SMT生产设备与质量
摘要：在电子产品竞争日趋激烈的今天，产品质量水平不仅是企业技术和管
理水平的标志，更与企业的生存和发展休戚相关。而随着元器件和PCB板的发展，SMT已经成为电子组装的主流，提高产品质量已成为SMT生产中的最关键因素之一。而SMT生产设备的好坏直接影响到产品的质量，因此我们必须了解现在的SMT生产设备有哪些，SMT组装过程存在的缺陷，我们该如何解决？本文将以SMT生产技术和常用SMT生产设备展开讨论，结合SMT生产设备的基本原理和基本工艺及其技术应用，就如何控制SMT生产设备造成的常见质量缺陷分析并加以研究，同时提出解决措施（或预防策略）。
关键词：设备 质量缺陷 解决措施
第一章 SMT主要的生产设备
1.1印刷机
在SMT工艺中，印刷时SMT工序的第一个环节，也是最重要的环节之一。印刷机的作用就是将焊膏印到PCB焊盘上，或者将胶体印刷到PCB得虚拟焊盘上，而SMT缺陷产品中往往占大部分的缺陷就是在这道工序。印刷机印刷现在主要依靠金属模板进行印刷。
目前市场上主流的印刷机品牌有西门子，日立，富士，松下，三星，DEK印刷机等。从自动程度来分类，可以分为手动印刷机、半自动印刷机、全自动印刷机。（如下图）
图一 图二
1.2 贴片机
贴片机有多种，如：拱架型(Gantry)、转塔型(Turret)等多种，我们实验室所用的是前者贴片机（如图三），贴片机是将元器件贴片于印制电路板上，要求贴片位置准确、度高。
图三
2.2.1 拱架型(Gantry)：
元件送料器、基板(PCB)是固定的，贴片头(安装多个真空吸料嘴)在送料器与基板之间来回移动，将元件从送料器取出，经过对元件位置与方向的调整，然后贴放于基板上。由于贴片头是安装于拱架型的X/Y坐标移动横梁上，所以得名。 对元件位置与方向的调整方法：1)、机械对中调整位置、吸嘴旋转调整方向，这种方法能达到的精度有限，较晚的机型已再不采用。2)、激光识别、X/Y坐标系统调整位置、吸嘴旋转调整方向，这种方法可实现飞行过程中的识别，但不能用于球栅列陈元件BGA。3)、相机识别、X/Y坐标系统调整位置、吸嘴旋转调整方向，一般相机固定，贴片头飞行划过相机上空，进行成像识别，比激光识别耽误一点时间，但可识别任何元件，也有实现飞行过程中的识别的相机识别系统，机械结构方面有其它牺牲。
这种形式由于贴片头来回移动的距离长，所以速度受到限制。现在一般采用多个真空吸料嘴同时取料(多达上十个)和采用双梁系统来提高速度，即一个梁上的贴片头在取料的同时，另一个梁上的贴片头贴放元件，速度几乎比单梁系统快一倍。但是实际应用中，同时取料的条件较难达到，而且不同类型的元件需要换用不同的真空吸料嘴，换吸料嘴有时间上的延误。
这类机型的优势在于：系统结构简单，可实现高精度，适于各种大小、形状的元件，甚至异型元件，送料器有带状、管状、托盘形式。适于中小批量生产，也可多台机组合用于大批量生产。
2.2.2 转塔型(Turret)：
元件送料器放于一个单坐标移动的料车上，基板(PCB)放于一个X/Y坐标系统移动的工作台上，贴片头安装在一个转塔上，工作时，料车将元件送料器移动到取料位置，贴片头上的真空吸料嘴在取料位置取元件，经转塔转动到贴片位置
(与取料位置成180度)，在转动过程中经过对元件位置与方向的调整，将元件贴放于基板上。 对元件位置与方向的调整方法：
1.机械对中调整位置、吸嘴旋转调整方向，这这种方法能达到的精度有限，较晚的机型已再不采用。
2.相机识别、X/Y坐标系统调整位置、吸嘴自旋转调整方向，相机固定，贴片头飞行划过相机上空，进行成像识别。
一般，转塔上安装有十几到二十几个贴片头，每个贴片头上安装2-4个真空吸嘴(较早机型)至5-6个真空吸嘴(现在机型)。由于转塔的特点，将动作细微化，选换吸嘴、送料器移动到位、取元件、元件识别、角度调整、工作台移动(包含位置调整)、贴放元件等动作都可以在同一时间周期内完成，所以实现真正意义上的高速度。目前最快的时间周期达到0.08-0.10秒钟一片元件。
此机型在速度上是优越的，适于大批量生产，但其只能用带状包装的元件，如果是密脚、大型的集成电路(IC)，只有托盘包装，则无法完成，因此还有赖于其它机型来共同合作。这种设备结构复杂，造价昂贵，最新机型约在US$50万，是拱架型的三倍以上。
2.3 再流焊机
再流焊炉是焊接表面组装元器件的设备。再流焊炉主要有红外炉、热风炉、红外炉加热风炉、蒸汽焊炉等。目前最流行的是全热风炉，以及红外加热风炉。
回流焊接设备正向着高效、多功能、智能化发展，其中有具有独特的多喷口气流控制的回流焊炉、带局部强制冷却的回流焊炉、可以监测元器件温度的回流焊炉、带中心支撑装置的回流焊炉等。除了上述这些新型回流焊炉外，智能化再流炉也已经出现了，其调整运转由内置计算机控制，在Window视窗操作环境下可很方便使用键盘或光笔输入各种数据，又可迅速地从内存中取出或更换回流焊工艺曲线，节省调整时间，提高了生产效率。
我们所使用的是德国ERSA、SEHO回流焊炉。回流焊炉的功能是将贴片好的印制电路板送入回流焊炉进行焊接并固化，这样元器件就可以牢固地焊接到电路板上，回流焊有五个温区为：预热区、保温区、快速升温区、焊接区、冷却区。每个温区都有它自己的作用，当PCB进入升温区时，焊膏中的溶剂、气体蒸发掉，同时，焊膏中的助焊剂润湿焊盘、元器件端头和引脚，焊膏软化、塌落、覆盖了焊盘，将焊盘、元器件引脚与氧气隔离；PCB进入保温区时，使其和元器件得到充分的预热，以防其突然进入焊接高温区而损坏PCB和元器件；当PCB进入焊接区时，温度迅速上升使焊膏达到熔化状态，液态焊锡对PCB的焊盘元器件端头和引脚润湿扩散或回流混合在焊接界面上生成金属间化合物，形成焊锡接点；PCB进入冷却区，使焊点凝固。此时完成了再流焊接。
三、再流焊温度曲线
温度曲线是保证焊接质量的关键，实时温度曲线和焊膏温度曲线的升温斜率和峰值温度应基本—致。160℃前的升温速度控制在1℃／s—2℃／s。如果升温斜率太大，一方面使元器件及PCB受热太陕，易损坏元器件，易造成PCB变形。另一方面，焊膏中的溶剂挥发速度太快，容易溅出金属成份，产生锡珠；峰值温度一般设定在比焊膏金属熔点高30℃~40℃左右(例如63Sn／37Pb焊膏的熔点为183℃，峰值温度应设置在215℃左右)，再流时间为30s~60s。峰值温度低或再流时间短，会使焊接不充分，严重时会造成焊膏不熔。峰值温度过高或再流时间长，造成金属粉末氧化，影响焊接质量，甚至会损坏元器件和印制板。
图2-4典型的回流焊接温度曲
四、设置再流焊温度曲线的依据：
1.根据使用焊膏的温度曲线进行设置。不同金属含量的焊膏有不同的温度曲线，应按照焊膏加工厂提供的温度曲线进行设置具体产品的再流焊温度曲线。
2.根据PCB板的材料、厚度、是否是多层板和尺寸大小设置。
3.根据表面组装板搭载元器件的密度、元器件的大小以及有无BGA、CSP等特殊元器件进行设置。
4.根据设备的具体情况，例如加热区的长度、加热源的材料、再流焊炉的构造和热传导方式等因素进行设置。
热风炉和红外炉有很大区别，红外炉主要是辐射传导，其优点是热效率高，温度陡度大，易控制温度曲线，双面焊时PCB上、下温度易控制；其缺点是温度
