任务1 电子贴片生产线生产流程介绍
【任务目标】
●掌握电子企业贴片生产线生产流程。
●理解电子企业贴片生产线生产流程中各个岗位作用、技能要求。
【任务重点】掌握电子企业贴片生产线生产流程,理解生产线上各个岗位上的技能要求。
【任务难点】理解电子企业贴片生产线生产流程中各个岗位作用、技能要求。
【参考学时】6学时
一、任务导入
现代世界,电子产品已经渗透到人们生活的方方面面,小到手机、笔记本计算机,大到航母、航天飞机,甚至大数据、云计算和智能社会,都被这神奇的电子产品互联互通了起来,那么这神奇的电子产品是怎样制造出来的呢?现在,我们来到一个计算机主板生产车间,如图1-1-1、图1-1-2所示,以一个顶岗实习的新员工的身份实地学习现代电子产品的全自动化生产过程,真切地感受每个岗位的重要作用和要求,并深切地领悟企业文化的精髓。
图1-1-1 电子产品全自动化生产车间全景图
图1-1-2 电子产品全自动化生产车间一角
二、任务实施
(一)电子产品生产流程简介
电子产品按照所用零部件的外观将它们分为三大类:一是体积小的贴片(片式)元器件,贴片元器件又称表面组装元器件(SMC或SMD);二是体积大的插脚元器件;三是固定用的塑料件、连接线和其他附件。按照电子产品从低到高、从小到大的装配原则,对应的生产工艺流程大致分为贴片元器件装配生产线(SMT)、插脚元器件装配生产线和最后的总装检测生产线。本书从一个跟岗实习学生的视角,学习和了解电子产品生产企业的生产流程和岗位要求,增强学习的针对性和主动性。
(二)常用中英文缩写对照(见表1-1-1)
表1-1-1 常用中英文缩写对照
(三)线路板的识别
1 印制电路板
1)PCB:PCB(Printed Circuit Board)称为“印制电路板(空板)”,如图1-1-3所示。PCB是重要的电子部件,是电子元器件的支撑体,也是电子元器件线路连接的提供者。设备中的电子元器件都是镶在大小各异的PCB上。由于它是采用电子印刷技术制作的,故被称为“印制”电路板。由环氧玻璃树脂材料制成,按其信号层数的不同分为4、6、8层板,以4、6层板最为常见,芯片等贴片元器件就贴在PCB上。
2)PCBA:是英文Printed Circuit Board Assembly的简称,是PCB空板经过SMT上件,再经过DIP插件的整个制作过程,PCBA可以理解为成品线路板,即线路板上的工序都完成之后才能算PC-BA,如图1-1-4所示。
图1-1-3 印制电路板(空板)
图1-1-4 印制电路板(成品板)
2 印制电路板的功能
1)提供各种电子元器件固定、装配的机械支撑。
2)实现各种电子元器件之间的布线、电气连接和电绝缘。
3)提供所要求的电气特性,如特性阻抗等。
4)为自动焊锡提供阻焊图形,为元器件插装、检查、维修提供识别字符和图形。
3 印制电路板的组成及常用术语
一块完整的PCB是由焊盘、过孔、安装孔、定位孔、印制线、元器件面、焊接面、阻焊层和丝印层等组成。
1)焊盘。对覆铜箔进行处理而得到的元器件连接点,是用来焊接元器件引脚的金属部分。
2)过孔。在双面PCB上将上下两层印制线连接起来且内部充满或涂有金属的小孔。
3)安装孔。用于固定大型元器件和PCB的小孔。
4)定位孔。用于PCB加工和检测定位的小孔,可用安装孔代替。
5)印制线。将覆铜板上的铜箔按要求经过蚀刻处理而留下的网状细小的线路,提供元器件电路连接。
6)元器件面。PCB上用来安装元器件的一面,单面PCB为无印制线的一面,双面PCB为印有元器件图形标记的一面。
7)焊接面。PCB上用来焊接元器件引脚的一面。
8)阻焊层。PCB上的绿色或棕色层面,是绝缘的防护层。
9)丝印层。PCB上采用丝印的方法印出文字与符号(白色)的层面。
4 印制电路板上字母标志(见表1-1-2)
表1-1-2 印制电路板上常见字母标志
5 印制电路板的分类
1)按成品软硬区分:硬板、软板、软硬结合板。
①硬板。又叫刚性印制电路板,如图1-1-5所示,是指由不易变形的刚性基材制成的PCB,在使用时处于平展状态,一般电子设备中使用的都是刚性PCB。
图1-1-5 硬板
②软板。是指用可以扭曲变形和伸缩的基材制成的PCB,在使用时可以根据安装要求将其弯曲,如图1-1-6所示。用于特殊场合,如某些手机和笔记本计算机上的连接线部分。
③软硬结合板。如图1-1-7所示。
图1-1-6 软板
图1-1-7 联想笔记本上的软硬结合板
2)以结构分:单面板、双面板、多层板。
①单面板。在最基本的PCB上,元器件集中在其中一面,导线则集中在另一面上。因为导线只出现在其中一面,所以称这种PCB为单面板,如图1-1-8所示。单面板元器件面只印上没有电气特性的元器件型号和参数等,以便于元器件的安装、调试和维修,单面板由于只有一面敷铜面,因此无须过孔(过孔的概念见双面板)、制作简单、成本低廉,功能较为简单。单面板在设计线路上有许多严格的限制(因为只有一面,布线间不能交叉必须绕独自的路径),只有早期和简单电路才使用这类板子。
图1-1-8 单面板
②双面板。这种电路板的两面都有布线,如图1-1-9所示。不过要用上两面的导线,必须要在两面间有适当的电路连接才行。这种电路间的“桥梁”叫作导孔(也叫过孔)。导孔是在PCB上充满或涂上金属的小洞,它可以与两面的导线相连接,注意与元器件的插孔区分开。因为双面板的面积比单面板大了一倍,布线可以互相交错(可以绕到另一面),因此更适合用在比单面板更复杂的电路上。
图1-1-9 双面板
③多层板。
a)多层板的特点。为了增加可以布线的面积,多层板用上了更多单或双面的布线板。多层板使用数片双面板,并在每层板间放进一层绝缘层后黏牢(压合)。板子的层数代表独立布线层的层数,通常层数都是偶数,并且包含最外侧的两层,多层板及其局部焊接面如图1-1-10所示。大部分的主机板都是4~8层的结构,不过技术上可以做到近100层的PCB。大型的超级计算机大多使用相当多层的主机板,不过因为这类计算机已经可以用许多普通计算机的集群代替,超多层板已经渐渐不被使用了。因为PCB中的各层都紧密地结合,一般不太容易看出实际数目,不过如果仔细观察主机板,也可以看出来。
b)多层板的导孔。导孔,如果应用在双面板上,那么一定都是打穿整个板子。在多层板当中,如果只想连接其中一些线路,导孔可能会浪费一些其他层的线路空间。埋孔和盲孔技术可以避免这个问题。盲孔是将几层内部PCB与表面PCB连接,不需穿透整个板子。埋孔则只连接内部的PCB,所以光是从表面是看不出来的,如图1-1-11所示。
图1-1-10 多层板及其局部焊接面
图1-1-11 盲、埋孔示意图
c)多层板的功能层。在多层板PCB中,整层都直接连接上地线与电源。将各层分类为信号层(又可再分多层)、电源层或是地线层。如果PCB上的零件需要不同的电源供应,通常这类PCB会有两层以上的电源与地线层。计算机主板多为多层板,如图1-1-12所示。
图1-1-12 计算机多层主板
d)PCB的阻焊层及丝印层。PCB上的绿色或是棕色,是阻焊漆的颜色。此层是绝缘的防护层,可以保护铜线,也可以防止零件被焊到不正确的地方。在阻焊层上另外会印制上一层丝网印制面。通常在这上面会印上文字与符号(大多是白色的或者黑色的),以标示出各零件在板子上的位置,如图1-1-13所示。丝网印制面也被称作图标面。
3)依表面处理方式分:喷锡板、镀金板、防氧化板。
①喷锡板如图1-1-14所示。
图1-1-13 PCB的阻焊层及丝印层
图1-1-14 喷锡板
②镀金板如图1-1-15所示。
图1-1-15 镀金板
③防氧化板如图1-1-16所示。
4)按基材分:纤维板、聚酯板。
①纤维板。颜色成淡黄色或奶黄色,表面成细网状纤维,如图1-1-17所示,此板强度好,耐热性能好,不易变形,因此工业电源中应用较多。单层板一般用纤维板材料制作而成。
②聚酯板。颜色成绿色且略透明,此板性能好,一般用于制做双面和多层板,如图1-1-18所示,但价格较贵,我国目前生产的电子设备基本上使用聚酯板。双层板、多层板一般用聚酯板材料制作而成,其中多层板由多层线路叠加而成,在确认多层板时,对着光处可看出PCB中间有深绿色线路,如图1-1-18b所示。
图1-1-16 防氧化板
图1-1-17 纤维板
图1-1-18 聚酯板
6 PCB的使用注意事项
1)PCB在使用和固定过程中要考虑应力作用,不能使PCB变形而使细导线断裂,这对多层板更是致命的。
2)在焊接过程中要选择合适的焊接工具,控制焊接温度和时间,避免焊盘和导线烫坏脱落。
(四)电子产品全自动化生产线的组成
1 计算机主板生产主要流程图(见图1-1-19)
图1-1-19 计算机主板生产主要流程图
2 计算机主板生产流程组成部分
如图1-1-19所示流程图,根据计算机主板生产阶段的不同,把生产线按照生产工艺的先后分成对应的三大部分:贴片元器件安装生产线,从图1-1-19所示的“发料备料”到“目检和自动光检”部分,对应的是锡膏、回流焊工艺;插接元器件安装生产线,从图1-1-19所示的“插件”到“测试”部分,对应的是插接件、波峰焊工艺;整机装配和检测生产线,从图1-1-19所示的“装配/目检”到“入库”部分。本任务仅介绍贴片元器件安装生产线,即SMT生产线。
(五)表面安装技术(SMT)的应用
贴片元器件又称表面组装元器件(SMC或SMD),是一种无引脚或引脚很短的片式微小型电子元器件。SMT作为新一代电子装联技术,被广泛地应用于航空、航天、通信、计算机、医疗电子、汽车、办公自动化、家用电器等各个领域的电子产品装联中。它是将电子元器件直接安装在印制电路板的表面,主要特征是元器件无引脚或短引脚,元器件主体与焊点均处在印制电路板的同一侧面或者两面。表面组装技术SMT具有组装密度高、可靠性高、抗振能力强的特点,电子产品体积减小了60%以上,重量减轻了70%,降低成本达50%以上,生产效率提高了40%以上,是目前电子组装行业里最流行的一种技术和工艺。
(六)SMT生产线的分类
1)按照生产线的规模大小可分为大型、中型和小型生产线。
2)按照自动化程度分为全自动生产线和半自动生产线。
全自动生产线是指整条生产线设备都是全自动设备,通过自动上板机、中间有各种设备连接线和卸板机将所有生产设备连成一条自动线,其中贴片元器件安装焊接车间如图1-1-20所示。
图1-1-20 贴片元器件安装焊接车间
半自动生产线是指主要生产设备没有连接起来或没有完全连接起来,例如印刷机是半自动的,需要人工印制或人工装卸印制板。
(七)SMT生产线各个环节
1 生产前的预处理(前置作业)
把各种元器件从仓库里领出来(取件),并按照产品装配的技术标准进行分类、质检、烘干、烧录、锡膏准备、贴条码标签等装配前的预处理。
1)取件:库房取件按照相关的物流标准,做到快速、高效和零差错,其中贴片元器件点数设备如图1-1-21a所示。
图1-1-21 库房点检设备
2)质检:一般来讲,首次购买的器件或量少且又极其关键的器件均采取全检。其他经过使用验证质量有保证的则采取抽检,被抽检的元器件主要是电阻、电容及其他配件,常用仪器如图1-1-21b所示。同时,还要对PCB进行检验,检验的重点一般放在检验PCB线路厚度及钻孔孔径上,这个检验当然不是用肉眼就能直接观察的,必须借助仪器来检测。通过这样的检验,控制了产品品质的源头,不合格物料决不允许流入生产部门,所以这一步也是生产前相当重要的一环。
3)PCB烘干:电路板必须放在干燥的环境下保存,避免因为受潮而引起焊盘氧化,造成焊接不良。如果有受潮现象,在使用时必须放在烤箱里以80~100℃的温度烘烤8h才能使用,否则会因为线路板里的水分在过炉时蒸发而引起焊锡迸溅,造成锡珠。
如来料非真空包装,需烘烤后上线生产,常用烘烤设备如图1-1-22所示。如果元器件在拆包装后没在规定时间内用完,需放置于防潮箱内保存,常用防潮设备如图1-1-23所示。
图1-1-22 烘烤元器件用烤箱
图1-1-23 元器件储存设备(防潮箱)
4)烧录:是指使用刻录器把程序、总线等数据刻录(也称烧录)到特制的芯片,烧录又叫复制,可以多次重复和修改,所用设备如图1-1-24所示。
图1-1-24 烧录器及烧录芯片
5)锡膏准备:锡膏是焊锡粉末和助焊剂混合物,形如膏状。锡膏有保质期,必须存放于冰箱中,如图1-1-25所示。
图1-1-25 锡膏及其储存
6)贴标签:是SFIS管理系统(生产现场管控系统)的一个方面,利用条码标签来确保每一个生产工序被确实执行,并可做到实时生产数据管理分析,每一个生产工序质量与责任追踪与反馈,这是一条企业质量管理之路,如图1-1-26所示。
7)劳保防护:计算机主板上的很多部件安装都要经过无尘生产线,清除飞尘污染和静电损伤,常见无尘生产线和防护用品如图1-1-27所示。
图1-1-26 贴条码标签
图1-1-27 常见无尘生产线和防护用品
2 送板
自动进板机和工作图如图1-1-28所示。
图1-1-28 自动进板机正在工作
3 锡膏印刷(刮锡膏)
锡膏印刷工艺环节是整个SMT流程的重要工序之一,焊锡膏的印刷涉及到三项基本内容——焊锡膏、模板和印刷机,三者之间合理组合,对高质量地实现焊锡膏的定量分配是非常重要的。这一关的质量不过关,就会造成后面工序的大量不良。因此,抓好印刷质量管理是做SMT加工、保证品质的关键。
1)锡膏:是一种略带黏性的半液态状物质,它的主要成分是微粒状的焊锡和助焊剂。当这些锡膏均匀地涂覆在焊盘上以后,贴片式元器件就能够被轻易地附着在上面。
①锡膏的成分。包含金属粉末、溶剂、助焊剂、抗垂流剂、活性剂;按重量分,金属粉末占85%~92%,按体积分金属粉末占5 0%;锡膏中锡粉颗粒与助焊剂的体积之比约为1∶1,重量之比约为9∶1;助焊剂在焊接中的主要作用是去除氧化物、破坏融锡表面张力、防止再度氧化。
②锡膏种类。分为有铅锡膏和无铅锡膏两种。
目前,锡-银-铜是一种用于SMT装配应用的常用合金。这些合金的回流温度范围为217~221℃,峰值温度为235~255℃,可对大多数无铅表面(如锡、银、镍镀金及裸铜)达到良好的可焊性。
③锡膏的使用方法。在使用前必须从储存柜里拿出来,放在常温下进行回温,回温时间为4h。目的是让冷藏的锡膏温度恢复常温,以利印刷。如果不回温则在PCB进入再回流焊机后易产生不良锡珠。回温后的锡膏在使用时要进行搅拌,搅拌分为机器搅拌和手工搅拌。机器搅拌时间为15min,手工搅拌时间为30min,以搅拌刀勾取的锡膏可以成一条线流下而不断为最佳。添加锡膏时以印刷机刮刀移动时锡膏滚动不超过刮刀的2/3为原则,过少印刷不均匀,会出现少锡现象;过多会因短时间用不完,造成锡膏暴露在空气中时间太长而吸收水分,引起焊接不良。锡膏回温、搅拌过程和所用设备如图1-1-29所示。
图1-1-29 锡膏回温、搅拌过程和所用设备
2)钢网(网板):印刷效果的好坏和焊接质量的好坏,取决于钢网的开口设计。钢网开口设计不好就会造成印刷少锡、短路等,回流焊接时会出现锡珠、立碑等现象。
钢网常见的制作方法包括:化学蚀刻、激光切割、电铸,目前激光切割用的比较广泛。计算机主板的钢网如图1-1-30所示。
印刷有手印和机器印刷两种,如果是手印,要注意调整好钢网,确保印刷没有偏移。同时要注意定时清洁钢网,一般印刷50片左右清洁一次,如果有细间距元器件则应调整为30片清洁一次。印刷时注意手不可触摸电路板正面焊盘位置,避免手上的汗渍污染焊盘,最好戴手套作业。如果是机器印刷要注意定时检查印刷效果并随时添加锡膏,确保印刷出来的都是良品。
图1-1-30 计算机主板的钢网
3)印刷机(丝印机、刮锡机):
①印刷机作用。是利用和焊盘一一对应的钢网,把锡膏涂覆在对应的焊盘上,为安装贴片元器件和再回流焊接打下基础。按照操作工艺的不同,印刷机可分为手工、半自动和全自动三种。
②手工印刷机。适用于科研开发等少量印制电路板的制作,设备和工艺如图1-1-31所示。
图1-1-31 手工印刷设备及操作工艺
③半自动印刷机。适用于小规模小批量印制电路板的制作,设备和工艺如图1-1-32所示。操作半自动印刷机时,先为印刷机安装钢网,再把PCB安装在印刷机的进料基板上。安装PCB的过程可以通过监视器来观察,其固定位置要求达到一定的精度,以确保钢网上的孔与PCB上的焊盘位置相同。定位完成后,进料基板会在机械臂的带动下传送到印刷机的钢网下,这时钢网上的涂料臂会在钢网上来回移动,锡膏就透过钢网上的孔涂覆在了PCB的特定焊盘上。钢网非常坚固,是可以重复使用的,刮完一张PCB后,再送入另一张,进行相同的操作。操作员会检验每一块经过印刷机处理后的PCB,看锡膏是否涂覆均匀、饱满、是否偏移等。检验合格后才可进入下一道工序——上贴片机。
④全自动印刷机。工作时,传送系统把印制电路板送到工作台面上,并精确定位在网板下面,进行锡膏印刷后,由传送系统送出,这时,电路板的焊盘上已经被印上了锡膏。全自动印刷机及印刷效果如图1-1-33所示。
图1-1-32 半自动印刷机及操作工艺
图1-1-33 全自动印刷机及印刷效果
⑤点胶固定。如果是双面贴片,可将红胶印刷到PCB另一面的固定位置上,其作用是将需要安装在另一面的元器件先粘在电路板上,使还没有焊接的元器件不会从电路板上掉下来,便于采用波峰焊设备进行焊接。所用设备为点胶机,点胶机是一种通用电子生产设备,具有结构紧凑、操作方便、性能稳定、经济实用等优点,是集运动控制技术和点胶控制技术于一体的机电一体化产品,已广泛应用于电子元器件制造、电路板组装、电子电器产品生产、集成电路封装等行业,按其工艺流程分为手动、半自动和全自动三种,部分点胶设备及工艺如图1-1-34所示。
图1-1-34 点胶设备及其工艺
我们知道,在新型材料方面,焊膏和红胶都是融变性质流体,其中引起的缺陷占SMT总缺陷的60%,岗位工作人员只有训练掌握这些材料知识才能保证SMT质量。SMT还涉及多种装联工艺,如印刷工艺、点胶工艺、贴放工艺、固化工艺,只要其中任一环节工艺参数漂移,就会导致不良品产生,SMT工艺人员必须具有丰富的工艺知识,随时监视工艺状况,预测发展动向,保证工艺质量。
4 贴片(上贴片机)
SMT生产中的贴片技术通常是指用一定的方式将片式元器件准确地贴到PCB指定的位置上,显然它是指吸取/拾取与放置两个动作。近30年来,贴片机已由早期的低速度(1~1.5s/片)和低精度(机械对中)发展到高速(0.08s/片)和高精度(光学对中)。贴片机(贴装机)是片式元器件自动安装装置,是一种由微型计算机控制的对片式元器件实现自动检选、贴放的高度精密设备。贴片机是表面安装工艺的关键设备,其中多采用激光对中校正系统,特别是高精度全自动贴片机是由计算机、光学、精密机械、滚珠丝杆、直线导轨、线性电动机、谐波驱动器以及真空系统和各种传感器构成的机电一体化的高科技装备,是SMT生产线中最昂贵的设备之一,能达到高水平的工艺要求。
1)贴片元器件(SMD)的包装形式:
①管装。把贴片元器件包装在窄塑料管里。
②卷装(盘状编带包装)。大部分贴片式元器件(如片阻、片容、贴片封装的芯片等)被整齐地缠绕在原料盘上,这些原料盘看上去就像缩小了的电影胶片盘,数万只零件可以放在一个夹子里,取放都很方便,如图1-1-35所示。
图1-1-35 片式元器件的卷装
图1-1-36 集成电路的托盘包装
③托盘包装。PQFP(塑料方形扁平封装)、BGA(焊球阵列封装)封装的芯片则被固定在特制的原料盒内,如图1-1-36所示。
2)贴片机的作用:相当于机器人,把元器件从包装中取出,贴放到印制板相应的位置并粘贴在焊盘上,黏接剂就是锡膏。其效果图如图1-1-37所示。
图1-1-37 贴片机效果图
3)贴片机的分类:
①按速度可分为低速机、中速机和高速机。
②按功能分为高速机和泛用机。
4)贴片机的用途:
①高速机用于贴装小型元器件,适合贴装矩形或圆柱形的片式元器件,如图1-1-38所示。
②低速高精度贴片机。适合贴装SOP(标准作业程序)集成电路、小型封装芯片载体及无引线陶瓷封装芯片载体等,如图1-1-39所示。
图1-1-38 贴装小型元器件的高速机
图1-1-39 低速高精度贴片机
③多功能贴片机(泛用机)。既可贴装常规片式元器件,又可贴装各种芯片载体,一般贴装大尺寸零件,精度较高速机高,如图1-1-40所示。
图1-1-40 多功能贴片机(泛用机)
5)贴片机中的核心部件——飞行视觉对中系统:高精密度BGA及QFP(方形扁平封装)集成电路的视觉对中系统外形如图1-1-41所示。该系统具有线路板识别摄像机和元器件识别摄像机,采用彩色显示器,实现人机对话,也称为光学视觉系统,能够纠正片式元器件与相应焊盘图形间的角度误差和定位误差,以提高贴装精度。此类贴片机的贴装精度达± 0.04mm,贴装件接脚间距为0.3mm,贴装时间为0.1~0.2s/件。
图1-1-41 视觉对中系统
6)发展方向:近年来,各类自动化贴装机正朝着高速、高精度和多功能方向发展。采用多贴装头、多吸嘴以及高分辨率视觉系统等先进技术,使贴装速度和贴装精度大大提高。
7)贴片机的贴片工作过程:SMT贴片机根据电路板的设计文件编程后工作,它通过控制机械手把电路板各部分所需要的电子元器件精确地贴装在正确的位置上。小型贴片元器件采用纸制盘状编带包装,通常每盘有几千个元器件,每台贴片机正面、背面和侧面可以安装多个料盘,同时贴装多达几十种元器件。
料盘被装在工料架上,机械手依次从料盘或编带中拾取元器件贴在正确的位置上。元器件由于焊锡膏的黏合力不会移动。如果电路板比较复杂,元器件的种类比较多,可以有几台贴片机组成流水作业方式。
集成电路一般由芯片托盘包装,机械手从托盘中拾取集成电路,通过光学定位,把芯片准确贴装在电路板上。
贴片机通过吸嘴从料架上取元器件,中低速贴片机只有一个吸嘴,而高速机则有多个吸嘴。根据安装元器件的不同,操作员可以为贴片机安装多种不同规格的吸嘴,如图1-1-42所示。当贴片机工作时,吸嘴会产生真空,并在预先编制的程序控制下让机械臂带动吸嘴移动到待安装的原料进料口,电子元器件会在真空的作用下吸附到吸嘴上。这时机械臂再次带动吸嘴到达特定焊盘的上方,最后将元器件压放到焊盘上。由于焊盘上涂有锡膏,所以元器件会被粘贴在上面。但是由于现在的锡膏仍然是半液体状的,所以元器件并未真正焊接在PCB上。在一条贴片线上往往有多台(一般为两台)贴片机在同时工作,仔细观察,会发现它们安装的元器件不一样。第一台贴片机一般贴一些小型的片阻、片容等,而第二台贴片机则进行大型芯片的贴装。这是由于根据贴装元器件大小的不同,贴片机需要安装不同规格的吸嘴,为了提高生产效率,往往把小型的元器件安排在一台贴片机上安装,而把较大的元器件交给另一台贴片机安装。元器件贴装完成后,仍然需要经过检验这一关。检验员要看是否有贴歪或漏贴等情况。
图1-1-42 贴片机的专用吸嘴
8)贴片机的上料工作过程:如图1-1-43所示,按贴片式元器件的类型不同,进料的位置不同,进料的机构——送料器也不同,如图1-1-44所示。原料盘一般安装在贴片机正面和侧面的料架上,一台贴片机可以同时安装多个原料盘。而像BGA封装的大型芯片则从贴片机的背面进料。
图1-1-43 贴片机的上料工作过程
图1-1-44 元器件送料器
按照离线编程或在线编程编制的拾片程序表,将各种元器件安装到贴装机的料站上。元器件正确、位置准确、压力(贴片高度)合适,是保证贴装质量的三个要素。为了确保贴片质量和设备运行,每个岗位要有人值班,如图1-1-45所示。但随着智能化生产线的普及,企业用工越来越少,对工作人员的素质要求越来越高。
9)检验:通过自动光学质检,如图1-1-46所示,检验合格则进入下一道工序-再流焊。
图1-1-45 岗位值守
图1-1-46 自动光学质检
5 再流焊接
1)再流焊接的含义:再流焊也叫回流焊,它的作用就是使锡膏变为锡点,从而使元器件牢牢地焊接在PCB上。靠热气流对焊点的作用,胶状的锡膏在一定的高温气流下进行物理反应达到SMD的焊接;因为是气体在焊机内循环流动产生高温达到焊接目的,所以叫“再流焊”。再流焊的核心环节是利用外部热源加热,使焊料熔化而再次流动浸润,完成印制电路板的焊接过程。再流焊是精密焊接,热应力小,适用于全表面贴装元器件的焊接。
2)再流焊接设备:再流焊炉是焊接表面贴装元器件的设备,如图1-1-47所示。再流焊炉主要有计算机控制系统、红外加热与热风加热系统(红外炉、热风炉、红外加热风炉、蒸汽焊炉)、PCB传动装置、内循环制冷及助焊剂回收系统、氮气流量控制及氮气分析系统等。目前最流行的是全热风炉以及红外加热风炉。
图1-1-47 再流焊接设备
3)再流焊接的工作过程:再流焊接机的内部采用内循环式加热系统,并分为多个温区,其温度曲线如图1-1-48a所示。电路板安装在再流焊机的传送导轨上,通过一条温度隧道,加温过程一般可以分为:预热、加热、焊接和降温等几部分。由石英玻璃管或石英陶瓷板提供红外线热源,计算机控制风扇电动机形成不同温度的热风微循环。优化的变流速加热结构能在发热管处产生高速热气流,并在PCB处产生低速大流量的高温气流,从而确保元器件受热均匀、不移位。
图1-1-48 再流焊接的工作过程
当印制板进入再流焊机时,得到充分的预热,如图1-1-48b所示,焊锡膏中的助焊剂润湿焊盘、元器件端头和引脚;接着,温度迅速上升,使焊锡膏达到熔化状态,液态焊锡对印制版的焊盘、元器件端头和引脚润湿、扩散、回流混合形成焊锡接点,如图1-1-48c所示。最后对印制板进行冷却,使焊点凝固,完成焊接。再流焊机的内部温度是被严格设定的,各温区内的温度可以通过计算机预设,均匀、准确。
由于再流焊接机内有大量的热气流,如果炉内温度没有控制到最佳状态,就很容易将元器件吹离正常的焊接点,所以在这道工序结束时同样会经过严格的检验。此外,再流焊后除锡渣,如图1-1-49所示。如果合格,即可送到“插件线”进行插接式元器件的安装。
图1-1-49 再流焊后除锡渣
6 检验与维修
从再流焊机出来的计算机主板必须进行检测,并把检测到的故障及时处理好,方能进入后面的生产线。
1)PCBA(装配印制电路板)外观检查:如图1-1-50所示。
2)IPQC(制程质量控制员)抽检:IPQC的作用贯穿整个生产流程的始终:
生产前,IPQC对生产线做稽核,检查生产准备情况;
生产中,IPQC检查整个生产过程,发现所有异常现象并提出处理;
生产后,IPQC抽查生产线已检查的半成品或成品,如果合格率太低将整批退回重修,并追查原因,及时修补。
图1-1-50 装好贴片元器件的计算机主板外观检查
3)维修:在贴片线上经各工段检验不合格的产品会在这里进行集中维修,如图1-1-51所示。一般大部分的问题会出在再流焊接部分。特别是一些PQFP封装的芯片由于引脚很密,很容易发生连焊等情况。维修操作都是由人工来完成的,不过操作人员在焊接时的熟练程度令人惊叹。他们在芯片的引脚处涂上助焊剂,再用电烙铁在上面一划就成了。很难用肉眼分辨出这是用机器焊接的还是人工焊接的。通过贴片线的加工,计算机主板的生产就算完成了一小半。
图1-1-51 故障板的维修
7 清洗
经过焊接之后的印制电路板还要用乙醇、去离子水或者其他有机溶剂进行清洗,但很难解决安全防火、能源消耗和污染排放等问题。现在,很多厂家采用免清洗助焊剂进行焊接,从而省去了清洗的步骤,更加环保。不过,对于修理后的印制电路板还是需要清洗,如图1-1-52所示。
图1-1-52 印制电路板的清洗
(八)课堂训练
1)如果你的岗位是贴片机维护岗位,你觉得你的岗位都需要哪些知识和技能?需要哪些素养?如何在你的岗位上管理好你的设备?以小组为单位讨论,并进行交流。
2)如果你的岗位是再流焊机维护岗位,你觉得你的岗位都需要哪些知识和技能?需要哪些素养?如何在你的岗位上管理好你的设备?以小组为单位讨论,并进行交流。
3)如果你的岗位是一名贴片生产线总管,你觉得你所管辖的岗位都需要哪些知识和技能?需要哪些素养?以小组为单位讨论,并进行交流。
三、任务小结
1)PCB在使用和固定过程中要考虑应力作用,不要使PCB变形而使细导线断裂,这对多层板更是致命的。
2)用印刷机在需要焊接贴片式元器件的焊盘上涂上锡膏,贴片机会把待装的元器件粘贴在这些焊盘上,通过再流焊的加热,焊盘上的锡膏会变成锡点,冷却后即可把元器件牢牢地固定在焊盘上。这个过程包含众多的岗位,每个岗位员工都应熟练掌握本岗位的技术要求和管理要求,发挥最大效能。
四、课后任务
1)查找家电设备的PCB,识别其类型,比较线路设计的好坏,整理好并作交流。
2)借助网络,学习一下PCB是如何设计出来的?其步骤如何?整理并交流。
3)贴片生产线包括哪些生产流程?每个流程包括哪些岗位?每个岗位需要哪些专业知识和技能?
4)在贴片生产线中需要注意哪些劳动防护?借助网络归纳整理以备交流。
5)借助网络,对比计算机主板贴片生产线,参考如图1-1-53所示实物图,整理笔记本计算机贴片生产线的工艺流程。
图1-1-53 笔记本计算机线路板实物图