表面装贴技术.docx
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表面装贴技术
包头师范学院
本科毕业论文
题目:
表面贴装技术
学号:
1114860051
学生姓名:
罗文慧
学院:
信息科学与技术学院
专业:
电子信息科学与技术
班级:
11级
指导教师:
尹淑娟
二〇一二年十一月
摘要
表面贴装技术(SurfacdMountingTechnolegy简称SMT)是新一代电子组装技术,它将传统的电子元器件压缩成为体积只有几十分之一的器件,从而实现了电子产品组装的高密度、高可靠、小型化、低成本,以及生产的自动化。
这种小型化的元器件称为:
SMY器件(或称SMC、片式器件)。
将元件装配到印刷板(或其它基板)上的工艺方法称为SMT工艺。
相关的组装设备则称为SMT设备。
目前,先进的电子产品,特别是在计算机及通讯类电子产品,已普遍采用SMT技术。
国际上SMD器件产量逐年上升,而传统器件产量逐年下降,因此随着进间的推移,SMT技术将越来越普及。
关键词:
表面贴装技术;焊膏印刷;零件贴装;回流焊接
目录
1引言………………………………………………………………4
2焊膏印刷……………………………………………………………5
2.1焊膏印刷的工艺简介……………………………………………5
3.零件贴装…………………………………………………………7
3.1零件贴装操作步骤………………………………………………7
3.1.1零件贴装允许误差范围………………………………………7
3.1.2保证贴装质量的三素…………………………………………8
4回流焊接………………………………………………………9
5结论…………………………………………………………12
6致谢…………………………………………………………………13
1引言
二十世纪后半叶是值得人们回忆的。
电子计算机的诞生,智能化控制的成熟,网络通信的兴旺,标志着以信息技术为代表的高新技术己成为社会经济发展和改造传统产业的生力军,而建立在半导体和大规模集成电路技术高速发展的基础上,作为新一代电子组装技术的代言人,表面贴装技术的发展和推广应用对此次信息革命的意义极其深远。
与互联网一样,表面贴装技术源自于六十年代美国军用电子及航空电子领域的设备制造。
早期由于该技术尚不成熟及成本高昂,因此仅应用于美国波音公司与休斯公司等极少数厂商,其发展受到了极大限制。
然而,时至七十年代末,高密度印刷电路板与大规模集成电路技术的高速发展,为表面贴装技术的推广与普及提供了可能性。
于是,表面贴装技术因其不可比拟的优势迅速取代了传统的通孔插装技术,进入消费类与信息类产品。
时下轻便流行的笔记本电脑、手机,无一不得益于此。
而作为电子类产品之一,自动化控制仪表也逐渐将目光聚焦于此项欣欣向荣的新技术。
2焊膏印刷
指将粘膏状的焊锡材料按产品上电子零件的分布,印刷于电路板上。
其作用是将焊膏或贴片胶漏印到PCB的焊盘上,为元器件的焊接做准备。
所用设备为印刷机,位于SMT生产线的最前端。
2.1焊膏印刷的工艺简介
一:
印刷焊膏
1:
准备焊膏、模板、PCB板
2:
安装及定位
先用放大镜或立体显微镜检查模板上的漏孔有无毛刺或腐蚀不透等缺陷,如果有缺陷用小什锦锉修理好。
把检查过的模板装在印刷台上,把需要焊接的电路板取一块放到印刷台面上,下面即可开始对准定位。
移动电路板,将电路板上的一些大的焊盘和模板的开口对准,差不多对准90%,再用印刷台微调螺铨调准。
即可印刷。
3:
印刷焊膏把焊膏放在模板前端,尽量放均匀,注意不要加在漏孔里,焊膏量不要太多。
在操作过程中可以随时添加。
用刮板从焊膏的前面向后均匀地刮动,刮刀角度为45-60度为宜,刮完后将多余的焊膏放回模板的前端。
抬起模板,将印好的焊膏PCB取下来,再放上第二块PCB。
检查印刷结果,根据印刷结果判断造成印刷缺陷的原因,印刷下一块PCB时,可适当改变刮板角度,压力和印刷速度,直到满意为止。
印刷时,要经常检查查印刷质量。
发现焊膏图形沾污(连条),或模板漏孔堵塞时,随时用无水乙醇无纤维纸或纱布擦模板底面。
印刷窄间距产品时,每印刷完一块PCB都必须将模板底面擦干净。
二:
注意事项
1:
刮板角度一般为45-60度。
角度太大,易产生焊膏图形不饱满,角度太小,易产生焊膏图形沾污。
2:
由于是手工印刷,在刮板的长度和宽度方向受力不容易均匀,因此刚开始印刷时,一定要多观察,细体会,要掌握好适当的刮板压力。
压力太大,容易使焊膏图形沾污(连条),压力太小,留在模板表面的焊膏容易把漏孔中的焊膏一起带上来,造成漏印,并容易使焊膏堵塞模板的漏印孔。
3:
手工印刷的速度不要太快,速度太快容易造成焊膏图形不饱满的印刷缺陷。
4:
在正常生产过程中,印刷速度一般都比贴片速度快,而焊膏露在空气中很容易干燥,印刷焊膏的PCB一般可在空气中放置2-6个小时,具体要根据所使用的焊膏的粘度,空气湿度等情况来决定。
因此印刷完一批后,要把焊膏回收到容器中,以免助焊剂中的溶剂挥发太快而使焊膏失效。
另外,暂停印刷时要把模板擦干净,特别注意漏孔不能堵塞。
5:
如果双面贴片的话,印刷第二面时需要加工专门的印刷工装。
即在印刷工装的台面上加工垫条,把PCB架起来。
垫条必须加在PCB的第一面(已经完成贴装和焊接)没有贴片元器件的相应位置,垫条的材料可采用印刷板的边角料或窄铝条,垫条的高度略高于PCB第一面上最高的元器件,由于PCB在印刷工装台面上的高度提高了,在印刷工装固定模板处垫片的高度和印刷工装台面上PCB定位销的高度也要相应提高。
6:
一般应先印组件小、组件少的一面,待第一面贴片焊接完成后,再进行组件多或有大器件一面的印刷、贴片和焊接。
3.零件贴装
指将电子零件贴装于已印有焊膏的电路板上。
将SMD器件贴到PCB板上。
在SMT流程中,贴片加工环节是完全靠机器完成的,当然也有采用手工贴片的,不过那是针对量少、元件数不多而且对加工品质要求不严格的产品。
下面以手工贴装技术为主做介绍。
3.1零件贴装操作步骤
1:
个装配位的类型,型号,标称值,极性等特征标记要符合产品的装配图和明细要求。
2:
装贴好的元器件要完好无损。
3:
装贴元器件焊端不小于1/2厚度要进入焊膏。
对于一般元器件贴片时的焊膏出量(长度)应当小于0.22mm,对于窄间距元器件贴片时的焊膏长度应当小于0.1mm.
4:
元器件的端头或引脚均和焊盘图形对齐,居中。
由于在流焊有自定位时效应,因此元器件装贴位置允许有一定得偏差。
3.1.1零件贴装允许误差范围
1矩形元件:
在PCB板设计正确的条件下,元件的宽度方向焊端宽度3/4以上在焊盘上,在元件的与焊盘长度方向元件的焊端交焊盘叠后,伸出部分要大于焊端高度的1/3。
有旋转偏差时,元件焊端得3/4以上必须在焊盘上。
装贴时必须注意,元件焊端必须接触焊膏图形。
2小外形晶体管(SOT):
允许X,Y,T(旋转角度)有偏差,但引脚必须全部位于焊盘上。
3小外形晶体管(SOTC):
允许X,Y,T(旋转角度)有贴装偏差,但必须保证引脚宽度的3/4全部位于焊盘上。
4四边扁平形封装器件和超小型封装器件:
要保证引脚宽度的3/4全部位于焊盘上,允许X,Y,T(旋转角度)有较小贴装偏差。
允许引脚的趾部少量伸出焊盘,但必须有3/4长度在焊盘上,根部引脚的也必须在焊盘上。
贴片工艺要求
3.1.2保证贴装质量的三要素
1:
元件正确
要求各装配位号元器件的类型,型号,标称值和极性等特征标记要符合产品的装配图和明细表的要求,不能贴错位置。
2:
位置准确
(1)元器件的端头或引脚均和焊盘图形对齐,居中。
还要保证元件焊端接触焊膏的图形。
(2)元器件贴装位置要满足操作步骤。
两端的Chip元件自定位的效应比较大,贴装元器件的宽度方向的1/2~3/4焊盘上以上搭接在焊盘上。
长度方向两个端头只要搭接在相应的焊盘上接触焊膏。
在流焊时就能够自定位,但如果其中一个端头没有搭接到焊盘上或没有接触焊膏,在流焊就会产生移位或吊桥。
对于SOP,SOJ,QFP,PLCC等器件的自定位作拨正。
用比较小,贴装偏移是不能同过在流焊校正的。
如果贴片位置超出允许偏差范围,必须进行人工在进行流焊。
否必须则在流焊后返工,会造成工时,材料的浪费,
甚至会影响产品的可靠性。
生产过程中发现贴片偏移,应当及时矫正。
手动贴装或手动拨正时要求贴片位置准确,印脚与焊盘对齐,居中,切勿贴放部准。
不准在焊膏上拖动,以免焊膏图形粘连,造成桥接。
3)压力适度
贴片压力要恰当适合。
贴片压力过小,元器件焊端引脚浮在焊膏表面,焊膏粘不住元器件,在传递和在流焊时容易产生位置移动。
贴片压力过大,焊膏挤出量过多,容易造成焊膏粘连,在流焊时容易产生桥接,同时也会由于滑产生位置偏移,严重时会损害元器件
4回流焊接
1.回流焊设备
在电子制造业中,大量的表面组装组件(SMA)通过回流焊进行焊接,回流焊的热传递方式可将其分为三类:
远红外、全热风、红外/热风。
1)远红外回流焊
八十年代使用的远红外回流焊具有加热快、节能、运行平稳等特点,但由于印制板及各种元器件的材质、色泽不同而对辐射热吸收率有较大差异,造成电路上各种不同元器件以及不同部位温度不均匀,即局部温差。
例如,集成电路的黑色塑料封装体上会因辐射吸收率高而过热,而其焊接部位———银白色引线上反而温度低产生虚焊。
另外,印制板上热辐射被阻挡的部位,例如在大(高)元器件阴影部位的焊接引脚或小元器件会由于加热不足而造成焊接不良
(2)全热风回流焊
全热风回流焊是一种通过对流喷射管嘴或者耐热风机来迫使气流循环,从而实现被焊件加热的焊接方法,该类设备在90年代开始兴起。
由于采用此种加热方式,印制板(PCB)和元器件的温度接近给定加热温区的气体温度,完全克服了红外回流焊的局部温差和遮蔽效应,故目前应用较广。
在全热风回流焊设备中,循环气体的对流速度至关重要。
为确保循环气体作用于印制板的任一区域,气流必须具有足够快的速度,这在一定程度上易造成印制板的抖动和元器件的移位。
此外,采用此种加热方式的热交换效率较低,耗电较多
(3)红外热风回流焊
这类回流焊炉是在红外炉基础上加上热风使炉内温度更均匀,是目前较为理想的加热方式。
这类设备充分利用了红外线穿透力强的特点,热效率高、节电;同时有效克服了红外回流焊的局部温差和遮蔽效应,并弥补了热风回流焊对气体流速要求过快而造成的影响,因此这种回流焊目前是使用得最普遍的。
2.温度曲线分析
温度曲线是指SMA通过回流炉,SMA上某一点的温度随时间变化的曲线;其本质是SMA在某一位置的热容状态。
温度曲线提供了一种直观的方法,来分析某个元件在整个回流焊过程中的温度变化情况。
这对于获得最佳的可焊性,避免由于超温而对元件造成损坏以及保证焊接质量都非常重要
3.温度曲线热容分析
理想的温度曲线由四个部分组成,前面三个区加热和最后一个区冷却。
一个典型的温度曲线其包含回流持续时间、锡膏活性温度、合金熔点和所希望的回流最高温度等。
回流焊炉的温区越多,越能使实际温度曲线的轮廓达到理想的温度曲线。
大多数锡膏都能用有四个基本温区的温度曲线完成回流焊工艺过程。
(1)预热区
也叫斜坡区,用来将PCB的温度从周围环境温度提升到所须的活性温度。
在这个区,电路板和元器件的热容不同,他们的实际温度提升速率不同。
电路板和元器件的温度应不超过每秒3℃速度连续上升,如果过快,会产生热冲击,电路板和元器件都可能受损,如陶瓷电容的细微裂纹。
而温度上升太慢,锡膏会感温过度,溶剂挥发不充分,影响焊接质量。
炉的预热区一般占整个加热区长度的15~25%
(2)活性区
也叫做均温区,这个区一般占加热区的30~50%。
活性区的主要目的是使SMA内各元件的温度趋于稳定,尽量减少温差。
在这个区域里给予足够的时间使热容大的元器件的温度赶上较小元件,并保证焊膏中的助焊剂得到充分挥发。
到活性区结束,焊盘、焊料球及元件引脚上的氧化物被除去,整个电路板的温度达到平衡。
应注意的是SMA上所有元件在这一区结束时应具有相同的温度,否则进入到回流区将会因为各部分温度不均产生各种不良焊接现象。
一般普遍的活性温度范围是120~170℃,如果活性区的温度设定太高,助焊剂没有足够的时间活性化,温度曲线的斜率是一个向上递增的斜率。
虽然有的锡膏制造商允许活性化期间一些温度的增加,但是理想的温度曲线应当是平稳的温度。
(3)回流区
有时叫做峰值区或最后升温区,这个区的作用是将PCB的温度从活性温度提高到所推荐的峰值温度。
活性温度总是比合金的熔点温度低一点,而峰值温度总是在熔点上。
典型的峰值温度范围是焊膏合金的熔点温度加40℃左右,回流区工作时间范围是30-60s。
这个区的温度设定太高会使其温升斜率超过每秒3℃,或使回流峰值温度比推荐的高,或工作时间太长可能引起PCB的过分卷曲、脱层或烧损,并损害元件的完整性。
回流峰值温度比推荐的低,工作时间太短可能出现冷焊等缺陷
(4)冷却区
这个区中焊膏的锡合金粉末已经熔化并充分润湿被连接表面,应该用尽可能快的速度来进行冷却,这样将有助于合金晶体的形成,得到明亮的焊点,并有较好的外形和低的接触角度。
缓慢冷却会导致电路板的杂质更多分解而进入锡中,从而产生灰暗粗糙的焊点。
在极端的情形下,其可能引起沾锡不良和减弱焊点结合力。
冷却段降温速率一般为3~10℃/S
总结
通过这次关于SMT生产工艺流程的设计,对SMT生产工艺有了深刻的了解,对生产中出现的一些问题有了新的认识,能更好的解决实际生产中出现的一些问题。
这次SMT工艺流程设计使我受益匪浅!
参考文献
《表面贴装技术》李佳朱浩悦
致谢
在这次实训中,尹淑娟老师对我细心讲解,认真指导。
并给出许多实质性的意见。
在此,特别感谢尹老师的辛苦付出!
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- 表面 技术