡带”时会发出报警信号。
(3)      吸嘴的软着陆:贴件时吸嘴会根据元件与PCB接触的瞬间产生的反作用力,(4)      在压力传感器的作用下实现软着陆,(5)      又-称为Z轴的软着陆
(6)      吸嘴的材料与结构:陶瓷材料、金刚石
旋转式多头――高速机
(1)      水平旋转/转塔式(松下、三洋、富士)
有16个贴片头,每个头上有4~6个吸嘴,可以吸放多种大小不同的元件,16个头只能做水平方向旋转,贴片头从一号位从送料器吸件在运动过程中完成校正、测试直到完成贴片
(2)      垂直旋转/转盘式贴片头(西门子)
旋转头上有12个吸嘴,工作时每个吸嘴都吸取元件,并在CCD处调整角误差,吸嘴中均装有真空传感器。通常此类贴片机安装有二组或四组旋转头,其中一组在吸件,另一组在贴片,然后交换功能。
组合式贴片头――安必昂FCM型贴片机
由16个独立贴征头组合而,每小时可贴9.6万片,但每个贴片头只贴6000个,因此精度高、故障率低、噪音低。

供料器
通常有带状(TAPE)、管状(STICK)、秀状(WAFFLE)和散料

传感器――用得越多,表示其智能化水平越高
(1)      压力传感器――监视压力变化
(2)      负压传感器――由负压发生器和真空传感器组成(贴片头),(3)      出现吸不(4)      到元器件或吸不(5)      住元器件时,(6)      它能及时报警
(7)      位置传感器――PCB的传输定位及计数、贴片头和工作台运动检测、辅助机构的运动
(8)      图像传感器――PCB位置、器件尺寸的图像信号。CCD图像传感器
(9)      激光感器――差别元件脚 的共面性(识别缺陷),(10)      当反射光束与发射光束年度相同(11)      时。器件共面性合格
(12)      区域传感器――利用光电原理监控运行空间以保护贴片头的安全
(13)      元件检查――包括供料器供料以及元件的型号与精度检查
(14)      贴片头压力传感器――通过霍(15)      尔压力传感器及伺服(16)      电机的负载特性实现,(17)      有效防止立碑,(18)      无此传感器则会出现成错位及飞片现象

计算机控制系统
使用Windows可通过因特网与机器制造商进行
联系,维修工程师能很快判断故障原因。

贴片机的技术参数
1.      基本参数:PCB尺寸、贴片速度、贴片精度、标2.      准8mm供料器数量、贴装元件尺寸、机器动力参数(电压、气压、功率)
3.      技术参数解析
贴片精度:
定位精度(Placement Accuracy)-实际贴片位置与设定贴片位置的偏差X、Y、
重复精度Replacability-描述贴片机重复地返回贴片位置的能力,贴片精度通常以之代替,与中心的离散度
分辨率(Resolution)-指贴片机机械位移的最小当量,它取决于伺服电机和轴驱动机构上的哉线性编码器的分辨率
实际生产中的贴片精度/贴片准确度
贴片精度除了重复精度外,还应包括PCB/焊盘定位误差、焊盘尺寸误差、PCB光绘误差(CAD)以及片式元器件制造误差
贴片机的过程能力指数Cp/Cpk
Cp=T/B=(Tu-Tl)/6q=(Tu-Tl)/6S     T为公差范围;上限和下限的中心为公差中心(设计中心)Tm,分布中心u,公差中心和分布中心重合时u=Tm,过程无偏移;不重合时出现偏移量,此时应对过程能力指数的计算进行修正。修正后的过程能力指数记为Cpk,Cpk=(1-k)Cp
对贴片机来说为单向偏差,Cpk=Zmin/3q
1.33<Cpk<=2   能力因素充足
1<=Cpk<=1.33   能力因素尚可
1>Cpk       能力因素欠缺
4.      贴片速度:实际贴片速度通常为理论贴片速度的65%~70%
5.      
贴片机
简介
1.      MSR型:16个贴片头的旋转头组成,2.      贴片速度为4.5万3.      片/小时,4.      它由MK、MQ型发展而5.      来,6.      1站吸件,7.      2站检测元件高度,8.      3站根据2站检测进行自动调焦并通过CCD识别三个偏差,9.      4站校正角度偏差,10.      5站对位置念头和高度念头进行校正并在瞬间完成贴片过程,11.      在3站判别不12.      合格的元件将不13.      贴装,14.      11站吸嘴选择,15.      12站吐料,16.      13站吸嘴返回,17.      15站吸嘴伸出吸起ON。采用双吸嘴位置,18.      两处交替拴取元件,19.      使行程减少一半(使贴片速率提高30%)                                                                                                                                                                                                                      
20.      西六子HS-50
21.      Assembleon-22.      FCM
23.      多功能一体机SPARK 400

第十章 波峰技术与设备
基本知识:
传热方式:传导、对流、辐射
二、波峰技术
也称群焊或滚动焊接。
1.      波峰焊机
工位:装板-涂布焊剂-预热-焊接-热风刀-冷却-卸板
波峰面:Chip波,
解决桥联的办法:
(1)      使用可焊性好的元器件/PCB;
(2)      提高助焊剂的活性;
(3)      提高PCB的预热温度,(4)      增加焊盘的润湿性能;
(5)      提高焊料的温度;
(6)      去除有害杂质,(7)      减低焊料的内聚力,(8)      以利于两焊点之间的焊料分离。
焊剂涂布方法有:发泡法、浸渍法、喷雾法和刷涂法。
(1)      发泡法涂布焊剂:在液态焊剂槽内埋有一根管状多孔陶瓷,(2)      且在管内装接有低压压缩空气,(3)      迫使焊剂流出陶瓷管并产生均匀的微小泡沫,(4)      当SMA焊接面经过喷嘴时就均匀地附着上焊剂的涂布。焊剂 的质量主要由多孔陶瓷微孔的均匀性及焊剂的密谋决定。
焊剂发泡工艺参数:
a.      焊剂的液面必须高于多孔陶瓷管顶部10~25mm;
b.      空气压力必须根据多孔陶瓷管孔径来调节,c.      一般在0.3~0.5Mpa左右;
d.      压缩空气必须严格去水、去油,e.      以免污染焊剂;
f.      喷嘴上部的泡沫高度应在0~15mm之间调整,g.      即保证SMA通过时不h.      应浸渍i.      到SMA顶层。
(5)      浸渍(6)      涂布法
  这种方法就是把SMA的焊接面浸到液态焊剂中,但焊剂不应浸到元件面。适于间歇性小批量生产。
(7)      刷涂法涂布
  在焊槽中放置一个园柱形刷体,在转动时下部浸入焊剂,当被焊PCB在上面通过时,毛刷可将焊剂飞溅到PCB上。用于PCB表面保护。
(8)      喷雾法涂布
a.      超声波振荡方式:产生的高频振荡能(20~40Hz),,b.      并通过换能器转化为机械振荡,c.      强迫焊剂成雾化状并送至SMA的焊接面上,d.      目前最先进。
优点:适于任何品牌的助焊剂,可减少70%的不良焊点,采用密闭式可避免助焊剂污染并可均匀地涂沫在PCB上,喷口不会堵塞。
e.      喷嘴喷雾法:类似喷漆,f.      在0.5~3kg/cm2的压力下,g.      焊剂通过喷嘴产生雾化,h.      涂布在SMA焊接面上,i.      适于低固含量(<5%)的焊剂,j.      不k.      用稀释剂,l.      助焊剂与空气隔离不m.      会被污染,n.      可调节喷嘴宽度;喷身均匀性差,o.      且有飘浮焊剂分子,p.      喷嘴有时会出现堵塞。
q.      有网目的滚筒:以不r.      锈钢制成的极精细滚筒在焊剂中旋转,s.      在滚筒内加压缩空气可促使焊剂喷出。

焊剂的烘干(预热)
在波峰焊过程中,SMA涂布焊剂后应立即烘干,可使焊剂中大部分溶剂及PCB制造过程中夹带的水汽挥发;如果依靠焊料槽中的温度进行挥发,会出现冷焊,但如果焊剂过早地从SMA焊接面上挥发,会使焊盘润湿性变差,出现桥接。预热的另一个优点是降低焊接期间对元器件及PCB的热冲击(片式电容)。
通常预热温度控制在90~110度。常见的预热方法:空气对流加热、红外线加热器加热热空气和辐射相结合的方法。
预热温度的测试采用温度记录仪,控头放置在SMA焊接面上,取三个点。
波峰焊接工艺曲线解析:工艺时间
预热开始――与焊剂接触――达到润湿――与焊剂分离――焊料开始凝固――凝固结束
预热时间     润湿时间
            停留/焊接时间                 冷却时间
预热温度:指PCB与波峰面接触前所达到的温度
  SMA类型               元器件             预热温度
单面板组件             通孔器件与混装           90~100
双面板组件                 通孔器件           100~110
双面板组件               混装                 100~110
多 层 板             通孔器件               115~125
多 层 板               混装               115~125

焊接温度:通常高于焊料熔点(183)50~60度,多指锡锅
波峰高度:指PCB吃锡深度,控制在板厚的1/2~2/3
传送倾角:高档波峰焊机通常倾角控制在3~7度,通过倾斜角的调节,可以实现调控PCB与波峰面的焊接时间,适当的倾角会有利于焊料与PCB更快的剥离,使之返回锡锅中。
热风刀:20世纪90年代出现的新技术,是SMA刚离开焊接波峰后,在SMA的下方放置一个窄长的“腔体”,窄长的开口处能吹出4~20x0.068个标准大气压和500~525度的气流,尤如刀状。
  热风刀的高温高压气流吹向SMA上尚处于熔融状态的焊点,过热的风可以吹掉多余的焊锡,也可以填补金属化孔内焊锡的不足,对有桥接的焊点可以立即得到修复,同时由于可使焊点的熔化时间得以延长,故原来那些带有气孔的焊点也能得到修复,可使焊接缺陷大大降低。
  为了获得最佳效果,可调整热风刀的角度40~90度(以水平为基准)以及与SMA底面之间的距离(尽可能近);若焊锡吹到板子上部,则应减少风刀的压力,既要吹掉多余的焊锡,又要保证不使焊料吹到板子上;通常对所有类型的板子压力设置为5~10x0.068个标准大气压,温度为426度,以得到很好的焊接效果。热风刀参数如下:
SMA     元器件     传送带速度   压力   热风刀温度   热风刀角度
单面板   通孔元器件   1~1.5m/min   12x     398         45~60
双面板   混装用通孔   1~1.5       10x     426         55~70
多层板   混装及通孔   1~1.5       14x     454         65~70
焊料张度的影响
杂技主要来源于PCB上焊盘中铜的浸析,过量的铜会导致焊接缺陷增多,如拉尖、桥接和虚焊。当铜的含量达到0.4%以上时,就应采取措施处理。
引起焊料中杂技含量高的另一个原因是过高的锡锅温度,高温下焊料的氧化相当迅速。新型波峰焊机采用氮气充满锡锅上方的空间以防焊料氧化。

助焊剂
通常选用固含量低的品种,对于可焊性相对差的PCB,易产生虚焊。
工艺参数的协调:
波峰焊机的工艺参数带速、预热温度、焊接时间和倾角之间需要互相协调,反复调节,带速影响生产量。协调的原则是,以焊接时间为基础(2~3s),它可以通过波峰面的宽度与带速来计算,反复调节带速与倾斜角以及预热温度,就可以得到满意的波峰焊接温度曲线。
在计算生产能力时还要考虑PCB之间的间隔:PCB的长度为L,间隔为L1,传递速度为V,停留时间为t,每小时产量为N,波宽为W,则传动速度为V=W/t N=60V/(L1+L)
例:一台波峰机波峰面宽度为50mm,停留时间3S,现焊接 400x400mm,PCB的间距100mm,求单班产量。单班时间为7h
带速=0.05/(3/60)=1m/min     单班产量=(60x7)/(0.4+0.1)=840块
实际生产时根据1m/min的速度再调节预热温度,而波峰面的宽度则可调节传送带倾角来保证。

SMT生产中的混装工艺
特点:在PCB一侧(A面)有数量不等的IC器件,并插有通孔元件,在PCB的另一侧(B面)有许多贴片阻容器件(也有IC),常称之为“混装”。
操作过程:在A面采用锡膏-再流焊工艺焊接IC等器件炉中固化;再转至A面,插入通孔元件;波峰焊接B面CB整理、清洗、测试和总装。
焊接死区:因片式元件没有引脚,直接黏接在PCB上,元件与PCB表面成锐角,这样流动的焊料沿切线方向冲击电阻和电容的表面而不易达到矩形元件与PCB颊所形成的角落,在这个角落中聚集着的焊剂易形成气泡和残留物,从而出现焊接不良,称这个角落为“焊接死区”。
贴片-波峰焊的另一问题是:为了保证PCB的平整其表面涂覆常为镀金或预热助焊剂,助焊效果不及片式元件端头的Sn/Pb涂层热风整平工艺。两者的润湿时间不同,元件端头首先与焊料接触,故也易造成焊接死区。
为了克服“焊接死区”,通常采用双波峰焊接技术,即啬脉冲波,使焊料波从垂直方向冲击“焊接死区”;此外还应使用低固含量的焊剂,以减少死区内的残留物;增加PCB预热温度,以改善可焊性;改进元件的排列方向(垂直于运动方向),IC尽量放在A面,若要放在B面不仅要注意方向还应增加辅助焊盘。并用减少死区角落等手段达到减少不良焊点率。

波峰焊机的改进与发展
1.      -2.      波:波由一个平坦的主峰区(较宽)和一个弯曲的副峰区组成。
SMA与波峰接触时间较长,因此焊料的擦洗作用最佳。由于喷嘴前安装有挡板控制波峰形状,从而就控制了波峰的速度特性,这样在喷嘴前面形成了较大的相对速度为零的区域,在其相对速度为零的那点进行焊接,有助于减少焊点拉尖和桥接现象。
3.      T形波:将-4.      波主峰波缩短、副峰波引伸而5.      成,6.      其特点是把波峰变得很宽,7.      使焊接时间得到保证,8.      焊料表面张力有充分时间把多余的焊料完全拖回波峰,9.      从而10.      减少了桥接现象。
11.      振荡波(Omega Wave):“”波,12.      也是由-13.      波演变而14.      来,15.      焊料出口内装有振动源,16.      使,17.      使锡波表面产生小波幅振动,18.      增加焊接功能,19.      突破焊盘附近包围的气体,20.      促使焊料润湿元器件引脚,21.      有效地解决“焊接死区”问题,22.      但在元件高低差异大或密谋过高时不23.      佳。
24.      气泡式锡波(日本):Bubble Wave,25.      将空气或氮气由锡槽下方打入锡锅中,26.      这些气泡随焊料上浮有较高的动能,27.      从而28.      打散焊点处包围的气体,29.      使焊料较易进入焊盘。
30.      “O”型放置波:采用一个主峰并对其运动状态做了改进,31.      在喷嘴中装有一组S型栅栏,32.      并做往复33.      运动,34.      从而35.      导致液态焊料产生“O”型运动,36.      当它与SMC接触时能有效地包围SMC焊点,37.      从而38.      达到减少“焊接死区”的目的,39.      制造成本和焊料氧化程度也减低。
40.      双峰波:增加一个湍流波,41.      又称脉冲波,42.      其作用是在“垂直”方向上冲击片式元件的焊盘,43.      故能有效地克服44.      “焊接死区”现象,45.      再加上平波的整理作用,46.      更使焊接效果得到有力保证。
47.      喷射式波峰焊接机:80年代西欧浒,48.      高速单向流动的焊料波,49.      流速快,50.      焊料始终被防氧化油覆盖,51.      高温油还配有过滤循环系统和加热功能,52.      既可保持焊料与空气的隔离又可清除掉少量的氧化物,53.      故具有优良的焊接效果和节约焊料的特点。
54.      充氮气的波峰焊机:氮气下可以提高焊料的润湿力,55.      特别是可以波峰处的氧化。
56.      计算机辅助波峰焊机(CAW):利用计算机有效地控制波峰焊机的参数,57.      如焊剂密谋、助焊剂的泡沫密度、传送带速度、预热温度、焊料高度、焊料温度和波峰高度等。
58.      电磁泵波峰焊接机的工作原理:耗电量少,59.      焊料氧化程度明显下降

波峰焊接机中常见缺陷:
1.      拉尖:原因-2.      预热温度低、锡缸温度低、PCB传送倾角小、波峰不3.      良、焊剂失败和元件引线可焊性差等因素。对策-4.      调整……
5.      桥连:原因-6.      预热温度低、锡缸温度低、焊锡铜含量过高,7.      助焊剂失效或密谋推失调,8.      印制板布局不9.      合适、PCB变形。对策-10.      调整温度、化验杂质
11.      虚焊:原因-12.      元器件可焊性差、预热温度低、焊料问题、助焊剂活性低;焊盘孔太大、PCB氧化、板面有污染、传送速度过快和锡缸温度低。对策-13.      调整温度、化验、调整密谋、设计小焊盘孔、清除PCB氧化物、调整传送速度
14.      锡薄:原因-15.      元器件引线可焊性差,16.      焊盘太大,17.      焊盘孔太大,18.      焊接角度太大传送速度过快,19.      锡缸温度高,20.      焊剂涂敷不21.      均匀和焊料含锡量不22.      足。
23.      漏焊(局部开孔):原因-24.      引线可焊性差,25.      焊料波峰不26.      稳,27.      助焊剂失效、焊剂喷涂不28.      均匀、PCB局部可焊性差、传送链抖动、预涂焊剂和助焊剂不29.      相溶和工艺流程不30.      合理。
31.      PCB板变形大:原因-32.      工装夹具故障、装夹具操作问题、PCB预加热不33.      均匀、预温度过高、锡缸温度过高、传送速度慢、PCB选材问题、PCB储藏爱潮和PCB太宽;对策-34.      修理或理发设计、加强工艺纪律、修理预热装置、调整预热温度、调整锡缸温度、调整传送速度、另选板材、加强管理和波峰中间位置加钢丝。
35.      PCB铜箔翘起:原因-36.      板材质量差、PCB储藏不37.      好、焊接温度过高和导条设计不38.      合理;对策-39.      设计更换纪律、加强管理、调整温度和更改设计。
40.      浸润性差:原因-41.      元件/焊盘可焊性差,42.      助焊剂活性差和预热/锡锅温度不43.      够。

第十一章       再   流   焊

1、      概述:
再流焊亦称回流焊,通过重新熔化预先放置的焊料而形成焊点,在焊接过程中不需添加任何额外焊料的一种焊接方法。
与波峰焊相比有如下优点:
1.      焊膏定量分配,2.      精度高、焊料受热 次数少、不3.      易混入杂技且使用量较少;
4.      适用于各种高精度、高要求的元器件;
5.      焊接缺陷少,6.      不7.      良焊点率小于10ppm。
2、      红外再流焊
1)      第一代-2)      热板式再流焊炉
3)      第二代-4)      红外再流焊炉
热能中有80%的能量是以电磁波的形式――红外线向外发射的。其波长在可见光之上限0.7~0.8um到1mm之间,0.72~1.5um为近红外;1.5~5.6um为中红外;5.6~1000um为远红外,微波则在远红外之上。
升温的机理:当红外波长的振动频率与被辐射物体分子间的振动频率一致时,就会产生共振,分子的激烈振动意味着物体的升温。波长为1~8um
第四区温度设置最高,它可以导致焊区温度快速上升,提高泣湿力。
优点:使助焊剂以及有机酸和卤化物迅速水利化从而提高润湿能力;红外加热的辐射波长与吸收波长相近似,因此基板升温快、温差小;温度曲线控制方便,弹性好;红外加热器效率高,成本低。
缺点:穿透性差,有阴影效应――热不均匀。
对策:在再流焊中增加了热风循环。
5)      第三代-6)      红外热风式再流焊
对流传热的快慢取决于风速,但过大的风速会造成元件移位并助长焊点的氧化,风速控制在1.0~1.8m/s。热风的产生有两种形式:轴向风扇产生(易形成层流,其运动造成各温区分界不清)和切向风扇(风扇安装在加热器外侧,产生面板涡流而使第个温区可精确控制。
基本结构与温度曲线的调整:
1.      加热器:管式加热器、板式加热器(铝板或不2.      锈钢板)
3.      传送系统:耐热四氟乙烯玻璃纤维布,4.      运行平稳、导热性好,5.      但不6.      能连线,7.      适用于小型热板型;不8.      锈钢网,9.      不10.      适用于双面PCB,11.      也不12.      能连线;链条导轨,13.      可实现连线生产
14.      强制对流系统:
15.      温控系统:

3、      通孔再流焊(PIHR)
工艺流程:
1.      单面板:
(1)      在贴装与插件焊盘同(2)      时鲺锡膏;
(3)      贴放SMC/SMD;
(4)      插装TMC/TMD;
(5)      再流焊
2.      双面板
(1)      锡膏-(2)      再流焊工艺,(3)      完成双面片式元件的焊接;
(4)      然后在B面的通孔元件焊盘上涂覆锡膏;
(5)      反转PCB并插入通孔元件;
(6)      第三次再流焊。
   
4、      无铅锡膏再流焊的注意事项
1.      与SMB的相容性,2.      包括焊盘的润湿性和SMB的耐热性;
3.      焊点的质量和焊点的抗张强度;
4.      焊接工作曲线:
预热区:升温率为1.3~1.5度/s,温度在90~100s内升至150度
保温区:温度为150~170度,时间40~60s
再流区:从170到最高温度240度需要10~15s,回到保温区约30s
快速冷却
5、      Flip Chip再流焊技术F.C
即倒装贴片,可采用类似BGA的焊接方法
1.      底层填料工艺:裸芯片预涂助焊剂――放置到PCB上――再流焊――清洗助焊剂――检验合格点胶――固化
2.      助焊/固化剂工艺:在SMB上涂具有助焊又能固化的树脂――将F.C放于SMB上――再流焊
        *在F.C焊后加胶――由于F.C的热膨胀系数(CTE)与环氧板的差异性会导致F.C的使用寿命缩短。
    选用:应有下加热器,并有独立温控系统,以实现对SMA底部的加热
  六、
6、      汽相再流焊
又称汽相焊(Vapor Phase Soldering,VPS),美国最初用于厚膜集成电路的焊接,具有升温速度快和温度均匀恒定的优点,但传热介质FC-70价格昂贵,且需FC-113,又是臭氧层损耗物质
优点:
1.      汽相潜热释放对SMA的物理结构和几何形状不2.      敏感,3.      使组件均匀加热到焊接温度
4.      焊接温度保持一定,5.      无需采用温控手段,6.      满足不7.      同8.      温度焊接的需要
9.      VPS的汽相场中是饱和蒸气,10.      含氧量低
11.      热转化率高。

7、      激光再流焊
1.      原理和特点:利用激光束直接照射焊接部位,2.      焊点吸收光能转变成热能,3.      加热焊接部位,4.      使焊料熔化。
5.      种类:固体YAG(乙铝石榴石)激光器,6.      另一种是CO2气体激光器


第 12 章 焊接质量评估与检测

SMT自动检测方法:元件测试、PCB光板测试、自动光学测试、X光测试、SMT在线测试、非向量测试以及功能测试。
一连接性测试
1.      人工目测检验(加辅助放大镜):IPC-A-610B焊点验收标2.      准基本上以目测为主。
1)      优良的外观:润湿程度良好;焊料在焊点表面铺展均匀连续,2)      边沿接触角一般应<30,3)      对于焊盘边缘的焊点,4)      应见到变月面;焊点处的焊料层要适中,5)      避免过多过少;焊点位置必须准确;焊点表面应连续和圆滑。
6)      主要缺陷:(1)桥连/桥接-7)      短路;(2)立碑,8)      吊桥、曼哈顿和墓碑-9)      片式阻容元件;(3)错位-10)      元件位置移动出现开路状态;(4)焊膏未熔化;(5)吸料/芯吸现象-11)      QFP、SOIC
3.      自动光学检查(AOI):通过淘汰对SMA进行照射,4.      用光学镜头将SMA反射光采集进行运算,5.      经过计算机图像处理系统处理从而6.      判断SMA上元件位置及焊接情况。Automatied Optical Inspection.
1)      丝网印刷后AOI:焊膏缺失、焊膏桥接、焊膏塌落;进一步要求能够测量焊膏的高度及面积;
2)      器件贴装后AOI:元件漏贴、元器件极性错/器件品名3)      识别、元器件偏移/歪斜、片式元件侧立/直立;
4)      再流焊后AOI:通过焊锡的浸润状态可以推断出焊锡的焊接强度。摄像头拍摄下的图像是由许多像素组成,5)      并且每一像素都有一定的灰度值(0~256),6)      通过一定的数学模型进行图像信息处理,7)      可以精确判定焊接质量。
7.      回流焊后AOI检测原理及算法
检测方法及原理:CCD对SMA需要检测的部位进行图形拍摄,每一幅图像称为视场FOV(Field of view),一个FOV是由许多像素(pixel)组成组成,每一像素都有一灰度值(0~256),AOI就是根据每一个元件焊点所拍摄到像素多少以及每一个像素的灰度值进行量比评估,并以此为依据做出焊点质量好坏的结论。
1.      在AOI检测程序中将同2.      一类器件设有相同3.      的模型(MODEL),4.      每个模型都有许多与检测有关的窗口(inspection window),5.      每个检测窗口都设有一种计算规则( algorithm),6.      双称“算法”
7.      用一个角度摄像头(camera),8.      配有一种灯光(light mode),9.      设置一个通过值(pass level),10.      窗口检查的故障类型(error class)

AOI的基本算法
1.      亮度(BRIGHT)
2.      暗度(DARK)
3.      对比度(CONTRAST)
4.      无对比度(NO CONTRAST)
5.      水平线(HORIZONTAL LINE)
6.      无水平线
7.      垂直线(VERTICAL LINE)
8.      无垂直线
9.      亮度百分比(PERCENT WHITE)和暗百分比(PERCENT BLACK)

激光/红外线组合式检测系统
原理:通过激光光束对被测物进行照射,利用热容量的大小所产生的表面状态变化,即由物体发热、温度上升的强弱差异,来实现对焊点的自动检测
不同SMD对激光光束吸收率的变化与多种不良状态有着密切的关系。焊接温度过度的的PCB组件,焊点面常常模糊无光泽,或者容易出现表面粗糙的魄微粒状,这些不良焊接对光束的吸收率高,检测时会使焊接点温度快速上升,使热过程曲线处于高水平。

X射线检测仪:
具有很强的穿透性,其透视图可显示焊点厚度、形状及质量密度分布,这此指标能充分反映出焊点的焊接质量,如开路、短路、孔、洞内部气泡以及锡量不足。
有两种类型:直射式X光检测仪、断层剖面X光检测仪。
最小分辨率/用途:50um 整体缺陷; 10um一般PCB检测与质量控制、BGA检测; 5um细间距引线与焊点检测um级BGA检测、倒装片检测、PCB缺陷分析与工艺控制;1um键合裂纹检测、微电路缺陷检测。

在线测试仪(In-circuit test)简称ICT:
对元件极性贴错、元件品种贴错、数值超过标称值允许的范围进行性能测试,并同时检查出影响其性能的相关缺陷,包括桥联、虚焊、开路以及元件极性贴错、数值超差等,并根据暴露出的问题及时调整生产工艺。接触式检测技术。
有两种:制造缺陷分析仪MDA(Manutacturing Defects Analyzer),ICT的早期形式,它只能模拟测试模拟电路的组伯板;另一种是ICT,它几乎可以测试到所有与制造过程有关的缺陷,并能精确判断出有缺陷元件,多采用中央处理器技术。

向量法测试技术
指把N分频器计算器的输出方波加到器件的输入端,以完成对器件的激励并根据器件的真值表确定所加的测试频率,测试系统再用测试标准板与被测器件进行比较和评估。也称格雷码法。

边界扫描技术
通过具有边界扫描功能的器件来实现,因此边界扫描测试技术又是专门针对这类器件而执行。
用于那些复杂的VLSI或ASIC器件,在芯片内部插入标准的边界扫描单元(Boundary Scan Cell),这些单元彼此串联在主逻辑电路周围,构成了移位寄存器。
边界扫描技术以其虚拟的接触解决了高密谋、细间距引脚难以测试的问题。

非向量测试(Veclorless Test)技术
1.      电容耦合测试(FRAME SCAN)
功能:能检查出多种IC封装器件的开路、桥连缺陷如PLCC、QFP、DIP,还可以发现组件中非硅元件的连接开路。
原理:在被器件上放置一块金属片感应器,器件引脚架、金属片感应器及封装材料三者就形成一个微小的电容,然后每个引脚依次加入AC激励,同时接收到IC顶部金属片感应器的感应信号。
2.      模拟结测试(Delta Scand)
3.      频率电感耦合测试(WAVE SCAN)
4.      飞针测试仪(FLYING PROBO TESTER)――针床式在线测试仪的最新改进


功能测试
测试整个系统是否能够实现设计目标,三个基本单元――加激励、惧响应并根据标准组件的响应评价被测试组件的响应。有诊断程序用来鉴别和确定故障。
1.      特征分析(SA)测试技术:动态数字测试
2.      复3.      合测试仪:把在线测试仪和功能测试集成到一个系统的食品(ATE),特别适应高密谋封装及含各种复4.      杂IC芯片的组件板的测试

SMT生产中常见缺陷及对策
1.      立碑――润湿力不2.      平衡
(1)      焊盘设计与布局不(2)      合理:一边接地(热容量大)或一边焊盘太大
(3)      锡膏与锡膏印刷:锡膏活性不(4)      高、元件可焊性差;改善印刷参数特别是模板窗口 尺寸
(5)      贴片:Z轴方向爱力不(6)      均匀,(7)      会导致元件浸入到锡膏中的深浅不(8)      一,(9)      熔化时会因时间差而(10)      导致立碑
(11)      炉温曲线:炉体过短、温区太少;测三个点――A焊点温度205~220度,(12)      B板表面温度<240度,(13)      C.元件表面温度<230度(在保温区余率太高)
(14)      N2再流焊中氧浓度:在含氧过低时立碑反面增多,(15)      100ppm为最宜
3.      锡珠――有两类A.在元件侧为一个大锡球,4.      B.在IC引脚四周呈小珠状
(1)      温度曲线不(2)      正确:预热、保温区升温率与升时间要适中
(3)      焊膏质量:金属含量过低会导致焊剂成份过高因预热阶段不(4)      易挥发而(5)      引起飞珠;锡膏中水蒸汽/氧含量增加的原因――回温时间不(6)      足、没有及时盖严
(7)      印刷与贴片:印刷偏移锡膏浸流到焊盘外,(8)      印刷工作环境温度与湿度不(9)      良;贴片过程中Z轴的压力会将锡膏挤到焊盘外
(10)      模板的厚度与开口尺寸:模板的厚度与开口尺寸过大,(11)      膏量大而(12)      漫流到焊盘外,(13)      一般模板开口面积为焊盘尺寸的90%
5.      焊接后PCB阻焊膜起泡
印制板组件在焊接后会在个别焊点周围出现浅绿色小泡,严重时还会出现指甲盖大小的泡状物,不仅影响外观质量,严重时还会影响性能,是焊接工艺中经常出现的问题之一。
阴焊膜起泡的根本原因,在于阴焊膜与PCB基材之间存在气体/水蒸气。微量的气体/水蒸气会夹带到不同的工艺过程,当遇到高温时,气体膨胀,导致阴焊膜与PCB基材的分层。焊接时,焊盘温度相对较高,故气泡首先出现在焊盘周围。
PCB在加工过程经常需要清洗,干燥后再做下道工序,如腐刻后,应干燥后再贴阻焊

SMT贴片机技术与贴片机 - 38256200 - SMT技术培训的博客
 
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