SMT生产线的检测设备介绍课件

SMT生产线主要设备、仪器、工具本章内容SMT生产线组成主要设备：印刷机点胶机贴装机再流焊机检测设备全自动生产线是指整条生产线设备都是全自动设备，通过自动上板机、缓冲连接线和卸板机将所有生产设备连一条自动线；半自动生产线是指主要生产设备没有连接起来或没有完全连接起来印刷机是半自动的，需要人工印刷或人工装卸印制板SMT生产线按照生产线的规模大小可分为大型、中型和小型生产线。

按照自动化程度分为全自动生产线和半自动生产线

组织实施

双面SMD/THC组装工艺流程

此类要用混合安装工艺，主要用于消费类电子产品的安装。主要流程如下：AB面印刷锡膏点贴片胶贴装元件

翻转

回流焊

加热固化

SMD/THC组装主要流程印刷锡膏贴装元件回流焊翻转先作A面：点贴片胶贴装元件加热固化翻转再作B面：插通孔元件后再过波峰焊

插通孔元件波峰焊清洗波峰焊插通孔元件清洗印刷机手工印刷机和刮刀半自动印刷机全自动印刷机印刷机的基本结构机架夹持基板的X、Y、θ工作台印刷头系统丝网或模板的固定、分离机构视觉定位系统、擦板系统二维、三维测量系统传输控制系统和刮刀固定机构印刷精度的基本保证印刷机的主要技术指标最大印刷面积：根据最大的PCB尺寸确定印刷精度：一般要求达到±0.025mm。重复精度：一般要求达到±0.01mm印刷速度：根据产量决定可能就这些吧刮刀的种类A）橡胶刮刀B）金属刮刀C）橡胶+金属刮刀手工印刷机手工装卸PCB手工图形对准手工印刷半自动印刷机手工装卸PCB印刷机自动完成印刷和网板的分离可以配置视觉定位系统印刷机发展方向

半自动印刷机配备

1、全自动视觉对位2、二D检验3、自动清洗模板底部全自动印刷机增加功能部件1、CCD自动视觉识别功能、二维三维测量系统

2、封闭式印刷、离板速度调整、网板自动清洁功能3、对QFP器件进行45°角印刷4、推出PlowerFlower等密闭式“流变泵”印刷头技术5、喷印功能：设备昂贵（$30万以上）

1818点胶机设备：点胶机是一种通用电子生产设备，具有结构紧凑、操作方便、性能稳定、经济实用等优点，是集运动控制技术和点胶控制技术于一体的机电一体化产品，已广泛应用于电子元件制造、电路板组装、电器产品生产、集成电路封装等行业。点胶机印刷机的发展由于新型SMD不断出现、组装密度的提高以及免清洗要求，印刷机的高密度、高精度的提高以及多功能方向发展半自动印刷机加视觉识别系统。增加了CCD图像识别

全自动印刷机：自动识别系统自动更换漏印模板、清洗网板对QFP器件进行45度角印刷二维和三维检查印刷结果（焊膏图形）等功能。贴片机贴片机是片式元器件自动安装装置，是一种由微电脑控制的对片式元器件实现自动检选、贴放的精密设备。提示贴片机是表面安装工艺的关键设备，它是SMT生产线中最昂贵的设备之一，能达到高水平的工艺要求。贴片机全自动贴片机如图1.10所示。贴片机各部分的功能图1.10全自动贴片机贴片机各部分的功能如下。1．坚固的机械结构采用重型耐用的直线滚珠导轨系统，提供坚固和耐用的机械装置。2．直线编码系统采用闭环直流伺服马达并配合使用无接触式直线编码系统，提供非常高的重复精度（+/−0.01mm）和稳定性。3．智能式送料系统智能式送料系统能够快速、准确地送料。4．点胶系统点胶系统可在IC的焊盘上快速进行点焊膏。图1.11飞行视觉对中系统内置精密摄像系统可自动学习PCB基准点，除标准的圆形基准点外，方形的PCB焊盘和环形穿孔焊盘也可作基准点来识别，如图1.12所示；还可精密贴装BGAIC和QFPIC，如图1.13所示。6．灵巧的基准点系统圆形的PCB焊盘方形的PCB焊盘环形穿孔焊盘图1.12基准点系统识别基准点

（a）BGAIC（b）QFPIC图1.13精密贴装BGAIC和QFPIC1．按贴片机的贴装速度及所贴装元器件种类分①高速贴片机——适合贴装矩形或圆柱形的片式元器件。贴片机的种类②低速高精度贴片机——适合贴装SOP形集成电路、小型封装芯片载体及无引线陶瓷封装芯片载体等。③多功能贴片机——既可贴装常规片式元器件，又可贴各种芯片载体。2．按机器归类分贴片机按机器归类分为标准型片式元器件贴片机和异形片式元器件贴片机。3．按贴片机贴装方式分贴式机按贴装方式分为同时式、顺序式、顺序/同时式与流水线式，如表1.3所示。类别贴装方式特点顺序式印制电路板AP装在X-Y工作台上，表面安装元器件（SMD）一个一个地顺序贴装工作灵活同时式多个SMD通过模板一次同时贴于AP上贴装率高，但不易更换AP流水线式AP在排成流水线的多个贴装头下，一步一步地行进，每到一个头下，贴装一个SMD投资大、占地大，但贴装效率高顺序/同时式兼有顺序式和同时式两种方式表1.3 贴片机按贴装方式分类表贴片机贴装机——相当于机器人，把元器件从包装中取出，并贴放到印制板相应的位置上。贴装机的的基本结构a底座b供料器。c印制电路板传输装置d贴装头e对中系统f贴装头的X、Y轴定位传输装置g贴装工具（吸嘴h计算机控制系统贴片机的主要技术指标3.2.2.2贴装机的主要技术指标

a贴装精度：包括三个内容：贴装精度、分辨率、重复精度。贴装精度——是指元器件贴装后相对于印制板标准贴装位置的偏移量，一般来讲，贴装Chip元件要求达到±0.1mm，贴装高密度窄间距的SMD至少要求达到±0.06mm。分辨率——分辨率是贴装机运行时每个步进的最小增量。重复精度——重复精度是指贴装头重复返回标定点的能力b贴片速度：一般高速机为0.2S/Chip元件以内，多功能机度为0.3—0.6S/Chip元件左右。c对中方式：有机械对中、激光对中、全视觉对中、激光/视觉混合对中。d贴装面积：指贴装头的运动范围，可贴装的PCB尺寸，最大PCB尺寸应大于250×300mm。e贴装功能：是指贴装元器件的能力。一般高速机只能贴装较小的元器件；多功能机可贴装最小0.6×03mm~最大60×60mm器件，还可以贴装连接器等异形元器件。f可贴装元件种类数：是指贴装机料站位置的多少（以能容纳8mm编带供料器的数量来衡量）g编程功能：是指在线和离线编程优化功能。日本SONY公司的SI-E1000MKⅢ高速贴装机的

45°旋转贴装头贴片机的发展趋势随着SMC小型化、SMD多引脚窄间距化和复合式、组合式片式元器件、BGA、CSP、DCA（芯片直接贴装技术）、以及表面组装的接插件等新型片式元器件的不断出现，对贴装技术的要求越来越高。近年来，各类自动化贴装机正朝着高速、高精度和多功能方向发展。采用多贴装头、多吸嘴以及高分辨率视觉系统等先进技术，使贴装速度和贴装精度大大提高。

目前最高的贴装速度可达到0.06S/Chip元件左右；高精度贴装机的重复贴装精度为0.05-0.25mm;多功能贴片机除了能贴装0201(0.6mm*0.3mm)元件外,还能贴装SOIC(小外型集成电路)、PLCC（塑料有引线芯片载体）、窄引线间距QFP、BGA和CSP以及长接插件（150Mm长）等SMD/SMC的能力。贴片机的发展趋势此外，现代的贴片机在传动结构（Y轴方向由单丝械向双丝杠发展）；元件的对中方式（由机械向激光向全视觉发展）；图像识别（采用高分辨CCD）；BGA和CSP的贴装（采用反射加直射镜技术）；采用铸铁机架以减少振动，提高精度，减少磨损；增强计算机功能等方面都采用了许多新技术，使操作更加简便、迅速、直观和易掌握。回流炉（再流炉）再流焊炉主要有热板式、红外、热风、红外＋热风和气相焊等形式。再流焊热传导方式主要有辐射和对流两种方式。辐射传导――主要有红外炉。其优点是热效率高，温度陡度大，易控制温度曲线，双面焊接时PCB上、下温度易控制。其缺点是温度不均匀；在同一块PCB上由于器件的颜色和大小不同、其温度就不同。为了使深颜色和大体积的元器件达到焊接温度、必须提高焊接温度，容易造成焊接不良和损坏元器件等缺陷。对流传导――主要有热风炉。其优点是温度均匀、焊接质量好。缺点是PCB上、上温差以及沿焊接长度方向的温度梯度不易控制。（1）目前再流焊倾向采用热风小对流方式，在炉子下面采用制冷手段，以保护炉子上、下和长度方向的温度梯度，从而达到工艺曲线的要求。

（2）是否需要充N2选择（基于免清洗要求提出的）

充N2的主要作用是防止高温下二次氧化，达到提高可焊性的目的。再流焊炉再流焊炉是焊接表面贴装元器件的设备。再流焊炉主要有红外炉、热风炉、红外加热风炉、蒸汽焊炉等。目前最流行的是全热风炉以及红外加热风炉。热风、红外再流焊炉的基本结构炉体上下加热源PCB传输装置空气循环装置冷却装置排风装置温度控制装置以及计算机控制系统再流焊炉的主要技术指标

a温度控制精度：应达到±0.1—0.2℃；

b传输带横向温差：要求±5℃以下；

c温度曲线测试功能：如果设备无此配置，应外购温度曲线采集器；

d最高加热温度：一般为300—350℃，如果考虑无铅焊料或金属基板，应选择350℃以上。

e加热区数量和长度：加热区数量越多、加热区长度越长，越容易调整和控制温度曲线。一般中小批量生产选择4—5温区，加热区长度1.8m左右即能满足要求。

f传送带宽度：应根据最大和最小PCB尺寸确定。再流焊的核心环节是利用外部热源加热，使焊料熔化而再次流动浸润，完成印制电路板的焊接过程。提示再流焊接是精密焊接，热应力小，适用于全表面贴装元器件的焊接。常用的再流焊接机有红外线再流焊接机、气相再流焊接机、热传导再流焊接机、激光再流焊接机、热风再流焊接机等。应用最多的是红外线再流焊接机、热风再流焊接机和气相再流焊接机。图1.5所示为大型全热风回流焊接机，图1.6所示为智能无铅回流焊接机。各种再流焊的原理和性能如表1.2所示。再流焊接机的种类图1.5大型全热风回流焊接机

图1.6智能无铅回流焊接机加热方式原理焊接形式（典型）焊接温度备注红外线再流焊由红外线的辐射加热225℃～235℃调节范围：3℃～10℃预热：远红外焊接：近红外适合于不需要部分加热场合，可大批量生产气相再流焊利用惰性气体的汽化潜热215℃调节范围：10℃～30℃热板再流焊利用芯板的热传导加热215℃～235℃调节范围：3℃～10℃表1.2 再流焊的原理和性能表局部加热方式专用加热工具利用热传导进行焊接100℃～260℃调节范围：5℃～10℃加压：78.5～274.6N激光束利用激光进行焊接（CO2与YAG激光）—红外光束红外线高温光点焊接同激光焊接相比较，成本低热气流通过热气喷嘴加热焊接230℃～260℃调节范围：3℃～10℃加热方式原理焊接形式（典型）焊接温度备注焊接时对其他元件不产生热应力，损坏性小续表再流焊又称回流焊，焊料是焊锡膏。再流焊是将适量焊锡膏涂敷在印制电路板的焊盘上，再把表面贴装元器件贴放到相应的位置，由于焊锡膏具有一定黏性，可将元器件固定，然后让贴装好元器件的印制电路板进入再流焊设备。在再流焊设备中，焊锡膏经过干燥、预热、熔化、润湿、冷却，将元器件焊接到印制电路板上。再流焊接机再流焊炉主要由炉体、上下加热源、PCB传送装置、空气循环装置、冷却装置、排风装置、温度控制装置以及计算机控制系统组成，如图1.7所示。再流焊接机的组成图1.7再流焊接机的结构提示单纯的红外加热再流焊，很难使组件上各处的温度都符合规定的曲线要求，而红外/热风混合式，采用强力空气对流的远红外再流焊，热空气在炉内循环，在一定程度上改善了温度场的均匀性。红外/热风再流焊接机也称热风对流红外线辐射再流焊接机，其结构如图1.8所示。预热区的作用是激活焊膏中的助焊剂，使焊膏中的熔剂挥发物逐渐地挥发出来并保证组件整体温度均匀，从而防止焊料飞溅和基板过热。红外/热风再流焊接机图1.8红外/热风再流焊接机的结构再流区是实现各焊点充分均匀地润湿，采用多嘴加热组件，鼓风机将被加热的气体从专门设计的多喷嘴系统中喷入炉腔，确保工作区温度分布均匀，能分别控制顶面和底面的热气流量和温度，在实现对印制电路板顶面焊接的同时，对印制电路板底面进行冷却，以免焊接好的元器件松动。浸锡炉浸焊是把已完成元器件安装的印制电路板浸入熔化状态的焊料液中，一次完成印制电路板上的焊接。浸锡炉是在一般锡锅的基础上加焊锡滚动装置和温度调节装置构成的，是浸焊专用设备。自动浸锡炉如图所示。图自动浸锡炉想一想浸锡炉有哪些用途呢？浸锡炉既可用于对元器件引线、导线端头、焊片等进行浸锡，也适用于小批量印制电路板的焊接。由于锡锅内的焊料不停地滚动，增强了浸锡效果。使用浸锡炉时要注意调整温度。锡锅一般设有加温挡和保温挡。开关置加温挡时，炉内两组电阻丝并联，温度较高，便于熔化焊料。当锅内焊料已充分熔化后，应及时转向保温挡。此时电阻丝从并联改为串联，电炉温度不再继续升高，维持焊料的熔化，供浸锡用。为了保证浸锡质量，应根据锅内焊料消耗情况，及时增添焊料，并及时清理锡渣和适当补充焊剂。图5.2为现在小批量生产中仍在使用的浸焊设备示意图。图5.2（a）所示为夹持式浸焊炉，即由操作者掌握浸入时间，通过调整夹持装置可调节浸入角度。图5.2（b）所示为针床式浸焊炉，它可进一步控制浸焊时间、浸入及托起速度。这两种浸焊设备都可以自动恒温，一般还配置预热及涂助焊剂的设备。图5.2浸焊设备示意图想一想什么是波峰焊呢？如图5.3所示，波峰焊是将熔融的液态焊料，借助机械或电磁泵的作用，在焊料槽液面形成特定形状的焊料波峰，将插装了元器件的印制电路板置于传送链上，以某一特定的角度、一定的浸入深度和一定的速度穿过焊料波峰而实现逐点焊接的过程。波峰焊适于大批量生产。5.2波峰焊接机HS-350DS触摸屏波峰焊图5.3波峰焊示意图提示波峰焊是自动焊接中较为理想的焊接方法，近年来发展较快，目前已成为印制电路板的主要焊接方法。5.2.1波峰焊接机的组成波峰焊接机通常由涂助焊剂装置、预热装置、焊料槽、冷却风扇和传送装置等部分组成，其结构形式有圆周式和直线式两种，如图5.4所示。图5.4（a）所示为圆周式，焊接机的有关装置沿圆周排列，台车运行一周完成一块印制电路板的焊接任务。这种焊接机的特点是台车能连续循环使用。图5.4（b）所示为直线式，通常传送带安装在焊接机的两侧，印制电路板可用台车传送，也可直接挂在传送带上。图5.4波峰焊接机表面安装使用的波峰焊接机是在传统波峰焊接机的基础上进行改进，以适应高密度组装的需要。主要改进在波峰上，有双峰、峰、喷射式峰和气泡峰等新型波峰，形成湍流波，以提高渗透性。它们的工作原理和性能如表5.1所示。5.2.2表面安装使用的波峰焊接机表面安装用波峰焊接机的主要技术指标有焊剂容量6～10L，最高18L；焊料量10kg～1

000kg；带速0～6m/min；带宽300mm～450mm；焊料温度220℃～250℃；焊接时间3s～4s。方法工作原理特点双峰波峰焊（1）适用于混装SMT的焊接（2）生产率高，工艺成熟（3）易桥接、漏焊，漏焊率18%（4）AP承受焊料冲剂（5）SMD须预先固定峰波峰焊（1）适用于混装SMT的焊接（2）生产率高，工艺成熟（3）易桥接、漏焊，漏焊率18%（4）AP承受焊料冲剂（5）SMD须预先固定表5.1 表面安装使用的波峰焊接机工作原理和性能表方法工作原理特点喷射式波峰焊（1）适用于混装SMT的焊接（2）生产率高，工艺成熟（3）易桥接、漏焊，漏焊率18%（4）AP承受焊料冲剂（5）SMD须预先固定气泡波峰焊（1）漏焊率20%（2）适于细线焊接续表预热温度：室温～250℃不同厂家所生产的波峰焊设备的参数和性能会略有不同，现以威海海天机电有限公司生产的八温区无铅波峰焊设备为例进行讲解：运输速度：0-1800mm/min

PCB宽度：Max.350mm预热区数量：3个预热温区

预热器：220v/AC3.0KWX3

焊接温度：室温～400℃

传送方向：LR&(RL)

传输导轨角度：4-7°预热长度：1800mm

预热方式：微循环全热风加热

预热控温方式：西门子温控模块

波峰焊设备参数、性能

SMT检测SMT品检是提高SMT产品质量的重要步骤，它能改善产品品质，努力达到“零缺陷”。组装到仪器上再发现故障的费用是在装配印刷电路板时发现故障所耗费用的几十倍；而将产品投入市场后发现故障的费用将是在装配印刷电路板时发现故障所耗费用的上百倍。作业过程中为了确保SMT产品质最，就要进行有效的检测，及时发现缺陷和故障并修复，从而有效降低因制造含有故障的产品及返修所需的费用。SMT品检技术基本内容主要有：可测试性设计；原材料来料检测；工艺过程检测和组装后的组件检测等。SMT品检从检测位置上可分为来料检测(简称IQC)、工艺过程检测(简称IPQC)、成品检测(简称FQC)、出厂检验(简称OQC)等方面；从检测方法上可分为：目视检验、在线测试(简称ICT)、自动光学检测(简称AOI)、X-ray检测(简称X-ray或AXI)、功能测试(简称FT)等方面。目视检验是SMT检验作业的一个基本手段，其主要目的是检验外观不良。作业的重点是来料检验、印制电路板(PCB)及焊点外观、缺件、错件、极性反、偏移、立碑等项目。目视检验作业所使用的工具包括：游标卡尺、千分尺、3-20倍放大镜、显微镜、防静电手套、工作服、镊子、防静电刷子等。此外，结构性检验工具：如拉力计、扭力计。特性检验：使用检测仪器或设备(如万用表、电容表、LCR表、示波器等)。目视检验作业内容主要包括元器件来料检验、印制电路板(PCB)基板质量、工艺材料来料检验及SMT部品的印刷、贴片与回流焊、印制电路板组件(PCBA)等工艺制程方面问题进行检验。XXXXXXXXXXXXXX文件编号：XXXXXXXXXXX编制：XXX来料检验版本号：XX页码：XX本页修改序号：XX名称：集成电路(IC)检验项目检验方法检验内容判定等级1．型号规格目检检查型号规格是否符合规定要求A2．包装、数量目检检查包装是否为防静电密封包装A清点数量是否符合A3．封装、标志目检检查封装是否符合要求，表面有无破损、引脚是否平整且无氧化现象A检查标志是否正确、清晰A4．功能测试替代法测试将需测试的IC与车台板(振动传感器)上相同型号的IC替换，再进行功能测试，功能正常的则判合格A测试用仪器、仪表、工具：1．放大镜(5倍)2．模拟板3．车台控制板工装、振动传感器注意事项：1．检验时需戴手套，不能直接用手接触集成电路2．要有防静电措施注：车台CPU与遥控器CPU不作第3项功能测试ICT测试仪ICT是InCircuitTester英文简称，中文含义是在线测试仪，是现代电子企业必备的PCBA(PrintedCircuitBoardAssembly，印刷电路板组件)生产的测试设备，ICT使用范围，测量准确性高，对检测出的问题指示明确，即使电子技术水准一般的工人处理有问题的PCBA也非常容易。使用ICT能极大地提高生产效率，降低生产成本，在线测试仪检出故障覆盖率可达95％，其在生产线上的合理配置能够尽早发现制造故障并及时维修，或对生产工艺进行及时调整，有效降低因制造带有故障的产品及返修所需的费用。先进的测试技术先进的电解电容极性测试技术可测率高达100％。开短路及IC保护二极体之测试程式自动学习生成。

电脑自动隔离点选择功能，最高可达10个点。

多连板程式自动生成功能。

CMOS+RELAY结合的开关板设计，使测试既快又稳定

R.L.C相位分离技术

杂散电容OFFSET功能系统自我诊断功能。完整的统计报表功能，资料可自动存储，不因断电而丢失数据。

对小电阻使用特殊四线式测试模式，可排除探针与电路板之间不稳定接触电阻。

应用ICClampingDiode特性，检测IC脚位故障及焊接不良。体积小，重量轻，使用灵活，符合高科科技产品轻，薄，短，小的要求ICT单面治具ICT双面治具FCT夹具FCT功能治具FCT气动治具ICT的工作原理及分类电气测试使用的最基本仪器是在线测试仪(ICT)，采用一种元器件级的测试方法用来测试装配后的电路板上的每个元器件。ICT可分为针床ICT和飞针ICT，飞针HCT基本只进行静态的测试，优点是不需制作夹具，程序开发时间短。针床式ICT可进行模拟器什功能和数字器件逻辑功能测试，故障覆蒜率高，但对每种单板需制作专用的针床夹具，夹具制作和程序开发周期长。检测设备目视检查：放大镜、双面显微镜、三维旋转显微镜、投影仪自动检测设备：

自动光学检测（AutoopticalInspect，AOI）在线检测（In-CircuitTester，ICT）X光检测（X-Ray）功能检测（Functionaltester，FT）超声波检测AOI设备AOI的关键技术就是软件，而软件中的检测能力就在于你对算法的运用。AOI的算法分为两种：学习型和调试型，学习型的算法主要采用了图像对比;AOI基本原理AOI（AutomatedOpticalInspection）自动光学检测，利用光学和数字成像技术，采用计算机和软件技术分析图像而进行自动检测的一种新型技术。AOI的定义是广泛的，运用是多领域的，如文字印刷检测，金属表面检测，零件几何测量（二次元、三次元、影像量测仪），各种证件识别（车牌违章拍照）以及人的面容识别等等。但从本世纪起，SMT行业对此技术运用得相对较早和更加广泛，久而久之SMT行业通常将AOI误认为是SMT行业中“专用名词”。在此，为了尊重AOI行业其他领域的工作人员，我们将SMT行业的AOI可定义为SMT-AOI，另外一种仅检测PCB基板（PCB厂生产的PCB基板，无元件）的AOI，可定义为PCB-AOI。AOI的组成SMT-AOI的运用及发展SMT-AOI可用于SMT生产过程中对锡膏印刷、贴片机贴片、回流焊接、波峰焊接的相关工艺进行品质监控和检测，相关检测项目如下：锡膏印刷检测项目：少锡、多锡、连锡（短路）、污染、偏位等自动贴片检测项目：缺件、错件、错位、极性错误、破损、污染等回流焊接检测项目：少锡、多锡、连锡（短路）、虚焊等波峰焊接检测项目：少锡、多锡、连锡（短路）、虚焊等AOI发展历史上世纪末，在欧美和日本，一些多年从事SMT检测设备制造的厂商一直都在研发一种能够代替人（目测）的自动检测技术，基础理论上各个厂商无一例外的选择了光学原理，同时随着计算机的不断发展，在成像上可借助数字相机和软件处理来完成复杂的数学模型运算，由此加速AOI技术的发展和成熟。在AOI技术普及以前SMT的主流测试技术是ICT技术（In-CircuitTest，在线测试）,ICT测试技术是基于物理接触及加电测试的，对元器件连接性及电路通电性能进行测试。但随着元器件小型化和IC脚密集化，ICT的接触式测试越来越无法应对这类狭小空间的PCB测试。ICT制造商基本上都投入了AOI技术