毕业论文---表面组装质量管理.doc

毕业设计报告（论文） 报告（论文）题目： 表面组装质量管理 作者所在系部： 电子工程系 作者所在专业： 电子工艺与管理 作者所在班级： 07252 作 者 姓 名 ： 商茗杰 作 者 学 号 ： 20073025236 指导教师姓名： 杨虹蓁 完 成 时 间 ： 2010 年 6 月 2 日 北华航天工业学院教务处制 北华航天工业学院电子工程系 毕业设计（论文）任务书 姓姓 名：名： 商茗杰 专专 业：业： 电子工艺与管理班班 级：级： 07252 学号：学号： 20073025236 指导教师：指导教师： 杨虹蓁 职职 称：称： 讲师 完成时间：完成时间： 2010.06.02 毕业设计（论文）题目：毕业设计（论文）题目：表面组装质量管理-SMT 质量管理与生产优化 设计目标：设计目标：了解 SMT 生产系统并初步建立质量管理在 SMT 生产过程中的应用。 技术要求：技术要求：1.了解 SMT 生产线 2.掌握什么是质量管理 3.掌握质量管理的方法 4.生产优化 所需仪器设备：所需仪器设备：计算机一台、SMT 生产线一条 成果验收形式：成果验收形式：论文 参考文献：参考文献：表面组装（SMT）通用工艺 、 电子产品工艺 、 现代企业工艺技术员现场管理运 作实务 、 现代生产管理学 、 SMT 组装质量检测与控制 、 使用表面组装技术 、 表面组装技 术基础 、 SMT 组装系统 、 SMT 工艺材料 、 现代质量管理 1 5 周-6 周 立题论证 3 9 周-13 周资料收集 时间时间 安排安排 2 7 周-8 周 方案设计 4 14 周-16 周成果验收 指导教师指导教师：杨虹蓁 教研室主任教研室主任： 曹白杨 系主任：系主任：陈刚 北华航天工业学院毕业论文 摘 要 表面组装技术是一项系统工程，它技术密集，知识密集，在表面组装大生产中，设 备投资大，技术难度高。由于设备本身的高质量、高精度，保证了系统的高精度并实现 了自动化成线运行。正常情况下，设备故障率很低，但若系统调整不佳、操作不当、供 电供气不正常、生产环境不好以及工序衔接不好，均会导致设备故障率提高；在实际生 产中即使有了好设备，但由于工艺不当，产品焊接温曲线没有及时更换，也会导致焊接 缺陷增多；元器件、PCB、锡膏、贴片胶储存条件不规范，也会导致元器件可焊性变差， 产生焊接缺陷。 一些 SMT 厂初期产品不合格率甚至高达 10以上。因此 SMT 生产中的质量管理已愈 来愈受到众多 SMT 生产厂家的重视，并把 SMT 质量管理视为 SMT 的一个组成部分，这既 是前人经验教训的总结，也是对 SMT 技术的再认识。 SMT 质量管理是做好产品的重要环节，随着 SMT 向精细化方向发展，元器件越来越 小，SMA 的测试也越来越力不从心，只有踏踏实实做好质量管理，形成良好的工作作风， 严谨、科学、循序渐进，在每一个环节确保产品质量,才能达到生产要求。 关键词：关键词：表面组装技术、质量管理、生产优化 北华航天工业学院毕业论文 I 目 录 第 1 章 概 述 .1 1.1 SMT 概述 1 1.2 一些关于 SMT 的基础知识1 第 2 章 IPC-A-610 对电子产品（焊接）外观质量验收的相关标准 3 2.1 IPC 概述 3 2.2 IPC-610C 焊接可接受性要求：.3 第 3 章 SMT 生产中的印刷、贴装、回流 4 3.1 SMT 生产中的印刷 4 3.2 SMT 生产中的贴装 5 3.3 SMT 生产中的回流 7 第 4 章 产品质量问题与质量控制 10 4.1 SMT 生产中常遇到的质量问题 .10 4.2 SMT 返修问题 .12 第 5 章 SMT 生产中的综合优化与质量管理 .13 5.1 贴装程序处理.13 5.2 消除瓶颈（bottleneck）现象.14 5.3 实施严格有效的管理措施.14 致 谢 16 参考文献 17 附 录 18 北华航天工业学院毕业论文 0 SMT 质量控制与生产优化 第 1 章 概 述 1.1 SMT 概述 SMT 表面贴装技术，这是一种新型的元件组装技术，SMT 是英文 Surface Mount Technology 的简称，中文就是表面贴装技术了，SMT 和以往的电子元件组装技术都有组 装密度高、电子产品体积小、重量轻，可靠性高，抗振能力强，焊点缺陷率低，高频特 性好，易于实现自动化这些特点，所以，现在越来越多的产品，都倾向于使用 SMT 技术 了。 1.2 一些关于 SMT 的基础知识 1.2.1 SMT 的特点 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。 1.2.2 为什么要用表面贴装技术 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，电子产品功能越完整， 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 求及加强市场竞争力 。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。 1.2.3 SMT 组装工艺与组装系统 SMT 有单面和双面组装等表面组装方式，与之相应有不同的工艺流程。其主要工艺 技术有印刷、贴片、焊接、清洗、测试、返修等，其主要组装设备有焊膏丝网印刷机、 贴片机、再流焊炉、清洗设备、测试设备以及返修设备等。一般以丝网印刷机、贴片机、 再流焊炉等主要设备组成 SMT 生产线，进而与其他设备一起组成 SMT 产品组装生产系统。 SMT 产品组装生产系统简称为 SMT 组装系统。由于在 SMT 及其产品的发展历程中，同时 并存着在 PCB 上完全组装 SMC/SMD（被称为全表面组装） 、表面组装与插装混合组装、只 在 PCB 的单面或在双面都组装等多种产品组装形式，SMT 组装系统的概念与之相应也具 有广义性。实际生产中，往往将包含插装工艺与设备在内的混合组装生产系统也称为 北华航天工业学院毕业论文 1 SMT 组装系统。 1.2.4 SMT 组装质量与组装故障 SMT 组装质量是 SMT 产品组装质量的简称，是对 SMT 产品组装过程与结果所涉及的 固有特性满足要求程度的一种描述。它泛指在采用 SMT 进行电子电路产品组装过程中的 组装设计质量、组装原材料质量（元器件、PCB、焊锡膏等组装材料） 、组装工艺质量 （过程质量） 、组装焊点质量（结果质量） 、组装设备质量（条件质量） 、组装检测与组装 管理质量（控制质量）等质量设计、检测、控制、和管理的行为与结果。它以所组装的 SMT 产品是否满足其特定设计要求为衡量标准，其内容涉及 SMT 及其组装设计、组装材 料、组装工艺、组装设备、组装系统、组装环境、技术人员等各个方面。 SMT 产品组装质量不良从器件故障、运行故障、组装故障三类主要故障中反映出来。 其中，器件故障主要是指由于元器件质量问题而引起的故障，如元器件性能指标超出误 差范围、坏死或失效、错标型号引起的错位贴装、引脚断缺等。运行故障是指产品不能 正常工作，但又不是器件故障和组装故障引起的。一般是由于设计上的问题造成的，如 时序配合故障、误差积累故障、PCB 电路错误故障等。组装故障是指由于组装工艺中的 问题而造成的故障，如焊锡桥连短路、虚焊短路、错贴或漏贴器件等等。 1.2.5 组装故障产生原因 SMT 产品组装过程主要由丝网印刷涂敷焊膏、贴片机贴片、再流焊炉焊接、清洗、 检测等工序组成。组装故障的隐患几乎分布于组装工序的各个环节。 1.焊膏涂敷工序的影响 焊膏涂敷/印刷工序对产品组装质量的影响主要有以下几个方面：焊膏材料质量、焊 膏印刷厚度、焊膏印刷位置精度、印刷网板质量、焊膏印刷过程的参数的影响。 2.贴片工序的影响 SMC/SMD 通过贴片机进行组装时，对组装质量最重要的影响因素是贴装压力即机 械性冲击应力。因为大多数 SMC/SMD 均使用氧化铝陶瓷做成，应力过大将使其产生微 裂。直接影响产品可靠性能。 3.焊接工序的影响 再流焊对 SMC/SMD 的影响主要是焊接时的热冲击，操作时必须设定可靠的升温工 艺以减少热冲击应力。另外，若焊接工艺设定和前工序控制质量达不到规定要求，将会 导致 SMC/SMD 的“曼哈顿”等不良现象的产生。 北华航天工业学院毕业论文 2 北华航天工业学院毕业论文 3 第 2 章 IPC-A-610 对电子产品（焊接） 外观质量验收的相关标准 2.1 IPC 概述 IPC 是美国的印制电路行业组织，起源于 1957 年 9 月成立的印制电路协会 （IPC：Institute of Printed Circuits） 。IPC 不但在美国的印制电路界有很高 的地位，而且在国际上也有很大的影响。目前，全世界多数国家都采用 IPC 标准，或参 照 IPC 标准。它制定的标准绝大部分已被采纳为 ANSI 标准（美国国家标准组织）其中部 分标准被美国国防部（DOD）采纳，取代相应的 MIL 标准（美国军用规范） 。 在 IPC-A-610C 文件中，将电子产品分成 1 级、2 级、3 级，级别越高，质检条件越 严格。这三个级别的产品分别是：1 级产品，称为通用类电子产品。包括消费类电子产 品、某些计算机及其外围设备和以使用功能为主要用途的产品；2 级产品，称为专用服 务类电子产品。包括通讯设备、复杂的工商业设备和高性能、长寿命测量仪器等。在通 常的使用环境下，这类产品不应该发生的故障；3 级产品，称为高性能电子产品。包括 能持续运行的高可靠、长寿命军用、民用设备。这类产品在使用过程中绝对不允许发生 中断故障，同时在恶劣的环境下，也要确保设备的可靠的启动和运行。 2.2 IPC-610C 焊接可接受性要求： 根据物理学对润湿的定义，焊点润湿是最佳状态为焊料与金属界面间的润湿角很小 或为零。润湿不能从表面外观判断，它只能从小的或零度的润湿角的存在与否判断。如 果焊锡合金在起始表面未达到润湿一般认为是不润湿。所有焊接目标都是具有明亮、光 滑、有光泽的表面，通常是在待焊物件之间的呈凹面的光滑的外观和良好的润湿。过高 的温度可能导致焊锡呈干枯状。焊接返工应防止导致另外的问题产生，以及维修结果应 满足实际应用的可接受标准。 北华航天工业学院毕业论文 4 第 3 章 SMT 生产中的印刷、贴装、回流 3.1 SMT 生产中的印刷 随着表面贴装技术的快速发展，在其生产过程中，焊膏印刷对于整个生产过程的影 响和作用越来越受到生产者的重视，焊膏印刷技术是采用已经制好的网板，用一定的方 法使丝网和印刷机直接接触，并使焊膏在网板上均匀流动，由掩模图形注入网孔。当丝 网拖开印制板时，焊膏就以掩模图形的形状从网孔脱落到印制板相应的焊盘图形上，从 而完成了焊膏在印制板上的印刷。完成这个印刷过程而采用的设备就是丝网印刷机。在 SMT中,丝网印刷是第一道工序,却是保证SMT产品质量的最重要、最关键的工序。 3.1.1 焊膏的使用工艺及注意事项 在焊膏使用过程中要注意以下几点： 1.锡膏的使用要确保在保质期内使用，根据各板子的工艺要求选用有铅或无铅的焊 膏。在使用前，写下时间、编号、使用者、应用的产品，并密封置于室温下，一定要先 回温到相应的使用温度范围内，达到室温时打开瓶盖再搅拌均匀。搅拌后看粘稠度是否 适中，方可使用。 2.开封后，应至少用搅拌机搅拌 30s 或手工搅拌 5min，使焊膏中的各成分均匀，降 低焊膏的黏度。 3.当班印刷首块印制板或设备调整后，要对焊膏印刷厚度进行目测，根据所加工的 PCB 板上的最小焊盘间距调整锡膏印刷厚度，间距小的应适当减小厚度。 4.置于网板上超过 30min 未使用时，应先用丝印机的搅拌功能搅拌后再使用。 5.印制板印刷焊膏后应在尽可能短的时间内贴装完，以防止助焊剂等溶剂挥发，原 则上不应超过 8h，超过时间应把焊膏清洗后重新印刷。 6.开封后，原则上应在当天内一次用完，超过时间使用期的焊膏绝对不能使用。 7.印刷时间的最佳温度为 25±3，温度以相对温度 45%-65%为宜。温度过高，焊 膏容易吸收水汽，在再流焊时产生锡珠。 8.不要把新鲜焊膏和用过的焊膏放入统一个瓶子内。 9.生产过程中，对焊膏印刷质量进行 100%检验，主要内容为焊膏图形是否完整、厚 度是否均匀、是否有焊膏拉尖现象。 10.用过丝网需尽快用无尘布或软刷擦拭干净，以防时间久后锡膏固化后损坏钢网。 11.在印刷实验或印刷失败后，印制板上的焊膏要求用超声波清洗设备进行彻底清洗 并晾干，以防止再次使用时由于板上残留焊膏引起的回流焊后出现焊球。 3.1.2 焊膏印刷过程的工艺控制 北华航天工业学院毕业论文 5 焊膏印刷是一项十分复杂的工艺，既受材料的影响，同时又跟设备和参数有直接关 系，通过对印刷过程中各个细小环节的控制，可以防止在印刷中经常出现的缺陷，下面 列出了一些常见的印刷不良现象及原因分析： 1.焊膏桥连： （1).设备原因。设备的参数设置不当，比如印刷间隙过大，使焊膏压进网孔较多， 焊膏厚度过高。 （2).人为原因。长时间不清洁网板，使上一次残留在网孔中的焊膏积累，焊膏干化， 清洁后还有少量的焊膏残留等均会造成桥连。 （3).原材料不良，焊盘比 PCB 表面低。 2.焊膏少： （1).设备原因。开孔阻塞或者部分焊膏黏在网板底部；印刷后脱模时间过短，下降 过快使焊膏未能完全粘在焊盘上，少部分残留在网板网孔中或网板底部。 （2).人为原因。网板长时间不清洁，焊膏干化。 （3).原材料不良，PCB 焊盘污染，使焊锡不能很好的粘在焊盘上。 3.焊锡渣： （1).设备原因。网板与 PC 之间间隙过大，焊膏残留未能及时清除。 （2).人为原因，网板不干净或清洁后仍有残留。 （3).原材料不良。基本与其他不良相似。 4.焊膏厚度不一： 像这样的不良可能有很多种原因造成，视情况而定，如工作台、网板各不水平，两 者前后或左右间隙不等，有可能造成此类情况的不良，调整设备硬件，使其两者水平。 3.2 SMT 生产中的贴装 贴片机是在不对器件和基础板造成任何损坏的情况下，稳定、快速、完整、正确地 吸取器件，并快速准确地将器件贴装在指定位置上，目前已广泛应用于军工、家电、通 讯、计算机等行业。SMT 元件贴装系统正在迅速地进化，特别的焦点在于两个独特的系 统特征。第一个与处理所有出现在生产场合的最新包装类型有关，这包括永远在缩小的 元件，如球栅列阵(BGA)、芯片规模包装(CSP)、倒装芯片(flip chip)、等所有这些都必 须在生产中贴装。第二个目标是以更有成本效益的方法来完成所有这些元件贴装。贴装 成本正成为行业内除了最低产量的实验类环境之外的所有生产的追求目标。 3.2.1 贴片机操作注意事项： 1.操作员一定要核对上料的位置，检查 feeder 压片是否盖好，器件所使用的 feeder 是否适合，feeder 是否上到位等。班组长再确认后方可进行首检试做，目检合格 后方可批量生产。在根据上料清单上料对应的同时，要注意有极性件的方向。 北华航天工业学院毕业论文 6 2.生产作业过程中，禁止把手或物伸进贴片机内，取放器件 feeder 等，以防发生意 外。 3.对于防潮器件，如不符合元件要求的湿度，必须放在干燥箱内，按要求烘干，方 可使用。 4.贴装位置检查情况：有无错件,有无漏件,有无错位,有无偏差，极性有无错误 5.对于带状元件注意不能扭转以免损伤元件. 6.进入作业区必须按要求着装，穿防静电服、鞋，戴防护帽、手套、手腕，不穿不 符合要求的衣着上岗。 7.熟悉生产作业流程，严格按生产作业指导书进行操作，对每批产品严格按生 产过程 控程序进行首检、自检、互检等。 8.每天对车间各台生产设备及各台面进行擦拭，作业器件当天不用的及时放回原处， 保持干净、整洁。要妥善保养设备，按照各设备保养说明切实做保养记录。操作时注意 作业安全。 3.2.2 提高 SMT 设备贴装率 SMT 设备在选购时主要考虑其贴装精度与贴装速度，在实际使用过程中，为了有效 提高产品质量、提高生产效率，则如何提高和保持 SMT 设备贴装率是摆在使用者面前的 首要课题。 1.贴片机常见故障 (1).当出现故障时，建议按如下思路来解决问题： 1).详细分析设备的工作顺序及它们之间的逻辑关系。2).了解故障发生的部位、环 节及其程度，以及有无异常声音。3).了解故障发生前的操作过程。4).是否发生在特定 的贴装头、吸嘴上。5).是否发生在特定的器件上。6).是否发生在特定的批量上。7).是 否发生在特定的时刻。 2.常见故障的分析 （1).元器件贴装偏移主要指元器件贴装在 PCB 上之后，在 X-Y 出现位置偏移，其产 生的原因如下：PCB 板的原因:1）.PCB 板曲翘度超出设备允许范围。上翘最大 1.2MM， 下曲最大 0.5MM。2).支撑销高度不一致，致使印制板支撑不平整。3).工作台支撑平台 平面度不良。4).电路板布线精度低、一致性差，特别是批量与批量之间差异大。5).焊 锡膏涂布量异常或偏离。导致元件贴装时或焊接时位置发生漂移，过少导致元件贴装后 在工作台高速运动时出现偏离原位，涂敷位置不准确，因其张力作用而出现相应偏移。6). 程序数据设备不正确。 (2).元件丢失：主要是指元件在吸片位置与贴片位置间丢失。其产生的主要原因有 以下几方面：1).程序数据设备错误。2).贴装吸嘴吸着气压过低。3).吹气时序与贴装应 下降时序不匹配。4).姿态检测供感器不良，基准设备错误。5).反光板、光学识别摄像 机的清洁与维护。 北华航天工业学院毕业论文 7 (3).取件不正常：1).元件厚度数据设备不正确。2).吸片高度的初始值设备有误。3). 在取件位置编带的塑料热压带没剥离，塑料热压带未正常拉起。4).吸嘴竖直运动系统进 行迟缓。5).贴装头的贴装速度选择错误。6).供料器安装不牢固，供料器顶针运动不畅、 快速开闭器及压带不良。7). 编带不能随齿轮正常转动或供料器运转不连续。 (4).随机性不贴片主要是指吸嘴在贴片位置低点是不贴装出现漏贴。其产生的主要 原因有以下几方面：1).PCB 板翘曲度超出设备许范围，上翘最大 1.2MM，下曲最大 0.4MM 。2).支撑销高度不一致或工作台支撑平台平面度不良。3).吸嘴部粘有交液或吸 嘴被严重磁化。4).吸嘴竖直运动系统运行迟缓。5).吹气时序与贴装头下降时序不匹配。 6).印制板上的胶量不足、漏点或机插引脚太长。7).吸嘴贴装高度设备不良。 (5).取件姿态不良：主要指出现立片，斜片等情况。其产生的主要原因有以下几方面： 1).真空吸着气压调节不良。2).吸嘴竖直运动系统运行迟缓。3).吸嘴下降时间与吸片时 间不同步。4).吸片高度或元件厚度的初始值设置有误，吸嘴在低点时与供料部平台的距 离不正确。5).编带包装规格不良，元件在安装带内晃动。6).供料器顶针动作不畅、快 速载闭器及压带不良。7).供料器中心轴线与吸嘴垂直。 3.33.3 SMTSMT 生产中的回流生产中的回流 再流焊又称回流焊，它的本意是通过重新熔化预先放置的焊料而形成焊点，焊接过 程中不再添加任何额外焊料的一种焊接方法。 3.3.1 回流焊流程介绍 回流焊加工的为表面贴装的板，其流程比较复杂，可分为两种：单面贴装、双面贴装。 1.单面贴装：预涂锡膏 贴片（分为手工贴装和机器自动贴装） 回流焊 检 查及电测试。 2.双面贴装：A 面预涂锡膏 贴片（分为手工贴装和机器自动贴装） 回流焊B 面预涂锡膏贴片（分为手工贴装和机器自动贴装） 回流焊 检查及电测试。 3.3.2 回流焊注意事项： 焊接前将炉温设定在一定温度，一般情况下，炉温在开机 20 分钟后达到恒温（等到 绿灯亮）方可把板放入炉中。在焊接过程中禁止打开回流焊上盖；操作时请注意高温， 避免烫伤；把要回炉的 PCB 固定在支架上，再放到传送链条网上；未经许可回流焊程序 禁止改动；禁止在回流焊主机上做与工作无关事项；焊接后的 PCB 目检，判断：有无错 位，有无立碑，有无桥接，极性，器件位置，虚焊等不良现象。 3.3.3 再流焊接工艺 再流焊接是表面贴装技术(SMT)特有的重要工艺，焊接工艺质量的优劣不仅影响正常 生产，也影响最终产品的质量-可靠性。 1.温度曲线的建立 北华航天工业学院毕业论文 8 温度曲线是指 SMA 通过回流炉时，SMA 上某一点的温度随时间变化的曲线。温度曲线 提供了一种直观的方法，来分析某个元件在整个回流焊过程中的温度变化情况。这对于 获得最佳的可焊性，避免由于超温而对元件造成损坏，以及保证焊接质量都非常有用。 一个典型的温度曲线（如图 3-1 所示） 。 图 3-1 温度曲线 以下从预热段开始进行简要分析。 2.预热段 预热段预热阶段的目的是把锡膏中较低熔点的溶剂挥发走。 3.保温段 保温段是指温度从 110-150升至焊膏熔点的区域。其主要目的是焊盘、焊料球 及元件引脚上的氧化物被除去，整个电路板的温度达到平衡。应注意的是 SMA 上所有元 件在这一段结束时应具有相同的温度，否则进入到回流段将会因为各部分温度不均产生 各种不良焊接现象。 4.回流段 在这一区域里加热器的温度设置得最高，使组件的温度快速上升至峰值温度。在回 流段其焊接峰值温度视所用焊膏的不同而不同，一般推荐为焊膏的溶点温度加 20-40。 对于熔点为 183的 63Sn37Pb 焊膏和熔点为 179的 Sn62Pb36Ag2 焊膏，峰值温 度一般为 210-230，再流时间不要过长，以防对 SMA 造成不良影响。理想的温度曲线 是超过焊锡熔点的“尖端区”覆盖的面积最小。 5.冷却段 这段中焊膏内的铅锡粉末已经熔化并充分润湿被连接表面，应该用尽可能快的速度来 进行冷却，这样将有助于得到明亮的焊点并有好的外形和低的接触角度。 3.3.4 与再流焊相关焊接缺陷的原因分析 1. 桥联 焊接加热过程中也会产生焊料塌边，这个情况出现在预热和主加热两种场合，当预 北华航天工业学院毕业论文 9 热温度在几十至一百度范围内，作为焊料中成分之一的溶剂即会降低粘度而流出，如果 其流出的趋势是十分强烈的，会同时将焊料颗粒挤出焊区外的含金颗粒，在熔融时如不 能返回到焊区内，也会形成滞留的焊料球。 除上面的因素外，SMD 元件端电极是否平整 良好，电路线路板布线设计与焊区间距是否规范，阻焊剂涂敷方法的选择和其涂敷精度 等都会是造成桥联的原因。 2. 立碑(曼哈顿现象) 片式元件在遭受急速加热情况下发生的翘立，这是因为急热使元件两端存在温差， 电极端一边的焊料完全熔融后获得良好的湿润，而另一边的焊料未完全熔融而引起湿润 不良，这样促进了元件的翘立。因此，加热时要从时间要素的角度考虑，使水平方向的 加热形成均衡的温度分布，避免急热的产生。 3. 润湿不良 润湿不良是指焊接过程中焊料和电路基板的焊区(铜箔)或 SMD 的外部电极，经浸润 后不生成相互间的反应层，而造成漏焊或少焊故障。其中原因大多是焊区表面受到污染 或沾上阻焊剂，或是被接合物表面生成金属化合物层而引起的。因此在焊接基板表面和 元件表面要做好防污措施。选择合适的焊料，并设定合理的焊接温度曲线。 再流焊接是 SMT 工艺中复杂而关键的工艺，涉及到自动控制、材料、流体力学和冶 金学等多种科学。要获得优良的焊接质量，必须深入研究焊接工艺的方方面面。 北华航天工业学院毕业论文 10 第 4 章 产品质量问题与质量控制 4.14.1 SMTSMT 生产中常遇到的质量问题生产中常遇到的质量问题 4.1.1 立碑现象的产生与解决办法 再流焊中，片式元件经常出现立起的现象，称之为立碑，又称之为吊桥，曼哈顿现 象，立碑现象发生的根本原因是元件两边的润湿力不平衡，因而元件两端的力矩也不平 衡，从而导致立碑现象的发生，下列情行均会导致元件两端的润湿力不平衡： 1.焊盘设计与布局不合理 如果元件两边的焊盘之一与地相连接或有一侧焊盘面积过大，则会因热容量不均匀 热引起润湿力的不平衡。PCB 表面各处的温度差过大以至元件焊盘吸热不均匀。大型器 件 QFP，BGA，散热器周围的小型片式元件也同样会出现温度不均匀。 2.锡膏与锡膏印刷 锡膏的活性不高或元件的可焊性差，锡膏熔化后，表面张力不一样，同样会引起焊 盘润湿力不均匀。两焊盘的锡膏印刷量不均匀，多的一边会因锡膏吸热量增多，熔化时 间滞后，以至润湿力不均匀。解决办法是选用活性较高的锡膏，改善锡膏印刷参数，特 别是模板的窗口尺寸。 3.贴片 Z 轴方向受力不均匀，会导致元件浸入到锡膏中的深度不均匀，熔化时会因时间而 导致两边的润湿力不均匀。元件贴片移位会直接导致立碑。解决方法是调整贴片机参数。 4.炉温曲线 PCB 工作曲线不正确，原因是板面上的温差太大，通常炉体过短和温区太少就会出 现这些缺陷，解决方法是根据每种产品调节温度曲线。良好的温度曲线应该是：锡膏充 分熔化；对 PCB/元器件其热应力最小；各种焊接缺陷最低或无。焊接温度曲线通常最少 应该测量三个点， 焊点温度 205220 ； PCB 表面温度最大为 240； 元 件表面温度230。 4.1.2 再流焊中锡珠生成原因与解决办法 锡珠是再流焊常见的缺陷之一，其原因是多方面的不仅影响到外观而且会引起桥接。 锡珠可分为两类，一类出现在片式元器件的一侧，常为一个独立的大球状；另一类出现 在 IC 引脚的四周可呈分散的小珠状。分析原因如下： 1.温度曲线不正确 再流焊曲线可分为 4 个区段，分别是预热、保温、再流和冷却。预热、保温的目的 北华航天工业学院毕业论文 11 是为了使 PCB 表面在 6090S 内升到 150，并保温约 90S，这不仅可以降低 PCB 及元件 的热冲击，更主要是确保锡膏中的溶剂能充分挥发，不至于在回流焊时，由于温度迅速 升高出现溶剂太多而引起飞溅以至焊膏冲击焊盘而形成锡珠。因此通常应注意升温速率， 并采取适中的预热，要有一个很好的平台使溶剂大部分挥发，从而也抑制了锡珠的生成。 2.焊膏的质量 锡膏中金属含量通常在（90±0.5）%，金属含量过低会导致焊剂成分过多，因此过 多的焊剂会因预热阶段不易挥发而引起飞珠。锡膏中水蒸气/氧含量增加，由于焊膏通常 冷藏，当从冰箱中取出时，没有确保恢复时间，故会导致水蒸气的进入此外焊膏的盖子 每次使用后要拧紧，若没有及时盖严，也会导致水蒸气的进入。放在模板上印制的焊膏 在完工后，剩余的部分应另行处理，若再放回原来瓶中，会引起瓶中锡膏变质，也回产 生锡珠。 3.印刷与贴片 锡膏在印刷工艺中，由于模板与焊盘对中偏移，若偏移过大则会导致焊膏浸流到焊 盘外，加热后容易出现锡珠，因此应仔细调整模板的装夹，不应有松动现象，此外印刷 工作环境不好也会导致锡珠的生成，理想环境温度为 25±3，相对湿度为 50%65%。 4.1.3 桥连 桥连是 SMT 生产中常见的缺陷之一，它会引起元件之间的短路，遇到桥连必须返修。 引起桥连的原因有四种： 1.锡膏质量问题 锡膏中金属含量过高，特别是印刷时间过久后，易出现金属含量增高，导致 IC 引脚 桥连；焊膏黏度低，预热后漫流到焊盘外；焊膏塌落度差，预热后漫流到焊盘外。解决 办法是调整锡膏。 2.印刷系统 印刷机重复精度差，对位不齐，锡高印刷到银条外，多见细间距 QFP 生产；钢板对位不 好；钢板窗口尺寸/厚度设计不对，导致焊膏量偏多；PCB 焊盘设计 Sn/Pb 合金镀层不均 匀，导致锡膏量偏多。解决方法是调整印刷机，改善 PCB 焊盘涂覆层。 3.贴放 贴放压力过大，锡膏受压后漫流是生产中多见的原因，应调整 Z 轴高度；贴片精度 不够，元件出现位移；IC 引脚变形。解决方法是针对原因对贴片参数进行改进。 4.预热 生温速度过快，锡膏中溶剂来不及挥发。 4.1.4 IC 引脚焊接后开路/虚焊 IC 引脚焊接后出现部分引脚虚焊，是常见的焊接缺陷，产生的原因很多，主要原因 有： 北华航天工业学院毕业论文 12 1.共面性差， 特别是 FQFP 器件。由于保管不当而造成引脚变形，有时不易被发现。因此应注意器 件的保管，不要随便拿取元件或打开包装。 2.引脚可焊性不好 IC 存放时间过长，引脚发黄，可焊性不好是引起虚焊的主要原因。生产中检查元器 件的可焊性，特别是 IC 存放期不应过长（自制造日期起一年内） ，保管时不应受高温、 高湿，不随便打开包装。 3.锡膏质量差，金属含量低，可焊性差，通常用于 FQFP 器件的焊接用锡膏，金属含 量应不低于 90%。 4.预热温度过高 易引起 IC 引脚氧化，使可焊性变差。 5.印刷模板窗口尺寸小 以至锡膏量不够，通常在模板制造后，应仔细检查模板窗口尺寸，不应太大也不应 太小，并且注意注意与 PCB 焊盘尺寸配套（模板窗口略小于相应焊盘尺寸） 4.1.5 BGA 焊接缺陷 焊接后翘曲。BGA 焊接后翘曲现象较为复杂，一般在 BGA 器件的角落最为严重；焊 接点处发生的断路现象。通常是由于焊盘污染所引起的。 4.24.2 SMTSMT 返修问题返修问题 4.2.1 SMT 返修工艺要求 1.工作人员应带防静电腕带。 2.所使用烙铁时必须接地良好。 3.修理 Chip 元件时应使烙铁头温度在 265以下。 4.焊接时不允许直接加热 Chip 元件的焊端和元器件引脚的脚跟以上部位，焊接时间 不超过 3 秒。 5.铁头始终保持光滑，无钩、无刺。 6.铁头不得重触焊盘，不要反复长时间在一焊点加热，不得划破焊盘及导线。 7.拆卸 SMD 器件时，应等到全部引脚完全融化时再取下器件，以防破坏器件的共面 性。 8.焊剂和焊料的材料要与再流焊和波峰焊时一致或匹配(采用免清洗或水清洗时焊接 材料一定不能混淆)。 北华航天工业学院毕业论文 13 第 5 章 SMT 生产中的综合优化与质量管理 SMT 生产中质量要求之高，加工难度之大，这在其他行业是少见的，它与众多的行 业、工厂紧密相连，各种元器件、辅助材料、焊锡膏，贴片胶、PCB、工艺方法、加工设 备既有外购件又有外协件，产品设计者既需要本专业知识，又必须熟悉 SMT 工艺规范； 焊接质量既需要设备的保证，又离不开人的经验，稍有差错就会造成质量事故，特别是 一旦发生焊接质量问题，挽回及维修的可能性都非常小。在 SMT 生产过程中，应以 ISO- 9000 系列标准为依据，逐渐形成完整的质量管理体系。 5.15.1 贴装程序处理贴装程序处理 SMT 生产线由多台设备组成，包括丝印机、贴片机、回流焊等等，但实际上生产线 的速度是由贴片机来决定的，尤其像本公司这种小型生产线。本公司 SMT 生产线包括两 台机高精度贴片机。当这两台贴片机完成一个贴装过程的时间（以下简称贴装时间）相 等并且最小时，则整条 SMT 生产线就发挥出了最大生产能力。但本公司由于气泵与贴片 机共用一台气泵，气泵压力有限，三台机器不能同时运行，因此要根据实际情况安排生 产，调整程序。方案一是如上所说使两台贴片机贴装时间相等且最小。另外，也可以根 据生产量使两台贴片机总贴装时间之差与丝印机的总印刷时间相等，生产中一般选择方 案一。为了达到这个目标，我们可以对贴装程序按以下方法进行处理。 5.1.1 负荷分配平衡 合理分配每台设备的贴装元件数量，尽量使每台设备的贴装时间相等。我们在初次 分配每台设备的贴装元件数量时，往往会出现贴装时间差距较大，这就需要根据每台设 备的贴装时间，对生产线上所有设备的生产负荷进行调整，将贴装时间较长的设备上的 部分元件移一部分到另一台设备上，以实现负荷分配平衡。 5.1.2 设备优化 每台贴片机都有一个最大的贴片速度值，但实际上这一速度值是要在一定条件下实 现的。对每台设备的数控程序进行优化，就是使贴片机在生产过程中尽可能符合这些条 件，从而实现最高速贴装，减少设备的贴装时间。优化的原则取决于设备的结构。对于 X/Y 结构的贴片机，通常按以下原则来优化。 1.尽可能使贴装头同时拾取元件。 北华航天工业学院毕业论文 14 2.在排列贴装程序时，将同类型元件排在一起，以减少贴装头拾取元件时换吸嘴的 次数，节约贴装时间。 3.拾取次数较多的供料器应安放在靠近印制板的料站上。 4.在一个拾放循环过程中，尽量只从正面或后面的料站上取料，以减少贴装头移动 距离。 5.在每个拾放循环过程中，要使贴装头满负荷。 有些原则在优化程序时会发生矛盾，这就需要进行折中考虑，以选出最佳优化方案 来。在进行负荷分配和设备优化时可使用优化软件，优化软件包括设备的优化程序和生 产线平衡软件。设备的优化程序主要是针对贴装程序和供料器的配置进行优化。在取得 元器件 BOM 表和 CAD 数据以后，就可以生成贴装程序和供料器配置表，优化程序会对贴 装头的运动路径和供料器的配置情况进行优化，尽量减少贴装头的移动路程，从而节省 贴装时间。 5.25.2 消除瓶颈（消除瓶颈（bottleneckbottleneck）现象）现象 SMT 生产线是由多台自动化设备所组成的，当某一台设备的速度慢于其他设备时， 那么这台设备就将成为制约整条 SMT 生产线速度提高的瓶颈。一般瓶颈经常出现在贴片 机上，要消除瓶颈现象就只有通过提高贴片机工作效率来实现了。 5.35.3 实施严格有效的管理措施实施严格有效的管理措施 5.3.1 物料损耗 一般 SMT 生产车间物料损耗不能超过 0.3%,这个是包括从进货到出货的所有的物料 损耗 。这个比例指的是普通元件，特殊类型元件包括大型 IC,BGA/CSP 等损耗率一般要 0%，控制物料损耗基本的要从两大方面考虑： 5.3.2 设备损耗 设备损耗也就是说是由于设备原因造成的物料损耗，一般叫抛料，这个是无法避免的， 只能够控制其主要做法是控制设备运行状态： 1.好的设备保养体制 包括周、月、季度、年保养。SMT 设备进行定期检验与保养也是保证充分发挥其功 效的有力保障之一。很多公司由于生产任务繁重，在生产过程中往往会忽视这一点。一 旦设备因故障不能正常生产时，其停工所造成的损失要远远大于对设备定期停机检验与 保养的费用。因此必须强调对设备定期进行科学的检验与保养，使设备处于良好的状态 之中。 2.建立设备状态管理制度 对每台设备每天的运行状态进行记录，然后进行统计整理主要记录的内容是设备吸 北华航天工业学院毕业论文 15 着率、贴装率，目的是发现设备的长期运行状态，一是可以针对不同状态设备调整生产 计划，二是可以发现运行状态不良的设备，及时进行维修和保养，防止小患不治成大疾 现象。 5.3.3 加强物料管理和人员操作管理 1.加强物料出入管理力度，定时定期按照不同类型或产品对物料进行盘点，及时发 现存在可能问题点。 2.加强操作员的操作技能，提高其工作责任心。 3.建立奖惩措施，按照生产线设备状态对该线的物料损耗建立损耗奖惩制度以提高 员工在日常生产中节约物料的习惯。 SMT 设备是机电一体化的精密设备，在工作中实行严格有效的管理措施是提高 SMT 生产线效率的一个重要办法。如提前将要补充的元件装在备用送料器上；生产线前面批 号的产品回流的同时，做好生产线下一批号产品的准备工作等等。 一般 SMT 生产线属大生产流水线，产值是以秒来进行计算的。这对于小型生产线来 说也不例外，而生产的流畅性和产品的质量除设备与环境因素外，人的因素占有极为重 要的成分。例如若操作员对设备很熟悉，那么在生产过程中排除问题所花费时间较少， 也可节约生产时间，提高生产效率。所以我认为应格外重视对员工