SMT基本工艺与设计试验参考指导书.doc

实验一、Fuji高速贴片机和锡膏印刷机演示实验一、 实验目和意义1实验目通过实验使学生进一步地理解SMT工艺流程和生产线自动化限度。掌握既有SMT设备构造原理、使用性能和操作办法。通过实验使学生对元器件贴装技术有更深一层理解。2实验意义采用表面贴装技术可以使：1）、电子产品追求小型化，此前使用穿孔插件元件已无法缩小。2）、电子产品功能更完善，所采用集成电路（IC）已无穿孔元件，特别是大规模、高集成IC，不得不采用表面贴装原件。3)、产品批量化，生产自动化，厂方要以低成本高产量，产品优质来迎合顾客需求，同步加强市场竞争力。4）、电子元件发展，集成电路（IC）开发，半导体材料多元华应用。5）、电子科技革命是在必行，追逐国际潮流。二、 实验内容和规定1掌握SMT生产设备系统基本构成。2理解并掌握SMT工艺技术内容及其特点。3理解并熟悉既有设备工作原理及其使用性能和操作办法。4理解并掌握在实际生产中，焊锡膏使用时常用问题。5理解线路板搬入和线路板定位基本办法。6理解从元件吸取准备到元件贴装工作原理。7理解XY 工作台移动和元件贴装之间关系。三、 实验仪器与设备1、CP贴片机 1台2、焊锡膏印刷机 1台3、PCB板 若干块四、实验原理 SMT(surface mounted technology)：直接將表面黏著元器件贴装,焊接到印刷电路板表面规定位置上组装技术。SMT生产系统构成形式是依照组装产品和组装工艺规定不同而不同，其重要差别体当前：该生产线重要用于贴装单面还是双面PCB；生产线上与否具备自动检测功能；系统集成化限度高低；以及系统组装效率、组装精度等性能指标。其中，在SMT生产线基本构成形式中最为典型是配备有自动上板机、丝网印刷机、贴片机、再（回）流焊炉、自动收板机等设备单线（短线）形式，它即可用于PCB单面贴装，也可用于双面贴装。图1.1为日本生产FUJI惯用高速贴片机和精密贴片机两种机型。 （a）高速贴片机CP- (b)精密贴片机IP-图1.1 FUJI设备SMT生产线基本构成形式：1、送板机送板机有TSM-1000系列，也有HD-21BL系列和HD-BF1600系列等。其中TSM-1000系列送板机有：轻触式按键、液晶数显，定位自我检测，合用累叠式/分层式输送架等等类型，重要用于上料（PCB）。2、丝网印刷机FUJI GSP-500型，它重要由刮刀装置机构、丝网固定机构、机架、凸轮机构以及控制系统等构成。它工艺过程如图1.2所示。刮刀钢网PCB 图1.2 丝网印刷工艺过程工作时，刮板在网板上以一定速度和角度向前移动，推动焊锡膏在刮板前滚动，便产生将焊锡膏注入网孔时所需压力。由于焊锡膏是粘性触变流体，焊锡膏中粘性摩擦力会使其流体层之间产生相对滑动，并产生切变，而在刮板凸缘附近与丝网交接处，焊膏切变速率最大。这就一方面产生使焊膏注入网孔时所需压力，另一方面切变速率提高也会使焊膏粘性下降，有助于将焊膏注入网孔。当刮板速度和角度恰当时，焊膏就会顺利地注入丝网网孔。因而，刮板速度、刮板与丝网角度以及焊膏粘度、施加在焊膏上压力以及由此引起切变速率大小是重要影响因素，并且它们之间存在一定制约关系，对的控制这些参数就能获得优良焊膏印刷质量。因此说PCB贴装质量好坏，焊膏印刷质量是核心。也就是说PRINTING之重要性，PRINTING在SMT全制程中是最重要，制程中有90%问题出自于此，并且不易看出。如：Too much solder paste short（锡膏太多导致短路）Too less solder paste open（锡膏太少导致空焊）FYPT（first yield pass rate 第一次良率） 有A，B两块Board,如A因浮现短路，ICT未过因素而有几次Rework，其FYPT会低于B，将来易出问题。若FYPT低，则须Rework板子比率即高，这些板子将来出问题机会也较高。因此咱们要努力提高FYPT，减少Rework数量。 Solder Paste (锡膏) a.锡膏中包括锡珠FLUX和SOLVENTS 锡珠直径介于20-50 oxide 10 20 50 普通不使用直径20如下锡珠，由于其氧化面积较大，由图可见在20-50之间，曲线较平缓，其氧化面积较小。b. Flux含量及关于锡膏氧化问题 由于咱们使用no-clean制程，因此Solder paste中Flux含量较少(即Flux不能太多)，在Reflow过程中会被partsPCBSolder paste表面氧化层消耗掉。由于Solder paste随着温度和时间增长，其氧化层会不断增长，因此要减少Solder paste保存温度和时间，否则须加入更多Flux。 建议锡膏放在冰箱10如下，否则Solvent挥发掉或FLUX活性减少(或作用完)后来，Rework无用，之后会浮现许多氧化而导致问题。 锡膏打开后，要在三天內使用完毕（最多不超过一种星期）。锡膏从冰箱內取出，要回温24小时（16小时亦可接受）后才可以开盖及使用，由于从冰箱中取出锡膏，打开盖子后，由于外界温度较高，水(H2O)会凝结到Solder paste上去，导致氧化。此外，由于使用完放进去冰箱時，密封情況不比出厂时好，水汽和氧氣会进去，导致氧化(水比氧氣影响力更大),因此从冰箱中取出之锡膏,已开过盖,就不要再放回冰箱,要在三天內使用完(當然期间要将罐盖盖好,越快用完越好.) PCB在Printing和Placement (置件)之间时间不要超过11.5小时（越短越好，Motorola建议为15分钟），否则时间越长，氧化越多，注意印好后不要放入干燥箱,由于那会使SOLVENT更易于挥发掉。 SOLDER PASTE PARAMETERS FLUX ACTIVATION （助焊剂活性） METAL CONTENT （锡量） VISCOSITY （浓稠性） SOLVENTS （溶剂）温度每升高1，Viscosity会下降4%适当温度 应保持在 2226之间操作 高于30锡膏会太稀 不大于20锡膏会太稠 22 26 2.Metal Contenta.以锡膏厚度来测量锡量，不及以锡膏重量测量来得对的，由于锡膏中具有Flux和Solvents，Flux和Solvents重量较轻，体积较大，因此在测出厚度差不多情況下，锡量其实会有相称大差别。以厚度来测量，由于有dog ear等情況存在 ，误差较大,检测率在10%以內,而以重量来测量，检测率在30%以內. b.印完锡Reflow后来，由于Flux等已挥发掉，PCB上锡膏厚度将下降一半。 c.新旧锡膏不要混用，由于用过锡受氧化，有空隙，混到新锡膏中，会导致更多氧化。因而，一次倒入锡膏量以2050 Boards为佳，时间45min1hour(最多使用1hour,最佳低于45min,但若设立太少，导致作业管理困难)。 粘稠度 time ：一 .PROCESS PARAMETERS STENCILING Squeegee Speed (印刷速度)Squeegee Pressure (印刷压力)SNAP-Off (接触良好性)Solder Paste (锡膏)Temperature (溫度) dog earBOARDStencil smearing dog ear： 印刷速度快，压力大，累积到board末端，压力达到最大，可导致10%过多锡量，形成dog earsmearing： 由于压力过大导致缝隙中锡膏溢出Pressure too high dog ear smearing 需cleaning (清洁sencil频率要更快) too much solder paste 也会导致short问题 Conclusion：a、make pressure as low as possible (尽量減小压力) b、limit the speed （限制速度）PressureNormal Pressure： 2kg for each 100mm squeegee (100mm刮刀使用kg压力) 5kg for each 250mm squeegee(250mm刮刀使用5kg压力) pressure 15n/s speed SpeedNormal Speed： speed 2025mm/s for pitch 0.5mm speed 1520mm/s for pitch 0.4mm由于压力小缘故，印刷后钢板上会留有锡膏（锡珠） 锡珠直径为2050,solder paste为150,因此有一种锡珠出来,tolerance就为30%， 易导致短路.解决办法：用pin 撑PCB(即撑钢板)，使钢板无凹陷，有时在钢板有凹情況下,会以加压方式来解決,这种做法不对的,普通可以调pin ,pintolerance可她达到2025。如pin不够高，可在pin上贴透明胶帶,使用大头pin会较佳。循序渐进地增长压力，到无锡珠时OK。如果浮现短路诸多现象，在SNAP-OFF无问题前提下，要检查压力和速度。可以以手拉方式检测squeegee压力，若用手即能拉动，压力则不至太大。可以將SNAP取为负值，以減小pressure设立值。刮刀角度：6070度（钢刮刀好于橡胶刮刀）。 如果浮现空焊诸多现象，要检查锡膏使用情況。 在钢板离膜时,会浮现两边均有dog ear现象(普通出当前印刷初始几片),这是由于放置时间过长,Thixotropy作用力減小,viscosity上升导致，因此应尽量使中间间断减少。印刷机控制界面一下图1.3所示： POWER ORIGINAL POSITION COUNT UP CHECK AIR CHECK PCB ALARM PASS THRU AUTO MANUALRECIPR SINGLE LINE ON OFF START CYCLE STOP STEP MOVEMENT ORIGINAL RTOP SPEED RESET 图1.3 FUJI GSP-500型印刷机控制界面3、贴片机将SMC/SMD等各种类型表面芯片贴放到PCB指定位置上过程称为贴装，相应设备称为贴片机或者贴装机。它工作原理就是借助辅助仪器和设备进行人工或半自动化贴装。即：借助设备控制系统自动供料和拾取、PCB和元器件自动精准对位以及焊锡膏粘接作用而实现。随着细间距器件发展和普及，高精度视觉贴片机已成为当今贴装发展主流方向。高精度视觉贴装机组装工艺、设计比普通贴装机复杂得多。它要完毕高密度PCB线路贴片，虽然在PCB焊盘变形扭曲、PCB翘曲或者贴装细间距器件状况下，也能可靠、精准贴片。它为什么能达到如此高精度，因素是它采用贴装系统和视觉系统相结合，能获得满意细间距器件贴片精度，普通能贴0.3mm间距QFP、BGA和FPT等。3.1 线路板搬入和线路板定位下面就以线路板流动从左向右( L R ) 时状况进行阐明。线路板流动从右向左(R L)时，请将“L传送带”和“R传送带”位置互换。(1) L 传送带将线路板从前工序装置运出，通过L 1 / L 2 传送带传送到X Y 工作台前。(2) 线路板搬运部送料棘爪下降，L2 传送带逆转，被送至XY 工作台前线路板将接触到该送料棘爪1 。(3) 线路板搬运部送料棘爪1 将线路板搬运到X Y 工作台上后，返回到原点位置。与此同步，线路板通过定位针等被定位在X Y 工作台上。 3.2 从元件吸取准备到元件贴装贴装安装头通过安装头塔外侧圆周上各停止位置( 如下称为位置编号) 期间，执行元件吸取准备到元件贴装。Fig 2B5 转塔外侧构造图概要位置7 到12 ：元件吸取准备位置1 2 ：元件供应和元件吸取位置1 到6 :元件贴装准备位置6 :X Y 工作台移动和元件贴装3.2.1 元件吸取准备位置7 ：安装头原点复位，旋转贴装安装头，使其返回到原点方向。Fig.2B6 安装头原点复位位置8 ：吸嘴落下检测、多余元件排出、吸嘴吹气检测吸嘴落下。将直立元件或检测出元件辨认异常元件收存到排出箱进行吸嘴吹气。Fig.2B7 多余元件排出位置8 到1 0 ：吸嘴切换随吸嘴高度，将使用于元件吸取吸嘴旋转到6 点或1 2 点位置。 Fig.2B8 吸嘴高度为“Low Low” 时Fig.2B9 吸嘴高度为“High High” 时位置10 ：使用吸嘴检测、多余吸嘴落下检测使用光传感器确认使用吸嘴与否在所定位置( 1 2 点位置) 。进行多余吸嘴落下检测。位置10 到1 2 ：吸嘴吸取定位旋转贴装安装头，移动使用吸嘴( 1 2 点位置) 到“3 点位置 C Y补正( 吸取位置补正追踪：Y 方向) ”。所谓C Y 补正，指吸取元件时，相应Y 方向进行吸嘴微小位置补正。 Fig.2B10 吸嘴移动工作原理3.2.2 元件供应和吸取位置1 2 ：元件供应、元件吸取元件供应(1) 搭载了送料带或散装送料器料车左右移动，将必要元件送至位置1 2 。(2) 料车在进行了C X 补正( 吸取位置补正追踪：X 方向) 后停止。 元件吸取(1) 吸取元件时，基于元件库数据，将所使用吸嘴控制到最下限。这个叫做吸取Z 补正。(2) 使用编带送料棘爪送出编带，封面胶带被卷上。(3) 吸取吸嘴开始吸取元件。(4) 切断已送出多余编带。3.2.3 元件贴装准备位置1：元件姿势检测使用元件姿势检测传感器，检测出元件是被吸取到吸嘴，还是仍旧竖立在那里。鉴定为“ 无元件” 时，关闭真空阀门。位置3：元件辨认图像读取使用元件辨认照相机捕获元件辨认图像。Fig.2B13 辨认图像画面位置3 到4：元件辨认解决 进行如下元件辨认解决。(1) 元件有无检测。(2) 建立在元件库基本上检查(3) 吸取吸嘴和元件之间位置偏离量( X ，Y ) 以及角度偏离量( ) 测定位置4 到6：贴装角度决定旋转贴装安装头，将元件设定到线路板程序中指定贴装角度。此时，根据“ 元件辨认”测定角度偏离量( ) 也进行补正。 Fig.2B14 贴装头旋向3.2.4 XY 工作台移动和元件贴装位置6：XY 工作台移动和元件贴装X Y 工作台移动(1) X Y 工作台移动至位置6 贴装位置，以便元件被安装到线路板程序中指定线路板贴装坐标上。此时，根据“ 元件辨认” 测定选用位置偏离量(X，Y)，也进行补正。Fig.2B15 XY 工作台移动Y元件贴装(1) 贴装元件时，根据元件库数据，将使用吸嘴控制到最下限。这个叫做贴装Z 轴补正。(2) 真空阀门关闭，气枪挂到吸嘴，元件被贴装到线路板上。贴装元件时，贴装凸轮控制气缸/ 贴装凸轮补正气缸具备避免与已贴装元件冲突机能。3.2.5 线路板搬出(1) 线路板在完毕元件贴装后，被搬运到R 2 传送带上。与此同步，新线路板再次通过L 2 传送带被传入至X Y 工作台。(2) 被搬运到R 2 传送带上已贴装元件线路板，通过R 1 传送带被送到后一工序。总之，既有实验设备各构成部件功用是：X-Y-Z构造采用X-Y坐标电子尺闭环控制驱动，Z为高度和贴片可控，辨别率普通为0.0150.0035，其功用是为了夹持、固定PCB （印制板）并使其在X、Y方向规定范畴自由，以便可以将元件贴装到对的位置如Fig.2B15所示。PCB定位和送料器PCB定位采用视觉标号定位，送料采用电子送料器如Fig.2B16所示。元器件对中技术采用无接触激光对中和视觉对中；是影响贴装精度和贴装效率重要因素之一。计算机控制系统贴装机“大脑”，是所有操作指挥中心。能示教/CAD编程，自动编程，具备在线自诊断功能。贴装机由凸轮转盘装置贴装头、元器件送料系统、PCB传播定位系统三个机械机构以及床身底座构成，并由计算机控制系统和视觉对中系统进行信息解决和控制。其中：床身底座支撑整个设备所有部件，具备足够刚性。贴装头从供料器中拾取元器件，经定心和方位校正后，把元器件精准地贴装到印制板设定位置。它与供料器一起协调贴装机工作，是贴装机上最复杂、最核心部位。它由真空吸嘴、定位凸轮盘、其他任选件（滴放器）、电测试装置和摄像头等部件构成。如图Fig.2B6 所示。其特点特性是：贴装精度高，贴装速度快，贴装周期短，适应性强。因此说：精度、速度、适应性是贴装机三个重要特性。五、实验环节和规定1、熟悉SMT生产线基本构成。2、熟悉丝网印刷机和贴装机工作原理、使用性能及其操作办法，并熟悉每个键面按钮用途及其含义。3、学习供料器安装技巧。4、熟悉在更换不同规格PCB时丝网印刷机和贴装机之间调节办法。5、熟悉吸嘴选取、安装和维护办法。6、理解并掌握在实际生产中，焊锡膏使用时常用问题。7、重要理解元件从被吸取准备到被贴装工作原理。六、实验注意事项1、 实验时必要注意安全，同步在实验教师演示、操作过程中规定每个学生记清晰每个操作环节和操作办法。2、无论在实验先后，还是实验过程中任何人不得擅自触摸设备上传感器。3、实验结束后，在规定期间内必要完毕实验报告，并交给实验指引教师。七、思考题1、简朴论述SMT生产线基本构成。2、请简朴论述在CP上,实现某元件从吸取准备到元件贴装基本过程？3、简朴论述单面贴装工艺流程。4、Flux含量和锡膏氧化有何联系？5、印刷速度快慢，压力大小对印刷质量有何影响？实验二、SMT编程实验一、 实验目1、 通过实验学会对生产程序基本编程办法和环节。2、 通过实验学会在客户未提供基带焊接坐标时如何进行编程。3、 通过实验学会如何使用MCS-16F System专用计算机功能键。4、 学会如何把已编好程序传送到相应设备上。二、 实验内容和规定1、MCS-16F System是专门为GSP-、FGL-、FCP-、FI-等类型表面贴装设备进行装载控制程序和编写生产程序服务主控机。通过实验，规定学生理解并掌握在MCS-16F System上进行编程基本环节和办法，熟悉MCS-16F System每个功能键含义及作用。2、在客户未提供基带焊接坐标状况下，如何做到既能达到客户技术规定，又能在较短时间内完毕编程、贴片任务。3、规定每位学生在编程、或者传送程序过程中，学会解决也许浮现问题。三、 实验仪器设备1、MCS-16F主控机 一台2、PH电脑主机 一台3、KSAI 显示屏 一台4、数字游标卡尺 一把5、所需贴装元器件 若干6、PCB板 一块7、贴装生产线 一条四、 MCS-16F系统（Role of the MCS-16F）MCS-16F计算机控制系统是Fuji生产设备信息指挥中心,是专为Fuji设备创立、编辑和贮存生产程序工控机，能在MCS/2软件支配环境下对生产设备进行监控操作系统(如图2-1所示：)。当工控机检查到生产程序所提供有关参数误差较大时，能预先作预定表.这样就可以保证错误较少、精度较高可靠性。同步凡是与MCS-16 F联接通用Fuji生产设备，都能从MCS-16F上获得：由人工编制生产程序；MCS-16F中备份原始数据 (machine parameters-机器参数)；以及维持设备正常运营状态有关程序。此外,MCS-16 F通过串口接到此外一种计算机，也可以上载生产程序，,下载产量登记表，对元件数据进行独力分析和解决。MCS-16F 也可以被连接到光学数化器上，对生产产量直接进行记录。同步也可以使用拟定生产坐标富DT-2，作预定表。在实际贴装生产中，由于机器所贴装元件数以万计，同步贴装PCB规格大小和规定也各异。因此每贴装一种规格PCB，至少要编写n个Part data和一种Product Program。不论给何种规格PCB进行程序编制，它们均有一种共同点：就是数字形式来表达元器件特性。 图2-1 MCS-16F System五、 实验办法和环节本次实验重要任务是学生必要学会如何运用MCS-16F System对不同PCB进行编程，实验环节分两步：1、先做Part Data在做Part Data之前，一方面要拟定贴片机类型。如：所编Part Data是用于CP机，还是IP机上。也就是说：在编程之前，要先拟定机型，然后再编程(请参照实验详细环节（1）（3）)；最后退出保存。2、做Product programa、把要贴装圈装料安在供料器上。b、拟定供料器安装在料台上位置。C、依照已做好Part Data来拟定Device data。D、最后做Mark_data和N_Data。(请参照实验详细环节（4）（5）)详细环节为：（1）、Part Data for Each Machine TypeThe chart below shows the Part data items required by each type of machine.Items showing a dot () must be input for the machine listed below.CP-IICP-IIICP-IVCP-VIP-IIP-IlHP v2.00v3.00v2.40v3.20v2.00v3.00v2.00v3.00 v3.17v5.00v3.17v3.17Vision_data l.Computer_vision_No2.Camera_No 3.Vision_size 4.CCD_level offset 5.Pitch_limit 6.Lead_check_area 7.Direction 8.Lead pitch 9.Lead width lO.Lead length_x 11.Lead_length_y 12.Camera_type 13.Lighting 14.Vision_type Side_data Body_size Qty Fst_pin._check_data1.Fsi_pin_check NON IC CUT IC-FIRST IC-180 2.Fst_pin_leve CP-IICP-IIICP-IVCP-VIP-IIP-IlHP 3.Fst_pin check _area xl4.Fst_pln check_area yl5.Fst_pin_check area x26.Fst_pin check_area y2Package_and_appearance_data1.Component height2.Component weight3.Pare_Parts4.Package type5.Device_type6.Tape：Tape_width7.Feeding_pitch8.Stick:lC_width (parts_type)9.IC_ height (Slots_taken)lO.IC_length (Pin_count)1l.Tray:Tray_type12.Dimension_x13.Dimension_y14.Component_pitch_x15.Component_pitch_.y16.Cavities_x17.Cavities_y18.Fst_pickup_pnt_x_IP19.Fst_pickup_pnt_x_HP20.Fst_pickup_pnt_x_Y21.Tray_pickup_pnt_x_ IP22.Tray_pickup_pnt_x_HP23.Tray_pickup_pnt_yCP-IICP-IIICP-IVCP-VIP-IIP-IlHPv2.30v2.30v2.30 （2）、Carrying_data1.Nozzle_size2.Rescan3.Pre-rotation4.90_turn_to_read5.D_offset_CP2,36.Cam_speed_CP2,37.Cam speed_CP48.Index_speed_CP59.Traverse rate HP10.Traverse_rate_IP11.Table_speed_Cp12.Reject_position _on_IP13.Feeding_times _CPIV,V14.Pickup_check16.Back_light_min17.Nozzle_size max18.Nozzle_size min19.Nozzle_size_CP420.D_change_triger21.D_speed CP522.D_ofst_x During Automatic ProgramminSeparatorOptimizerGL generatorPST generatorSep_dataGtgen_dataTolerance_informationEL_dat（3）. Explanation of Part Data ItemsVision_data1. Computer_visian_Na 1-255 This item specifies the vision processing method. The different visionprocessing methods required by different types or shapes of parts areindicated by numerals. Find the correct computer vision number in the chart below and input that value. Computer Vision Numbers by Machine Type（4）Device DataThe term device refers to the location of a tape，stick or tray feeder.Device data indicates which parts are set on the machine. The sequentialnumbers within the data indicate the number of the slot on the devicetable that the parts are located in.Normal device data input is as shown below.