毕业论文---表面组装质量管理.doc
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1、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
2、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
3、、 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
4、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
5、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
6、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
7、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
8、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
9、、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
10、 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
11、。 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
12、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
13、 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-
14、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
15、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
16、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
17、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
18、使用期的焊膏绝对不能使用。 7.印刷时间的最佳温度为 253,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
19、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
20、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
21、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 f
22、eeder 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
23、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。
24、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).
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