电子工艺实习报告doc.docx
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电子工艺实习报告doc.docx
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电子工艺实习报告doc
电子工艺实习报告
实习题目:
电子SMT虚拟制造
院系:
电气工程学院
班级:
茅以升班
姓名:
学号:
指导老师:
日期:
2012年7月
目录
第1章PROTEL99SE项目实习--------------------------------------------2
第一节原理图----------------------------------------------------------2
第二节PCB图----------------------------------------------------------4
第三节问题及解决方法----------------------------------------------7
第2章电子电路制作基础---------------------------------------------------8
第一节元器件简介------------------------------------------------------8
第二节焊接技术---------------------------------------------------------10
第三节焊接操作中遇到的问题及解决方法----------------11
第3章SMT电子虚拟制造部分--------------------------------------------13
第一节SMT基础知识---------------------------------13
第二节SMT生产线工艺仿真---------------------------16
第4章实习体会、不足以及感谢------------------------------------------24
第5章附录---------------------------------------------------------------------26
第1章PROTEL99SE项目实习
第1节原理图
1、原理图设计
1、原理图
原理图中有两个基本要素:
元件符号和线路连接。
绘制原理图的主要操作就是将元件符号放置在原理图图纸上,然后用线将元件符号中的引脚连接起来,建立正确的电气连接。
2、电路布局
首先根据实际需要按统一的要求选择图纸幅面、图框格式、电路图中的图形符号、文字符号等。
为了提高电路的可读性,一般可将电路划分为几个部分,并按照信号流程将各部分合理布局。
连线时,需要注意避免线条不必要的交叉以免难于辨识。
3、元件的选用及标记
元件的选用一般单击底部的面板控制栏“system”中选中Library的勾选,然后Library标签会在工作区右侧出现,我们可以从中选取元件。
若碰见常用库里无目标元件的状况,可用search功能,在Library选项卡单击search按钮。
弹出search窗口,将关键字输入框中,然后选中Libraryonpath,点击search,稍等片刻,目标元件就会出现。
电路中所需要的元件在元件库中搜索,若已有元件库中没有所需原件,则要自己绘制元件建立新的元件库。
图1元器件搜索
元件标注最基本信息包括元器件位号和元器件值。
元器件位号的标注:
电阻R、电容C、电感L、开关S、变压器T、二极管D、发光二级光LED、三极管Q、继电器RL、集成电路IC或U、排针P。
图2原理图设置基本步骤
4、原理图的检验
原理图做好后在工程下compiledocument检查错误,注意改正后要存盘才能进行下一次查错。
如有错误,则根据错误信息检查错误。
图3检查无误后的原理图
2、原理图元件库元件设计
元件库中没有所需元器件时,我们需要建立新的元件库,自己绘制元件。
下面是绘制自定义元件的步骤:
1、在工程下点击右键建立新的元件库:
在工程下点击右键→AddNewtoProject→SchematicLibrary建立新的元件库。
2、进行手动绘制元件,注意各引脚的属性(Tab键修改引脚属性)。
做好后将元件命名,并在tools→componentproperties修改元器件属性。
保存。
在库中添加自己绘制的其他元器件,在SCHLibrary下components栏中选ADD即可添加新的原件。
使用该元器件时在自己所建立的元件库中选择即可。
第2节PCB图
一、PCB元件设计
1、原理图compile无误后,在工程下建立PCB文件将原理图UPDATE到PCB文件。
2、无误后,将各元件正确排列,并尽量减少导线的交叉及元件所占面积,然后在PCB文件的KEEP-OutLayer层设置电气边界。
3、在界内进行手动布局,各元器件排列合理尽量减少不必要的交叉,提高PCB的可读性和功能性。
4、在topoverlay层写好标签。
5、进行自动布线(AutoRoute→All)并改变电源线和地线线宽Design→Rules→Routing→右击Width→NewRule,电源线宽30mil地线宽30mil,其余默认即可。
图4线宽设置
6、进行电气规则检查tools→designrulecheck,如有错误耐心改正。
7、检查无误后进行补泪滴。
8、进行顶层和底层覆铜。
覆铜时选择连接到地。
图6制作完成的PCB图
2、PCB元件库
当元器件没有封装而且在已有的封装库中搜索不到封装的时候,需要我们自己创建PCB元件库及元器件的封装
步骤如下:
1、执File→New→PcbLibrary命令。
在设计窗口中显示一个新的名为“PcbLib1.PcbLib”的库文件和一个名为“PCBComponent_1”的空白元件图纸。
为他们重命名并保存。
若有一个元器件有多个子部件可用newpart功能,但要注意引脚的命名不能重复。
在原理图工作界面选定我们新建的库,自定义元件就在其中。
2、在空白元件图纸上手动绘制或者使用向导绘制元器件的封装。
如用向导绘制DIP8的封装:
执行Tools?
NewComponent命令或者在PCB库编辑器中点击Add按钮。
元件向导自动开始。
点击Next按钮进行向导流程,根据要求选择输入为8。
为封装重命名后点击FINISH就创建了一个新的PCB封装,保存。
为元件进行封装时在自己建的PCB库中选中相应封装即可。
第三节问题及解决方法
一、在连接过程中,应保证每条线都连上,避免出现未连上的线,致出现错误,而且布线时应避免在图中点错线,有时线过短不易发觉,此种错误也极为不易检查。
二、布线时尽量使用net键代替过长的导线,导致原理图出现错误,如长线过多导致图混乱不易发现错误。
而错误我们应该耐心检查一下,去发现错误所在并改正。
三、在PCB图时,应先布局合理后,画上电气线后,调节好线宽,修改线宽时应注意最大线宽应大于中间线宽,电气规则检查如有错误,要耐心读错误的说明,找到错的地方进行修改。
四、再画总线是一定要将其命名为[n..0]否则将出现错误。
而且在每次改动后应及时保存文件,否则将继续原来的错误。
而且建立工程后应及时保存,否则再次打开后将无法找到上次的工程。
五、再画原理图时,应将各元件按要求进行PCB封装。
防止最后出现错误。
六、在绘制原理图时应注意各元器件的各引脚的属性,尤其是连接在一起的两引脚应注意输入输出关系。
引脚标号不能从零开始。
七、在绘制元器件时要设置好各必要的参数以免在使用后发现问题需要重新改动。
八、再出现nodrivingsource错误时检查该元件的各接口是否接上,电源是否存在,要耐心检查连接。
九、在绘制PCB时,新建PCB文件后要先进行保存,然后才可以将原理图Update至PCB。
第二章电子电路制作基础
第一节元器件简介
一、电阻器与电位器
1、电阻的主要技术指标有标称阻值、允许偏差(精度等级)、额定功率、温度系数、稳定性等,使用中通常只考虑标称阻值、允许偏差和额定功率等参数。
标称阻值和允许偏差的标志方式有:
直标法、文字符号法、数标法和色环标注法。
其中色环标注法占据主流地位。
如下图所示(黑白图可能看不出来):
2、可变电阻又称电位器,有三个引脚,其中两个引脚之间的阻值固定,并将该阻值称为可变电阻的阻值,第三个引脚与这两个引脚间的阻值可调,故在电路中接入两可调阻值的引脚。
图7电位器
电阻的检测方法:
万用表调到欧姆档,与电阻两端引脚接触,测出其实际阻值。
电位器的检测不仅要检测两引脚之间的固定电阻是否与标称阻值相符,还要检测第三个引脚与两引脚间电阻是否可调。
二、电容器
图8电容器
电容器能够储存电场能量,是电子产品中的重要元器件之一。
电容用来通过高频交流而阻隔直流,也用来储存和释放电荷以用来充当滤波器,使输出脉冲信号平滑。
电容的标志方式有直标法和色标法两种,主要使用的是直标法,在电容上标示数字或字母或文字符号或用数码表示,色标法现在很少采用。
三、二极管、三极管
图9发光二极管
图10三极管
发光二极管当管子加正向电压时,在正向电流激发下管子发光,属电致发光。
为了避免发光二极管发生反向击穿,通常要反向并联保护二极管。
在本电路中由于电压较低,所以没有加保护二极管。
晶体三极管又称为双极型三极管,内部有两个PN结,具有电流放大功能。
检测二极管用万用表的二极管当或欧姆档,利用正反向电阻相差很多来检验。
三极管的检测用万用表先确定基极,再确定集电极和发射极。
质量及性能的检测包括对穿透电流的检测和电流放大倍数的检测。
第2节焊接技术
1、焊接技术及其使用
电烙铁是手工焊接的主要工具,正确选择和使用电烙铁是保证焊接质量的基础。
使用电烙铁时先用锉刀把头锉成45度尖角然后接上电源,使用时应使烙铁头保持清洁,并保证烙铁的尖头上始终有焊锡。
2、手工焊接方法
1、焊接操作的正确姿势
一般烙铁离开鼻子的距离应至少不小于30cm,通常以40cm时为宜。
可有效减少有害气体的吸入。
2、焊接操作的基本步骤(五步法三步法等)
(1)、准备施焊:
准备好焊锡丝和烙铁。
此时就保证施烙铁头部要保持干净,即可以沾上焊锡。
(2)、加热焊件:
将烙铁接触焊接点,要加热焊件的各个部分,接触在焊盘与引线的交界点。
(3)、熔化焊料:
当焊件加热到能熔化焊料的温度后将焊丝置于焊点,焊料开始熔化并润湿焊点。
(4)、移开焊锡:
当熔化一定量的焊锡后将焊锡丝移开。
(5)、移开烙铁:
当焊锡完全润湿焊盘或焊件的施焊部位后移开烙铁,注意移开烙铁的方向应该是大致45°的方向。
上述整个过程不能超过2~4秒。
3、焊点质量检查
1、外观检查:
外观检查就是通过肉眼从焊点的外观上检查焊接质量,可以借助3~10倍的放大镜进行目检。
目检的主要内容包括:
焊点是否有错焊、漏焊、虚焊和连焊,焊点周围是否有焊剂残留物,焊接部位有无热损伤和机械损伤现象。
2、拨动检查:
在外观检查中发现有可疑现象时,可用镊子轻轻拨动焊接部位进行检查,并确认其质量。
主要包括导线、元器件引线和焊盘与焊锡是否结合良好,有无虚焊现象;元器件引线和导线根部是否有机械损伤。
3、通电检查:
通电捡查必须是在外观检查及连接检查无误后才可进行的工作,也是检查电路性能的关键步骤。
如果不经过严格的外观检查,则通电检查不仅困难较多,而且容易损坏设备仪器,造成安全事故。
4、锡焊中常见的缺陷有:
虚焊和假焊、拉尖、桥连、空洞、堆焊、铜箔翘起、剥离等。
第三节焊接操作中遇到的问题及解决方法
焊接过程中,最常见的就是烙铁氧化和磨损问题,这将直接导致焊接时焊点的光泽度、平整度出现瑕疵。
因此,在每次使用烙铁前,可以用锉刀或磨石磨平烙铁头。
首次加热的过程中还需要先上松香再上锡以减缓烙铁头氧化。
正所谓磨刀不误砍柴工,对烙铁的前期处理必将使焊接事半功倍。
对于不同的焊点的处理,也需要不同功率的烙铁来解决。
比如贴片焊接,最好用小功率的烙铁以防止温度过高影响元件使用寿命。
而一些焊盘较大,散热较快的焊点,则因使用功率较大的烙铁,这样才可以让焊点受热均匀,达到光滑规整的效果。
当然,也可以使用调压器进行烙铁电压的调节,针对不同的焊点调制不同的电压,以满足焊接要求。
许多时候,焊接贴片期间需要调整位置或者焊接失误需要拆卸重焊,这时候需要注意对焊盘的保护。
贴片的焊盘是非常脆弱的,在拆卸贴片的时候,用镊子取贴片的过程一定要轻,尽量在焊盘上的锡完全熔化的时候轻轻取下贴片。
对于电阻、电容等元件,建议用两把烙铁同时拆卸。
烙铁头在使用的过程中,会有粘锡过多的情况。
低功率的烙铁可直接用纸巾擦去,高功率的则可用吸水海绵吸满水后擦拭。
焊盘上不可避免的会沾上许多松香,松香本身带有粘性,会粘上许多灰尘,甚至加热过久会发黑,影响电路板的美观性。
如果出现这样的情况,可用液体酒精擦洗电路板,以除去板上的松香残留物。
烙铁在焊接的过程中产生高热,焊锡丝中的松香加热也会溅起,焊接的过程中容易烫伤焊接人员,而挥发的松香和锡真气都是对人体有害的物质。
因此在焊接过程中焊接人员的自我保护非常重要。
建议焊接人员在焊接的过程中佩戴眼镜和口罩,尽量避免焊接对人体产生不必要的伤害。
金无足赤,笔者所述只是焊接技术的冰山一角,不求博人喝彩,只愿能对需要之人有所帮助。
第3章SMT电子虚拟制造部分
第1节SMT基础知识
1、SMT原器件
SMT元器件分为无源元件SMC(SurfaceMountingComponents)和有源元件SMD(SurfaceMountingDevices)两种。
1、SMC无源元件
2、SMD有源元件
2、SMT工艺材料
在SMT生产中,通常将贴片胶、锡膏、钢网称之为SMT工艺材料。
SMT生产中要用到很多工艺材料,在不同的工艺过程中需要用到不同的材料:
组装工序
工艺
波峰焊
再流焊
手工焊
贴装
粘接剂
焊膏,(粘接剂)
粘接剂(选用)
焊接
焊剂
棒状焊料
焊剂焊膏
预成型焊料
焊剂
焊丝
清洗
各种溶剂
各种溶剂
各种溶剂
SMT工艺材料的适当使用有利于生产过程的顺利进行和生产效率的提高,是SMT生产中不可或缺的一环,它的用法更值得研究与探讨。
3、印制电路板
1、PCB分类:
单面板(Single-sidedBoards)
双面板(Double-sidedBoards)
多层板(Multi-layerBoards)
2、基板材料
基板指的是印制电路板的基板,它按机械刚性分为刚性板和挠性板;按不同绝缘材料结构分为有机脂类覆铜板、金属基覆铜板和陶瓷基覆铜板;按增强材料分为玻璃布基覆铜板、纸基覆铜板和复合基覆铜板;按某些特殊性能分为高TG板、高介电能板和防UV板。
3、印制电路板制造工艺
(1)单面印制板的生产流程
(2)双面印制板的生产流程
<1>堵孔法
<2>电镀法
<3>金属芯印制板的制造工艺流程
4、人工插焊
人工插装元器件遵循先大后小、先轻后重、先低后高、先里后外的原则,人工插装可以降低成本,插装精度也可以得到保证。
人工插装后可进行手工焊接,焊接技术上文已详细描述,此处不再赘述。
要特别指出的是,SMT元件(如SMC、QFP元件)的焊接技术要求较精细,难度较高。
SMC元器件的手工焊接流程:
手工焊接QFP的注意事项:
<1>注意QFP元器件的摆放方向,防止错焊引脚。
<2>焊接时电烙铁要从左到右。
<3>注意电烙铁的倾斜角度防止锡焊粘连。
5、电子整机产品制造
电子产品的生产线是由插件线、SMT线、调试线、总装线以及专用机械组成的,生产线的设计是生产电子产品最重要的一步,它包含了硬件、软件和人员等方方面面的协调问题,是工程活动的核心。
第2节SMT工艺设计仿真
1、EDA设计文档导入
EDA导入是进行SMT工艺设计仿真的第一步,在进行仿真之前,工艺流程对PCB板的设计也有很高的要求。
1、PCB原理图设计规范要求
(1)布线设计要求
<1>最短走线原则:
为减小干扰,元件之间的走线必须最短。
<2>导线的最小宽度由导线与绝缘基板间的粘附强度和流过它们的电流大小决定。
<3>走线时尽量避免锐角,一般取圆弧形。
<4>输入输出端用的导线应尽量避免相邻平行,避免在窄间距元件焊盘之间穿越导线。
<5>差分信号线应该成对地走线,尽量使它们平行且靠近。
<6>高频信号要注意屏蔽。
<7>地线宽度>电源线宽度>信号线宽度,通常电源线宽度为1.2~1.5mm,公共地线大于2~3mm的线宽。
(2)布线密度要求
(3)选孔要求
尽量用通孔,其次用埋孔,再次选盲孔。
(4)Mark(基准)点
Mark点的作用是为装配工艺中的所有步骤提供共同的可测量点,保证了每个设备能精确地定位。
Mark形状:
实心圆、三角形、菱形、方形、狮子、空心圆等,优选实心圆。
Mark尺寸:
直径1mm~2mm,最小0.5mm,最大5mm。
在仿真系统首页即可导入EDA,在实践过程中可分别导入单面板、多面板等或包含不同类型元件的电路板,方便我们对不同的流水线上的各种机器的系统操作和参数设置进行熟悉,帮助我们了解生产活动的具体过程,使我们学习如何设计SMT的工艺流程。
2、尺寸与元件排列的制造工艺要求
(1)一般布局
一般说来印刷电路板上的布局设计要求元器件尽量均匀分布、平行排列,同类元器件尽可能按相同方向排列,统一元件严格保持全面的对称性,必须另外设计专用的检测焊盘,元器件引脚焊盘之间不允许直通,数字、模拟器件要分开且尽量远离。
(2)元器件间距要求
元器件间相邻焊盘最小间距示意图(单位:
mm)
不同元件之间只有按照以上方向和间距的要求设计才能满足进入再流焊和波峰焊机器的工艺要求,才能到达既保证焊点的质量又提高焊接效率的目的。
2、设备编程
1、机器原理与功能详述
(1)丝印机
丝网印刷将锡膏印在PCB焊盘上,主要有非接触式的丝印网印刷和接触式的模板漏印,SMT一般采用模板漏印,习惯上统称丝网印刷。
印刷机可分为全自动、半自动和手动三种。
(2)点胶机
当工艺流程需要将片式元件暂时固定在PCB板的焊盘位置上时,点胶机就可以通过控制点胶量和点胶位置精确地将胶水点在PCB板上,在贴片机将元件贴在PCB板上就可以完成固定。
(3)贴片机
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,按结构分包括:
动臂式
转塔式
复合式
(4)回流焊
锡膏回流的四个阶段:
预热阶段:
用于达到所需黏度和丝印性能的容积开始蒸发,温度上升必需慢(大约每秒3℃),以限制沸腾和飞溅,防止形成小锡珠。
保温阶段:
助焊剂活跃,化学清洁行动开始,水溶性助焊剂和免洗型助焊剂都会发生同样的清洗行动,只不过温度稍微不同,将金属氧化物和某些污染从即将结合的金属和焊锡颗粒上清除。
焊接阶段:
当单个的焊锡颗粒全部融化后,结合一起形成液态锡,这时表面张力作用开始,形成焊脚表面,如果元件引脚与PCB焊盘的间隙超过4mil,则极可能由于表面表面张力使引脚和焊盘分开,即造成锡点开路。
④冷却阶段:
如果冷却快,锡点强度会稍微大一点,但不可以太快,而引起元件内部的温度应力。
(5)波峰焊
波峰焊是将熔融的液态焊料,借助与泵的作用,在焊料槽液面形成特定形状的焊料波,插装了元器件的PCB置于传送链上,经过某一特定的角度以及一定的浸入深度穿过焊料波峰而实现焊点焊接的过程。
波峰焊接主要用于传统通孔插装印制电路板电装工艺,以及表面组装与通孔插装元器件的混装工艺。
2、设备编程及关键参数说明
(1)丝印机
刮刀压力。
在每50mm的squeegee长度上施加1kg的压力,减少压力直到锡膏开始留在范本上刮不干净,有1~2的可接受范围即可达到好的印刷效果。
印刷厚度主要是由模板厚度所决定的,模板厚度是与IC脚距密切相关的,印刷厚度的微量调整经常是通过调节刮刀速度及刮刀压力来实现的。
印刷速度。
刮刀速度越慢,锡膏的黏度越大。
刮刀速度一般选择在30~65mm/S,最大印刷速度决定于PCB上最小引脚间距,在进行高精度印刷时(引脚间距<=0.5mm)印刷速度一般在20mm~30mm/sec。
刮刀的宽度一般为PCB板长度(印刷方向)加上50mm左右为最佳。
(2)点胶机
(3)贴片机
YAMAHA动臂式贴片机CAM程式编程:
输入密码————贴片机设置,SETUP————EDA电路设计数据导入————得到基板信息————标号Fiducial定位————元件信息————建立单板贴装程序文件————建立拼版贴装程序文件————程序优化。
(4)回流焊
回流焊的参数设定主要就是回流温度曲线设定。
(5)波峰焊
工艺曲线的预热温度:
焊接温度通常高于焊料熔点(183℃)50℃~60℃。
波峰高度通常控制在PCB板厚度的
~
。
传送倾角影响PCB与波峰面的焊接时间,输送组装板的传动面须呈现4°~12°的仰角。
输送速度:
自组装板之底面行进接触到上涌的锡波起到完全通过脱离融锡涌出面的接触为止,其相互密贴的时程须控制在3~6秒之间。
预热温度一般控制在180~210℃,预热时间1~3min。
焊料的合金成分仍以Sn63/Pb73与Sn60/Pb40者居多,故其作业温度控制以260±5℃为宜。
3、设备3D运动仿真,分析其运动过程
丝印机、点胶机、贴片机、回流焊、波峰焊、插件机等机械的3D模拟仿真包括静态仿真和动画仿真,静态仿真可缩放、旋转、平移,动画仿真根据控制参数的设置模拟它们的工作过程。
3、SMT生产线工艺仿真
SMT生产线工艺仿真要求我们,通过操作培训平台,根据PCB板与产量要求,设计生产线设备表,并选择制造工艺流程。
但是由于操作平台只能安装在实验室机房的电脑上由主机控制,所以在本实验报告中我只能简单的用语言表述一下我进行SMT工艺流程实训的操作过程,下面我就介绍一下几个比较重要的机械的编程仿真:
1、MPM丝印机:
首先选择Protel设计的双面贴装板进行EDA输入,进入MPM丝印机操作使用界面,进行丝印机模板设计,进行开机,调程式,进板,加模板,加锡膏,进板,3D模拟运行,监控。
2、松下HDF点胶机:
选择Protel设计的混装PCB板(SMC在B面,THT在A面)进行EDA输入,在进入点胶机的点胶编程界面,导入EDA数据,按照向导进行PCB反面的点胶顺序程式编程。
再进行开机,调用程式,上/下PCB难办,3D模拟生产运行,轨道调宽,换点胶头,生产监控。
3、YAMAHA贴片机:
选择Protel设计的双面混装PCB板(THT在A面,SMC/SMD在A面,SMC在A面B面)进行EDA输入,再进入YAMAHA贴片机编程界面,导入EDA数据,按照向导进行PCB正面的贴片程式编程。
再进入YAMAHA贴片机操作使用界面,进行生产,包括:
调用贴片程式,生产模拟运行,生产监控,操作(轨道调宽,上/下PCB板,换送料器Feeder,换吸嘴Nozzle)。
4、回流焊:
选择软件中自带的单面贴装Demo板,采用有铅合金Sn63Pb73焊膏,输入EDA文件后,设计各个温区的回流温度曲线。
5、波峰焊:
选择Protel设计的双面混装PCB板(SMC,SMD和THT均在A面),采用有铅合金Sn63Pb73焊膏,输入EDA文件,进行ANDA波峰焊炉的温度曲线的设置。
再进入波峰焊界面调用ANDA波峰焊程式,上/下PCB板,3D模拟生产运行,轨道调宽,锡波宽调整,助焊剂喷涂器调整,加助焊剂,加焊锡,除焊渣,生产监控。
第四
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