SMT/THT混裝生產(chǎn)中的工藝控制
SMT混裝生產(chǎn)在許多電子產(chǎn)品的生產(chǎn)制造中大量使用，本文就SMT混裝生產(chǎn)時(shí)需要考慮的一些制造工藝性問(wèn)題進(jìn)行了闡述，僅供SMT技術(shù)人員參考。
在電子產(chǎn)品的PCB基板中，絕大多數(shù)廠家均采用SMT/THT混裝方式。SMT混裝生產(chǎn)技術(shù)對(duì)工藝參數(shù)的控制是相當(dāng)嚴(yán)格的，焊接工藝參數(shù)選擇不當(dāng)，不但影響焊接的內(nèi)在質(zhì)量，而且還會(huì)出現(xiàn)橋接、虛焊等焊接缺陷，嚴(yán)重影響焊接質(zhì)量，此外，PCB電路設(shè)計(jì)也起著十分關(guān)鍵的作用。本文就SMT混裝焊接生產(chǎn)過(guò)程中的質(zhì)量與工藝問(wèn)題進(jìn)行總結(jié)，提出解決辦法。
1 PCB電路設(shè)計(jì)
良好的PCB電路設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)SMT混裝生產(chǎn)的保證，它包括PCB安裝密度設(shè)計(jì)、PCB焊盤(pán)尺寸和形狀設(shè)計(jì)、PCB上組件布局形式設(shè)計(jì)、PCB加工工藝設(shè)計(jì)等。
1.1 PCB設(shè)計(jì)的組裝形式
在設(shè)計(jì)印制板時(shí)，設(shè)計(jì)者應(yīng)考慮是否能最大限度的減少工藝流程問(wèn)題，這樣，不但可以降低生產(chǎn)成本，而且還能提高產(chǎn)品質(zhì)量。如雙面貼插混裝板能否設(shè)計(jì)成單面貼插混裝板，目前，常見(jiàn)的幾種混裝板設(shè)計(jì)方式如表1所列。
目前，我公司的電子產(chǎn)品大部分都采用SMT/THT混裝Ⅰ、Ⅱ生產(chǎn)工藝，混裝Ⅲ應(yīng)用很少。
1.2 焊盤(pán)設(shè)計(jì)
(1)SMD組件焊盤(pán)設(shè)計(jì)。在采用波峰焊接工藝時(shí)，設(shè)計(jì)片式組件焊盤(pán)與采用回流焊接有所不同，焊盤(pán)要加長(zhǎng)一些，以避免產(chǎn)生“陰影效應(yīng)”。具體可參考下表實(shí)施。
(2)過(guò)孔組件焊盤(pán)的設(shè)計(jì)。過(guò)孔組件插引腳的通孔，一般比其引腳線徑大0.05~0.3mm為宜，其焊盤(pán)的直徑應(yīng)大于孔徑的3倍。
1.3 波峰焊接組件的方向
所有的有極性的表面貼裝組件在可能的條件下都要以相同的方向放置。在任何第二面要用波峰焊接的印制板裝配，在該面的組件首選的方向如圖1所示。使用這個(gè)首選方向是要使裝配在退出焊錫波峰時(shí)得到的焊點(diǎn)質(zhì)量最佳。在排列組件方向時(shí)應(yīng)盡量作到：
(1)為了盡量去除“陰影效應(yīng)”，SMD的焊端或引腳應(yīng)正對(duì)著錫流的方向，以利于與錫流的接觸，減少虛焊和漏焊。波峰焊時(shí)推薦采用的組件布局方向如圖1所示。
(2)波峰焊接不適合于細(xì)間距QFP、PLCC、BGA和小間距SOP器件焊接，也就是說(shuō)，在需采用波峰焊接的這一面盡量不要布置這類(lèi)組件。
(3)較小的組件不應(yīng)排在較大的組件后，以免較大組件妨礙錫流與較小組件的焊盤(pán)接觸，造成漏焊。
(4)當(dāng)采用波峰焊接SOIC等多腳組件時(shí)，應(yīng)于錫流方向最后兩個(gè)(每邊各1)焊腳處設(shè)置竊錫焊盤(pán)，防止連焊。
2 SMT生產(chǎn)質(zhì)量過(guò)程控制
2.1 質(zhì)量過(guò)程控制點(diǎn)的設(shè)置
為了保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行，必須加強(qiáng)各工序的加工工件質(zhì)量檢查，從而監(jiān)控其運(yùn)行狀態(tài)。因而需要在一些關(guān)鍵工序后設(shè)立質(zhì)量控制點(diǎn)，這樣就可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)上段工序中的質(zhì)量問(wèn)題并加以糾正，杜絕不合格的產(chǎn)品進(jìn)入下道工序，將因質(zhì)量引起的經(jīng)濟(jì)損失降低到最低程度，質(zhì)量控制點(diǎn)的設(shè)置與生產(chǎn)工藝流程有關(guān)，我們以SMT/THT混裝Ⅱ方式為例，采用先貼后插的生產(chǎn)工藝流程，并在生產(chǎn)工藝中加入以下質(zhì)量控制點(diǎn)，如圖2所示。
1)點(diǎn)膠檢測(cè)內(nèi)容：
a.點(diǎn)涂位置是否正確;b.膠量是否合適;c.有無(wú)漏點(diǎn);d.是否污染焊盤(pán);e.膠點(diǎn)形狀。
檢查方法：
依據(jù)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)目測(cè)檢驗(yàn)。
2)絲印檢測(cè)內(nèi)容：
a.印刷是否完全;b.是否橋接;c.厚度是否均勻;d.有無(wú)塌邊;e.印刷有無(wú)偏差。
檢查方法：
依據(jù)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)目測(cè)檢驗(yàn)或借助光學(xué)檢測(cè)設(shè)備檢驗(yàn)。
3)貼片檢測(cè)內(nèi)容：
a.組件的貼裝位置情況;b.有無(wú)掉片;c.有無(wú)錯(cuò)件。
檢查方法：
依據(jù)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)目測(cè)檢驗(yàn)或借助放大鏡檢驗(yàn)。
4)回流焊接檢測(cè)內(nèi)容：
a.組件的焊接情況，有無(wú)橋接、立碑、錯(cuò)位、焊料球、虛焊等不良焊接現(xiàn)象;b.焊點(diǎn)的情況。
檢查方法：
依據(jù)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)目測(cè)檢驗(yàn)，必要時(shí)，可使用專(zhuān)用測(cè)試儀，如X射線等。
5)波峰焊檢測(cè)內(nèi)容：
a.有無(wú)漏件;b.有無(wú)錯(cuò)件;c.組件的焊接情況。
檢查方法：
依據(jù)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)目測(cè)檢驗(yàn)或使用專(zhuān)用測(cè)試儀，如ICT等。
3 SMT混裝生產(chǎn)中的工藝過(guò)程控制
SMT混裝生產(chǎn)中的工藝參數(shù)多，各工序間參數(shù)相互影響，又相互關(guān)聯(lián)，一個(gè)工藝參數(shù)的調(diào)整與變更會(huì)影響到其它參數(shù)的變化，以致導(dǎo)致焊接效果不同。
3.1 點(diǎn)膠過(guò)程中的工藝參數(shù)控制
點(diǎn)膠過(guò)程中的控制起著相當(dāng)重要的作用，它與許多參數(shù)有關(guān)：點(diǎn)膠量的大小;點(diǎn)膠壓力;點(diǎn)膠溫度;PCB板與膠嘴間的距離;膠嘴的大小;以及貼片膠固化曲線的設(shè)計(jì);由點(diǎn)膠引起的焊接故障主要有兩個(gè)：虛焊與掉片。
3.1.1 虛焊
虛焊主要是由于膠水污染焊盤(pán)所引起：一方面是膠量多，另一方面是膠水發(fā)生拖尾現(xiàn)象。由于膠量偏多而污染焊盤(pán)，可通過(guò)調(diào)節(jié)工藝參數(shù)如點(diǎn)涂壓力、點(diǎn)涂時(shí)間及溫度等，來(lái)適當(dāng)減少膠量，以期達(dá)到理想的焊接效果。拖尾是貼片膠在SMT應(yīng)用過(guò)程中常見(jiàn)的質(zhì)量問(wèn)題，具體解決辦法可參考3.1.3中的內(nèi)容。
3.1.2 掉片
掉片是指在波峰焊時(shí)，由于在高溫下，已固化的貼片膠的粘接強(qiáng)度降低，在波峰的沖擊下，致使部分組件掉在焊料槽中。引起的主要原因是：固化強(qiáng)度不夠，點(diǎn)膠量不足，另一個(gè)原因就是氣泡。現(xiàn)就研究中的主要工藝問(wèn)題進(jìn)行分析，提出解決的辦法。
3.1.3 點(diǎn)膠過(guò)程中的典型不良及解決辦法，例舉如下：
膠量不穩(wěn)定
膠量不穩(wěn)定會(huì)嚴(yán)重影響貼片質(zhì)量：膠過(guò)少，會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)度不夠，造成波峰焊時(shí)元器件脫落;相反，貼片膠量過(guò)多，特別是對(duì)微小組件，若是粘在焊盤(pán)上，會(huì)防礙電氣連接。
原因及對(duì)策：
a. 膠水中混有較大的團(tuán)塊，堵塞了點(diǎn)膠嘴，或是膠水中有氣泡，出現(xiàn)空點(diǎn)。
對(duì)策是使用去除了大顆粒、氣泡的貼片膠。
b.貼片膠粘度不穩(wěn)定就進(jìn)行點(diǎn)涂，則涂敷量不穩(wěn)定。
對(duì)策是將貼片膠置于密封恒溫的容器內(nèi)，待其溫度恒定后取出使用。判斷粘度是否合適，可采用以下方法：將膠水裝于機(jī)器上，打開(kāi)吹氣氣壓，然后，觀察膠水流淌情況，若膠水連成一線快速流下，則說(shuō)明膠水粘度合適;若膠水流淌速度緩慢，或成段狀流下，則說(shuō)明膠水粘度不合適。
c.點(diǎn)膠頭長(zhǎng)時(shí)間放置不使用，一開(kāi)始的幾次點(diǎn)膠肯定會(huì)出現(xiàn)點(diǎn)膠量不足的情況，所以，每一塊印制板、在開(kāi)始使用每個(gè)點(diǎn)膠頭時(shí)，都要先試點(diǎn)幾次，這可以在點(diǎn)膠程序中進(jìn)行設(shè)置。
d.若膠量過(guò)大或過(guò)小比較普遍，可根據(jù)情況適當(dāng)調(diào)整點(diǎn)膠壓力。
拖尾
所謂拖尾，就是點(diǎn)膠時(shí)貼片膠不能斷開(kāi)，在點(diǎn)膠頭移動(dòng)方向貼片膠呈絲狀連接的現(xiàn)象。拖尾較多，貼片膠覆蓋在印制板焊盤(pán)上，會(huì)引發(fā)焊接不良，特別是使用尺寸較大的膠嘴時(shí)，更易發(fā)生這種現(xiàn)象。貼片膠拉絲主要是受其主成分粘性的影響和點(diǎn)涂條件的設(shè)定。
解決辦法：
a.加大點(diǎn)膠頭行程，降低移動(dòng)速度，這將會(huì)降低生產(chǎn)節(jié)拍。
b.選擇低粘度、高搖溶性材料的貼片膠。
c.將溫控器的溫度稍微設(shè)高一些。
組件偏移
組件偏移也是經(jīng)常遇到的不良現(xiàn)象，通常的原因及解決辦法如表3所示。
