毕业论文smt工艺论文

SMT的表面贴装工艺概述概述-------------------------------------------------------------------------------

SMT就是表面组装技术（SurfaceMountedTechnology的缩写），是目前电子组装行业里最流行的一种技术和工艺。

1.SMT有何特点：

◎组装密度高、电子产品体积小、重量轻，贴片元件的体积和重量只有传统插装元件的1/10左右，一般采用SMT之后，电子产品体积缩小40%~60%，重量

减轻60%~80%。

◎可靠性高、抗振能力强。焊点缺陷率低。

◎高频特性好。减少了电磁和射频干扰。

◎易于实现自动化，提高生产效率。降低成本达30%~50%。节省材料、能源、设备、人力、时间等。

2.为什么要用SMT：

◎电子产品追求小型化，以前使用的穿孔插件元件已无法缩小

◎电子产品功能更完整，所采用的集成电路(IC)已无穿孔元件，特别是大规模、高集成IC，不得不采用表面贴片元件。

◎产品批量化，生产自动化，厂方要以低成本高产量，出产优质产品以迎合顾客需求与加强市场竞争力

◎电子元件的发展，集成电路(IC)的开发，半导体材料的多元应用

◎电子科技革命势在必行，追逐国际潮流

3.SMT有关技术组成：◎电子元件、集成电路的设计制造技术◎电子产品的电路设计技术◎电路板的制造技术◎自动贴装设备的设计制造技术◎电路装配制造工艺技术◎装配制造中使用的辅助材料的开发生产技术4.SMT的基本知识：◎一般来说,SMT车间规定的温度为25±3℃;◎锡膏印刷时,所需准备的材料与工具锡膏、钢板﹑刮刀﹑擦拭纸、无尘纸﹑清洗剂﹑搅拌刀;◎一般常用的锡膏合金成份为Sn/Pb合金,且合金比例为63/37;◎锡膏中主要成份分为两大部分锡粉和助焊剂。◎助焊剂在焊接中的主要作用是去除氧化物﹑破坏融锡表面张力﹑防止再度氧化。◎锡膏中锡粉颗粒与Flux(助焊剂)的体积之比约为1:1,重量之比约为9:1;◎锡膏的取用原则是先进先出;◎锡膏在开封使用时,须经过两个重要的过程回温﹑搅拌;◎钢板常见的制作方法为：蚀刻﹑激光﹑电铸;◎零件干燥箱的管制相对温湿度为<10%;◎常用的SMT钢板的材质为不锈钢;◎常用的SMT钢板的厚度为0.15mm(或0.12m;◎５S的具体内容为整理﹑整顿﹑清扫﹑清洁﹑素养;◎QC七大手法中鱼骨查原因中４M1H分别是指（中文）:人﹑机器﹑物料﹑方法﹑环境锡膏的成份包含：金属粉末﹑溶济﹑助焊剂﹑抗垂流剂﹑活性剂﹔按重量分﹐金属粉末占85-92%﹐按体积分金属粉末占50%﹔其中金属粉末主要成份为锡和铅,比例为63/37﹐熔点为183℃;锡膏使用时必须从冰箱中取出回温,目的是：让冷藏的锡膏温度回复常温﹐以利印如果不回温则在PCBＡ进Reflow后易产生的不良为锡珠;◎SMT的PCB定位方式有：真空定位﹑机械孔定位﹑双边夹定位与板边定位;◎QC七大手法中,鱼骨图强调寻找因果关系;◎RSS曲线为升温→恒温→回流→冷却；◎锡膏成份中锡粉与助焊剂的重量比和体积比正确的是90%:10%,50%:5◎常用的MARK形状有：圆形,“十”字形﹑正方形,菱形,三角形,万字

◎SMT零件维修的工具有：烙铁﹑热风拔取器﹑吸锡枪,镊子;

◎高速贴片机可贴装电阻﹑电容﹑IC﹑.晶体管;

◎贴片机应先贴小零件，后贴大零件;第二节SMT基本工艺构成SMT基本工艺构成：

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1.基本工艺构成要素：

丝印（或点胶）-->贴装-->（固化）-->回流焊接-->清洗-->检测-->返修

丝印：其作用是将焊膏或贴片胶漏印到PCB的焊盘上，为元器件的焊接做准备。所用设备为丝印机（丝网印刷机），位于SMT生产线的最前端。

点胶：它是将胶水滴到PCB的的固定位置上，其主要作用是将元器件固定到PCB板上。所用设备为点胶机，位于SMT生产线的最前端或检测设备的后面。

贴装：其作用是将表面组装元器件准确安装到PCB的固定位置上。所用设备为贴片机，位于SMT生产线中丝印机的后面。

固化：其作用是将贴片胶融化，从而使表面组装元器件与PCB板牢固粘接在一起。所用设备为固化炉，位于SMT生产线中贴片机的后面。

回流焊接：其作用是将焊膏融化，使表面组装元器件与PCB板牢固粘接在一起。所用设备为回流焊炉，位于SMT生产线中贴片机的后面。

清洗：其作用是将组装好的PCB板上面的对人体有害的焊接残留物如助焊剂等除去。所用设备为清洗机，位置可以不固定，可以在线，也可不在线。

检测：其作用是对组装好的PCB板进行焊接质量和装配质量的检测。所用设备有放大镜、显微镜、在线测试仪（ICT）、飞针测试仪、自动光学检测

（AOI）、X-RAY检测系统、功能测试仪等。位置根据检测的需要，可以配置在生产线合适的地方。

返修：其作用是对检测出现故障的PCB板进行返工。所用工具为烙铁、返修工作站等。配置在生产线中任意位置。SMT生产工艺流程SMT生产工艺流程：-------------------------------------------------------------------------------

1.表面贴装工艺

①单面组装：（全部表面贴装元器件在PCB的一面）

来料检测->丝印焊膏->贴片->回流焊接->（清洗）->检验->返修

②双面组装；（表面贴装元器件分别在PCB的A、B两面）

来料检测->PCB的A面丝印焊膏->贴片->A面回流焊接->翻板->PCB的B面丝印膏->贴片->B面回流焊接->（清洗）->检验->返修

2.混装工艺

①单面混装工艺：（插件和表面贴装元器件都在PCB的A面）

来料检测->PCB的A面丝印焊膏->贴片->A面回流焊接->PCB的A面插件->波峰焊或浸焊（少量插件可采用手工焊接）->（清洗）->检验->返修（先贴后插）

②双面混装工艺：

（表面贴装元器件在PCB的A面，插件在PCB的B面）

A.来料检测->PCB的A面丝印焊膏->贴片->回流焊接->PCB的B面插件->波峰焊（少量插件可采用手工焊接）->（清洗）->检验->返修

B.来料检测->PCB的A面丝印焊膏->贴片->手工对PCB的A面的插件的焊盘点锡膏->PCB的B面插件->回流焊接->（清洗）->检验->返修

（表面贴装元器件在PCB的A、B面，插件在PCB的任意一面或两面）

先按双面组装的方法进行双面PCB的A、B两面的表面贴装元器件的回流焊接，然后进行两面的插件的手工焊接即可SMT工艺设备SMT工艺设备介绍：模板：首先根据所设计的PCB确定是否加工模板。如果PCB上的贴片元件只是电阻、电容且封装为1206以上的则可不用制作模板，用针筒或自动点胶设备进行锡膏涂敷；当在PCB中含有SOT、SOP、PQFP、PLCC和BGA封装的芯片以与电阻、电容的封装为0805以下的必须制作模板。一般模板分为化学蚀刻铜模板（价格低，适用于小批量、试验且芯片引脚间距>0.635mm）；激光蚀刻不锈钢模板（精度高、价格高，适用于大批量、自动生产线且芯片引脚间距<0.5mm）。对于研发、小批量生产或间距>0.5mm,我公司推荐使用蚀刻不锈钢模板;对于批量生产或间距<0.5mm采用激光切割的不锈钢模板。外型尺寸为370＊470（单位：mm），有效面积为300﹡400（单位：mm）。丝印：其作用是用刮刀将锡膏或贴片胶漏印到PCB的焊盘上，为元器件的贴装做准备。所用设备为手动丝印台（丝网印刷机）、模板和刮刀（金属或橡胶），位于SMT生产线的最前端。我公司推荐使用中号丝印台（型号为EW-3188），精密半自动丝印机（型号为EW-3288）方法将模板固定在丝印台上，通过手动丝印台上的上下和左右旋钮在丝印平台上确定PCB的位置，并将此位置固定；然后将所需涂敷的PCB放置在丝印平台和模板之间，在丝网板上放置锡膏（在室温下），保持模板和PCB的平行，用刮刀将锡膏均匀的涂敷在PCB上。在使用过程中注意对模板的与时用酒精清洗，防止锡膏堵塞模板的漏孔。

3.贴装：其作用是将表面贴装元器件准确安装到PCB的固定位置上。所用设备为贴片机（自动、半自动或手工），真空吸笔或镊子，位于SMT生产线中丝印台的后面。对于试验室或小批量我公司一般推荐使用双笔头防静电真空吸笔（型号为EW-2004B）。为解决高精度芯片（芯片管脚间距<0.5mm）的贴装与对位问题，我公司推荐使用半自动高精密贴片机（型号为EW-300I）可提高效率和贴装精度。真空吸笔可直接从元器件料架上拾取电阻、电容和芯片，由于锡膏具有一定的粘性对于电阻、电容可直接将放置在所需位置上；对于芯片可在真空吸笔头上添加吸盘，吸力的大小可通过旋钮调整。切记无论放置何种元器件注意对准位置，如果位置错位，则必须用酒精清洗PCB，重新丝印，重新放置元器件。

4.回流焊接：其作用是将焊膏熔化，使表面贴装元器件与PCB牢固钎焊在一起以达到设计所要求的电气性能并完全按照国际标准曲线精密控制，可有效防止PCB和元器件的热损坏和变形。所用设备为回流焊炉（全自动红外/热风回流焊炉，型号为EW-F540D），位于SMT生产线中贴片机的后面。

5.清洗：其作用是将贴装好的PCB上面的影响电性能的物质或焊接残留物如助焊剂等除去，若使用免清洗焊料一般可以不用清洗。对于要求微功耗产品或高频特性好的产品应进行清洗，一般产品可以免清洗。所用设备为超声波清洗机或用酒精直接手工清洗，位置可以不固定。

6.检验：其作用是对贴装好的PCB进行焊接质量和装配质量的检验。所用设备有放大镜、显微镜，位置根据检验的需要，可以配置在生产线合适的地方。

7.返修：其作用是对检测出现故障的PCB进行返工，例如锡球、锡桥、开路等缺陷。所用工具为智能烙铁、返修工作站等。配置在生产线中任意位置。第五节SMT辅助工艺

SMT辅助工艺：主要用于解决波峰焊接和回流焊接混合工艺１．点胶：作用是将红胶滴到PCB的的固定位置上，主要作用是将元器件固定到PCB上，一般用于PCB两面均有表面贴装元件且有一面进行波峰焊接。所用设备为点胶机（型号为TDS9821），针筒，位于SMT生产线的最前端或检验设备的后面。

２．固化：其作用是将贴片胶受热固化，从而使表面贴装元器件与PCB牢固粘接在一起。所用设备为固化炉（我公司的回流焊炉也可用于胶的固化以与元器件和PCB的热老化试验），位于SMT生产线中贴片机的后面。

第二章SMT设备第一节印刷机印刷机：将锡膏放在钢板上，用刮刀将锡膏漏印到PCB的焊盘上，为贴片做准备.㈠印刷机的型号：DEK、MPM。（以下主介绍DEK）㈡DEK的外观介绍：①触屏显示器：可用手指触摸屏幕上的相关处以执行相应的功能。②JOGBUTTON：用以手动驱动执行相应的动作，当用此两键执行动作时，请注意屏幕上的提示。③鼠标触屏：用手在屏幕上移动来移动鼠标。④系统键：在机器开机或机器的急停键被解除后（此时屏幕上会显示SYSTEMPOWERDOWN），按下此键执行机器初始化。⑤急停开关：当机器发生严重故障或遇到紧急情况时，按下此键以保护机器免受破坏。⑥静电接口⑦主电源开关⑧机器前盖⑨锡膏滚动灯开关灯塔：用三种颜色标示机器当前的工作状态。㈢.DEK的常用参数表参数说明规格1：ProductName设定所生产机种的名称最多可由8个字母﹑符号或数字组成。例如：850T-0042：BoardWidth设定所印的PCB板的宽度min=40mm，max=510，板宽如重新设定则下列参数会自动改变：印刷范围﹑钢板清洁范围﹑Boardstop在Y轴的位置与自动顶pinY轴范围（选配）3：BoardLength设定所印的PCB板的长度min=50mm，max=510mm，板长如重新设定则下列参数会自动改变：Boardstop在X轴的位置与自动顶pinX轴范围（选配）﹑自动添加锡膏范围（选配）。4:BoardThickness设定板厚min=0.2mm，max=6mm。板厚如被重新设定，则自动调整VisionHeight与PrintHeight。5:PrintFrontLimit前刮刀冲程起点之调整机器自定为0mm，可调整其起始点位置。min=0，max视PCB大小而定。6：PrintRearLimit后刮刀冲程起点之调整机器自定为0mm，可调整其起始点位置。min=0，max视PCB大小而定。7：PrintFrontSpeed设定前刮刀速度Min=2mm/sec,max=150mm/sec8：PrintRearSpeed设定后刮刀速度Min=2mm/sec,max=150mm/sec9:FrontPressure设定前刮刀压力min=0kg，max=20kg10:RearPressure设定后刮刀压力min=0kg，max=20kg11:PrintGap设定印刷间隙设定PCB板与钢板在印刷时的间隙min=0mm，max=6mm12:SeperationSpeed设定脱模时的分离速度设定PCB板与钢板在分离距离时的运动速度Min=0.1mm/s,Max=20mm/s,13:SeperationDistance设定脱模分离距离设定PCB板与钢板的分离距离min=0mm，max=3mm14:PrintMode设定印刷模式可设定印刷方式，例如：Print/Print，Flood/Print等等。15:PrintDeposits设定印刷行程的次数min=0，max=316:ScreenCleanMode1设定钢版擦拭模式为1可选择干擦﹑湿擦与真空擦等组合模式，最多至六次17:ScreenCleanRate1设定钢版擦拭模式1的频率min=0表示不擦，max=20018:ScreenCleanMode2设定钢版擦拭模式为2可选择干擦﹑湿擦﹑真空擦等组合，最多至六次19:ScreenCleanRate2设定钢版擦拭模式2的频率min=0表示不擦，max=20020:Drycleanspeed设定干擦速度Min=10mm/s,Max=120mm/s21:Wetcleanspeed设定湿擦速度Min=10mm/s,Max=100mm/s22:Vaccleanspeed设定真空擦速度Min=10mm/s,Max=100mm/s23:Frontstartoffset设定前方擦拭起始点Min=0mm,Max视PCB板大小而定。24:Rearstartoffset设定后方擦拭起始点Min=0mm,Max视PCB板大小而定。25:Board1fiducialtype设定PCB板上第一个Mark点的形状可选择的类型有；圆形﹑方形﹑三角形﹑十字﹑菱形与影像模组等26:Board2fiducialtype设定PCB板上第二个Mark点的形状可选择的类型有；圆形﹑方形﹑三角形﹑十字﹑菱形与影像模组等27:Board3fiducialtype设定PCB板上第三个Mark点的形状可选择的类型有；圆形﹑方形﹑三角形﹑十字﹑菱形与影像模组等可选择的类型有；圆形﹑方形﹑三角形﹑十字﹑菱形与影像模组等可选择的类型有；圆形﹑方形﹑三角形﹑十字﹑菱形与影像模组等可选择的类型有；圆形﹑方形﹑三角形﹑十字﹑菱形与影像模组等Min=0mm,Max=508mmMin=0mm,Max=508mmMin=0mm,Max=508mmMin=0mm,Max=508mmMin=0mm,Max=508mmMin=0mm,Max=508mm37:ForwardXoffset补偿前行程的X方向视觉差刮刀由后向前运动时,调整在X方向的印刷偏位(Max=1mm)38:ForwardYoffset补偿前行程的Y方向视觉差刮刀由后向前运动时,调整在Y方向的印刷偏位(Max=1mm)39:Forwardoffset补偿前行程的角度视觉差刮刀由后向前运动时,调整在角度的印刷偏位40:ReverseXoffset补偿后行程的X方向视觉差刮刀由前向后运动时,调整在X方向的印刷偏位(Max=1mm)41:ReverseYoffset补偿后行程的Y方向视觉差刮刀由前向后前运动时,调整在Y方向的印刷偏位(Max=1mm)42:Reverseoffset补偿前行程的角度视觉差刮刀由前向后运动时,调整在角度的印刷偏位43:ScreenXforward调整钢板X轴前方的Actuator此参数为编写程式LearnFiducial后,电脑自动计算出的值,在编写程式前请先归零44:ScreenXrear调整钢板X轴后方的Actuator此参数为编写程式LearnFiducial后,电脑自动计算出的值,在编写程式前请先归零45:ScreenYaxis调整钢版Y轴Actuator此参数为编写程式LearnFiducial后,电脑自动计算出的值,在编写程式前请先归零46:Alignmentmode选择对位模式可设定由2个或3个Mark点对位47:Toolingtype设定PCB板的支撑方式可选择:Autoflex自动顶板﹑Vacuum真空支撑﹑Magnetic磁铁式支撑方式48:Rightfeeddelay右侧进板迟滞时间在右侧进板时必须设定,一般为0.2—0.3sec第二节贴片机贴片机：贴片部分为SMT重要一环，置件头快速把元件从料枪取出高速准确放置在印锡的PCB上。1.贴片机的型号：本公司为：FUJI（左图）、SANYO(右图)FUJI与SANYO的参数对比1）.置件头（Head）FujiSanyo2).吸嘴（Nozzles/Station）:Fuji6nozzlesｘ16stations=96nozzlesSanyo5nozzlesｘ12stations=60nozzles3）.MainSpecificationsFujiSanyoHighestTact(sec)0.0680.075XYMovementWithin14.2mmZMovementWithinunder1．１９mmApplicableComponent0603to□190603to□26PartsCollationFunctionfromtheworkerwhocarrypowercodeleaderSIF(IPC)PlacementAccuracy0.066mm/3σ0.060mm/3σPCBSize457x356330x250PCBMax.Height0.3～4.0No.ComponentInput(8mm)70+7030+30BodySize4700x1800x17142400x1963x16953.贴片机类型目前贴片机大致可分为四种类型：动臂式、复合式、转盘式和大型平行系统。不同种类的贴片机各有优劣，通常取决于应用或工艺对系统的要求，在其速度和精度之间也存在一定的平衡。动臂式机器具有较好的灵活性和精度，适用于大部分元件，高精度机器一般都是这种类型，但其速度无法与复合式、转盘式和大型平行系统相比。不过元件排列越来越集中在有源部件上，比如有引线的QFP和BGA阵列元件，安装精度对高产量有至关重要的作用。复合式、转盘式和大型平行系统一般不适用于这种类型的元件安装。动臂式机器分为单臂式和多臂式，单臂式是最早先发展起来的现在仍然使用的多功能贴片机。在单臂式基础上发展起来的多臂式贴片机可将工作效率成倍提高，如YAMAHA公司的YV112就含有两个带有12个吸嘴的动臂安装头，可同时对两块电路板进行安装。复合式机器是从动臂式机器发展而来，它集合了转盘式和动臂式的特点，在动臂上安装有转盘，像Simens的Siplace80S系列贴片机，有两个带有12个吸嘴的转盘。由于复合式机器可通过增加动臂数量来提高速度，具有较大灵活性，因此它的发展前景被看好，如Simens最新推出的HS50机器就安装有4个这样的旋转头，贴装速度可达每小时5万片。转盘式机器由于拾取元件和贴片动作同时进行，使得贴片速度大幅度提高，这种结构的高速贴片机在我国的应用最为普遍，不但速度较高，而且性能非常的稳定，如松下公司的MSH3机器贴装速度可达到0.075秒／片。但是这种机器由于机械结构所限，其贴装速度已达到一个极限值，不可能再大幅度提高。大型平行系统由一系列的小型独立组装机组成。各自有丝杠定位系统机械手，机械手带有摄像机和安装头。各安装头都从几个带式送料器拾取元件，并能为多块电路板的多块分区进行安装，这些板通过机器定时转换角度对准位置。如PHILIPS公司的FCM机器有16个安装头，实现了0.0375秒／片的贴装速度，但就每个安装头而言，贴装速度在0.6秒／片左右，仍有大幅度提高的可能。4.视觉系统成像通过使用视像系统完成。视像系统一般分为俯视、仰视、头部或激光对齐，视位置或摄像机的类型而定。（1）俯视摄像机在电路板上搜寻目标（称作基准），以便在组装前将电路板置于正确位置；（2）仰视摄像机用于在固定位置检测元件，一般采用CCD技术，在安装之前，元件必须移过摄像机上方，以便做视像处理。粗看起来，好象有些耗时。但是，由于安装头必须移至送料器收集元件，如果摄像机安装在拾取位置（从送料处）和安装位置（板上）之间，视像的获取和处理便可在安装头移动的过程中同时进行，从而缩短贴装时间；（3）头部摄像机直接安装在贴片头上，一般采用Line-sensor技术，在拾取元件移到指定位置的过程中完成对元件的检测，这种技术又称为"飞行对中技术"，它可以大幅度提高贴装效率；（4）激光对齐是指从光源产生一适中的光束，照射在元件上，来测量元件投射的影响。这种方法可以测量元件的尺寸、形状以与吸嘴中心轴的偏差。但对于有引脚的元件，如：SOIC、QFP和BGA则需要第三维的摄像机进行检测。这样每个元件的对中又需要增加数秒的时间。很显然，这对整个贴片机系统的速度将产生很大影响。在三种元件对中方式（CCD、Line-sensor、激光）中，以CCD技术为最佳，目前的CCD硬件性能都具备相当的水平。在CCD硬件开发方面前些时候开发了"背光"（Back-Lighting）与"反射光"（Front-Lighting）技术，以与可编程的照明控制，以更好应付各种不同元件贴装需要5.送料系统过顶拱架型机器可支持不同的送料器类型，包括散装(bulk)、带料(tape-and-real)、管料(tube)、异型(odd-form)和其它客户设计。相反，高速转塔和大规模平行系统完全由散装料盒或带料包装来供料。当元件包装形式不是散装或带状料，那么过顶拱架型机器可能是唯一的选择：高速机被排除在考虑之外，因为其不能自动地供这些料。从一个逻辑的角度看，制造商应该寻找那些可以扩大其现有贴装选择的元件贴装设备。例如，有些制造商的设备可能要求为特定机器专门设计的送料器，限制了送料器的使用。这个送料器限制要求使用资源来跟踪和记录哪些送料器可以处理哪些元件。因为有特定机器的送料器，更换或闲置的送料器的储存可占据很大的地面空间。在一个以度量来测定运作的时代，如每单位地面空间的产量，用于容纳元件贴装或其它基板关键功能的周围设备的潜在制造空间可以看作是浪费。这就是为什么模块系统正得到流行。当象送料器这样的东西可以在类似的机器上使用时，元件贴装和生产制造的一个更有效的方法得到提高,尽管如此，全面检查和理解可能用于一个给定PCB设计的元件数量与类型也是有益的。在电子产品制造商转向模块装配线的时候，重要的是记住传统的配置-高速贴片机跟随密间距贴片机-还是一些高片状数量应用的一个选择，如蜂窝电话和计算机主板附Freedert图FujiSanyo第三节回焊炉回焊炉：将焊膏熔化，使表面贴装元器件与PCB牢固钎焊在一起1.流焊的设备结构1.1总体结构热风回流焊炉总体结构主要分为加热区，冷却区，炉内气体循环装置，废气排放装置以与PCB传送等五大主体部分。见图3：炉体分为上下两个密封箱体，中间为传送带。部分炉体的长短主要根据加热区和冷却区的多少而不同，目前的回流炉的加热区有4~10个区不等，冷却区有1~2个区不等，也有的炉不带冷却区，让PCB板出炉后在空气中自然冷却。每个温区的温度可编程设定，一般可设温度范围从室温到275度左右（视厂家设定），回流焊炉另一个重要的区别在于它是否具备进行充氮气焊接的能力，或是只能在空气环境下焊接。用户一般可根据自己的用途来选择炉体的长短和炉子的气体环境要求。1.2加热区结构1.2.1加热区结构炉体内每一个加热区的结构都是一样的。在上下加热区各有一个马达驱动叶轮高速旋转，产生空气或氮气的吹力。气体经加热丝或其它材料加热后，从多孔板里吹出，打到PCB板上。有的回流炉的马达转速是可编程调节的，如VITRONICS，可从1000~3000RPM，而有的炉是厂家出厂时已固定的，如BTU炉厂家出厂时已定为最高转速约3000RPM。马达转速越快，风力越大，热交换能力越强。通过测量气体吹出的风压，可以监控马达的运转是否正常。由于回流过程中锡膏中助焊剂的挥发，可能凝结在叶轮上，降低风的效率，导致温度回流曲线的减低。因此有必要定期检查和清洁叶轮。1.2.2温度控制回流炉的每一个加热区的温度控制都是独立的闭环控制系统。温度控制器通过PID控制把温度保持在设定值。温度传感器采用的热偶线装在多孔板的下面，感应气流的温度。见图5。

如果加热区的温度出现异常，例如不加温，或加温缓慢，一般需要检查固态继电器是否正常，加热区的加热器是否老化需要更换（一般使用多年的回流炉容易出现这个问题）。若出现温度显示错误，一般是热偶线已损坏。1.3冷却区结构PCB板经过回流焊接后，必须立即进行冷却，才能得到很好的焊接效果。因此在回流焊炉的最后都是有一个冷却区。冷却区的结构是一个水循环的热交换器。冷却风扇把热气吹到循环水换热器后，经降温的气体再打到PCB板上。热交换器内的热量经循环水带走，循环水经降温后再流回换热器。见图6。

由于在冷却系统中，助焊剂（Flux）容易凝结，因此必须定期检查和清洁助焊剂过滤器上的助焊剂，否则热循环效率的下降会减低冷却系统的效率，使冷却变差，导致产品的焊接质量下降。过热焊接的PCB板的长期稳定性会下降。虽然不同厂家的回流炉的冷却区的结构不尽相同,但基本的原理是一样的。冷却区一般有双面冷却和单面冷却两种结构。单面冷却是指只在传送带的上面装有冷却系统，而双面冷却在传送带上下两面都有冷却系统。图7.1和7.2是BTU炉的结构。由图中可以看出冷却区由热交换器和冷却风扇组成。一般来讲，用单面的冷却就可以满足普通电子产品的冷却需要。图7.1冷却区的双面冷却结构图7.2冷却区的单面冷却结构1.4气体控制

气体控制包括两个方面，一个是回流焊接需要气体的加入和炉内废气的排放。气体注入分为两种一种是氮气（N2），另一种是压缩空气。氮气炉一般密封极严，以防止炉外的氧气进入炉体。氧气含量是氮气炉的关键，它的大小影响到元件焊接质量。通过炉体采样气口连接氧气含量测试仪可以精确测量炉区内氧气含量。一般好的炉内的氧含量能低于50PPM[6]。当不需要使用氮气时，炉内应注入压缩空气保持炉内的气体需要。炉内废气（包括助焊剂的挥发物，回流焊接产生的废烟）应不断地排出炉外以维护炉内的正常气体环境和保护操作工的健康。炉体的排气管应与整个工厂的排气装置相连。1.5传送带结构回流炉的产品传送装置一般有两类，一种是网式传送带，一种是轨道式传送带。根据产品需要用户可自己选择。一般的回流炉同时带有这两种传送带，为方便用户使用。传送带的转速是可编程确定的。由于带速直接影响回流焊接的温度曲线。因此带速的稳定性是至关重要的。回流焊接炉的带速控制也是闭环控制系统。见图8。通过控制传送带的驱动马达的转速来控制带速。

除了带速的稳定性外，传送带的机械运动的平稳性也很重要。因为在回流焊正在融化过程时，传送带的振动都会带来焊接缺陷，如元件偏位，焊接虚焊，掉件等问题。保证机械平稳的关键在于传送机构的维护保养的好坏。如链条和齿轮的清洁、润滑，直流电机的电刷的保养等都非常重要。传送带一般还配有不间断电源（UPS），它可以在整个炉子电源意外中断时，维持传送带运行5~10分钟，直到把炉内的所有的PCB板送出，避免发生烧板事故。2.热风回流焊接的原理2.1回流焊接的过程回流焊的基本原理比较简单，它首先对PCB板的表面贴装元件（SMD）焊盘印刷锡膏，然后通过自动贴片机把SMD贴放到预先印制好锡膏的焊盘上。最后，通过回流焊接炉，在回流焊炉中逐渐加热，把锡膏融化，称为回流（Reflow），接着，把PCB板冷却，焊锡凝固，把元件和焊盘牢固地焊接到一起（见图9）。在回流焊中，焊盘和元件管脚都不融化。这是回流焊（ReflowSoldering）与金属融焊（Welding）的不同。深入的了解回流焊就必须从焊锡膏的作用原理和焊接过程中发生的物理化学变化入手。锡膏的成分主要锡铅合金的粉末和助焊剂混合而成。在受热的条件下，融化的焊锡材料中的锡原子和焊盘或焊接元件（主要成分是铜原子）的接触界面原子相互扩散，形成金属间化合物（IMC），首先形成的Cu6Sn5，称n-phase，它是形成焊接力的关键连接层，只有形成了n-phase，才表示有真正的可靠焊接。随着时间的推移，在n-phase和铜层之间中会继续生成Cu3Sn，称为∈-phase，它将减弱焊接力量和减低长期可靠性。

金属间化合物是焊点强度的关键因素，因此许多人员专门研究金属间化合物的变化对焊点的长期可靠性带来的影响[4][10]。

为了保护焊盘或元件管脚的可焊性，一般它们表面都镀有锡铅合金层或有机保护层。对非铜的金属材料的管脚一般在管脚镀层和金属之间加有镀镍层作为阻断层防止金属扩散。这个镍镀层还用来阻挡与焊锡不可焊或不相容的金属与焊锡层的接触[5]。另一个有关镀层的问题是关于镀金层的问题，有文章[5]指出如果焊点中金的成分达到3~4%以上，焊点有潜在的脆性增大的危险。2.2回流焊温度曲线要得到好的回流焊接效果必须有一个好的回流温度曲线（Profile）。那么什么是一个好的回流曲线呢？一个好的回流曲线应该是对所要焊接的PCB板上的各种表面贴装元件都能够达到良好的焊接，且焊点不仅具有良好的外观品质而且有良好的内在品质的温度曲线。2.2.1回流炉的参数设定

要得到一个炉温曲线首先应给回流炉一个参数设定。回流炉的参数设定一般称为Recipe。Recipe一般包括炉子每区的温度设定，传送带带速设定，以与是使用空气还是氮气。下表是BTU炉的一个Recipe的设定。温度设定：（单位：℃）1T2T3T4T5T6T7T1901701501501752352551B2B3B4B5B6B7B190170150150175235255带速设定：（单位：cm/分）传送带带速75气体设定：氮气Off空气On

表中1T~7T，1B~7B分别表示回流炉上下温区的温度设定，传送带带速为75cm/分，焊接环境使用空气，不使用氮气。

设定一个回流曲线要考虑的因素有很多，一般包括：所使用的锡膏特性，PCB板的特性，回流炉的特点等。下面分别讨论。2.2.2锡膏特性与回流曲线的重要关系

锡膏特性决定回流曲线的基本特性。不同的锡膏由于助焊剂（Flux）有不同的化学组分，因此它的化学变化有不同的温度要求，对回流温度曲线也有不同的要求。一般锡膏供应商都能提供一个参考回流曲线，用户可在此基础上根据自己的产品特性优化。图11是一个典型的Sn63/Pb37锡膏的温度回流曲线[6]（P3-7）。以此图为例，来分析回流焊曲线。它可分为4个主要阶段：1）把PCB板加热到150℃左右，上升斜率为1-3℃/秒。称预热（Preheat）阶段；2）把整个板子慢慢加热到183℃。称均热（Soak或Equilibrium）阶段。时间一般为60-90秒。3）把板子加热到融化区（183℃以上），使锡膏融化。称回流（ReflowSpike）阶段。在回流阶段板子达到最高温度，一般是215℃+/-10℃。回流时间以45-60秒为宜，最大不超过90秒。4）曲线由最高温度点下降的过程。称冷却（Cooling）阶段。一般要求冷却的斜率为2-4℃/秒。预热阶段的目的是把锡膏中较低熔点的溶剂挥发走。锡膏中助焊剂的主要成分包括松香，活性剂，黏度改善剂，和溶剂。溶剂的作用主要作为松香的载体和保证锡膏的储藏时间。预热阶段需把过多的溶剂挥发掉，但是一定要控制升温斜率，太高的升温速度会造成元件的热应力冲击，损伤元件或减低元件性能和寿命，后者带来的危害更大，因为产品已流到了客户手里。另一个原因是太高的升温速度会造成锡膏的塌陷，引起短路的危险，尤其对助焊剂含量较高（达10%）的锡膏[5]。

均热阶段的设定主要应参考焊锡膏供应商的建议和PCB板热容的大小。因为均热阶段有两个作用，一个是使整个PCB板都能达到均匀的温度（175℃左右），均热的目的是为了减少进入回流区的热应力冲击，以与其它焊接缺陷如元件翘起，某些大体积元件冷焊等。均热阶段另一个重要作用就是焊锡膏中的助焊剂开始发生活性反应，增大焊件表面润湿性能（与表面能），使得融化的焊锡能够很好地润湿焊件表面。由于均热段的重要性，因此均热时间和温度必须很好地控制，既要保证助焊剂能很好地清洁焊面，又要保证助焊剂到达回流之前没有完全消耗掉。助焊剂要保留到回流焊阶段是必需的，它能促进焊锡润湿过程和防止焊接表面的再氧化。尤其是目前使用低残留，免清洗（no-clean）的焊锡膏技术越来越多的情况下，焊膏的活性不是很强，且回流焊接的也多为空气回流焊，更应注意不能在均热阶段把助焊剂消耗光。

回流阶段，温度继续升高越过回流线（183℃），锡膏融化并发生润湿反应，开始生成金属间化合物层。到达最高温度（215℃左右），然后开始降温，落到回流线以下，焊锡凝固。回流区同样应考虑温度的上升和下降斜率不能使元件受到热冲击。回流区的最高温度是由PCB板上的温度敏感元件的耐温能力决定的。在回流区的时间应该在保证元件完成良好焊接的前提下越短越好，一般为30-60秒最好，过长的回流时间和较高温度，如回流时间大于90秒，最高温度大于230度，会造成金属间化合物层增厚，影响焊点的长期可靠性[4]。

冷却阶段的重要性往往被忽视。好的冷却过程对焊接的最后结果也起着关键作用。好的焊点应该是光亮的，平滑的。而如果冷却效果不好，会产生很多问题诸如元件翘起，焊点发暗，焊点表面不光滑，以与会造成金属间化合物层增厚等问题。因此回流焊接必须提供良好的冷却曲线，既不能过慢造成冷却不良，又不能太快，造成元件的热冲击。2.2.3PCB板的特性与回流曲线的关系

回流曲线的设定，与要焊接的PCB板的特性也有重要关系。板子的厚薄，元件的大小，元件周围有无大的吸热部件，如金属屏蔽材料，大面积的地线焊盘等，都对板子的温度变化有影响。因此笼统地说一个回流曲线的好坏是无意义的。一个回流曲线必须是针对某一个或某一类产品而测量得到的。因此如何准确测量回流曲线，来反映真实的回流焊接过程是非常重要的。常用的测量回流焊曲线的方法有三种：1）用回流炉本身配备的长热偶线（一般常用的工业标准是K型热偶线），热偶线的一端焊接到PCB板上，另一端插到设备的预设热偶插口上。把板放进炉内，当板子从炉另一端出来时，用热偶线把板子从出口端拉回来。在测量的同时温度曲线就可显示到设备的显示器上。一般回流炉都带有多个K型热偶插口，因此可连接多根热偶线，同时测量PCB板几个点的温度曲线。2）用一个小的温度跟踪记录器。它能够跟随待测PCB板进入回流炉。记录器上也有多个热偶插口，可因此可连接多根热偶线。记录器里存放的温度数据，只有在出炉后，才可输到电脑里分析或从打印机中输出。3）带无线数据传输的温度跟踪记录器。与第2种方法相同，只是多了一个无线传输功能。当它在炉内测温时，在存储温度数据的同时把数据用无线方式传到外面的接受器上，接受器与电脑相连。三种方法本质都是一样的，用户可根据习惯来选择采用那种方法。热偶线的安装有一般两种，一是高温焊锡丝，温度在300℃以上（高于回流最高温度）。另一种方法是用胶或是高温胶带把它粘住。这样热偶线就不会在回流区脱落。焊点的位置一般为选取元件的焊脚和焊盘接触的地方。焊点不能太大，

以焊牢为准。焊点大，温度反应迟后，不能准确反映温度变化，尤其是对QFP等细间距焊脚。对特殊的器件如BGA还需要在PCB板下钻孔，把热偶线穿到BGA下面。图12说明了QFP和BGA元件的热偶线焊接方法。热偶线的安装位置一般根据PCB板的工艺特点来选取，如双面板应在板上下都安装热偶线，大的IC芯片脚要安装，BGA元件要安装，某些易造成冷焊的元件（如金属屏蔽罩周围，散热器周围元件）一定要放置。还有就是你认为要研究的焊接出了问题的元件。2.2.4回流炉设备的特点与回流曲线的关系

因为回流曲线的实现是在回流炉中完成的，因此它与回流炉的具体特点有关。不同的炉因加热区的数目和长短不同，气流的大小不同，炉温的容量不同，对回流曲线都会造成影响。设备对回流曲线的影响可归纳为下面几点：1）加热区数目的因素。

对加热区多的回流炉（8个加热区），由于每一个炉区都能单独设定炉温，因此调整回流温度曲线比较容易。对要求较复杂的回流曲线同样可以做到。但短炉子（4个加热区），因为它只有四个可调温区，要想得到复杂的曲线比较难，但对于没有特别要求的SMT焊接，短炉子也能满足要求，而且价钱便宜。另一个方面，长炉子的优点是传送带的带速可以比短炉子提高至少1倍以上，这样长炉的产量至少能达到短炉的1倍以上。当大批量生产线追求产能时，这一点是至关重要的。2）热风气流的因素。

由于目前大多数回流炉以风扇强制驱动热风循环为主，因此风扇的转速决定了风量的大小。在相同的带速和相同的温度设定下，风扇的转速越高，回流曲线的温度越高。当风扇马达出现故障时，如停转，即使炉温显示正常，炉温的曲线测量也会比正常曲线低很多，若故障马达在回流区，则PCB板极易产生冷焊，若故障马达在冷却区，则PCB板的冷却效果就下降。因此对马达转速是可编程调节的回流焊接炉，如VITRONICS，风扇的转速也是需要经常检查的参数之一。3）炉温的容量的因素。

回流焊接有时会出现这样的现象，当焊接一块小尺寸的PCB板时，焊接结果非常好，而焊接一块大尺寸的PCB板时，某些温区炉温会出现稍微下降的现象。这就是由于大板子吸热较多，炉子的热容量不足引起的。一般可以通过加大风扇转速来调节。但是炉温的容量主要是由炉体结构，加热器功率等设计因素决定的，因此是炉子厂家设计时已经固定了的。用户在选择回流炉时必须考虑这个因素。热容量越大越好，当然炉子消耗的功率也越多。2.3氮气回流焊与空气回流焊氮气回流焊的使用主要是为了增强焊接质量，使焊接发生在氧含量极少（100PPM）以下的环境下，可避免元件的氧化问题。因此氮气回流焊的主要问题是保证氧气含量越低越好。氧含量的控制对用户来讲主要是保证氮气气源的纯度，一般工业用氮气纯度可达5PPM，炉内氧含量主要跟炉子的密封设计的好坏有关。炉体由于两边的进出板口会漏空气进入，因此两边的氧含量会比炉体中间区高。许多文章都专门讨论过对氧含量对焊接的影响。但随着焊锡膏技术和元件焊脚镀层技术的不断更新，空气中回流的焊接已经占据了主流。因为空气焊接有许多优点例如取消氮气，降低成本；气体控制无需再考虑氧含量的控制；炉子的造价下降。因此目前多数的回流焊接都在使用空气回流焊，只有个别的特别怕氧化的元件才考虑用氮气焊接。回流焊后的质量检验方法

回流焊的焊接质量的方法目前常用的有目检法，自动光学检查法（AOI），电测试法（ICT），X-光检查法，以与超声波检测法。1.目检法

简单，低成本。但效率低，漏检率高，还与人员的经验和认真程度有关。2.自动光学检查法（AOI）

自动化。避免人为因素的干扰。无须模具。可检查大多数的缺陷，但对BGA，DCA等焊点不能看到的元件无法检查。3.电测试法（ICT）

自动化。可以检查各种电气元件的正确连接。但需要复杂的针床模具，价格高，维护复杂。对焊接的工艺性能，例如焊点光亮程度，焊点质量等无法检验。另外，随着电子产品装连越来越向微型化，高密度以与BGA，CSP方向发展，ICT的测针方法受到越来越多的局限。4.X-光检查法

自动化。可以检查几乎全部的工艺缺陷。通过X-Ray的透视特点，检查焊点的形状，和电脑库里标准的形状比较，来判断焊点的质量。尤其对BGA，DCA元件的焊点检查，作用不可替代。无须测试模具。但对错件的情况不能判别。缺点价格目前相当昂贵。5.超声波检测法

自动化。通过超声波的反射信号可以探测元件尤其时QFP，BGA等IC芯片封装内部发生的空洞，分层等缺陷。它的缺点是要把PCB板放到一种液体介质才能运用超声波检验法。较适合于实验室运用。对于各种检查方法，既各有特色，又相互覆盖，它们的相互关系可用图13来说明。由图中可以看出，BGA，元件外观，与元件值的检验分别为X光，自动光学，与ICT检测法特有的检查手段，其余的功能都相互有交叉。例如，用光学检查方法解决表面可见的焊盘焊点和元件对错识别，用X-Ray检查不可见的元件焊点如BGA，DCA，插件过孔的焊锡情况，但如果不用ICT，元件值错无法检查；又例如，用ICT检查开路，短路等电性能，用X-Ray检查所有元件的焊点质量，但如果不用光学检查仪对外观破损的元件亦无法检验。因此，只有综合使用或根据产品具体情况来安排检查方法才能得到满意的检查结果。第四节辅助设备辅助设备主要包含：吸板机送板机收板机第三章静电防护技术ESD介绍：静电放电(ESD)是在电子装配中电路板与元件损害的一个熟悉而低估的根源。它影响每一个制造商，无任其大小。虽然许多人认为他们是在ESD安全的环境中生产产品，但事实上，ESD有关的损害继续给世界的电子制造工业带来每年数十亿美元的代价。

静电放电(ESD)定义为，给或者从原先已经有静电(固定的)的电荷(电子不足或过剩)放电(电子流)。电荷在两种条件下是稳定的：当它“陷入”导电性的但是电气绝缘的物体上，如，有塑料柄的金属的螺丝起子。当它居留在绝缘表面(如塑料)，不能在上面流动时。可是，如果带有足够高电荷的电气绝缘的导体(螺丝起子)靠近有相反电势的集成电路(IC)时，电荷“跨接”，引起静电放电(ESD)。

ESD以极高的强度很迅速地发生，通常将产生足够的热量熔化半导体芯片的内部电路，在电子显微镜下外表象向外吹出的小子弹孔，引起即时的和不可逆转的损坏。更加严重的是，这种危害只有十分之一的情况坏到引起在最后测试的整个元件失效。其它90%的情况，ESD损坏只引起部分的降级-意味着损坏的元件可毫无察觉地通过最后测试，而只在发货到顾客之后出现过早的现场失效。其结果是最损声誉的，对一个制造商纠正任何制造缺陷最付代价的地方。可是，控制ESD的主要困难是，它是不可见的，但又能达到损坏电子元件的地步。产生可以听见“嘀哒”一声的放电需要累积大约2000伏的相当较大的电荷，而3000伏可以感觉小的电击，5000伏可以看见火花。甚至工人在台上的自然移动所形成的摩擦都可产生400~6000伏。如果在拆开或包装泡沫盒或泡泡袋中的PCB期间，工人已经处理绝缘体，那么在工人身体表面累积的净电荷可达到大约26000伏。

因此，作为主