微电子表面贴装关键技术与装备分析_王飞.pdf

微电子表面贴装关键技术与装备分析王飞（国电南瑞科技股份有限公司，江苏南京210000）摘要：近年来，表面贴装技术以提高产品质量和性能，以及降低成本的特点，在消费类电子产品和军事电子产品领域得到广泛影响，这也推动着电子产品的变革。介绍了微电子表面贴装技术的流程和装备，分析了微电子表面贴装技术三大关键工序，从生产现场和生产标准两个方面研究了微电子表面贴装技术的质量控制措施，该技术可以提高电子产品的生产效率和生产质量。关键词：微电子表面贴装技术装备中图分类号：TN405文献标识码：A文章编号：2095-0748（2023）01-0098-03引言在信息时代背景下，表面贴装技术已经逐渐取代了微电子通孔插装技术，并推动着微电子产品的快速发展。表面贴装技术凭借自身的优势和特点，使电子组装领域产生了革命性、根本性的变革，并在表面贴装技术的应用过程中日益完善1。1微电子表面贴装技术表面贴装电子产品通常是由贴装元器件和印制线路板组成，其中印制线路板（PWB）一般为含有焊盘和线路的双面或者单面多层材料；贴装元器件有两种分类，即贴装器件和贴装元件。其中贴装元件通常是指片状无源元件，如电感、电容、电阻等；贴装器件通常为封装电子器件，属于有源器件，如球栅阵列封装器 BGA、小外形封装器 SOP 等2-4。1.1表面贴装技术流程与装备表面贴装技术包括辅助工艺和核心工艺。其中辅助工艺包括光学辅助自动检测工艺和“点胶”工艺；核心工艺包括回流焊、贴片和印刷三部分。在微电子表面贴装过程中，核心工艺是产品生产必须要经过的工作，而辅助工艺通常需要根据产品特性及用户需求进行考虑5。根据工艺流程可以将 SMT 工艺分为四类，即焊锡膏-回流焊、贴片-波峰焊、双面锡膏-回流焊和混合安装工艺流程1）焊锡膏-回流焊，如图 1 所示，该流程具有快捷、简单等特点，可以进一步缩减产品体积。该工艺流程在无铅工艺中更具有优越性。2）贴片-波峰焊，如图 2 所示，该流程可以利用双面板空间，可以进一步减小产品体积，并且生产成本较低。但是该工艺流程需要借助多台生产设备，且波峰焊存在的缺陷较多，无法达到高密度组装的目的。3）双面锡膏-回流焊，如图 3 所示，该流程有利于提高 PCB 空间利用率，可以实现最小面积元器件的安装，但该工艺要求严格且控制复杂，通常用于超小型精密度高的电子产品，如移动电话等。4）混合安装，如图 4 所示，该流程可以利用 PCB双面空间，能够实现最小面积安装，且组件成本较低，通常用于消费类电子产品组装。收稿日期：2022-04-22作者简介：王飞（1984），男，本科，毕业于南京工业大学自动化专业，工程师，从事电力自动化控制板件生产与装配工作。总第 223 期2023 年第 1 期现代工业经济和信息化Modern Industrial Economyand InformationizationTotal 223No.1，2023DOI:10.16525/ki.14-1362/n.2023.01.036图 1焊锡膏-回流焊流程图图 2贴片-波峰焊工艺流程图图 3双面锡膏-回流焊工艺流程图图 4混合安装工艺流程图技术创新印刷锡膏贴装元件回流焊清洗红外加热涂敷粘接剂表面安装元件固化翻转插通孔元件清洗波峰焊清洗通常先做 B面印刷锡膏贴装元件回流焊翻转再做 A面印刷锡膏贴装元件回流焊翻转A面布有大型 IC器件B面以片式元件为主B面：点胶，贴片固化翻转补插元件后波峰先做 A面：印刷锡膏贴装元件回流焊翻转再做 B面：点贴片胶贴装元件加热固化翻转插通孔元件后再过波峰焊：插通孔元件波峰焊清洗A面：锡膏-回流焊2023 年第 1 期1.2表面贴装技术生产流程以自动化程度来看，表面贴装技术生产流程分为半自动生产和全自动生产；以生产规模角度来看，贴装技术生产流程分为小型、中型和大型生产流程。全自动生产流程是由设备自动操作，如自动上板机、卸板机和缓冲连接等，形成一条全自动生产线；半自动生产流程是指生产设备并未完全连接，需要采用人工方式印刷或者装卸印制板。以下为表面贴装技术自动生产流程。1）印刷：主要的目的是将贴片胶或者焊膏涂抹到PCB板上，为后续元器件的连接做准备。印刷流程需要使用印刷机，通常为第一步生产流程。2）点胶：将胶水涂抹到 PCB 板制定位置，主要目的是固定 PCB 板上的元器件，需要使用点胶机，为表面贴装技术流程第二步骤。3）贴装：将组装元件安装到 PCB 板指定位置，需要使用贴片机，是第三步生产流程。4）固化：熔化贴片胶，固定 PCB 板上的组装元件，使用设备为固化炉，是第四步生产流程。5）回流焊接：熔化焊膏，牢固粘连 PCB 板与组装元件，采用回焊炉设备，是生产流程的第五个步骤。6）清洗：除去 PCB 板上对人体有害的物质，如助焊剂等。采用清洗机设备，该流程可以不用在生产线上进行，但是必须在产品生产后的 48 h 内对 PCB 板进行清洗。7）检测：测试 PCB 板装配质量和焊接质量，通常需要使用显微镜、飞针测试仪、放大镜、自动光学检测、功能测试仪、在线检测仪和 X光检测仪等设备。8）返修：对存在质量问题或者故障的 PCB 板返工，使用工具一般为烙铁，通常在返修站对不合格PCB板进行返工。2表面贴装技术三大关键工序2.1施加焊锡膏在 SMT生产过程中在 PCB板上均匀的涂抹焊锡膏的主要目的是保证元器件与 PCB 回流焊接时，可以达到电气连接的效果，同时确保焊接强度。通常焊膏是由糊状焊剂、合金粉末以及添加剂组成，为黏性膏状体。在常温状态下，焊膏具有黏性，可以将元器件与 PCB 板固定。在倾斜角度小，且没有外力的作用下，固定的元器件不会移动。在加热到一定温度后，焊膏会熔融流动，液体会浸润 PCB 板焊端和元器件，当焊膏冷却后，PCB与元器件会紧密的连接在一起。2.2贴装元器件贴装工序通常采用手工方式或者贴片机将元器件贴装到 PCB 板指定位置，贴装方法有两种，如表 1所示。人工贴装通常采用镊子、低倍体视显微镜、真空吸笔、IC吸放对准器和放大镜等。2.3回流焊接回流焊主要是通过熔化 PCB 板上的膏状软钎焊料，从而实现元器件焊端与 PCB 板电气连接的软钎焊，表面贴装技术回流焊温度特性曲线如图 5 所示。回流焊是表面贴装技术的关键工序，而设置温度曲面可以保证回流焊的质量。若温度曲线设置不合理，则会出现焊接不全、组件翘边、虚焊、焊锡球过多等缺陷。3表面贴装技术质量控制措施3.1生产现场静电防护人体静电和摩擦起电是电子工业生产的重要危害，通常情况下采取的防静电措施包括增湿、耗散、屏蔽、中和、接地和泄露等；人体静电防护措施包括佩戴静电手腕带、工作服、脚腕带、手套、帽子和鞋袜等，可以起到静电屏蔽和泄露等功能。地面防静电措施通常包括防静电橡胶地面、防静电地毯、防静电水磨石地面、PVC防静电塑料地板和防静电活动地板等。防静电设备包括防静电工作台垫、防静电烙铁、物流小车和防静电包装袋等静电防护是一项长期性工程。3.2构建 6S生产管理标准6S 管理是现代电子产品生产管理的有效方法和手段，从本质上来看，6S 是一种企业文化，注重强调组织纪律文化，要求员工不畏艰难，做到最好，从而提高产品生产质量和生产效率，促进企业经济效益的提升。6S管理标准包括以下几项。1）整理：遵循一留一弃、要与不要的原则，将生产现场所有物品进行划分，分为必需品和非必需品，在生产现场只保留必需品，保证生产空间的整洁，避免材料误用等情况，打造整洁、有序的生产环境。2）整顿：整顿合理布局原则，科学规划必需品的摆放区域和位置，整齐摆放各类设备、材料，并张贴标表 1手动贴装与机器贴装的区别施加方法使用情况优点缺点机器贴装批量较大，供货周期紧适合大批量生产使用工序复杂，投资较大手动贴装中小批量生产，产品研发操作简便，成本较低生产效率依赖人工熟练度图 5回流焊温度曲线0温度/峰值温度：220+/-10 deg斜率 3 deg/sec183 焊锡熔点该区温度在130160 PCB经过该区域约 2 min预热区恒温区回焊区冷却区时间/T王飞：微电子表面贴装关键技术与装备分析99现代工业经济和信息化第 13 卷条件，全面设计了香蕉型振动筛的结构技术参数。为此，分别对香蕉型振动筛的激振器主梁、侧板、横梁等主要零部件进行了结构参数设计，尤其是对安装激振器的主梁横截面尺寸进行了优化设计，保证了香蕉型振动筛的结构强度，延长了振动筛的使用寿命。参考文献1李素妍，徐文彬，张宝田.国产大型直线振动筛技术现状及研发思路J.矿业装备，2013（6）：58-61.2屈仁英.含旋转铰间隙的柔性可展机构动态特性分析D.长春：吉林大学，2021.（编辑：刘楠）Structural Optimization Design of Banana-Type Vibrating ScreenFang Peng,Shen Qin（Liyang Tianmuhu Secondary Professional School,Liyang Jiangsu 213300）Abstract:In this paper,the structure of banana type vibrating screen is designed and calculated based on the mechanical industrystandard and enterprise internal control standard,and the main parts of the finalized vibrating screen are structured in the form ofthree-dimensional modeling software Creo,and the structure of banana type vibrating screen is analyzed by finite element simulationsoftware ANSYS/Workbench.Static and dynamic analysis was carried out,and the cross-sectional parameters of the beam were optimizedfor the main beam structure.The analysis results show that the optimized banana vibrating screen can meet the requirements of theenterprise for the overall structural performance of the banana vibrating screen in terms of structural strength,stiffness and vibrationcharacteristics,which can effectively improve the reliability and service life of the whole machine performance of the banana vibratingscreen and reduce the risk of failure due to the main beam fracture or cracking,and the work of this thesis has certain practical value.Key words:vibratingscreen;structural design;optimization识，及时清理非必需品，保证工作环境的整洁。3）打扫：及时清理生产垃圾，保证生产场所干净、整洁，以减少环境因素对产品质量的影响。4）清洁：构建完善的清洁方案，并将清洁工作落实到各个环节中，保证生产环境的整洁，在打造明朗的工作环境过程中，维系 3S成果。5）安全：在电子产品生产过程中，需要遵循生命第一、安全操作的原则，定期组织员工开展安全教育培训活动，提高员工安全意识，并将生产工作建立于安全的基础上，以构建安全生产环境。6）素养：通过定期开展团建活动、学习活动，帮助员工养成良好的习惯，以及树立终身学习理念，塑造积极向上的精神态度4结语表面贴装技术在各个行业及领域都有极为广泛的应用，直接影响着微电子产品的质量和性能，以及焊接水平。综述表面贴装技术流程，以及回流焊、贴装元器件、施加焊锡膏三大重要工序。最后结合表面贴装技术中存在危害及影响生产质量、生产效率的各项措施，提出相应解决措施，以促进表面贴装技术的持续发展。参考文献1张伟，戴敏，刘蓓蓓，等.基于协同共享的表面贴装技术研发管理研究J.江苏科技信息，2019，36（33）：4.2杨瑞萍.基于前置性微课的翻转课堂教学模式在“SMT 表面贴装技术”课程中的应用研究J.课程教育研究，2020（32）：3.3谷文松.SMT表面贴装技术工艺应用实践与趋势分析J.中国科技纵横，2019（19）：2.4黄超，茅健，周玉凤.基于磁力固定的 PCB 载具抗贴偏性研究J.上海工程技术大学学报，2020，34（1）：7.5张发秀，麦雪清.论表面处理技术在片式电子元器件制造中的应用J.电子元器件与信息技术，2021（9）：3.（编辑：刘楠）Microelectronics Surface Mount Key Technology and EquipmentWang Fei（Guodian Nanrui Technology Co.,Ltd.,Nanjing Jiangsu 210000）Abstract:In recent years,surface mount technology has been widely influenced in the field of consumer electronics and military electronicswith the characteristics of improving product quality and performance as well as reducing cost,which is also driving the change of electronicproducts.The process and equipment of microelectronic surface mount technology are introduced,the three key processes of microelectronicsurface mount technology are analyzed,and the quality control measures of microelectronic surface mount technology are studied from twoaspects of production site and production standard,and the technology can improve the production efficiency and production quality ofelectronic products.Key words:microelectronics;surface mount technology;equipment（上接第 97 页）100