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SMT基础知识
教材名称:
SMT基础知识
教材编号:
TRM—PDC001
教材目录
SMT基础知识
1.SMT简述……………………………………2
2.SMT生产流程及其相应设备…………………2
3.SMT元器件……………………………………3
4.SMT主要辅助材料……………………………12
5.SMT生产流程及其注意事项………………12
制定人:
刘胜审核人:
日期:
2002/01/08日期:
SMT基础知識1.SMT简述
SMT为英文SurfaceMountTechnology的缩写,中文意为表面贴装技术。
它使组装的PCBA重量减轻和单位面积元器件覆盖率大大提高,提高了PCBA的抗冲击和抗振动能力,比插装技术更适于自动化生产且获得可控制的制造工艺,材料和仓储成本降低,以及低噪音工作环境等优点。
電子產品追求小型化,原來的通孔插裝無法适應其要求;同時產品批量化,生产自动化,厂方以低成本高產量出產優質產品以滿足客戶要求和增強市場竟爭力;加之隨科技的發展,尤其半導體和元器件的發展,為SMT工藝的發展和推廣提供了必要的條件.
2.SMT生產流程及其相应设备
2.1單面板生產流程及其相应设备
供板印刷紅膠(或錫漿)投板貼裝SMT元器件
(自动送板机)(印刷机/点胶机)(自动送板机)(贴片机)
人工補件,目视检回流固化(或焊接)AOI檢測目视檢查
查和投板(回流焊接炉)(AOI)(放大镜)
測試包裝
(测试机)(防靜電周轉架)
2.2雙面板生產流程及其相应设备
2.2.1一面錫漿﹑一面紅膠之雙面板
供板印刷錫漿投板貼裝SMT元器件
(自动送板机)(印刷机/点胶机)(自动送板机)(贴片机)
人工補件,目视检回流焊接AOI檢測目视檢查翻面供板
查和投板(回流焊接炉)(AOI)(放大镜)(自动送板机)
印刷紅膠投板貼裝SMT元器件人工補件,目视检
(印刷机/点胶机)(自动送板机)(贴片机)查和投板
回流固化AOI檢測目视檢查測試
(回流焊接炉)(AOI)(放大镜)(测试机)
包裝
(防靜電周轉架)
2.2.2雙面錫漿板
供板印刷錫漿投板貼裝SMT元器件
(自动送板机)(印刷机/点胶机)(自动送板机)(贴片机)
人工補件,目视检回流焊接AOI檢測目视檢查翻面供板
查和投板(回流焊接炉)(AOI)(放大镜)(自动送板机)
印刷錫漿投板貼裝SMT元器件人工補件,目视检
(印刷机)(自动送板机)(贴片机)查和投板
回流固化AOI檢測目视檢查測試
(回流焊接炉)(AOI)(放大镜)(测试机)
包裝
(防靜電周轉架)
3.SMT元器件
SMT元器件的設計、生產為SMT的發展提供了物料保証。
常將其分為SMT元件(SMC:
含表面贴片電阻﹑電容﹑電感)和SMT器件(SMD:
包含表面贴片二極管﹑三極管﹑集成電路等)。
我們常接觸的元器件有﹕
3.1表面贴片電阻
3.1.1電阻以英文字母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)=1,000,000歐(Ω)。
3.1.2表面贴片電阻的主要參數有﹕阻值﹑電功率﹑誤差﹑体积﹑溫度系數和材料類型等。
表面贴片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10KΩ10,000Ω
101表示100Ω
124表示120KΩ120,000Ω
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)
电阻表面丝印字符易误判而致用料错误的电阻值有:
183………..103221…………122
152…………221332…………392
223………..822820…………220
303………..363101…………104
故在对易误判丝印的电阻使用时,务必小心谨慎,必要时可借助仪表(如LCR测试仪等)进行准确判定。
表面贴片電阻常用電功率大小有1/10w﹐1/8w﹐1/4w﹐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:
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)
1005/04021.0/40.5/2
1608/06031.6/60.8/3
2012/08052.0/81.2/5
3216/12063.2/121.6/6
注:
1密耳=0.001英寸=0.0254毫米
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。
3.1.3一般保存在室温(温度18~28度、湿度40~70%RH)即可。
若超出生产周期后12个月(一般其有效期为12个月)未使用需重新再由IQC复检判定。
3.1.4包装方式有带式(纸带和胶带)和散装两种。
由于料带宽度和料间距不同,必须使用“程式料表”中界定的FEEDER规格使用,确保供料正常和防止物料的损失。
如“0802”类料件使用“0804”类FEEDER将会产生用1个料损失1个料。
3.1.5对于多个电阻并联为一体时,称为排阻,如下所示:
其无方向,但两个之间不可以短路焊接。
3.2表面贴片電容
3.2.1電容以字母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=103UF=106NF=109MF=1012PF
3.2.2表面贴片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
100PF101
0.001UF(1NF)102
1PF109(10*10-1)
因電容容值未絲印在元件表面﹐且体积大小﹑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(如:
LCR测试仪)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:
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
表面贴片電容(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)
1005/04021.0/40.5/2
1608/06031.6/60.8/3
2012/08052.0/81.2/5
3216/12063.2/121.6/6
注:
1密耳=0.001英寸=0.0254毫米
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。
3.2.3一般保存在室温(温度18~28度、湿度40~70%RH)即可。
若超出生产周期后12个月(一般其有效期为12个月)未使用需重新再由IQC复检判定。
3.2.4包装方式有带式(纸带和胶带)和散装两种。
由于料带宽度和料间距不同,必须使用“程式料表”中界定的FEEDER规格使用,确保供料正常和防止物料的损失。
如“0802”类料件使用“0804”类FEEDER将会产生用1个料损失1个料。
3.2.5表面贴片電容還有鉭質電容﹑鋁质電解電容類型﹐它們均有極性方向﹐其表面常絲印有容量大小(单位为微法)和耐壓(单位为伏特)。
贴装时要注意其极性(有标示端,鉭質電容为正极,鋁质電解電容为负极)。
如下所示:
3.3表面贴片二極管
3.3.1二極管以字母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。
3.3.2表面贴片二極管有兩種類型﹕圓筒型和片狀型。
片狀型又有二引脚和三引脚兩種狀。
在外观检查中,必须注意其表面有无破损和脱落。
3.3.3一般保存在室温(温度18~28度、湿度40~70%RH)即可。
若超出生产周期后12个月(一般其有效期为12个月)未使用需重新再由IQC复检判定。
3.3.4包装方式有带式(纸带和胶带)。
3.4表面贴片三極管
3.4.1三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上焊盘和絲印標識一致。
3.4.2表面贴片三極管為了表示不同类别和型号﹐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。
3.4.3一般保存在室温(温度18~28度、湿度40~70%RH)即可。
若超出生产周期后12个月(一般其有效期为12个月)未使用需重新再由IQC复检判定。
3.4.4包装方式有带式(纸带和胶带)。
3.5表面贴片電感
電感以字母”L”代表,其基本單位為亨利(亨)﹐符號用H表示。
表面贴片電感常稱為磁珠﹐其外型與表面贴片電容類似﹐但色澤特别深﹐可用”LCR測试儀“測量其電感量區分。
一般保存在室温(温度18~28度、湿度40~70%RH)即可。
若超出生产周期后12个月(一般其有效期为12个月)未使用需重新再由IQC复检判定。
包装方式有带式(纸带和胶带)。
3.6表面贴片集成電路
3.6.1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﹕字面向上正放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。
如下图示:
注:
个别IC为从某一排的中间作为第一引脚,故使用时需特别关注。
3.6.2集成电路依引脚形状可分为:
J型与Z(鸥翼)型两种;
集成电路依封装形式可分为:
SOJ(小型J引脚IC)、SOP(小型封装)、TSOP(薄的小型封装)、QFP(方型扁平封装)、TQFP(薄的方型扁平封装)、BGA(球栅阵列封装)和PLCC(双列塑料封装)。
3.6.3集成电路一般用引脚间距来表示尺寸:
SOPSOJTSOPPLCC1.27mm
QFP0.4mm0.5mm0.65mm0.8mm
TQFP0.3mm0.4mm0.5mm0.65mm0.8mm1.0mm
BGA以底部锡球的直径表示如:
0.3mm,
0.4mm,0.5mm…
3.6.4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。
3.6.5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。
3.6.6J型引脚PLCC类型IC的引脚弯向内部,回流焊接后检查时,需将PCBA与目光平行,以观其引脚有无变形、假焊等现象。
鸥翼型QFP封装类IC的引脚细小、强度不高,回流焊接后检查时,需重点检查引脚变形、短路和假焊等现象。
球栅阵列类BGA,因其引脚为球形在底部,回流焊接后检查时,主要检查有无超出PCB上白色框线;在允许情况下,可借助设备(如:
X光机)透视检查。
3.6.7集成电路的保存
有效储存期:
温度18~28度、湿度40~70%RH的室温条件下,以真空密封包装方式可保存12个月;
开封有效使用期:
针对不同的潮温敏感等级不同而不同。
一般要求打开包装后,在温度18~28度、湿度40~70%RH的室温条件下,需72小时之内用完;未用完之IC需以原封装装回并密封后暂存于防潮箱内,于使用同种IC时优先投入使用;
在打开包装时若湿度显示卡在18~28摄氏度条件下,显示湿度大于20%RH,则在使用前需进行烘烤;
具体烘烤条件参见“潮氣敏感元件製程管理辦法”执行。
所有存放均需防静电和防潮操作。
3.6.8包装方式有带式(纸带和胶带)、盘式和管式三种。
3.7其他
3.7.1晶振:
注意轻拿轻放,减小振动,防止其损坏。
3.7.2连接器:
修理中防止助焊剂浸入,引发接触不良。
3.7.3开关:
修理中防止助焊剂浸入,引发接触和手感不良。
3.7.4插孔:
修理中防止助焊剂浸入,引发接触不良。
3.8料盘标签的识别
料盘标签内反应的信息因料件种类不同而有别,但一般均包含:
料号,类别,规格,数量,生产日期,生产批次,生产厂商等,如下所示的电阻标示:
4.SMT主要辅助材料
4.1锡膏
锡膏是由合金焊料粉、糊状焊剂和一些必要的粘性剂经一定的搅拌混合而成,它具有一定的粘性,可以对元器件初步固定和防止其塌落;具有一定的触变性,利于印刷作业。
其主要作用为经一定的温度控制达成对PCBPAD和元器件焊端的电气性能连接。
由于锡粉在空气中易被氧化引发后续焊接不良,故密封储存在温度受控(一般为2`80C的工业冰箱内)的密封瓶内。
在周转过程中,也需使用冷藏方式;验收时需要进行检查。
在每次使用前,必须经自然室温状态解冻一定时间(一般在4~8小时内),并以追踪单进行管理。
锡膏的性状保持有一定时间限制,一般为在有效密封和温度受控的条件下可达6个月时间,故在收货时需要检查生产日期,且至少有2`3个月的期限给予生产使用,防止因材料过期引发的品质和报废;同时在每次使用前也需确认是否在可使用有效期内。
目前锡膏分有铅和无铅两类,在接收和使用中必须分清生产工具,机器设备,防止其对无铅制程的污染。
4.2红胶
红胶主要是环氧类材料组成,其主要作用是对元器件粘固达成一定的强度,在波峰焊接过程中防止元器件的脱落,竖件等不良的发生。
由于红胶分布在元器件的底部起粘附作用,其不可以导电,不可以对元器件和PCB(A)产生其他影响。
由于红胶在空气中易发生固化,故密封储存在温度受控(一般为2`80C的工业冰箱内)的密封瓶内。
在周转过程中,也需使用冷藏方式;验收时需要进行检查。
在每次使用前,必须经自然室温状态解冻一定时间(一般在4~8小时内),并以追踪单进行管理。
红胶的性状保持有一定时间限制,一般为在有效密封和温度受控的条件下可达6个月时间,故在收货时需要检查生产日期,且至少有2`3个月的期限给予生产使用,防止因材料过期引发的品质和报废;同时在每次使用前也需确认是否在可使用有效期内。
5.SMT生產流程及其注意事項
5.1供板
印刷電路板(PCB)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面絲印編號和版本進行核對。
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、严重变形和板屑等﹐作業員需取出并及時匯報管理人員。
若为拼板且有打叉,则必须依打叉位置、数量分类,投入前需通报各相关部门协同生产;同时追踪记录打叉板的数量。
对于有些PCB在生产前需烘烤,主要是为了除去板内湿气,防止回流焊过程受热时因热膨胀系数不同而致PCB变形、线路受损和影响焊接质量效果等不良发生。
若PCBA需多工序作业,在每工序作业前需确认本工序前的作业是否完成并品质合格,方可以正常状态投入生产。
由于生产的面次和方向在某一工序是固定的,故必须重视投入的面次和方向正确性,防止因面次不对引发损坏钢网或印刷机治具对另一面元器件的损伤,或因方向不对引发机器识别不到MARK不能生产或打乱料的情况发生。
5.2印刷紅膠(錫膏)
確保印刷的質量,需依产品的质量要求、元器件的类别、焊盘形状等界定钢网开孔规范,经检查和试刷作业验证。
同时需控制其三要素﹕力度﹑速度和角度(常为60~80度)。
據不同絲印鋼網﹐輔料(紅膠或錫膏)和印刷要求質量等合理調校
5.2.1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﹐每次加入量以不超過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。
5.2.2印刷錫膏
錫膏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,并核查“锡膏使用时间跟踪单”的准确性。
印刷後需檢查錫膏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。
5.2.3使用印刷机印刷时,必须依印刷机操作指引正确安全操作,不可私自调整机器相关参数。
当发现机器工作不稳定时,及时汇报生产组长和技术人员处理。
5.2.4当PCB上有金手指,则必须控制板面不得有异物粘附。
5.2.5对于印刷不良的PCB,若客户无明确要求禁用,则需清洗回收使用,但必须保证PCB通孔和表面无异物,必要时须借助放大镜或显微镜检查。
5.2.6原则上禁止将PCBA取离生产线于手中检视;检视时需将接驳台运动皮带关闭,完成后开启自动供板。
5.3投板
当检查印刷PCB质量可接收时,依技术人员规定的进板方向投入相应机组。
当使用工装治具一次投入多块PCB时,需检查工装有无变形并将各PCB依规定方向和位置稳定地固定于工装治具上,以防止在生产过程中PCB松动引致机器损坏和贴装不良。
当使用自动送板机投板,则需依规定方向和间隔将PCB投入PCB防静电周转架,依自动送板机操作指引正确放入PCB防静电周转架,并设定相应的参数以自动送板。
原则上禁止将PCBA取离生产线于手中检视;检视时需将接驳台运动皮带关闭,完成后开启。
5.4貼裝SMT元器件
貼裝SMT元器件主要控制元器件供应正確性和貼裝質量,以及物料数量的管理。
5.4.1元器件正確性的控制
使用正確型號和版本的程式料表核對物料站位﹑物料編號和物料名稱等﹐经操机员和IPQC一同全面核对无误后,再依机器操作指引上入对应机器的相应料台和站位。
并及时作好“SMT材料更换使用记录表”以备查验。
并对电阻,电容可以用LCR测试仪量测的需取第一个料件粘附表中,将实测值记入备查;对于有丝印的材料还需记录丝印标记。
工程技朮人員依據程式和料表核查程式的用料信息正确性,尤其是程式的版本,ECN等的执行确认。
同时严格执行对程式和料表的相关管制作业,使其在有效受控状态。
5.4.2貼裝質量的控制
工程技朮人員依據客戶品質標准調校機組貼裝質量﹐生產作業員全面檢查﹐反饋貼裝不良信息予工程技朮人員以再次調校機組﹐直至達到客戶品質標准。
5.4.3物料数量的管理
由于贴装过程运转的高速,同时贴片机会对材料进行识别(相机或镭射),当原材不良(如引脚变形,破损,发暗……),或吸取位置不正,或设备参数设置不当(如前后料件的尺寸大小,极性发生变化时),或真空气压不稳定和湿气过高等等,设备会自动作抛料处理或在运转过程中掉落,从而引发物料数量和品质异常的发生。
在生产过程中,当机器报警时务必确认吸料位置,元器件参数等正确性;并依相应频次(如中速JUKI机1次/4小时,高速松下机1次/6小时)对每个站别的FEEDER吸料位置再次核对,保证吸料位置的正确性。
每班需对机器抛料盒内、机台内和周边的散料回收,对于可以回收使用的有丝印标示的料件依人工补件作业流程进行作业;对无法使用的料件(如电阻、电容和无法准确识别的电感等),作报废处理。
5.4.4安全操作和注意事项
必须先确认供气气压达到5.0KG.F/CM2,供料器FEEDER放置到位后才能开机;
换料和伸手入机内前必须先把面盖打开;若双人前后配合操作,则必须经信息确认后方可操作;
未经许可,不准改动机器内系统数据和删改程序。
供料器FEEDER的压盖必须稳固锁定,接料带或其他粘接物不可影响料带的正常供料,防止压盖弹起与高速运转的贴装头相撞引发损坏FEEDER、贴装头和吸嘴。
同时供料器FEEDER也需正确稳固地固定在机器供料料台上,防止其弹起与高速运转的贴装头相撞引发损坏FEEDER、贴装头和吸嘴。
5.5回流炉前人工补件、目视检查和投板
人工补件主要是机器无法正常吸取、供料器FEEDER不足、来料无法使用FEEDER正常供料和再次使用回收的散料等,在作业前需确认料件正确性、贴装位置和方向,同时需对相应PCBA的进行品质追踪。
主要目视检查贴装后PCBA有无漏料、极性不正确、短路、严重少锡和移位等不良,发现后及时汇报技术人员处理。
再依技术人员规定的PCBA方向、间隔投入相应温控参数的回流焊接炉内。
若为双面PCBA过第二次炉,必要时依实际要求加放工装治具等,以确保回流焊接炉内第一面元器件无脱落等不良现象。
主要执行抽检功能,原则上禁止将PCBA取离生产线于手中检视;检视时需将接驳台运动皮带关闭,完成后开启。
5.6回流固化(或焊接)
對已貼裝完成SMT元器件的PCBA﹐需經回流焊接爐固化紅膠(或熔焊錫膏)。
4.6.1回流固化
回流固化是針對使用紅膠的PCBA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設定的。
相對錫膏焊接溫度偏低﹐不可將紅膠板投于錫膏焊接爐内﹐以免紅膠炭化而引致失效。
故在投入PCBA前﹐需有工程技朮人員的爐溫確認和投板密度指導。
常规的红胶炉温控制线如下图示:
4.6.2回流焊接
回流焊接是針對使用錫膏的PCBA某一貼裝面將元器件與之焊接,以保证电路导通。
回流焊接所需溫度條件由PCB材質﹑PCB大小﹑元器件数量和温度限制、錫膏類別(有铅或无铅)和型號、回流炉温区数量等設定。
相對紅膠固化溫度偏高﹐不可將錫漿板誤投于紅膠固化爐;无铅锡膏的温度比有铅锡膏温度高,也不可将无铅锡膏板投入有铅回流温度炉内,以免不熔錫、錫膏中松香等助焊劑揮發和对PCBA的铅污染等不良发生。
故在投入PCBA前﹐需由工程技朮人員確認爐溫﹐指導投板密度和方向。
炉温控制线常规有马鞍式(如下图)和斜线
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