SMT生产制程知识简述
一﹑SMT生產流程
1﹑單面板生產流程
供板 印刷紅膠(或錫漿) 貼裝SMT元器件 回流固化(或焊接) 檢查 測試 包裝
2﹑雙面板生產流程
(1)一面錫漿﹑一面紅膠之雙面板生產流程
供板 絲印錫漿 貼裝SMT元器件 回流焊接 檢查 供板(翻面) 絲印紅膠 貼裝SMT元器件 回流固化 檢查 包裝
(2) 雙面錫漿板生產流程
供板第一面(集成電路少﹐重量大的元器件少) 絲印錫漿 貼裝SMT元器件 回流焊接 檢查 供板第二面(集成電路多﹑重量大的元器件多) 絲印錫漿 貼裝
SMT元器件 回流焊接 檢查 包裝
二﹑SMT元器件
SMT元器件 的設計﹑開發﹑生產﹐為SMT的發展提供了物料保証。常將其分為SMT元件(SMC含表面安裝電阻﹑電容﹑電感)和SMT器件(SMD﹐包含表面安裝二極管﹑三極管﹑集成電路等)。我們常接觸的元器件有﹕
1﹑表面安裝電阻
電阻在電子線路中用 表示﹐以英文字母R代表﹐其基本單位為歐姆﹐符號為Ω。換算關系有﹕1兆歐(MΩ)=1000千歐(KΩ)=1000000歐(Ω)。
表面安裝電阻的主要參數有﹕阻值﹑電功率﹑誤差﹑體積﹑溫度系數和材料類型等。
表面安裝電阻阻值大小一般絲印于元件表面﹐常用三位數表示。三位數表示的阻值大小為﹕第一﹑二位為有效數字﹐第三位為在有效數字後添0個數﹐單位為歐姆。如﹕
103 表示 10KΩ 10000Ω
101 表示 100Ω
124 表示 120KΩ 120000Ω
但對于阻值小的電阻有如下表示
6R8…………………….6.8Ω
2R2…………………….2.2Ω
109…………………….1.0Ω
有時還會遇到四位數表示的電阻如﹕
3301…………………..3300Ω (3.3KΩ)
1203…………………..120000Ω (120KΩ)
3302…………………..33000Ω (33KΩ)
4702…………………..47000Ω (47KΩ)
表面安裝電阻常用電功率大小有1/10﹐1/8﹐1/4﹐1W。一般用”2012”型電阻為1/ 10W,”3216”型號為1/8W。
電阻阻值誤差是元件的生產過程中不可能達到絕對精確﹐為了判定其合格與否﹐常統一規定其上﹑下限﹐即誤差范圍對其進行檢測。電阻常用誤差等級有±1%﹐±5%﹐±10%等﹐分別用字母M﹑J﹑K代表。
體積大小常用長﹑寬尺寸表示﹐有公制和英制兩種表示﹐它們對應關系為﹕
體積類型 長 寬
(公制/英制) (毫米mm/密耳mil) (毫米mm/密耳mil)
1005/0402 1.0/4 0.5/2
1608/0603 1.6/6 0.8/3
2012/0805 2.0./8 1.2/5
3216/1206 3.2/12 1.6/6
在元器件取用時﹐須確保其主要參數一致﹐方可代用﹐但必須經品保人員確認。
2﹑表面安裝電容
電容在電子線路中用 或 表示﹐以字母C代表。基本單位為法拉﹐符號F﹔常用單位有微法(UF)納法(NF)﹑皮法(PF)﹑相互間換算關系。
1F=10 UF =10 NF=10 PF
表面安裝電容的主要參數有容值﹑誤差﹑體積﹑溫度系數﹑材料類型和耐壓大小等。
電容容值用直接表示法和三位數表示法。其中三位數表示法指﹕第一二位為有效數字﹐第三位表示在有效數字後添”0”的個數﹐且單位為皮法(PF)。兩者間關系如下﹕
直接表示法 三位數字表示法
0.1UF(100NF) 104
100PF 101
0.001UF(1NF) 102
1PF 109
因電容容值未絲印在元件表面﹐且同樣大小﹑厚度﹑顏色相同的元件﹐容值大小不一定相同﹐故對電容容值判定必須借助檢測儀表測量。
誤差是表示容值大小在允許偏差范圍內均為合格品。常用容值誤差有±5%﹐±10%和-20% +80%等﹐分別用字母J﹑K﹑Z表示。借助元件誤差大小﹐方可准確判其所歸屬的容值。如﹕
B104K 容值在90~~110NF之間為合格品
F104Z 容值在80~~180NF之間為合格品
表面安裝電容(片狀)的體積大小類同于片狀電阻﹕
體積類型 長 寬
(公制/英制) (毫米mm/密耳mil) (毫米mm/密耳mil)
1005/0402 1.0/4 0.5/2
1608/0603 1.6/6 0.8/3
2012/0805 2.0./8 1.2/5
3216/1206 3.2/12 1.6/6
表面安裝電容還有鉭質電解電容﹑鋁殼電解電容類型﹐它們均有極性方向﹐其表面常絲
印有容量大小和耐壓。
耐壓表示此電容允許的工作電壓﹐若超過此電壓﹐將影響其電性能﹐乃至擊穿而損壞。
3﹑表面安裝二極管
二極管在電子線路中用符號” “表示﹐以字母D代表。它是有極性的器件﹐原則上有色點或色環標示端為其負極。在貼裝時﹐須確保其色環(或色點)與PCB上絲印陰影對應。
表面安裝二極管有兩種類型﹕圓筒型和片狀型。片狀型又有 與 兩種形狀 。
4﹑表面安裝三極管
三極管由兩 個相結二極管復合而成﹐也是有極性的器件﹐貼裝時方向應與PCB絲印標識一致。
表面安裝三極管為了表示區別型號﹐常在表面絲印數字或字母。貼裝和檢查時可據其判別其型號類別。
5﹑表面安裝電感
電感在電子線路中用 表示﹐以字母”L”代表。其基本單位為亨利(亨)﹐符號用H表示。
表面安裝電感平時常稱為磁珠﹐其外型與表面安裝電容類似﹐但色澤特深﹐可用”LCR”檢測儀表區分﹐并測量其電感量。
6﹑表面安裝集成電路
集成電路是用IC或U表示﹐它是有極性的器件﹐其判定方法為﹕正放IC﹐邊角有缺口(或凹坑或白條或圓點等)標識邊的左下角第一引腳為集成電路的第1引腳﹐再以逆時針方向依次計為第2﹑3﹑3…引腳。
貼裝IC時﹐須確保第一引腳與PCB上相應絲印標識(斜口﹑圓點﹑圓圈或”1”)相對應﹐且保証引腳在同一平面﹐無變形損傷。
搬運﹑使用IC時﹐必須小心輕放﹐防止損傷引腳﹔且人手接觸IC需戴靜電帶(環)將人體靜電導走﹐以免損傷。
三﹑SMT生產流程注意事項
1﹑供板
印刷電路板是針對某一特定控制功能而設計制造﹐供板時必須確認印刷電路板的正確性﹐一般以PCB面絲印編號進行核對。同時還需要檢查PCB有無破損﹐污漬和板屑等引致不良
的現象。如有發現PCB編號不符﹑有破損﹑污漬和板屑等﹐作業員需取出并及時匯報管理人員。
2﹑印刷紅膠(錫漿)
確保印刷的質量﹐需控制其三要素﹕力度﹑速度和角度。據不同絲印鋼網﹐輔料(紅膠或錫漿)和印刷要求質量等合理調校
(1)印刷紅膠
紅膠平時存放于適溫冰箱中﹐使用前需取出解凍至室溫下方可開蓋攪拌使用﹐以不超過
2小時用量為宜。印刷後需檢查紅膠飽滿﹑適量地印刷于PCB貼裝元器件之下端﹐確保貼裝元器件後紅膠無滲透到焊盤和元器端接頭(或引腳)的現象﹐同時回流固化後粘結固定﹐波峰焊接時不易掉件。
(2)印刷錫漿
錫漿平時保存于適溫冰箱中﹐使用前從冰箱取出解凍至室溫下方可開蓋攪拌至均勻﹑流暢後投入使用。印刷後需檢查錫漿是否均勻適量地印刷于PCB焊盤上﹐有無坍塌和散落于PCB面﹐確保回流焊接元器件良好﹐無錫珠散落于板面。
3﹑貼裝SMT元器件
貼裝SMT元器件主要控制元器件的正確性和貼裝質量。
(1) 元器件正確性的控制
使用正確型號和版本的上機紙核對物料站位﹑物料名稱﹑物料編號﹐全部一致方可將物料裝于FEEDER上料于機組相應站位。以便與生產技術員所調用貼裝程序匹配。
(2) 貼裝質量的控制
生產技朮員依據客戶品質標准調校機組貼裝質量﹐生產線作業員全面檢查﹐反饋貼裝不良信息予生產技朮員﹐再次調校機組﹐直至達到客戶品質標准。
4﹑回流固化(或焊接)
對已貼裝完成SMT元器件的半成品經生產線作業員檢查後﹐需經回流焊接爐固化紅膠(或熔焊錫漿)。
(1) 回流固化
回流固化是針對使用紅膠的PCB某一貼裝面將元器件固定于PCB面﹐利于後工序插件後的波峰焊接。
回流固化所需溫度條件由PCB大小﹑元器件量和紅膠類別等而設定的。相對錫漿焊接溫度偏低﹐不可將紅膠板投于錫漿焊接爐﹐以免紅膠炭化而引致失效。故在投入半成品前﹐需有生產技朮員的爐溫確認和投板密度指導。
(2) 回流焊接
回流焊接是針對使用錫漿的PCB某一貼裝面將元器件與之焊接。
回流焊接所需溫度條件由PCB材質﹑PCB大小﹑元器件量和錫漿型號類別等設定。相對紅膠固化溫度偏高﹐不可將錫漿板誤投于紅膠固化爐﹐以免不熔錫和錫漿中松香等助焊劑發揮等不良。故在投入半成品前﹐需由生產技朮員確認爐溫﹐指導投板密度和方向。
5﹑檢查
生產線作業員依據客戶品質標准﹐全面檢查半成品質量狀況﹐將不良點標識﹑數量記錄﹐
并及時反饋與生產管理員﹐相應及時聯絡生產技朮員﹑品質人員針對不良情況分析原因﹐作出改善控制。
6﹑測試
若客戶要求對SMT半成品進行測試﹐確認元器件貼裝質量和性能等時﹐需經ICT測試機對所有半成品進行測試。針對不良現象﹐相關部門需及時分析原因作出改善控制﹐并跟蹤至完全改善。
7﹑包裝
依客戶包裝要求﹐對生產完成品用符合客戶要求的包裝材料和方式進行正確包裝﹐包裝時﹐需注意不混入異機種半成品﹐不得損壞PCB或PCB面元器件。
SMT制程氮气保护设备PSA制氮机
PSA制氮设备提取氮气可达到的技术指标
氮气流量：
氮气纯度：98%—99.9995%
出口压力：0.8Mpa以下可调
露 点：-45℃
工作原理 制氮设备是根据变压吸附的技术（PSA），利用高品质的碳分子筛为吸附剂直接从压缩空气中分离氧气提取氮气的。经过净化干燥的压缩空气，在压力作用下，利用氧在碳分子筛微孔中扩散吸附速率远大于氮在碳分子筛微孔中的扩散吸附速率这一特征，在吸附未达到平衡时，氮在气相中被富集起来，形成成品氮气。然后经减压至常压，吸附剂脱附所吸附的氧气等杂质组成，实现再生。在系统中设置两个吸附塔，一塔吸附产氮，另一塔脱附再生，通过PLC程序控制器控制气动阀的启闭，使两塔交替循环工作，实现连续生产高品质氮气。
無鉛製程中加氮氣的優點:
加氮气可以增加无铅焊接的上锡效果,可以增加上锡的光泽度.
加氮氣的優點:
1. 增進製程的空間
2. 防止氧化及增進零件吃錫度
3. 增進外觀美化(無鉛製程其銲點光澤較為不明顯)
4. 淢少因長時間高溫所產生的退色情形
第一部分 无 铅 焊 接 与 氮 气
为什么要导入无铅工艺
铅是一种有毒的重金属，人体过量吸收铅会引起中毒，摄入低量的铅则可能对人的智力、神经系统和生殖系统造成影响，全球电子装联行业每年要消耗大约60000吨左右的焊料，而且还在逐年增加，由此形成的含铅盐的工业渣滓严重污染环境，因此减少铅的使用已成为全世界关注的焦点，欧洲、j****许多大公司正在大力加速无铅替代合金的开发，并已规划在2002年开始在电子产品装配中逐步减少铅的使用。（传统的焊料成份63Sn/37Pb，在目前的电子装联行业，铅被广泛使用）
欧盟组织2006年开始逐步导入无铅工艺（医疗电子行业推迟到2008年），7月之前全面导入无铅工艺。电子整机行业的无铅化技术发展是国际信息产业工业发展的必然趋势，我国信息产业部也要求在2006年7月1日前，全国实现电子信息产品的无铅化。
导入无铅工艺为什么要用氮气
无铅化对再流焊设备提出了许多新的要求，主要包括：更高的加热能力、空载和负载状态下的热稳定性、适合高温工作的材料、良好的热绝缘、优良的均温性，氮气防漏能力、温度曲线的灵活性、更强的冷却能力等。
无铅化电子组装中使用氮气的的必要性有以下几点原则：
1） 满足欧美和j****等客户的要求时；
2） 使用高温焊膏或低固体、低活性（免清洗、低残留）焊膏时；
3） 钎焊比较昂贵的集成电路元器件、小体积元器件、细间距元器件、倒装芯片和不可以反修元器件时；
4） 多次过板组装工艺或钎焊带有OPS镀层的PCB多次再流时；
5） 钎焊无保护膜铜焊盘或储存时间较长的电路板或可靠性首要时。
由于使用了氮气氛，就需要对炉子进行投资及考虑耗用的氮气量、氮气源选择和氮气的价格，而且，了解后者更为重要。事实上，在焊接工艺中使用特殊气氛—惰性氮气氛，可以使焊接的产品在焊接过程中不会产生缺陷，能够一次通过测试验收，这样即节省了由缺陷带来的返修成本和劳动力成本，也节省了工艺时间。虽然选购氮气氛需要花费一定的资金，但比起焊缺陷带来的返修成本要低得多。
使用氮气对焊接的好处
在回流焊中使用惰性气体保护，已有较久历史了，并已得到较大范围的应用，一般都是选择氮气保护。
氮气回流焊有以下优点：
1） 防止减少氧化；
2） 提高焊接润湿力，加快润湿速度；
3） 减少锡球的产生，避免桥接，得到列好的焊接质量，特别重要的是，可以使用更低活性助焊剂的锡膏；
4） 也能提高焊点的性能，减少基材的变色。
第二部分 无 铅 焊 炉 用 氮 气 配 置
焊接用氮气相关规格
对于每台焊接炉的氮气流量，我们通常这样配置：
回流焊接炉： 15-25 m3/h
波峰焊接炉： 15-18 m3/h
另外有些特殊规格按实际流量计算。
氮气 纯 度：≥ 99.99%
氮气 压 力：0.4Mpa —0.6Mpa
氮气 露 点：-40℃— -60℃
焊接用氮气来源和方式
氮气源的供应要考虑实际生产量而定，对于小批量生产，而且不间断更换生产线的企业，可以采用罐装液氮作为发生器，反之就要采用氮气发生器来提供氮气。
当氮气使用量很大，而且需要货源非常稳定时，运用PSA技术制取氮气的现场发生器就更为安全稳定经济使用了，所以大批量生产一般不推荐采用罐装液氮。可根据实际生产量灵活搭配，生产柔性系数大，对于小批量，间断性生产采用罐装液氮较为合适。使用液氮其缺点也是很明显的，需要停机进行氮气源更换，压力不稳，使用到最后压力不足，氧含量会随之升高，而现场制取氮气装置却可以完全避免以上缺点。
对于一个企业来讲，怎样进行决策，应该根据实际的生产量、生活长期性等因素来决定，择优选择。
两种供氮方式成本分析
资本估算是可以量化的，而在具体的生产中，实际资本投入一般要大于上述估算值。为了比较两种氮气供应系统的优缺点，暂不考虑不可量化因素。 假设一电子组装厂现有生产线15条，要进行无铅流焊生产工艺，下面对其旧生产线改造投资成本进行简单的估算。
（1）生产时氧含量控制在1 000×10－6左右，每台再流焊设备每小时消耗氮气25m3，则15条线每小时共需要消耗氮气375m3。氮气供气方式采用"一拖三"，接口处压力取0.6MPa，氮气源所需纯度为99.999％。所需氮气发生器共5套，每套设备价格约45万元，则氮气发生器设备投入成本： M1＝45×5＝225（万元）
（3）氮气发生器每小时耗电量为55kW，设备服役期按照30 000h（十年）计算，工业用电按照0.6元/度计算，则服役期内工业用电费用： M2＝5×55×30000×0.6＝49.5（万元）
（4）假设每年使用一套消耗品，那么服役期内所需消耗品总费用为： M3＝0.5×（5×5－5×1）＝10（万元）
（5）占地费用暂不考虑，则无铅氮气保护再流焊氮气总资本投入： M＝M1＋M2＋M3＝225＋49.5＋10＝284.5（万元）
（6）每台炉子每小时消耗氮气成本： M＝284.5÷（30000×15）≈6.3（元/h）
如果使用罐装液氮，每台炉子每小时消耗氮气25m3，15套炉子每小时消耗氮气375m3,每立方液氮可汽化为643 m3氮气,，则每立方液氮可以供应生产时间约为： T＝VA/VN＝643÷375≈1.7（小时）
每台炉子每小时的成本消耗为： M7＝1000÷(1.7×15)≈39.2（元/小时）
则每年15套炉子可节约成本=(39.2-6.3) ×15×3000=148（万元）
焊接用制氮机配置方式
采用制氮机供气，一般实行"一拖三"（即一台制氮机供三台炉子）。使用时要考虑到留有10—15％的余量。如果一台炉子耗氮量为30m3/h，那么制氮机的流量应为30×3×1.15＝103.5m3/h。由于氮气流量与纯度成反比，考虑实施"一拖几"的时候，并非拖的越多越好，一般选择"一拖二"、"一拖三"、"一拖四"。另外考虑到降低风险系数，尽可能采用制氮机组，防止出现故障。
