SMT建生产线设计方案浅析.docx
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SMT建生产线设计方案浅析
一、分析建线的可行性
1.背景和发展的状况
拥有自己的整机组装生产线,但对于整机中尤为重要的单板(PCBA是采取和外协厂合作的
方式。
随着公司日益发展,规模不断扩大,产品的可靠性对公司来说就显得极为重要,单板
外发生产,关键生产环节品质不受控,加工交期长,生产成本高的方式已不适应公司的发展需求。
外发生产PCBA加工流程环节中容易出现的问题
A.产品的加工资料发放环节,原始相关文档从研发部给到采购部,再有采购部发放至外协厂
的业务人员,最后才会到外协厂的工程处理人员,这中间来来回回的折腾,稍有不甚就可能出现资料差错,加工资料出现问题或是有更新的话,不能够很快速的传递,不利于产品问题的处理速度。
B.物料发放周转环节,此环节极大的浪费双方的资源,并且物料发放很容易出现错料、少料、
混料等问题,物料到外协厂需要花二三天的时候他们才能完成物料的验收,此时反馈物料问
题,又来公司换取新物料,极大的浪费时间,耽误产品加工周期,并且外协厂的存储条件有限,静电潮敏等因素管控的不是很到位,不利于物料的存储,很容易造成MSD/ESD等失效。
C.产品在外协厂的加工环节,此环节是最大问题,PCBA在外加工几乎是不受控状态,很不
利于产品品质,数据收集几乎没有,问题反馈不及时,导致问题处理周期会很长,PCBA勺
加工周期也不能控制,尤其是在紧急订单,打样产品,小批量订单问题上,外协厂在配合方
面就很难保证,要不交期延缓或是加工费用提高等问题就会出现。
D.产品的周转搬运环节,此环节带来的是极大浪费资源,首先是防护包材的浪费,为了保证
在周转搬运中的品质,对没款产品都有定制防静电珍珠棉包材,对双方都带来了成本和管理
上的浪费。
再有就是PCBA搬运的浪费,PCBA先放到对应的包材中,再放置到放静电胶框里,放到外协厂的仓库中,搬运到货车上再颠簸周转运回公司,卸货,搬运到公司仓库,随说此
部分都是外协厂的事情,但他们也是把这部分的费用算在了我们的加工费用中。
E.产品检验环节,产品加工问题发现晚,检验出现问题的板距离外协厂加工的时间延后了很
长一段时间,很不利于产品问题的及时处理,造成了问题的持续发生,很不利于产品品质,检验所发现的问题板的维修处理又得花费很长的一段周转时间,可能造成公司产品组装的延
误。
2建线项目
为了适应公司对产品可靠性的要求,对研发设计、单板生产、整机组装等每一个生产环节都做到过程管控,解决上述各环节中容易出现的问题,组建自己的PCBA生产线,将原本外发
生产的单板转回来自己加工,实现整个产品的管控生产,提高产品可靠性,打造独特品牌,提升企业形象。
设备需求
印刷机:
将锡膏印刷在需要贴片的PCB焊盘上
贴片机:
将器件按需求贴放在对应的焊盘上
回流焊:
将锡膏通过加热的方式使其融化,使得器件与焊盘结合起来
AOI:
通过光学影像对比检查PCBA上的器件焊接效果
波峰焊:
将插件器件焊接在PCB的插件通孔中
辅助设备:
接驳台、流水线、插件线、物料架、钢网架、上料桌、冰箱、烧烤箱、剪脚机、点胶机、炉温测试仪等
其作用都是辅助PCBA勺生产
优势
A.生产中的各个环节都可以自己管控,包括设备、人员、物料、场地设施等,很大程度上的提高了产品品质的可控性。
B.加工中出现的问题可以及时的解决,不会导致太多的不良品再来事后维修,也便于产品问
题的发现与收集,对产品的可生产性设计有很大的帮助。
C•减少各部门间过多不必要的沟通环节,出现问题可以现场立马解决,节省资源节省时间。
D.改变仓库现有的发料方式,可以减少物料的浪费,避免发料及运输中造成的物料异常,也
方便仓库对物料的管控和盘点,大量节省仓库的工作量。
E.缩短PCBA的加工交期,产品切换的弹性度高,利于紧急订单的处理。
F.优化公司产品的加工流程,减少产品的来回周转,降低由此带来的不良风险,减少不必要的浪费。
G•可以缩减产品的库存量,由一个月的仓库缩减至一周左右,甚至可以做到零仓库,做到实
时供应。
H.可优化整合公司资源,培养一岗多能的人员,充分利用公司现有人力。
I.可以提高公司的企业形象,增加客户对公司的信心。
J.可以大幅的降低加工成本。
劣势
A.新增部门没有足够的PCBA生产经验,缺乏专业人员。
B.人员技术能力需要提高,部门团队需要建设。
C.PCBA的生产流程及相关制度需要摸索完善。
D.与公司各部门间的配合需要时间来磨合。
E.供应商需要培养以加强及时配合性。
F.对公司的资金周转有所影响
3市场预估变化
变频器是高技术含量、高附加值的高科技产品,符合国家节能减排、低碳环保的可持续发展政策,在“十二五”的头年得到了政府政策的大力支持;国内品牌一半以上的份额主要集中在广东,深圳则占据了广东省80%以上的品牌资源,目前变频器产品70%以上的市场仍被国外品牌占据。
未来五年市场发展展望:
随着节能效果的显现以及国家政策、市场准入制度、国家标准的积极推行,预计到2012年末,国内中低压变频器市场容量将超过190亿。
4厂房要求
SMT生产设备是高精度的机电一体化设备,设备和工艺材料对环境的清洁度、湿度、温度都
有一定的要求,为了保证设备正常运行和组装质量,厂房规划需满足如下要求:
供给要求
PCBA生产现场配备的动力电源应是充裕而安全的。
SMT设备一般使用压缩空气和电源动力作
为双重动力,对气/电的配合要求较为严格。
回流焊,波峰焊均是大用电量设备,要充分考虑到它们的启动/关机对其它用电设备所造成的冲击。
供电要求
电源电压和功率的要求符合设备要求,电压要稳定,中国大陆要求单相AC220V三相AC380V
如果达不到要求,需配置稳压电源,电源的功率要大于设备功耗的一倍左右。
有些地区电压非常不稳定,对设备会产生影响,所以特别需要稳压器或变压器的配置,否则设备容易因电源的波动而损坏。
另外,如果设备额定电压与安装使用环境的电压不符,也需要另外配置变
供气要求
SMT生产设备要求使用清洁而干燥的压缩空气,作为动力源的压缩空气不仅应当在压力,流
量等参数上满足设备的技术要求,而且在进入机器之前将气体中所含有的水气,油,灰尘以及其它杂质滤除干净(相关设备空压机,储气罐,冷冻干燥机,精密过滤组合)。
楼层承重要求因设备是比较沉重的东西,在加上设备运行时会有轻微振动,会影响贴片机的贴装精确度,同时也会影响到楼层的建筑安全性,所以,设备最好放置在一楼,若是无此条件,设备安装在高楼层时就需要注意楼面地板的重量承载能力。
设备吊装要求
因PCBA勺生产设备都是体积大质量重的大型设备,设备的搬运就是个问题,若是车间能在一楼的话,那还可以省去不少事情,没有条件的话,那就需要将这些设备吊装到较高层的楼层中,小型点的辅助设备到还可以使用货梯进行搬运,但要是像贴片机这样的重型设备,其重量大致为1800KG—般的货梯载重能力都达不到这要求,尤其是波峰焊、回流焊这样的又重又大的设备更是没有办法。
非得使用吊装机进行吊装才能完成搬运,那就得要求楼层上有吊装平台供吊装使用。
没有吊装平台的话,那就得有空间宽敞的地方,在非承重墙处破坏墙体,腾出地方用来吊装设备,设备吊装完成后再将墙面重新砌好。
防静电要求
SMT生产车间静电防护系统中,地面和接地系统是一个非常重要的因素,人体运动产生的静电、工作服和工作台面及工作椅摩擦时产生的静电、橡胶或塑料鞋底与地面摩擦时产生的静电、各种封装的器件包装运输中摩擦产生的静电、各种材料盒及周转箱使用中产生的静电、各种电子设备和工具感应产生的静电等,都需要通过地面和接地系统导入大地。
在地面方案的选择中,既要考虑地面导电性能,又要保证操作人员的人身安全,还要考虑地面的机械性能适应生产运输、设备维护等工作需要。
架线前首先要做就是车间的静电地板铺设。
在轻型防静电材料中,有以下三种方案可以选择:
防静电PVC板、防静电特种涂料和防静电环氧地坪系统。
(1)防静电PVC板,具有优秀的防静电性能,良好的阻燃性及特强的抗化学腐蚀性。
由于本身材料为有机材料,其易收缩、耐老化性能差、不耐磨、抗污能力差的缺点比较显着。
时间久了地面会出现了破损、开裂、面层收缩等现象。
(2)防静电特种地面涂料,是一种有发展前途的产品,现在国内有十几个厂家生产防静电涂料,从总体看国产地面涂料的性能还有待提高,在耐磨、耐酸碱、外观质量和物理性能力方面存在一些问题。
进口特种涂料较国内产品有较大提高,但价格较高。
(3)防静电环氧地坪系统,是目前普遍使用的方案,有耐磨、耐冲击、耐酸碱盐和油类的腐蚀、附着力强、不起尘、无接缝、易清洗维护等优点,并适合需要跑叉车、重手推车的场合使用,是一种可以重点考虑的方案
一般的防静电地面施工大致工作流程为:
素地整理==》底漆施工==》砂浆施工==》腻子施工==》面漆施工==》面漆保养
排风要求
回流焊和波峰焊设备在生产当中都会有助焊剂、松香等化学物质的气体需要排放,因此它们都建立专门的拜见系统,以便将其排出车间,减少化学品对人体的伤害。
在回焊炉及皮峰焊等设备处建立排风除烟管道,保证其畅通外还必须有足够的排风流量,比如200m3/h,保证
风排出去。
除些之外,还要保持一定的静态压力,如100Pa,另排风管道直径也有一定要求。
除了设备的通风,还需要保持车间的通风需求,利用技术手段将车间内被生产活动所污染的空气排走,把新鲜的或经专门处理的清洁空气送入车间内。
它起着改善车间生产环境,保证工人从事生产所必需的劳动条件,保护工人身体健康的作用,是控制工业毒物,防尘,防毒,防暑降温工作中积极有效的技术措施之一。
工业通风分为自然通风,机械通风,全面通风和局部通风。
自然通风是靠外界风力和室内外空气的温差及进排气口高度差造成的热压使空气流动的一种通风方式。
依据这种自然形成的动力实现空气的交换,能够经济地得到所要求的通风效果。
在冶练、轧钢、铸造、锻造、热处理等高温车间已得到广泛的应用。
机械通风是利用通风机产生的压力,使新鲜空气进入空间,污浊空气排出车间。
机械通风能对空气进行加热、冷却。
加湿、净化处理,用管道将相应的设备连接起来组成一个机械通风系统。
全面通风是在车间内全面地进行通风换气,以维持整个车间工作范围内空气环境的卫生要求。
适用于有害物扩散不能控制在车间内的一定范围的场合,或污染源不能固定的场合。
全
面通风就是用新鲜空气冲淡车间内污染空气,使工作地点的空气中有害物的含量不超过卫生标准规定的最高允许浓高。
局部通风是在车间工作地点某些范围建立良好空气环境,或在有害物扩散前将其从产生源抽出排走。
局部通风可以是局部送风或局部排风。
局部通风所需的投资比全面通风小,取得的效果也比全面通风好。
使用通风设施应能保证车间有良好的气象条件,使工作得到最适宜的空气环境和足够的换气量;应能消除车间内有害气体、蒸气、雾及粉尘,使其浓度保持在卫生标准规定的最高允许浓度以下;从车间排出的污染空气必须经过净化处理,否则不得再次流入车间,更不能影响周围居民的环境。
通风设备应不防碍工人操作,便于管理维修。
照明要求
因PCBA勺加工也算的上是个较为精密的生产过程,都是些密集的小器件在上面,0603封装
大小,甚至0402封装大小的贴片零件,器件上的丝印、极性标示等都需要人工去辨别,所
以车间必须配备良好的照明,理想的照度为800LUX-1200LUX至少不能低于300LUX(距离
地面80cm的地方测量)。
凡是目视检查的地方一定保证照明要求,达不到要求的话可以增加局部照明设备。
车间照明标准可参照GB50034-92《工业企业照明设计标准》,此标准为
强制性国家标准。
消防要求
在PCBA勺生产过程中,不可避免的要用到高温设备,如:
回焊炉、波峰焊、小锡炉等,其工
作时的温度都在260C左右,生产辅料中又得用到清洗剂、助焊剂、酒精等着火点较低的化学物品,一遇高温容易着火,小则毁坏东西,大则发生火灾危及到人生安全。
除了易燃易爆品的存放问题,车间必须得配有消防灭火设施,如:
吊顶自动喷水灭火装置、消防栓、干粉灭火器等,且要有专门的消防通道,标示明显且保持其畅通。
具体的厂房防火、仓库防火防爆、易燃易爆品等注意事项,防烟排烟、消防电源及配电、火灾报警系统等可参考《建筑设计防火规范GB-50016-2006)),厂房车间内的灭火器类型的选择、数量的配置、位置摆放、救援逃生通道等相关规范标准可参考《建筑灭火器配置设计规范GB-50140-2005)),一般规定:
1.灭火器应设置在位置明显和便于取用的地点,且不得影响安全疏散。
2.对有视线障碍的灭火器设置点,应设置指示其位置的发光标志。
3.灭火器的摆放应稳固,其铭牌应朝外。
手提式灭火器宜设置在灭火器箱内或挂钩、托架上,其顶部离
地面高度不应大于1.50m;底部离地面高度不宜小于0.08m;灭火器箱不得上锁。
4.灭火器不宜设置在潮湿或强腐蚀性的地点。
当必须设置时,应有相应的保护措施。
灭火器设置在室外时,应有相应的保护措施。
5.灭火器不得设置在超出其使用温度范围的地点。
温度要求
SMT生产设备在其工作的时候都会产生热量,尤其是波峰焊、回焊炉、小锡炉等高温设备,高温会使得设备工作性能下降,甚至使得设备损坏。
PCBA生产辅料如锡膏、红胶等都应当
在一定的温度范围内使用,以便保持其特定的特殊性能和良好的工艺性。
一般来说,厂房内的温度控制在18C-26C的范围内是较合适的。
同时,也还得注意车间的通风情况,保证满足室内人员的呼吸要求,以维持正常的生理活动。
要达到规定的车间温度,需要使用降温设备,如:
中央空调、立式独立空调等。
另外为节省空调的制冷量,门窗需要能紧闭的,甚至需要对车房吊顶,以减少空间面积。
中央空调与独立式空调的选择,更倾向于立式空调,安装方便快捷,工作量小。
中央空调的安装费劲,制冷效果要好。
但假如厂到时要搬迁的话,其拆装就比较麻烦了,还得浪费材料,远不如立式空调方便。
搬迁后的厂房可根据具体的情况来选择车间温湿度管控的方式。
湿度要求
车间湿度管控的必要性:
1、湿度的大小会引起锡膏在空气中吸入水气的多少,如吸入过多水气会在回流时产生气孔、飞溅、连焊等现象。
2、若湿度偏低空气干燥,锡膏内助焊剂蒸发较快,锡膏会变干影响贴片,容易产生飞料、立碑,回流焊接时易产生虚焊假焊现象。
3、若湿度偏高,空气潮湿,对很多湿敏组件会产生较大影响。
如:
PCB,BGA等若PCB暴露在湿度高的环境中会很快受潮,在高温回流焊接时器件内面的水分会迅速膨胀易产生气泡、
分层等。
BGA等湿敏组件若受潮在回流焊接时易产生“爆米花”现象如破损和外观变形。
像ESD破坏一样,大多数情况下肉眼是看不出来这些变化的,而且在测试过程中功能也不会表现为完全失效,在以后不久的日子中就会完全失效。
4、湿度偏低,空气干燥,易产生静电,在运输和拿取组件、PCBA寸易产生静电损坏组件现
象。
一般SMT车问湿度管控范围在40%--60%湿度太低的话需要往地面洒水、拖地、或是用增湿器来提高车间湿度。
湿度太高的话需要用除湿机或是空调来干燥,以保证车问湿度在可控范围内。
清洁度要求
工作车间如果灰层很多,对于微小组件,如0201,01005以及细问距(0.3mm)组件的贴装和
焊接产生质量影响,同寸加大设备磨损,甚至设备故障,增加设备维护和维修工作量。
SMT
生产车间空气中除了灰尘外,还存在一定的化学气体,如果这些化学气体是有毒有害,则对人体会造成伤害,如果这些气体存在腐蚀性,严重寸会影响产品的可靠性。
所以车间要保持清洁卫生,无尘土,无腐蚀性,无异味气体。
保证产品焊接质量,设备的正常运转以及人体身体健康。
车间空气清洁度最好达10万级或以上。
在空调环境下,要有一定的新风量,尽量将C02含
量控制在1000PPM以下,Co含量控制在1OPPM以下,以保证人体健康。
但是,要保证工厂的清洁度为10万级,必须付出相当的成本,一般工厂很难做到,需要付出大量的成本,购买相应的设备。
在市场竞争激烈的环境下,生产利润越来越小,如果达不到这样的要求,也必须对清洁度作出规定,比如会产生灰尘、粉尘等物品不要进来SMT车间,人员进出车间需要穿戴好静电衣、鞋、帽等,经常对车间进行打扫,将影响清洁度的因素降到最低。
环保要求
SMT生产现场空气污染源程序主要来自波峰焊接,回流焊接和手工焊接所产生的烟尘(主要
成份为铅/锡蒸汽,氮氧化合物,一氧化碳等有害气体),其中以所含的铅蒸汽对人的身体健康危害最为严重,必须采取有效的措施对车间内的空气进行净化。
生产区所安装的废气排放系统应具有足够的排放量,排放标准和排放量应符合当地环保部门的规定。
在一些工位上可以安装烟雾过滤器,将有害气体吸收和过滤掉。
在SMT生产现场的环境设计中,应遵循以下
有关的评价标准。
le《工业三废排放试行标准)>(GBJ4-73)有害物质:
铅排放浓度:
(34mg八X13),2e((工业企业设计卫生标准>>>(TJ36-90),车问空气中有害物质的最高容许浓度:
铅烟Oe03mg/113,3e((大气中铅及其无机化合物的卫生标准)>(GB7355-87),铅及其无机化合物的日平均最高容许浓度:
0.0015mg/M3。
生产中所产生的废弃物处理是一个重要环节。
化学制品,如清洗剂,助焊剂,酒精,以及废弃的焊膏,红胶胶,焊锡渣等,需要集中收集,由具有此类垃圾处理能力并符合国家环保要求的单位处理,不应随意丢弃。
产生的其它可回收利用的废弃物,如SMD组件的包装材料,
如:
包装纸壳、料盘等应分类存放,交由垃圾处理站进行处理。
动噪音要求
SMT设备在运行时会产生一定幅度的振动,尤其是大型高速贴装时,对厂房引起的振动更为明显,如果比照GB1070-88<<城市区域环填振动标准>>,在白昼振动应控制在70db以内,最大值不应超过80db。
太大的振动不仅不利于厂房结构的安全,干扰其它设备,仪器的操作,也会使操作人员产生不适的感觉。
环境振动限值标准
GB10070-1998《城市区域环境振动标准》标准限值VLZ/dB
适用地带范围
益间
夜间
特殊住宅区
65
65
居民、文教区
70
67
混合区、商业中心区
75
72
工业集中区
75
72
交通道路千线两侧
75
72
铁路千线两侧
80
80
在SMT设备的安装现场,如果车间的建筑结构空间比较狭窄,且采用反射系数很高的材料(吸声系数很小,a<0.02),对声音的吸收能力几乎没有,完全是反射,从而使室内的噪声不断地被反射加强,产生强烈的混响效果。
造成车间内的噪声主要成分为机械噪声,并伴有部分
空气动力性噪声,因此大多可采用隔声,吸声的措施进行降噪处理。
厂房的吊顶采用吸声能
力较强的材料,将有利于减少噪声的反射。
噪声的控制标准应执行《工业企业噪声控制设计规范》(GBJ87-85),以及机械电子工业部1988年11月10日颁布的《机械工业职业安全卫生设计规定》的有关要求,SMT生产现场的大部分区域的噪声值应控制在70db以内。
5生产设备
产品工艺路线
PCBA加工工艺流程大致可分为以下6种
A、单面表面组装工艺:
焊膏印刷一贴片一回流焊接
B双面表面组装工艺:
A面印刷焊膏一贴片一回流焊接一翻板一B面印刷焊锡膏一贴片一回
流焊接
C单面混装(SMD和DIP在同一面):
焊膏印刷一贴片一回流焊接一手工插件一波峰焊接
D单面混装(SMD和DIP分别在PCB的两面):
B面印刷锡膏一贴片一回流焊接一翻板一A面
插件一B面波峰焊
E、双面混装置(DIP在A面,A,B两面都有SMD):
A面印刷焊膏一贴片一回流焊接一翻板--B
面印刷锡膏一贴片一回流焊接一翻板一A面插件一B面波峰焊
F、双面混装(A,B两面都有SMD和DIP):
A面印刷焊膏一贴片一回流焊接一翻板一B面印
刷锡膏一贴片一回流焊接一翻板一A面插件一B面波峰焊一B面插件一手工焊接
主设备
PCBA加工的关键环节为:
印刷、贴片、焊接。
其对于的设备为:
印刷机、贴片机、回流焊及
波峰焊。
此四种设备称之为主设备,往往也是架线投入费用最大的地方,所以主设备的选型
很重要,得根据场地大小、产品类型、可支配金额等等的因素来综合衡量,选出经济实惠实
用公司产品需求的生产线。
印刷机
锡膏印刷是PCBA加工过程中的第一个工序,也是最重要的一道工序,有报告称SMT中的所有不良百分之六七十和锡膏印刷有关,比如:
少锡、多锡、连锡、空焊等不良。
印刷效果的好坏绝大部分印刷取决于印刷设备的好坏。
印刷机按类型可分为:
全自动型、半自动型、手动型。
a.全自动型:
通过视觉系统自动定位印刷,有自动擦拭系统,有干擦、湿擦、真空擦,印刷速度快,精度高.自动化程度高.可减少人工操作量。
b.半自动型:
人工手动定位,无擦拭系统,速度不快,精度不高,人工工作量大,危险性较高。
c.手动型:
定位、印刷、擦拭等全部都是靠人工来完成,不建议考虑此类型。
除非是作为辅助使用,用来印刷电容板之类的简单产品。
按品牌又可分为:
国外品牌和国产品牌。
a.进口印刷机:
主要的品牌有MPM.SONY.DEK等,其产品特点是精度高、性能好、人机互动性好,但是价钱比较高,一般是大型加工厂才会购买使用。
b.国产印刷机:
主要的品牌有GKG德森、日东、科隆威等,其产品特点是精度、性能较国外品牌稍差点,但也能满足绝大部分的要求。
贴片机
全自动贴片机是用来实现高速、高精度、全自动的贴放元器件的设备,是整个SMT生产中最
为关键、最复杂的设备,当然也是投入费用最大的设备。
贴片机的类型
A、按速度分类
中速贴片机高速贴片机超高速贴片机
B按功能分类
高速/超高速贴片机(主要贴一些规则组件)
多功能机(主要贴一些不规则组件)
C按工作原理分类
动臂式贴片机复合式贴片机转塔式贴片机
贴片机主要品牌有:
PANASON1(松下、SONY索尼、FUJI富士、YAMAHA!
马哈、JUKI.SAMSUNG三星、UNIVERSA环球、HITACHI日立等等
贴片机的选型方向:
符合公司产品小批量、多品种的特性,贴装速度中等,精度高,稳定性好、易换线,易操作、易维护等。
还得结合场地要求,占地面积小,灵活度高,费用低,性价比高。
推荐品牌:
SONY.YAMAHA.JUKI
回焊炉
回焊炉是通过加热将锡膏融化成液态使得元器件与PCB焊盘结合在一起的设备。
有三类型:
红外线:
红外线是以红外线辐射的方式实现被焊元器件加热的焊接方式。
其有加热快,节能,
运行平稳的特点。
但由于印刷线路板及各种元器件因材质,色泽的不同对红外线辐射的热吸收率存在着很大的差异,因此造成印刷线路板上各种不同组件之间,以及相同组件的不同区域之问存在温度不均匀的现象。
全热风:
全热风回流焊是通过对流喷射管嘴或者耐热风机来迫使炉内热气流循环,从而实现被焊元器件加热
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