SMT基礎(chǔ)知識(shí)

平實(shí)生活

現(xiàn)今電路板的組裝,，基本上都是透過所謂的【錫膏(solder paste)】來將電子零件黏貼焊接于印刷電路板之上,，這個(gè)焊接的過程可以使用表面貼焊(SMT,，SurfaceMount Technology)或波峰焊(Wavesoldering)的焊接技術(shù)來達(dá)成,，當(dāng)然你也可以全部用手焊(Touch-up),，但是手焊的品質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)很大,，也無法大量生產(chǎn)。

因?yàn)椴ǚ搴笌缀跻呀?jīng)很少有產(chǎn)品在使用,，所以僅介紹以表面貼焊(SMT)做電路板組裝的焊接相關(guān)作業(yè),。

基本上現(xiàn)在的SMT制程都是一條龍的作業(yè)，也就是把空板(PCB,bare baord)放到SMT產(chǎn)線開始,，到最后板子流出組裝線完成,，都是在同一條產(chǎn)線搞定。

底下的制程簡單介紹從空板載入到板子組裝完成,，還有品質(zhì)保證的后制程：

01.空板載入(Bare BoardLoading)

電路板的組裝第一步就是把空板子(bare board)排列整齊,，然后放到料架(magazine)上面，機(jī)器就會(huì)自動(dòng)的一片一片的把板子送進(jìn)SMT的流水生產(chǎn)線,。

底下的制程簡單介紹從空板載入到板子組裝完成,，還有品質(zhì)保證的后制程：

02.印刷錫膏(Solder paste printing)

印刷電路板(Printed Circuit Board)進(jìn)入SMT產(chǎn)線的第一步要先印刷錫膏(solder paste)，說真的這有點(diǎn)像女生在臉上涂抹面膜,，這里會(huì)把錫膏印刷在PCB需要焊接零件的焊墊上面,，這些錫膏在后面經(jīng)過高溫的回焊爐的時(shí)候會(huì)融化并與把電子零件焊接在電路板上面。

另外,，新產(chǎn)品試機(jī)的時(shí)候有些人會(huì)使用膠膜板/膠紙板來代替錫膏,，可以增加SMT調(diào)機(jī)的效率與浪費(fèi)。

03.錫膏檢查機(jī)(solder paste inspector)

由于錫膏印刷好壞關(guān)系到后面零件焊接的好壞,，所以有些SMT工廠為求品質(zhì)穩(wěn)定,，會(huì)先在錫膏印刷之后就用光學(xué)儀器檢查錫膏印刷的好壞，如果有印刷不良的板子就打掉,，洗掉上面的錫膏在重新印刷,，或是采用修理的方式移除多余的錫膏。

04.快速打件機(jī) (Pick and Place speed machine)

這里會(huì)先把一些體積較小的電子零件(如小電阻、電容,、電感)打在電路板上,，這些零件會(huì)稍微被剛剛印刷于電路板上的錫膏黏住，所以既使打件的速度快,，快到幾乎像是打機(jī)關(guān)槍一樣,，板子上面的零件也還不至于會(huì)飛散，但大型零件就不適宜用在快速機(jī)里面了,，一來會(huì)拖累原本打得飛快的小零件速度,，二來怕零件會(huì)因?yàn)榘遄涌焖僖苿?dòng)而偏移原來的位置。

05.泛用型打件機(jī) (Pick and Place generalmachine)

一般傳統(tǒng)的打件/貼件機(jī)(pick and place machine)都是使用吸力的原理來搬移電子零件,，所以這些電子零件的最上面一定都要留有一個(gè)平面給打件機(jī)的吸嘴來吸取零件之用,，可是有些電子零件就是無法有平面留給這些機(jī)器，這時(shí)候就需要訂制特殊吸嘴給這些異形零件,，或是在零件上加貼一層平面的膠帶,，或是戴上有平面的帽蓋,。

06.手?jǐn)[零件或目視檢查 (hand place component or visual inspection)

當(dāng)所有的零件都打上電路板要過高溫回焊爐(reflow)以前,，通常會(huì)設(shè)置一個(gè)檢查點(diǎn)，用來挑出打件偏移或掉件…等等的缺點(diǎn),，因?yàn)檫^了高溫爐后如果還發(fā)現(xiàn)有問題就必須要?jiǎng)拥嚼予F(iron),，這會(huì)影響的產(chǎn)品的品質(zhì)，也會(huì)有額外的花費(fèi),；另外一些較大的電子零件或是DIP的傳統(tǒng)零件或是某些特殊原因,，無法經(jīng)由打件/貼件機(jī)來操作的零件，也會(huì)在這里用人工的方式手?jǐn)[零件,。

另外,，有些手機(jī)板的SMT會(huì)在回焊爐前也設(shè)計(jì)一道AOI，用來確認(rèn)回焊前的品質(zhì),，有些時(shí)候是因?yàn)榱慵�的上面�?huì)打上屏蔽框,，會(huì)造成回焊爐后無法使用AOI來檢查焊錫性。

07.回焊 (Reflow)

回焊(reflow)的目的是將錫膏熔融并形成非金屬共化物(IMC)于零件腳與電路板,，也就是焊接電子零件于電路板之上,，其溫度的上升與下降的曲線(temperatureprofile)往往影響到整個(gè)電路板焊接的品質(zhì)，根據(jù)焊錫的特性,，一般的回焊爐會(huì)設(shè)定預(yù)熱區(qū),、浸潤區(qū)、回焊區(qū),、冷卻區(qū)來達(dá)到最佳的焊錫效果,。

以目前無鉛制程的SAC305錫膏，其融點(diǎn)大約為217℃左右，也就是說回焊爐的溫度至少要高于這個(gè)溫度才能重新熔融錫膏,，另外回焊爐中的最高溫度最好不要超過250℃,，否則會(huì)有很多零件因?yàn)闆]有辦法承受那么高的溫度而變形或融化。

基本上電路板經(jīng)過回焊爐以后,，整個(gè)電路板的組裝就算完成了,，如果還有手焊零件例外，剩下的就是檢查及測試電路板有沒有缺損或功能不良的問題而已,。

08.光學(xué)檢查銲錫性 (AOI, Auto OpticalInspection)

并不一定每條SMT的產(chǎn)線都有光學(xué)檢查機(jī)(AOI),，設(shè)置AOI的目的是因?yàn)橛行┟芏忍�高的電路板無法進(jìn)行后續(xù)的開短路電子測試(ICT)，所以用AOI來取代,，但由于AOI為光學(xué)判讀有其盲點(diǎn),，比如說零件底下的焊錫就無法判斷，目前僅能檢查零件有否墓碑(tombstone)或側(cè)立,、缺件,、位移、極性方向,、錫橋,、空焊等，但無法判斷假焊,、BGA焊性,、電阻值、電容值,、電感值等零件品質(zhì),，所以到目前為止還沒辦法完全取代ICT。

所以如果僅使用AOI來取代ICT,，在品質(zhì)上仍有部份風(fēng)險(xiǎn),，但I(xiàn)CT也不是百分之百，只能說互相彌補(bǔ)測試涵蓋率,，希望作到100%,，所以自己要做個(gè)取舍(trade-off)。

09.收板(unloading)

板子組裝完成后會(huì)在收回到料架(magazine)上,，這些料架已經(jīng)被設(shè)計(jì)成可以讓SMT機(jī)臺(tái)自動(dòng)取放板子而不會(huì)影響到其品質(zhì),。

10.成品目檢 (VisualInspection)

不論有沒有設(shè)立AOI站別，一般的SMT線都還是會(huì)設(shè)立電路板目視檢查區(qū),，目的在檢查電路板組裝完成后有否任何的不良,，如果有AOI站別者則可以減少目檢人員的數(shù)量，因?yàn)檫�是要檢查一些AOI無法判讀到的地方,，或檢查AOI打下來的不良,。

很多的工廠會(huì)在這一站提供目視重點(diǎn)檢查模板(inspection template),，方便目檢人員檢驗(yàn)一些重點(diǎn)零件與零件極性。

11.零件后復(fù) (Touchup)

如果有些零件沒有辦法用SMT來打件,，就需要后復(fù)(touch-up)手焊零件,，這通常會(huì)放在成品檢查之后，以區(qū)別缺點(diǎn)是來自SMT還是其后段制程,。

后復(fù)零件時(shí)要使用烙鐵(iron)及錫絲(solderwire),，焊接時(shí)將維持于一定高溫的烙鐵接觸到欲焊錫的零件腳，直至溫度升高到足以融化錫絲的溫度,，然后加入錫絲融化,，待錫絲冷卻后就會(huì)把零件焊接在電路板上。

手焊零件時(shí)會(huì)有一些煙霧產(chǎn)生,，這些煙霧會(huì)包含許多重金屬,，所以操作區(qū)域一定要設(shè)立煙霧排出設(shè)備，盡量不要讓操作員吸入這些有害煙霧,。

需要提醒的,，有些零件后復(fù)會(huì)因制程的需求而安排在更后段的制程。

12.電路板開路/短路測試 (ICT, In-Circuit Test)

ICT設(shè)置的目的最主要在測試電路板上零件及電路有否開路及短路,，它另外也可以量測大部分零件的基本特性,,，如電阻、電容,、電感值,，以判斷這些零件經(jīng)過高溫回焊爐之后功能有否損壞,、錯(cuò)件,、缺件…等。

電路測試機(jī)臺(tái)又分為高級(jí)及初階機(jī)臺(tái),，初階的測試機(jī)臺(tái)我們一般稱之為MDA(ManufacturingDefect Analyzer),，其功能就是上面講的電子零件的基本特性量測及開短路判斷。

高階的測試機(jī)臺(tái)除了包含初階機(jī)種的所有功能之外,，還可以送電到待測板,，并啟動(dòng)待測板并執(zhí)行測試程式，好處是可以模擬電路板在實(shí)際開機(jī)情況下的功能測試,，可以一部分取代后面的功能測試機(jī)臺(tái)(FunctionTest),。但一臺(tái)這種高階測試機(jī)臺(tái)的測試治具大概可以買一部私家轎車，比起一臺(tái)初階的測試治具要高上15~25倍,，所以一般運(yùn)用在大量產(chǎn)的產(chǎn)品上面比較適合,。

13.電路板功能測試 (Function test)

功能測試是為了彌補(bǔ) ICT 的不足，因?yàn)?/font> ICT 僅測試電路板上面的開短路,，其他如 BGA及產(chǎn)品的功能并沒有被測試到,，所以需要使用功能測試機(jī)臺(tái)來測試電路板上的所有功能,。

14.裁板 (assembly board de-panel)

一般的電路板都會(huì)進(jìn)行拼板(Panelization)，以增加SMT生產(chǎn)的效率,，通常會(huì)有所謂「幾合一」的板子,，比如說二合一(2in 1)、四合一(4in 1)…等,。等到所有的組裝作業(yè)都完成以后,，還要再把它裁切(de-panel)成單板，有些只有單板的電路板也需要裁去一些多余的板邊(break-away),。

裁切電路板的方法有幾種,，可以設(shè)計(jì)V型槽(V-cut)使用刀片裁板機(jī)(Scoring)或直接手動(dòng)折板(不建議)，比較精密的電路板會(huì)使用路徑分板切割機(jī)(Router),，比較不會(huì)傷害到電子零件與電路板,，但費(fèi)用及工時(shí)比較長。

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看前方

確實(shí),，波峰焊極有可能在未來幾年或幾十年內(nèi)被淘汰掉,。目前接觸到的治具，一塊500*500的大板,，甚至只有一到兩個(gè)料需要過波峰,，相信再經(jīng)過幾代更新，僅剩的這一兩個(gè)料也會(huì)被SMT料代替,。

熱青茶

去年到深圳,，參觀過一次，印象深刻,。但這篇文章的介紹讓我更加深印象,。