电子加工厂电子线路板PCB焊接工艺
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电子线路板焊接工艺包含很多方面的,如贴片元件的焊接工艺,分立元件的焊接工艺都不一样的。
下面是SMT工艺
第一步:电路设计
计算机辅助电路板设计已经不算是什么新事物了。我们一直是通过自动化和工艺优化,不断地提高设计的生产能力。对产品各个重要的组成部分进行细致的分析,并且在设计完成之前排除错误,因此,事先多花些时间,作好充分的准备,能够加快产品的上市时间。新产品引进(NPI)是针对产品开发、设计和制造的结构框架化方法,它可以保证有效地进行组织、规划、沟通和管理。在指导制造设计(DFM)的所有文件中,都必须包含以下各项:
• SMT和穿孔元件的选择标准;
• 印刷电路板的尺寸要求;
• 焊盘和金属化孔的尺寸要求;
• 标志符和命名规范;
• 元件排列方向;
• 基准;
• 定位孔;
• 测试焊盘;
• 关于排板和分板的信息;•
• 对印刷线的要求;
• 对通孔的要求;
• 对可测试设计的要求;
• 行业标准,例如,IPC-D-279、IPC-D-326、IPC-C-406、IPC-C-408和IPC-7351。如要了解这方面的详细信息,请到网址:/上查看相关的IPC技术规范。
在设计具有系统内编程(ISP)功能的印刷电路板时,需要做一些初步的规划,这样做能够减少电路板设计的反复次数。工程师可以从几个方面对印刷电路板进行优化,以便在生产线上进行(ISP)编程。工程师可以辨别电路板上的可编程元件。不是所有的器件都
可以进行系统内编程的,例如,并行器件。设计工程师首先要仔细地阅读每个元件的编程技术规范,然后再布置管脚的连线,要能够接触到电路板上的管脚。另一个步骤是,确定可编程元件在生产过程中是如何把电源加上去,而且还要弄清楚制造商比较喜欢使用哪些设备来编程。
此外,还应当考虑信息追踪,例如,关于配置的数据。只要使用得当,电路板设计和DFM就可以有效地保证产品的制造和测试,缩短并且降低产品研发的时间、成本和风险。不准确的电路板设计可能会危及最终产品的质量和可靠性,因此,设计工程师必须充分了解DFM的重要性。
第二步:工艺控制
工艺控制是防止出现缺陷最有效的手段,同时,它可以在整个组装生产线上进行追踪。随着全球化趋势的发展,越来越多公司在世界各地建立了工厂,他们需要对生产进行有效的控制,更重要的是对供应链进行有效的管理。尺寸更小、更精密的组件,无铅的使用,以及高可靠性的产品,这些因素综合起来,使工艺控制变得更复杂。消除可能出现的人为错误就可以减少缺陷。统计工艺控制(SPC)可以用来测试工艺和监测由于一般原因和特定原因而出现的变化。需要使用若干SPC工具来发挥工艺控制的长处。我们还应当使用SPC来稳定新工艺并改进现有的工艺。工艺控制还可以实现并且保持预的工艺水平、稳定性和重复性。它依靠统计工具进行测试、反馈和分析。
工艺控制的最基本内容是:
• 控制项目:需要监测的工艺或者机器;
• 监测参数:需要监测的控制项目;
• 检查频率:检查间隔的数量或者时间;
• 检查方法:工具和技术;
• 报告格式:SPC图表;
• 数据类型:属性或者易变的数据;
• 触发点:会发生变化的点。
随着无铅电子产品的出现,对工艺控制提出了新的要求:对材料进行追踪。产品的价格越来越低、质量的要求越来越高,这要求在整个组装工艺中进行更严格的控制。在各个领域,需要进行追踪。关键的一环是材料的追踪。通过材料追踪系统,我们可以了解车间中材料的状况和它们的位置,一目了然。在合金混合使用的情况下,组件追踪也非常重要。把无铅组件和锡铅组件错误地放在一起,可能会造成十分严重的后果。
工艺控制的其它内容包括:
• 设备的校准;
• 用好的电路板作为对照,找出缺陷;
• 机器的重复性;
• 系统之间的开放型软件接口;
• 生产执行系统(MES);
• 企业资源规划。
工艺工程师必须在引进新产品(NPI)的过程中,研究制定完整有效的装配工艺和高质量的规划。机器软件和数据结构的开发要同时进行,接口必须是开放的,这样,工程师就可以在多条生产线上同时设计、控制和监测SMT工艺。要提高质量,首先需要一套计划,一组不同于具体标准的目标,各种测试工具,以及作出改变并且通过交流来提高最终产品质量的方法。
第三步:焊接材料
多年来,我们在生产中一直使用锡铅焊料,现在,在欧盟和中国销售的产品要求改用无铅焊料合金。虽然有许多无铅焊料可供选择,不过,锡银铜(SAC)焊料合金已经成为首选的无铅焊料。
焊料有很多种类型的产品,有焊钖条、焊锡块、焊锡丝、焊锡粉末、成型焊锡、焊锡球和焊膏。焊接工艺使用各种不同的助焊剂,最常见的有:松香、轻度活性剂(RMA)和有机酸助焊剂。助焊剂基本分为两种:一种需要用水或者清洗溶剂来清洗的助焊剂,另一种是免清洗助焊剂。
这个行业之所以选择(SAC),主要是从以下几个方面考虑:
• 低熔点:在加热时,低熔点合金在从固态变成液态,没有经过“糊状”阶段。最初,正是这个原因使许多行业组织认为(SAC)是最适合的低熔点合金。后来的工作表明,如果(SAC)合金的温度只要稍稍偏离这个低熔点,就可以大量地减少失效,例如,无源分立组件一端立起的问题。最理想的合金是(SAC305),其中银占3.0%,铜占0.5%,其余是锡。
• 熔点:焊料合金的熔点或者液相线会因它的金相成分而发生变化。SAC305或者其他近低熔点无铅焊料的熔点大约是217℃。
• 合金价格:由于银的价格很高,在合金中银的含量最好少一些。对于焊膏来说,这并不是什么大问题因为焊膏制造工艺的价格远远高于材料的价格。不过,对于波峰焊,无铅焊料的价格比较高。
• 锡须:组件引脚上的无铅表面含的铅可能会引起锡须。
• 湿润特性:与锡铅或者传统的低熔点焊料合金相比,无铅焊料合金的湿润能力较差。
自动对正:由于无铅合金的湿润能力明显不如锡铅合金,因此它们也无法自动对正。因此,在再流焊中焊钖球对准的几率较低。
• 流变性:焊料的粘性和表面张力是一个需要重视的问题,而且,在选择新的无铅焊膏时,首先要对粘性和表面张力进行评估。
• 可靠性:焊点的可靠性是无铅技术需要考虑的一个紧迫问题。无铅焊点比较脆,一旦受到撞击或者掉到地上很容易损坏。不过,在压力较低的情况下,SAC的可靠性与锡铅合金相当,甚至更好。另外,无铅焊料合金的长期可靠性很值得商榷,因为关于这种合金我们还没有象锡铅焊料合金那样的可靠性数据。
• IPC标准:J-ST D - 0 02/0 03、JSTD - 0 0 4 / 0 0 5/ 0 0 6、I
PC-TP-1043/1044(关于所有IPC标准的详细资料,请访问网址:
/)。
第四步:印刷
焊膏印刷工艺包括一系列相互关联的变量,但是为了达到预期的印刷质量,印刷机起着决定性的作用。对于一个应用,最好的办法是选择一台符合具体要求的丝网印刷机。
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