論SMT生產(chǎn)中的常見問題及解決辦法

王文豐

(山西省電子工業(yè)科學(xué)研究所有限公司，山西 太原 030006)

1 SMT生產(chǎn)工藝

SMT生產(chǎn)主要由印刷、貼裝、焊接三大部分組成，基于回流焊接技術(shù)發(fā)展而來，通過融化預(yù)先印刷在PCB焊盤上的錫膏，實現(xiàn)表面組裝元器件焊端或引腳與PCB焊盤之間機械和電器連接的一種軟釬焊接工藝。印刷是將適量的錫膏均勻的施加在PCB的焊盤上，以保證貼片元器件與PCB相對應(yīng)的焊盤在回流焊接時，達到良好的電器連接，并具有足夠的機械強度。錫膏通過各焊盤在鋼網(wǎng)上對應(yīng)的開孔，在刮刀的作用下將錫均勻的涂覆在各焊盤上；貼裝是用貼片機將片式元器件準確的貼裝到印好錫膏或貼片膠的PCB表面相應(yīng)的位置；回流焊是英文Reflow Soldring的直譯，是通過熔化電路板焊盤上的錫膏，實現(xiàn)表面組裝元器件焊端與PCB焊盤之間機械與電氣連接，形成電氣回路。

現(xiàn)代的全自動SMT生產(chǎn)線由送板設(shè)備、印刷設(shè)備、錫膏檢測設(shè)備、分揀設(shè)備、貼片設(shè)備、回流焊、AOI、下板設(shè)備等部分組成，是一個有機的整體，任何一個小問題都會導(dǎo)致整條SMT生產(chǎn)線產(chǎn)品質(zhì)量。所以SMT生產(chǎn)中任何問題都不容忽視，合理處理SMT生產(chǎn)中的常見問題才能提高產(chǎn)品質(zhì)量，優(yōu)化生產(chǎn)效率，減少浪費。

2 拋料問題

SMT生產(chǎn)線的核心是貼片機，因元器件的價格較高，拋料會造成嚴重的材料浪費，極大的增加生產(chǎn)成本。

西門子貼片機通過內(nèi)置的攝像機拍照對比確定元器件的品質(zhì)。在西門子貼片機的生產(chǎn)中元器件形狀的制作是解決拋料問題的第一關(guān)鍵。元件形狀的制作必須準確無誤，可以適當(dāng)?shù)卦黾釉螤罟钪担庹盏倪x擇也是重中之重。西門子貼片機采用真空吸取的方式取料，吸嘴的選擇，取料位置的選擇是第二個關(guān)鍵。吸嘴的真空位置，形狀和大小以取料位置最大面積為宜，但吸嘴的外徑不能超出料槽。西門子貼片機的裝料、接料與進料間距都是操作人員人工設(shè)定，操作不當(dāng)是造成拋料的另一個關(guān)鍵問題，必須嚴格規(guī)范員工的操作步驟，定期培訓(xùn)。

3 設(shè)備的保養(yǎng)維護

西門子貼片機以高速、穩(wěn)定的強大特性贏得了電子行業(yè)一致認同的同時，“嬌貴”也是其令人詬病的另一大特性，其內(nèi)部有大量的光學(xué)鏡頭，所以對生產(chǎn)環(huán)境有嚴格的要求，溫度以24 ℃為最佳，濕度以55%為最佳，工作環(huán)境空氣清潔度最好達10 W級(BGJ73-84)。如果貼片機工作環(huán)境多灰塵，會對于微小元件，如0201和01005以及細間距(0.3 mm)元件的貼裝和焊接產(chǎn)生質(zhì)量影響，同時也會加大設(shè)備磨損程度，甚至有可能導(dǎo)致設(shè)備故障，增加設(shè)備維護及維修工作量。西門子貼片機的保養(yǎng)維護工作非常重要，分日常保養(yǎng)、月度保養(yǎng)、季度保養(yǎng)與年度保養(yǎng)，定期的保養(yǎng)才能讓設(shè)備更有效更長久的工作。

4 SMT生產(chǎn)線的生產(chǎn)速度

西門子貼片機D1理論貼片速度是20 000 cph，D2的理論貼片速度是40 500 cph，SMT生產(chǎn)線上裝配一臺西門子D1加一臺西門子D2，那么理論貼片速度是60 500 cph，但是在實際生產(chǎn)中我們遠遠達不到這個速度，甚至連它一半理論速度都達不到，這里面除了有元器件形狀、大小、重量的原因需要主動降速，另一個主要原因就是兩臺貼片機互相之間的平衡，還有D2中兩個取料位之間的平衡問題。在編寫貼裝程序時，同類型元件要盡量排列在一起，可以減少貼裝頭拾取元件時更換吸嘴的次數(shù)，節(jié)省貼裝時間。貼裝數(shù)量較多的供料器應(yīng)安放在靠近印制板的料站上。在一個貼片循環(huán)過程中，盡量只從正面或后面的料站上取料，以減少貼裝頭移動距離。在每個拾放循環(huán)過程中，要使貼裝頭滿負荷。在進行站位分配和設(shè)備優(yōu)化時可使用優(yōu)化軟件，優(yōu)化軟件包括設(shè)備的優(yōu)化程序和生產(chǎn)線平衡軟件。設(shè)備的優(yōu)化程序主要是針對貼裝程序和供料器的配置進行優(yōu)化。優(yōu)化程序會對貼裝頭的運動路徑和供料器的配置情況進行優(yōu)化，盡量減少貼裝頭的移動路程，從而節(jié)省貼裝時間。生產(chǎn)線平衡軟件是對整個生產(chǎn)線進行優(yōu)化的有效工具，優(yōu)化軟件采用一定的優(yōu)化算法，目前的優(yōu)化軟件已經(jīng)具備一定的智能化，可以既快又好地完成優(yōu)化過程。

SMT生產(chǎn)線另一個影響生產(chǎn)速度的因素就是原材料采購中，因為種種原因，沒有采購貼片機可以吸取的元件，比如散料，無吸取位置的異性料，這種情況只能選擇手動貼裝，而手動貼裝的速度遠遠沒有貼片機自動貼裝的速度快，需要手動貼裝的器件越多，則整條SMT生產(chǎn)線的生產(chǎn)速度越慢。

整條SMT生產(chǎn)線的生產(chǎn)速度取決于生產(chǎn)線中最慢的一臺自動化設(shè)備，而最慢的自動化設(shè)備一般都是貼片機，這時我們還可以通過增加貼片機來提高整條SMT生產(chǎn)線的生產(chǎn)速度，同時還可以充分利用其它設(shè)備過剩的生產(chǎn)能力。

5 產(chǎn)品質(zhì)量

產(chǎn)品質(zhì)量是企業(yè)的生命，SMT生產(chǎn)線的產(chǎn)品只有PCB電路板，在貼片生產(chǎn)中出現(xiàn)的不良品有缺件、缺錫、錯位、連錫、錯件、極性錯誤等，解決這些問題就要從整個SMT生產(chǎn)線的每一個步驟做起。

印刷機負責(zé)PCB板錫膏的印刷，首先是刮刀的類型與硬度，然后是刮刀的角度，在印刷的時候，一定要保證刮刀和FPC之間的間隔，一般這個夾角的數(shù)值在60到75之間，夾角過大或者過小都會影響最終印刷的效果，在進行印刷操作時，速度不要太快，否則很有可能造成有些地方?jīng)]有被印到，相反，速度太慢的話，會讓印刷不均勻。一般來說，印刷的速度堅持在10 mm/s～25 mm/s這個范圍之內(nèi)為最佳，這樣就可以完成印刷的最佳化。一般來說，范圍最好設(shè)定為0.1 kg/cm～0.3kg/cm。太小的印刷壓力會使FPC上錫膏缺失，而太大的壓力會使焊錫膏印得太薄，增加了焊錫膏污染金屬漏板和FPC表面的可能性。

貼片機負責(zé)在錫膏印刷完成的PCB板上貼裝元器件，貼裝位置的準確嚴重影響產(chǎn)品質(zhì)量。貼片機貼裝精度包含三個項目：貼裝精度、分辨率、重復(fù)精度。貼裝精度表示元器件相對于PCB上標定位置的貼裝偏差大小，被定義為貼裝元器件端子偏離標定位置最大值的綜合位置誤差。影響貼裝精度的因素主要有兩種，即平移誤差和旋轉(zhuǎn)誤差。貼裝SMC要求精度達到±0.01 mm，貼裝高密度、窄間距的SMD要求精度至少達到±0.06 mm。分辨率描述貼片機分辨空間連續(xù)點的能力。還可以簡單地描述為是機器運行的最小增量的一種度量，在衡量機器本身的運動精度時，它是重要的性能指標。重復(fù)精度是描述貼裝工具重復(fù)地返回標定點的能力。在給重復(fù)精度下定義時，常采用雙向重復(fù)精度這個概念，一般定義為：在一系列試驗中，從兩個方向接近任何給定點時離開平均值的偏差。總的來講，元器件盡量貼裝在元件框正中心，IC元件與密腳芯片所有管腳必須對稱貼裝在焊盤中心，無錯位，無旋轉(zhuǎn)，元件與PCB板貼合面平整，無起翹。

回流焊是SMT貼裝工藝中主要工藝中的一種。回流焊主要是用來焊接已經(jīng)貼裝好元件的線路板，靠加熱把錫膏融化，使貼片元件與線路板焊盤融合焊接在一起，然后再通過回流焊的冷卻把錫膏冷卻使元件和焊盤固化在一起。當(dāng)PCB進入升溫區(qū)時，焊膏中的溶劑、氣體蒸發(fā)掉，同時，焊膏中的助焊劑潤濕焊盤、元器件端頭和引腳，焊膏軟化、塌落、覆蓋了焊盤，將焊盤、元器件引腳與氧氣隔離。PCB進入保溫區(qū)時，使PCB和元器件得到充分的預(yù)熱，以防PCB突然進入焊接高溫區(qū)而損壞PCB和元器件。當(dāng)PCB進入焊接區(qū)時，溫度迅速上升使焊膏達到熔化狀態(tài)，液態(tài)焊錫對PCB的焊盤、元器件端頭和引腳潤濕、擴散、漫流或回流混合形成焊錫接點。最后進入冷卻區(qū)，使焊點凝固，此時完成了回流焊。我們可以看出，回流焊的焊接工藝主要分預(yù)升溫、保溫、焊接、固化這四個步驟，四個步驟的溫度各有要求，這樣我們就必須設(shè)置合理的回流焊溫度曲線。并且因為設(shè)備運行時的高溫，可能會對回流焊各部分的爐溫造成誤差，所以還要定時對實際爐溫經(jīng)行檢測。

6 結(jié)語

隨著電子行業(yè)的發(fā)展，高精度、高集成、小體積成為未來PCB技術(shù)的趨勢，SMT表面貼裝技術(shù)組裝密度高、電子產(chǎn)品體積小、重量輕，可靠性高、抗振能力強，高頻特性好等特點，使其成為電子行業(yè)的主流，更好的使用SMT生產(chǎn)才能有效降低成本，提高生產(chǎn)效率。