【正文】 初已成為完全成熟的新一代電路組裝技術(shù)，并逐步取代通孔插裝技術(shù)。據(jù)國(guó)外資料報(bào)道，進(jìn)入20世紀(jì)90年代以來(lái)，全球采用通孔組裝技術(shù)的電子作品正以年11％的效率下降，而采用SMT的電子作品正以8％的效率遞增。到目前為止，日、美等國(guó)已有80％以上的電子作品采用了SMT。歐洲各國(guó)SMT的起步較晚，但他們重視發(fā)展并有較好的工業(yè)基礎(chǔ)，發(fā)展效率也很快，其發(fā)展水平僅次于日本和美國(guó)。20世紀(jì)80年代以來(lái)，新加坡、韓國(guó)和我國(guó)香港、臺(tái)灣地區(qū)也不惜投入巨資，紛紛引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)，使SMT獲得較快的發(fā)展。 2. SMT技術(shù)在中國(guó)的發(fā)展我國(guó)SMT的應(yīng)用起步于20世紀(jì)80年代初期，最初從美、日等國(guó)成套引進(jìn)了SMT生產(chǎn)線用于彩電調(diào)諧器生產(chǎn)。隨后應(yīng)用于錄像機(jī)、攝像機(jī)及袖珍式高檔多波段收音機(jī)、隨身聽(tīng)等生產(chǎn)中，近幾年在計(jì)算機(jī)、通信設(shè)備、航空航天電子作品中也逐漸得到應(yīng)用。 據(jù)2000年不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)約有40多家公司從事表面組裝元器件的生產(chǎn)，全國(guó)約有300多家公司引進(jìn)了SMT生產(chǎn)線，不同程度地采用了SMT技術(shù)，全國(guó)已引進(jìn)7000余臺(tái)貼裝機(jī)。隨著改革開(kāi)放的深入以及加入WTO，近年來(lái)美、日、新加坡的部分廠商已將SMT加工廠搬到了中國(guó)，僅2001～2002一年就引進(jìn)了4000余臺(tái)貼裝機(jī)。經(jīng)過(guò)20年持續(xù)增長(zhǎng)，尤其是2000年到2004年連續(xù)5年的超高速增長(zhǎng)，中國(guó)已經(jīng)成為世界第一的SMT產(chǎn)業(yè)大國(guó)，預(yù)計(jì)這一地位10年內(nèi)不會(huì)改變。從2005年起，中國(guó)的SMT產(chǎn)業(yè)進(jìn)入調(diào)整轉(zhuǎn)型期，這個(gè)調(diào)整轉(zhuǎn)型期是中國(guó)由SMT大國(guó)走向SMT強(qiáng)國(guó)的關(guān)鍵。我國(guó)SMT的發(fā)展前景是非常廣闊的。 SMT工藝的發(fā)展趨勢(shì)1．SMT工藝的發(fā)展趨勢(shì)SMT總的發(fā)展趨勢(shì)是：元器件越來(lái)越小、組裝密度越來(lái)越高、組裝難度也越來(lái)越大。最近幾年SMT又進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展高潮。為了進(jìn)一步適應(yīng)電子設(shè)備向短、小、輕、薄方向發(fā)展，出現(xiàn)了0210（＊）的CHIP組件、BGA、CSP、FLIP、CHIP、復(fù)合化片式組件等新型封裝元器件。由于BGA等元器件技術(shù)的發(fā)展，非ODS清洗和無(wú)鉛焊料的出現(xiàn)，引起了SMT設(shè)備、焊接材料、貼裝和焊接工藝的變化，推動(dòng)電子組裝技術(shù)向更高階段發(fā)展。SMT發(fā)展速度之快，的確令人驚訝，可以說(shuō)，每年、每月、每天都有變化。當(dāng)前，SMT正在以下4個(gè)方面取得新的技術(shù)進(jìn)展：1）元器件體積進(jìn)一步小型化。在大批量生產(chǎn)的微型電子整機(jī)產(chǎn)品中，0201系列組件（*）、CSP和FC等新型封裝的大規(guī)模集成電路已經(jīng)大量采用。由于元器件體積的進(jìn)一步小型化，對(duì)SMT表面組裝工藝水平、SMT設(shè)備的定位系統(tǒng)等提出了更高的精度與穩(wěn)定性要求。2）進(jìn)一步提高SMT產(chǎn)品的可靠性。面對(duì)微小型SMT元器件被大量采用和無(wú)鉛焊接技術(shù)的應(yīng)用，在極限工作溫度和惡劣環(huán)境條件下，消除因?yàn)樵骷牧系木€膨脹系數(shù)不匹配而產(chǎn)生的應(yīng)力，避免這種應(yīng)力導(dǎo)致電路板開(kāi)裂或內(nèi)部斷線、元器件焊接被破壞。 3）新型生產(chǎn)設(shè)備的研制。在SMT電子產(chǎn)品的大批量生產(chǎn)過(guò)程中，錫膏印刷機(jī)、貼片機(jī)、和再流焊設(shè)備是不可缺少的。近年來(lái)，各種生產(chǎn)設(shè)備正朝著高密度、高速度、高精度和多功能方向發(fā)展，高分辨率的激光定位、光學(xué)視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)、智能化質(zhì)量控制等先進(jìn)技術(shù)得到了推廣應(yīng)用。4）柔性PCB的表面組裝技術(shù)。隨著電子產(chǎn)品組裝中柔性PCB的廣泛應(yīng)用，在柔性PCB上安裝SMC組件已被業(yè)界攻克，其難點(diǎn)在于柔性PCB如何實(shí)現(xiàn)剛性固定的準(zhǔn)確定位要求。 SMT產(chǎn)線介紹1. SMT工藝流程1）三種裝配工藝（1）單面組裝：來(lái)料檢測(cè) = 絲印焊膏(點(diǎn)貼片膠) = 貼片 = 烘干(固化) = 回流焊接 = 清洗 = 檢測(cè) = 返修。（2）雙面組裝：A：來(lái)料檢測(cè) = PCB的A面絲印焊膏(點(diǎn)貼片膠) = 貼片 = 烘干(固化) = A面回流焊接 = 檢測(cè) = 翻板 = PCB的B面絲印焊膏(點(diǎn)貼片膠) = 貼片 = 烘干 = 回流焊接(最好僅對(duì)B面 = 清洗 = 檢測(cè) = 返修)。 此工藝適用于在PCB兩面均貼裝有PLCC等較大的SMD時(shí)采用。B：來(lái)料檢測(cè) = PCB的A面絲印焊膏(點(diǎn)貼片膠) = 貼片 = 烘干(固化) = A面回流焊接 = 檢查 = 翻板 = PCB的B面點(diǎn)貼片膠 = 貼片 = 固化 = B面波峰焊 = 清洗 = 檢測(cè) = 返修)。此工藝適用于在PCB的A面回流焊，B面波峰焊。在PCB的B面組裝的SMD中，只有SOT或SOIC(28)引腳以下時(shí)，宜采用此工藝。（3）單面混裝工藝：來(lái)料檢測(cè) = PCB的A面絲印焊膏(點(diǎn)貼片膠) = 貼片 = 烘干(固化) = 回流焊接 = 檢查= 插件 = 波峰焊 = 清洗 = 檢測(cè) = 返修。（4）雙面混裝工藝：A：來(lái)料檢測(cè) = PCB的B面點(diǎn)貼片膠 = 貼片 = 固化 = 翻板 = PCB的A面插件 = 波峰焊 = 清洗 = 檢測(cè) = 返修。B：來(lái)料檢測(cè) = PCB的A面插件(引腳打彎) = 翻板 = PCB的B面點(diǎn)貼片膠 = 貼片 = 固化 = 翻板 = 波峰焊 = 清洗 = 檢測(cè) = 返修。先插后貼，適用于分離組件多于SMD組件的情況；C：來(lái)料檢測(cè) = PCB的A面絲印焊膏 = 貼片 = 烘干 = 回流焊接 = 插件，引腳打彎 = 翻板 = PCB的B面點(diǎn)貼片膠 = 貼片 = 固化 = 翻板 = 波峰焊 = 清洗 = 檢測(cè) = 返修。A面混裝，B面貼裝；D：來(lái)料檢測(cè) = PCB的B面點(diǎn)貼片膠 = 貼片 = 固化 = 翻板 = PCB的A面絲印焊膏 = 貼片 = A面回流焊接 = 插件 = B面波峰焊 = 清洗 = 檢測(cè) = 返修。2．SMT組裝生產(chǎn)線設(shè)備組成 圖143是珠海偉創(chuàng)力B11 Emulex一條SMT組裝生產(chǎn)線（波峰焊前）。一條完整的自動(dòng)化生產(chǎn)線包括自動(dòng)上板機(jī)、絲印機(jī)、接駁臺(tái)、貼片機(jī)、回流爐、AOI光學(xué)自動(dòng)檢查和波峰焊接爐設(shè)備，此外，還有分板機(jī)和一些在線測(cè)試設(shè)備等。自動(dòng)上板機(jī)：自動(dòng)傳送設(shè)備，是生產(chǎn)線的第一站，將PCB板自動(dòng)傳送到下一站。絲印機(jī)：也叫網(wǎng)板印刷機(jī)，將焊膏均勻、適量地涂敷到印刷電路板焊盤表面的專用工藝設(shè)備。接駁臺(tái)：接駁臺(tái)是連接絲印和貼片的橋梁，它構(gòu)成了產(chǎn)線的自動(dòng)化。貼片機(jī)：完成將貼片組件準(zhǔn)確的貼到PCB板子上的自動(dòng)貼裝設(shè)備（見(jiàn)第3章）。回流爐：又稱再流焊爐，實(shí)現(xiàn)元器件與PCB焊盤之間可靠的機(jī)械與電氣連接的焊接設(shè)備。AOI：光學(xué)自動(dòng)檢測(cè)，用來(lái)檢查印制電路板的貼裝品質(zhì)。ICT在線測(cè)試：在線測(cè)試，是通過(guò)對(duì)在線元器件的電性能及電氣連接進(jìn)行測(cè)試來(lái)檢查生產(chǎn)制造缺陷及元器件不良的一種標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試手段，InCircuitTester即自動(dòng)在線測(cè)試儀（見(jiàn)附錄圖A6所示）。生產(chǎn)線計(jì)算機(jī)：用來(lái)連接產(chǎn)線上的每臺(tái)貼裝設(shè)備以及編寫程序和傳送程序。 圖143第2章 貼裝工藝過(guò)程1）待印刷的PCB進(jìn)入傳送軌道，在軌道入口處的傳感器發(fā)現(xiàn)PCB，系統(tǒng)通知傳送帶電機(jī)工作，將PCB送入下一位置。2）PCB進(jìn)入工作區(qū)起點(diǎn)，傳送裝置將PCB送入絲印位置，在即將到位時(shí)觸發(fā)貼裝絲印位置的傳感器，系統(tǒng)控制相應(yīng)機(jī)構(gòu)使PCB停留在預(yù)定絲印位置上。機(jī)械定位裝置工作，將PCB固定在預(yù)定位置。夾緊裝置工作，將PCB夾緊固定，避免PCB移動(dòng)。3）PCB定位裝置工作，確定PCB的位置是在預(yù)定的位置上，否則對(duì)PCB的位置坐標(biāo)參照系統(tǒng)坐標(biāo)系進(jìn)行修正。4）按照程序設(shè)定對(duì)加工光學(xué)判別標(biāo)志點(diǎn)（Bad Mark）進(jìn)行檢查，確定需要加工的PCB。5）印刷頭動(dòng)作，帶動(dòng)刮刀前移、后移，刮刀從絲網(wǎng)上刮過(guò)去，壓迫絲網(wǎng)與PCB表面接觸，同時(shí)壓刮焊膏通過(guò)絲網(wǎng)上的圖形印刷到PCB焊盤上。印刷完成，印刷頭復(fù)位,系統(tǒng)通知傳送帶電機(jī)工作，將PCB送出。 表面貼裝過(guò)程1）待貼裝的PCB進(jìn)入傳送軌道，在軌道入口處的傳感器發(fā)現(xiàn)PCB，系統(tǒng)通知傳送帶電機(jī)工作，將PCB送入下一位置。2）PCB進(jìn)入工作區(qū)起點(diǎn)，傳送裝置將PCB送入貼裝位置，在即將到位時(shí)觸發(fā)貼裝位置的傳感器，系統(tǒng)控制相應(yīng)機(jī)構(gòu)使PCB停留在預(yù)定貼裝位置上。機(jī)械定位裝置工作，將PCB固定在預(yù)定位置。夾緊裝置工作，將PCB夾緊固定，避免PCB移動(dòng)。3）PCB定位裝置工作，確定PCB的位置是在預(yù)定的位置上，否則對(duì)PCB的位置坐標(biāo)參照系統(tǒng)坐標(biāo)系進(jìn)行修正。4）按照程序設(shè)定對(duì)加工光學(xué)判別標(biāo)志點(diǎn)（Bad Mark）進(jìn)行檢查，確定需要加工的PCB。5）包裝在專用供料器中的元器件按照程序設(shè)定的位置被運(yùn)送或準(zhǔn)備到預(yù)定的位置。6）貼裝頭吸嘴移動(dòng)到拾取組件位置，真空打開(kāi)，吸嘴下降吸取組件，通過(guò)真空壓力傳感器或光電傳感器檢測(cè)是否吸到組件。7）通過(guò)攝像頭或光電傳感器檢測(cè)組件高度（垂直方向），通過(guò)攝像頭或光電傳感器檢測(cè)組件轉(zhuǎn)角（水平方向），并識(shí)別組件特征，然后讀取組件數(shù)據(jù)庫(kù)中預(yù)先設(shè)置的組件特征值，將實(shí)際值與檢測(cè)值相比較，從而對(duì)組件特征進(jìn)行判斷。當(dāng)特征值不符時(shí)則判別拾取組件錯(cuò)誤，重新拾取。如相符則對(duì)組件目前的中心位置、轉(zhuǎn)角進(jìn)行計(jì)算。8）將錯(cuò)誤的組件拋到廢料收集盒中，按照程序設(shè)定，通過(guò)貼裝頭的旋轉(zhuǎn)調(diào)整組件角度；通過(guò)貼裝頭的移動(dòng)，或PCB的移動(dòng)調(diào)整X/Y方向坐標(biāo)到程序設(shè)定的位置，使組件中心與貼裝位置點(diǎn)重合。9）吸嘴下降到預(yù)先設(shè)定的高度，真空關(guān)閉，組件落下。完成貼裝。10）貼裝部分移動(dòng)到與卸載裝置水平，將貼裝好的PCB傳送到卸載軌道。卸載軌道開(kāi)始位置的傳感器被觸發(fā)，控制系統(tǒng)通知傳送帶電機(jī)工作，將PCB送入下一位置。直到送出機(jī)器。 回流焊接過(guò)程首先對(duì)PCB板的表面貼裝組件（SMD）焊盤印刷錫膏，然后通過(guò)自動(dòng)貼片機(jī)把SMD貼放到預(yù)先印制好錫膏的焊盤上。最后，通過(guò)回流焊接爐，在回流焊爐中逐漸加熱，把錫膏融化，稱為回流（Reflow），接著，把PCB板冷卻，焊錫凝固，把組件和焊盤牢固地焊接到一起。在回流焊中，焊盤和組件管腳都不融化。這是回流焊（Reflow Soldering）與金屬融焊（Welding）的不同。 深入的了解回流焊就必須從焊錫膏的作用原理和焊接過(guò)程中發(fā)生的物理化學(xué)變化入手。錫膏的成分主要錫鉛合金的粉末和助焊劑混合而成。在受熱的條件下，融化的焊錫材料中的錫原子和焊盤或焊接組件（主要成分是銅原子）的接觸界面原子相互擴(kuò)散，形成金屬間化合物（IMC），首先形成的Cu6Sn5，稱nphase，它是形成焊接力的關(guān)鍵連接層， 只有形成了 nphase，才表示有真正的可靠焊接。隨著時(shí)間的推移，在nphase和銅層之間中會(huì)繼續(xù)生成Cu3Sn，稱為∈phase，它將減弱焊接力量和減低長(zhǎng)期可靠性。在焊點(diǎn)剖面的金相圖中，可以清楚地看到這個(gè)結(jié)構(gòu)。 電子掃描顯微鏡（SEM）顯示的CuSn IMC。 第3章 貼裝設(shè)備結(jié)構(gòu)原理珠海偉創(chuàng)力使用的是全自動(dòng)鋼網(wǎng)印刷機(jī)，DEK系列絲印機(jī)（見(jiàn)附錄A圖A1）是偉創(chuàng)力B11使用得最多的。絲印機(jī)一般由以下幾部分組成：1）夾持PCB板的工作臺(tái)。包括工作臺(tái)面、板邊夾持機(jī)構(gòu)、工作臺(tái)傳輸控制機(jī)構(gòu)。2）印刷頭系統(tǒng)。包括刮刀、刮刀固定機(jī)構(gòu)、印刷頭傳輸控制系統(tǒng)等。3）漏印模板及其固定機(jī)構(gòu)。4）保證印刷精度而配置的其它選件。包括視覺(jué)對(duì)中系統(tǒng)、插板系統(tǒng)和二維、三維測(cè)量系統(tǒng)等。2．絲網(wǎng)印刷工作原理將PCB通過(guò)印刷機(jī)固定機(jī)構(gòu)固定在工作支架上，將印刷圖形的漏印絲網(wǎng)繃緊在框架上并通過(guò)視覺(jué)對(duì)中系統(tǒng)與PCB對(duì)準(zhǔn)，將焊錫膏放在漏印絲網(wǎng)上，印刷頭傳輸控制系統(tǒng)工作，將刮刀從絲網(wǎng)上刮過(guò)去，壓迫絲網(wǎng)與PCB表面接觸，同時(shí)壓刮焊膏通過(guò)絲網(wǎng)上的圖形印刷到PCB焊盤上。絲網(wǎng)印刷具有的特征：絲網(wǎng)和PCB表面隔開(kāi)一小段距離；刮刀前方的焊膏顆粒沿刮刀前進(jìn)的方向滾動(dòng)；漏印模板脫開(kāi)PCB表面的過(guò)程中，焊膏從網(wǎng)孔轉(zhuǎn)移到PCB表面上。刮刀及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)如圖311所示。刮刀頭是通過(guò)刮刀驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)焊膏印刷。刮刀頭在伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，沿滾珠絲桿作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)氣缸作用施加給刮刀壓力，實(shí)現(xiàn)焊膏的印刷。圖311刮刀頭及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)基板在工作臺(tái)上定位首先是通過(guò)光纖感應(yīng)器的檢測(cè)感知，其定位方式主要由基板邊夾、上夾以及頂針等形式。光纖傳感器可檢測(cè)出基板傳入軌道位置狀況，基板應(yīng)定位在基板傳入水平方向中心線與工作臺(tái)水平方向中心線重合處的位置。基板邊夾在前基準(zhǔn)定位方式時(shí)是工作臺(tái)的外側(cè)軌道靜止，通過(guò)內(nèi)側(cè)軌道的移動(dòng)壓緊基板，基板上夾是通過(guò)工作臺(tái)軌道上的兩側(cè)翻夾壓板作用壓緊基板，頂針主要是為防止薄基板變形或拼板的開(kāi)裂而采用的在基板下方放置了若干根頂針，進(jìn)而通過(guò)頂針頂住基板。4. x、y、θ工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)工作臺(tái)可以在圖312所示的x、y、θ驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)作用下，作x、y方向的運(yùn)動(dòng)和微小位移的轉(zhuǎn)動(dòng)，x、y方向運(yùn)動(dòng)由電機(jī)電機(jī)2驅(qū)動(dòng)，工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)由電機(jī)3驅(qū)動(dòng)。光電傳感器主要作工作臺(tái)x、y方向運(yùn)動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)的限位控制。圖312工作臺(tái)x、y、θ驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)5. 印刷機(jī)光學(xué)視覺(jué)系統(tǒng)印刷機(jī)光學(xué)視覺(jué)系統(tǒng)主要是識(shí)別基板MARK（標(biāo)記）點(diǎn)和網(wǎng)板MARK點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)圖313所示。 圖313 印刷機(jī)視覺(jué)系統(tǒng) 印刷機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)通常采用CCD（Charge Coupled Device電荷耦合器件）攝像頭攝取基板或網(wǎng)板MARK點(diǎn)圖像，將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，再采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)硬件與軟件技術(shù)對(duì)圖像數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，從而得到所需要的各種目標(biāo)圖像特征值，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)模式識(shí)別，坐標(biāo)計(jì)算，灰度分布圖等多種功能。視覺(jué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖314所示，主要由圖像采集、圖像處理、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)輸出四大部分組成。圖像采集由CCD、鏡頭、光源、視頻圖像采集卡和計(jì)算機(jī)組成；圖像處理主要通過(guò)軟件編程完成圖像的噪聲去除、幾何變換和定位；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換是把采集到的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為MARK點(diǎn)的特征值。數(shù)據(jù)輸出主要是將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換部分計(jì)算得到的數(shù)據(jù)輸出，并進(jìn)行MARK點(diǎn)的顯示。圖314視覺(jué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 攝像頭在伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)下，沿X、Y滾珠絲杠作相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。圖313中的氣缸是一只帶有止檔器的氣缸，當(dāng)攝像頭照射到基板時(shí)，氣缸止檔器下降，擋住基板，完成基板定位。6. 印刷機(jī)部件步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)（如圖315