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自动印刷机会自动地涂布焊 膏

  电子工艺实训 表面贴装技术 武汉科技大学工程训练中心 片状元器件(surface mount component/device) ? ? ? ? ? (SMC)/SMD元器件的特点 特征:无引线或短引线--小型化 ①片状元件小、轻、薄。安装密度高、体积和重量为 60%普通元器件。 ②高频特性好,减小了引线分部电容,降低了寄生电 容和电感,增强了抗电磁干扰和射频干扰能力。 ③易于实现自动化,组装时无需钻孔、剪线、打弯等 工序,降低了成本,易于大规模生产。 片状元器件的包装 片状元器件包装形式有以下三类: ? 1、散装(或称袋装),用字母B表示,可供手工贴装、 维修和大数量漏斗贴装使用。 ? 2、盒式包装:用C表示,将片状元件按一定方向排列 在塑料盒中,适合夹具式贴片机使用。 ? 3、编带包装:用T或U表示,将贴片元件按一定方向 逐只装入纸编带或塑料编带孔内并封装,再卷绕在带 盘上,适合全自动贴片机使用。 SMT工艺介绍 ? 传统穿孔式电子组装流程乃是将组件之引脚插入PCB 的导孔固定之后,利用回流焊的制程,如图一所示, 经过助焊剂涂布、预热、焊锡涂布、检测与清洁等步 骤而完成整个焊接流程。由于电子工业之产品随着时 间和潮流不断的将其产品设计成短小轻便,相对地促 使各种零组件的体积及重量愈来愈小,其功能密度也 相对提高,以符合时代潮流及客户需求,在此变迁影 响下,表面黏着组件即成为PCB上之主要组件,其主 要特性是可大幅节省空间,以取代传统浸焊式组件 (Dual In Line Package;DIP)。 SMT工艺步骤 ? ? ? 锡膏印刷(Stencil Printing):锡膏为表面黏着组件与PCB 相互连接导通的接着材料,首先将钢板透过蚀刻或雷射切 割后,由印刷机的刮刀(squeegee)将锡膏经钢板上之开孔 印至PCB的焊垫上,以便进入下一步骤。 组件置放(Component Placement):组件置放是整个SMT 制程的主要关键技术及工作重心,其过程使用高精密的自 动化置放设备,经由计算机编程将表面黏着组件准确的置 放在已印好锡膏的PCB的焊垫上。由于表面黏着组件之设 计日趋精密,其接脚的间距也随之变小,因此置放作业的 技术层次之困难度也与日俱增。 回流焊接(Reflow Soldering):回流焊接是将已置放表面黏 着组件的PCB,经过回流炉先行预热以活化助焊剂,再提 升其温度至183℃使锡膏熔化,组件脚与PCB的焊垫相连 结,再经过降温冷却,使焊锡固化,即完成表面黏着组件 与PCB的接合。 焊膏印刷 ? ? 在手动或者半自动印刷机中,是通过手工用刮刀把焊 膏放到模板/丝网的一端。自动印刷机会自动地涂布焊 膏。在接触式印刷过程中,电路板和模板在印刷过程 中保持接触,当刮刀在模板上走过时,电路板和模板 是没有分开的。 在非接触式印刷过程中,丝网在刮刀走过之后剥离或 者脱离电路板,在焊膏涂布完了之后回到最初的位置。 网板与电路板的距离和刮刀压力是两个与设备有关的 重要变量。 焊膏分配 钢网印刷分配:将焊膏通过一定形状模板一次性均匀漏印 到PCB的焊盘上,该分配方法具有焊膏涂覆均匀,准确等特色, 适合于同种规格PCB板批量焊膏分配。 高精度丝印台 成型钢网 焊膏印刷 ? ? 刮刀磨损、压力和硬度决定了印刷质量。它的边缘应 当锋利而且是直的。刮刀的压力较低,这会造成印刷 遗漏和边缘粗糙;而刮刀的压力高或者刮刀软,印刷 到焊盘上的焊膏会模糊不清,而且可能会损坏刮刀、 模板或者丝网。 双倍厚度的模板可以把适当数量的焊膏加到微间距组 件焊盘和标准焊表面安装组件焊盘。这要用橡皮刮刀 迫使焊膏进入模板上的小孔。使用金属刮刀可以防止 焊膏体积出现变化,但是需要修改模板上孔的设计, 避免把过多的焊膏涂在微间距焊盘上。模板孔的宽度 与厚度之比最好是1:1.5,这样可以防止出现堵塞。 粘合剂/环氧化树脂与点胶技术 ? ? 环氧化树脂粘合剂的涂敷能力好、胶点的形状和尺寸一致、湿润 性和固化强度高、固化快、有柔性,而且能够抗冲击。它们还适 合高速涂敷非常小的胶点,在固化后电路板的电气特性良好。粘 接强度是粘合剂性能中最重要的参数。组件和印刷电路板的粘接 度,胶点的形状和大小,以及固化程度,这些因素将决定粘接强 度。 流变性会影响环氧化树脂点的形成,以及它的形状和尺寸。为了 保证胶点的形状合乎要求,粘合剂必须具有触变性,意思是粘合 剂在搅动时会越来越稀薄,而在静止时则越来越稠。在建立可重 复使用的粘合剂涂敷系统时,最重要的一点是如何把各种正确的 流变特性结合起来。 组件贴装 ? 贴装组件就是从传送带、传送架或者料盘中拾取组件, 然后再把它们正确地贴到电路板上。组件贴装分为手 动贴装、半自动贴装和全自动贴装。手动贴装非常适 合返修时使用,但是它的精确度差,速度也不快,不 适合目前的组件技术和生产线的要求。半自动贴装是 用真空的办法把组件吸起来,然后放到电路板上。这 个方法比手动贴装快得多,但是,由于它需要人的干 预,还是会有出错的可能。全自动贴装在大批量组装 中的应用非常普遍。高速组件贴装使用的可能就是这 种机器,贴片速度从每小时三千到八万个组件不等。 器件贴装 贴片器件贴装通常有两种方法:A、采用真空吸笔贴装;B、采 用具有图像放大系统的精密贴片台贴装。 真空吸笔贴装:线mg以下微型器件的 贴放。由于自带电磁释放器,通过吸笔孔的人工掩放来控制器件的 贴放。该设备具有操作简单、速度快的特点,但不适合体积大、引 脚多的IC贴装。 真空吸笔 精密贴片台贴装:精密IC贴片台具有机械3自由度,x ,y轴 可精密微调,z轴可大范围调整,同时配备大倍率摄像头及彩色 显示终端,极适合于高精密封装器件的贴装。 流水线贴装:在线路板贴片器件焊接及学生SMT实训过程中, 一般线路板贴片器件的数量在数十个以上,因此,在回流焊整 个工艺过程中,贴片是最复杂、最关键的一环。采用贴片流水 线作业,辅以工艺图,有助于提高贴片效率,增加贴片成功率, 同时使学生了解流水作业的流程。 精密IC贴片台 表面贴装流水线 焊接 ? ? 在无铅再流焊方面,最常见的问题是,气泡、电路板变形和元件 的损坏,这些都是再流焊工艺在超出技术规范规定的范围时造成 的。有一些元件,例如,铝电解电容器和一些其他塑料连接器, 要求温度比较低,要防止温度过高而造成损坏,但是象插座这样 的大元件需要更多的热量才能得到好的焊点,因此当电路板上有 这些不同类型元件时,制定再流焊温度曲线是一个挑战性的问题。 向后兼容性(装在锡铅电路板上的无铅BGA元件)也使问题变得 更加复杂。 在对流焊接中,再流焊的温度较高,这表示,要求助焊剂不可以 很容易就燃烧。对再流焊炉来说,助焊剂收集系统不仅要在更高 的温度下工作,并且要容纳更多的助焊剂。 回流焊接 回流焊又称再流焊,它是通过重新熔化预先放置的焊料而形成 焊点,在焊接过程中不再添加任何焊料的一种焊接方法。 回流焊机分为有铅回流焊机和无铅回流焊机。回流焊机一般由 预热区、保温区、再流区、冷却区等几大温区组成,同时各大温区 又可分成几个小温区。无铅回流焊机比有铅回流焊机具有更多的温 区,其焊接工艺更复杂。 由于大型回流焊机设计复杂,成本高,导致价格昂贵,所以在 教学实训当中,可采用小型回流焊机进行实训,既满足了教学需求, 了解了回流焊全过程,又节省了高额的设备投入。 小型回流焊机特点: 1、由多温度控制段替代多温区设计,大大降低设备复杂程 度,减小设备体积; 2、进仓、预热、保温、焊接、冷却、出仓全过程由微电脑 自动控制,并具有全过程的图形界面显示。 分配焊膏样板 小型回流焊主机 焊接好样板 常见回流焊接缺陷:1、桥连/桥接;2、立碑/吊桥;3、错位;4 焊膏未熔化;5、吸料/芯吸现象。 桥连/桥接:焊料在不需要的金属部件之间产生连接,造成短路 现象,此缺陷一般为焊膏分配过多引起; 立碑/吊桥:重量轻的片状元件出现立起现象,根本原因是元件 两边的湿润力不平衡; 错位:元件位置移动出现开路状态,产生此缺陷的主要原因是 器件贴装位置不准确; 焊膏未熔化:产生此缺陷的主要原因是焊接温度设置不合理; 吸料/芯吸:焊料脱离焊盘沿引脚上行到芯片本体之间,形成严 重的虚焊现象,产生此缺陷的主要原因是元件引脚导热率大,升温 迅速,使焊料与器件引脚间的湿润力远大于焊料与焊盘之间的湿润 力,解决办法是使PCB板充分预热。 波峰焊接工艺流程 电阻电容 成型 手动插件 上板 波峰焊接 出板 流水线检修 超声波清洗 线路板 剪脚 波峰焊工艺流程图 波峰焊接 波峰焊及基本原理:波峰焊接(波峰焊)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。 完成点胶、贴装、胶固化、插装通孔元器件的印制板从波 峰焊机的入口端随传送带向前运行,通过焊剂发泡(或喷雾)槽 时,印制板下表面的焊盘、所有元器件端头和引脚表面被均匀 地涂覆上一层薄薄的焊剂。随着传送带运行,印制板进入预热 区,焊剂中的溶剂被挥发掉,焊剂中松香和活性剂开始分解和 活性化,印制板焊盘、元器件端头和引脚表面的氧化膜以及其 它污染物被清除;同时,印制板和元器件得到充分预热。 清洗 ? ? 清洗印刷电路板是非常重要而且能够增加价值的工艺, 它可以清除由不同制造工艺和处理方法造成的污染。 如果没有经过适当的清洗,表面污物可能会在生产过 程中造成缺陷。无铅增加了清洗工艺的重要性。比起 锡铅工艺,无铅焊接工艺通常需要使用更多的助焊剂 和活性更高的助焊剂,因此,往往需要进行清洗,把 去助焊剂残渣去掉。 在SMT组装中,最常用的清洗方法是在线喷洒系统或 者批量喷洒系统。超声波和蒸汽去脂的方法属于其他 的批量清洗方法。批量清洗方法最适合产量低、品种 多的生产。在线喷洒针对的是产量高、品种单一的生 产,或者是品种很多的生产。 超声波清洗 用途:主要用于线路板助焊剂、油污等污渍的清洗,恢复线 路板的清洁、光亮。 工作原理:超声波功率发生器产生20-40KHz的超声电能,通 过超声换能器转换为机械振动,清洗液在超声波的作用下,产生 大量的微小气泡,这些气泡在超声波纵向传播的负压区形成,并 在正压区迅速闭合,这种现象称为空化。空化过程气泡闭合时形 成超过1000个大气压的瞬间高压, 连续不断产生的瞬间高压,就象 不断的在物体的表面进行爆炸, 使物体表面和缝隙的污垢迅速剥 落,达到清洗的目的。 超声波清洗机 测试和检验 ? ? ? ? 现有的测试办法是: 在再流焊之后进行电路内测试(ICT),这是,对元件单独加电测 试,来检验印刷电路板是否有问题。传统的ICT系统使用针床测试 设备来接触印刷电路板下面一侧的多个测试点。 飞针是一种ICT测试,它使用一根探针在通电情况进行测试,在测 试设备和印刷电路板之间不需要针床接口。它用大量到处游走的 针来检查印刷电路板。 边界扫描测试可以弥补通电检查的不足。边界扫描使用边缘连接 器或者一个有限的针床设备,它可以对ICT和飞针接触不到的被测 元件和电路节点进行测试。


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