smt贴片加工电路板生产工艺流程及操作步骤
SMT贴片加工电路板生产流程主要分为六大步骤:首先进行焊膏印刷,通过全自动丝印机将锡膏精准涂覆在PCB焊盘上;其次采用高速贴片机将元器件贴装至对应位置,借助视觉定位系统确保精度±0.03mm;随后进行回流焊接,通过温控曲线使焊膏熔融形成可靠焊点,峰值温度需控制在230-250℃。下面是smt贴片加工电路板生产工艺流程及操作步骤的详细解说。
smt贴片加工电路板生产工艺流程图
一、SMT贴片加工
SMT即表面贴装技术,是一种将无引脚或短引脚的表面组装元器件(SMC/SMD)直接贴装在印制电路板(PCB)表面,并通过回流焊等工艺实现电气连接和机械固定的先进电子组装技术。与传统的通孔插装技术相比,SMT贴片加工具有显著优势。
首先,SMT贴片加工能够极大地提高电子产品的组装密度。由于片状元器件体积小、重量轻,使得PCB板上能够容纳更多的功能模块,从而实现产品的小型化和轻量化,如一部智能手机的主板在有限的空间内集成了大量的芯片、电阻、电容等元器件,正是SMT贴片加工技术让这一切成为可能。
其次,SMT贴片加工的生产效率高,自动化程度强。通过高精度的自动化设备,如贴片机、回流焊炉等,可以快速、准确地完成大量元器件的贴装和焊接工作,大大缩短了产品的生产周期,降低了生产成本。
此外,SMT贴片加工还具有良好的电气性能和可靠性。由于元器件直接贴装在PCB表面,减少了引脚长度和布线距离,降低了信号传输的损耗和干扰,提高了产品的高频性能和稳定性,同时SMT贴片加工的焊点质量更高,能够有效减少焊点缺陷,提高产品的抗振能力和可靠性。
二、SMT贴片加工电路板生产工艺流程
1)准备工作
在正式开展SMT贴片加工之前,充分的工艺准备是确保生产顺利进行的基础。首先是生产文件的准备,这包括PCB设计文件、BOM(物料清单)表、工艺流程图等。PCB设计文件详细规定了电路板的布局、焊盘尺寸、布线规则等,是生产的核心依据;BOM表则明确列出了所需的各类元器件信息,如型号、规格、数量等。这些文件的准确性直接影响到后续生产的质量和效率。
1. PCB板准备
1.1 设计:在进行SMT贴片加工之前,首先需要根据产品的功能需求和电气性能要求设计PCB板。优秀的PCB设计应考虑到元器件的布局、布线的合理性、信号完整性以及可制造性等因素。设计完成后,将PCB设计文件(如Gerber文件)发送给PCB制造商进行制作。
1.2 检验:从PCB制造商处收到PCB板后,需要进行严格的检验。检查PCB板的外观是否有划伤、变形、短路、开路等缺陷;测量PCB板的尺寸是否符合设计要求;检查PCB板的阻焊层、丝印层是否清晰、完整,焊盘是否平整、无氧化等。只有通过检验的PCB板才能进入下一工序。
2. 元器件准备
2.1 采购:根据产品的BOM(物料清单)采购所需的电子元器件。在采购过程中,要选择正规的供应商,确保元器件的质量可靠、性能稳定,同时要注意元器件的封装形式、规格参数等是否与设计要求一致。
2.2 检验:对采购回来的元器件进行全面检验。对于电阻、电容、电感等无源元器件,主要检查其外观是否有破损、引脚是否氧化、变形等,同时使用万用表等工具测量其电气性能是否符合规格要求。对于集成电路(IC)等有源元器件,除了外观检查外,还需要进行功能测试,以确保其功能正常,此外对于一些高精度、高可靠性要求的元器件,还可能需要进行抽样检测或全检。
2.3 存储:将检验合格的元器件按照不同的类别、规格进行分类存储。存储环境应保持干燥、通风,避免元器件受潮、氧化或受到静电等因素的影响。对于一些对温度、湿度敏感的元器件,还需要存放在特定的环境条件下。
3. 设备准备
3.1 贴片机:贴片机是SMT贴片加工的核心设备,其精度和速度直接影响到贴片的质量和效率。在使用贴片机之前,需要根据PCB板的设计文件和元器件的规格参数对贴片机进行编程设置,包括元器件的拾取位置、贴装位置、贴装角度、贴装压力等参数,同时要对贴片机的机械部件、光学系统、电气系统等进行检查和维护,确保设备处于良好的工作状态。
3.2 锡膏印刷机:锡膏印刷机用于将锡膏均匀地印刷在PCB板的焊盘上,是SMT贴片加工的重要工序之一。在使用锡膏印刷机之前,需要根据PCB板的尺寸和焊盘布局选择合适的钢网,并将钢网安装在锡膏印刷机上,同时要对锡膏印刷机的刮刀、印刷平台等部件进行清洁和调试,确保锡膏印刷的厚度、均匀性和位置精度符合要求。
3.3 回流焊炉:回流焊炉用于将贴装在PCB板上的元器件通过加热使锡膏熔化,从而实现元器件与PCB板的焊接。在使用回流焊炉之前,需要根据元器件的特性和锡膏的熔点设置合适的温度曲线,包括预热区、升温区、回流区和冷却区的温度和时间等参数,同时要对回流焊炉的加热系统、传送系统、冷却系统等进行检查和维护,确保设备能够稳定地运行。
3.4 其他设备:除了上述主要设备外,还需要准备一些辅助设备,如SPI(锡膏测厚仪)、AOI(自动光学检测仪)、X-Ray检测仪等。SPI用于检测锡膏印刷的厚度和质量,AOI用于检测贴片后的元器件的贴装位置、极性等是否正确,X-Ray检测仪用于检测BGA等封装形式的元器件的内部焊接质量。在使用这些设备之前,同样需要进行调试和校准,确保其检测结果的准确性。
同时还需要对生产设备进行调试和校准。SMT贴片加工设备包括锡膏印刷机、贴片机、回流焊炉等,不同设备的性能参数需要根据生产要求进行精确调整,如锡膏印刷机的刮刀压力、印刷速度,贴片机的吸嘴型号、贴装精度等,都要经过反复调试,确保设备处于樶佳工作状态,此外还需对生产环境进行控制,保持车间的温度、湿度、洁净度等指标符合工艺要求,一般温度控制在23±3℃,湿度控制在45%-65%RH,以减少环境因素对元器件和焊接质量的影响。
2)锡膏印刷
锡膏印刷是SMT贴片加工的第壹步,它的作用是将锡膏准确地涂覆在PCB焊盘上,为后续元器件的焊接提供焊料。在进行锡膏印刷前,需要先准备好锡膏和钢网。锡膏是由合金焊料粉末、助焊剂和添加剂等组成的膏状混合物,其质量直接影响焊接效果,要根据元器件的类型和工艺要求选择合适的锡膏型号。钢网则是锡膏印刷的模具,其开口尺寸和形状与PCB焊盘相对应,钢网的精度决定了锡膏印刷的质量。
2.1. 钢网制作
钢网是锡膏印刷的关键工具,其制作质量直接影响到锡膏印刷的精度和质量。钢网通常采用不锈钢材料制作,通过激光切割或电铸等工艺加工而成。在制作钢网时,需要根据PCB板的焊盘设计文件,精确地制作出与焊盘一一对应的镂空图形。钢网的厚度和开口尺寸需要根据元器件的封装形式和锡膏的特性进行选择,一般来说,对于小型元器件,钢网的厚度可以选择较薄,开口尺寸可以较小;对于大型元器件或引脚间距较大的元器件,钢网的厚度可以选择较厚,开口尺寸可以较大。
2.2. 锡膏选择与准备
锡膏是由锡粉、助焊剂和其他添加剂混合而成的膏状材料,其质量对焊接质量有着重要影响。在选择锡膏时,需要根据产品的要求、元器件的类型和焊接工艺等因素综合考虑,一般应选择锡粉颗粒均匀、纯度高、助焊剂性能良好的锡膏,同时要注意锡膏的保质期和存储条件,避免使用过期或变质的锡膏。
在使用锡膏之前,需要将锡膏从冰箱中取出,放置在室温下回温一段时间,使其温度与环境温度一致。然后将锡膏搅拌均匀,以确保锡膏的流动性和均匀性。搅拌时间一般为3-5分钟,可以使用专门的锡膏搅拌机进行搅拌,也可以手动搅拌,但要注意搅拌的力度和方向,避免产生气泡。
2.3. 锡膏印刷操作
将准备好的钢网安装在锡膏印刷机上,并将PCB板放置在印刷平台上,通过定位装置将PCB板准确地定位在钢网下方。然后,在钢网上均匀地涂抹一层锡膏,使用刮刀以一定的速度和压力将锡膏通过钢网的镂空图形印刷到PCB板的焊盘上。在印刷过程中,要注意控制刮刀的速度、压力和角度,确保锡膏印刷的厚度均匀、位置准确,无少锡、多锡、拉尖、偏移等缺陷。
印刷完成后,需要对印刷质量进行检查。可以使用SPI等设备对锡膏印刷的厚度进行测量,确保其符合工艺要求,同时通过目视检查锡膏的印刷位置、形状是否正确,是否有漏印、连锡等缺陷。对于不合格的印刷品,需要及时进行清洗和重新印刷。
具体操作时先将PCB固定在印刷机的工作台上,确保其位置准确无误。然后将钢网安装到印刷机上,并与PCB精确对位,这一步可通过印刷机的视觉对位系统来完成,保证钢网开口与PCB焊盘完全重合。接着,在钢网上方均匀涂抹适量的锡膏,启动印刷机,刮刀以一定的压力和速度在钢网上移动,将锡膏通过钢网开口挤压到PCB焊盘上。印刷完成后,要对PCB进行检查,观察锡膏的印刷质量,包括锡膏的量是否均匀、是否有少印、多印、连锡等现象。若发现问题,需及时调整印刷参数或清洁钢网,确保印刷质量达标。
3)元器件贴装
完成锡膏印刷后,接下来进入元器件贴装环节,这是SMT贴片加工中技术含量较高的一步,直接关系到电路板的组装精度和性能。贴装前,操作人员要根据BOM表和站位表,将所需的元器件准确无误地安装到贴片机的供料器上。供料器的类型有多种,常见的有带式供料器、盘式供料器、散装供料器等,不同类型的元器件要选择相应的供料器。
3.1. 贴片机编程
贴片机编程是实现元器件自动贴装的关键步骤。在编程之前,需要将PCB板的设计文件(如Gerber文件)和元器件的坐标文件(如Centroid文件)导入到贴片机的控制系统中,然后根据元器件的封装形式、尺寸、引脚数量等参数,在贴片机的编程软件中设置元器件的拾取位置、贴装位置、贴装角度、贴装压力等参数,同时要对贴片机的吸嘴进行选择和配置,确保吸嘴能够准确地拾取和贴装不同类型的元器件。
编程完成后,需要进行模拟运行和调试,检查贴片机的运行轨迹是否正确,元器件的贴装位置是否准确。在调试过程中,可以根据实际情况对编程参数进行调整和优化,以确保贴片机能够高效、准确地完成元器件的贴装工作。
3.2. 元器件供料
将经过检验和准备的元器件放置在贴片机的供料器上。供料器的类型有多种,常见的有带式供料器、管式供料器和盘式供料器等。不同类型的元器件需要使用相应的供料器进行供料。在安装供料器时,要确保供料器的安装位置准确,与贴片机的拾取头能够良好配合,同时要注意供料器中元器件的数量和排列方向,避免出现缺料或元器件方向错误的情况。
3.3. 贴装过程
启动贴片机,贴片机的拾取头按照预先设定的程序从供料器中拾取元器件,并通过视觉系统对元器件的位置和方向进行识别和校正。然后,拾取头将元器件精确地贴装到PCB板的指定位置上。在贴装过程中,要注意控制贴片机的速度和精度,确保元器件的贴装位置准确、方向正确,避免出现偏移、歪斜、立碑等缺陷。
贴片机通过吸嘴从供料器上吸取元器件,并利用视觉识别系统对元器件的位置、方向进行检测和校正,确保元器件能够准确地贴装到PCB焊盘上。在贴装过程中,贴片机的贴装头会按照程序设定的路径和坐标,依次将元器件贴装到指定位置。对于一些高精度的元器件,如QFP、BGA等,贴片机还会采用激光定位或光学检测等技术,进一步提高贴装精度。贴装完成后,同样需要对电路板进行检查,查看元器件是否有贴错、贴偏、漏贴等情况,若发现问题要及时进行修正。
对于一些微小的元器件,如0201、01005等封装的元器件,由于其尺寸非常小,对贴片机的精度和稳定性要求更高。在贴装这些元器件时,需要使用高精度的吸嘴和先进的视觉系统,同时要严格控制贴片机的工作环境,如温度、湿度等,以保证贴装质量。
4)回流焊接工艺要点
4.1. 回流焊原理
回流焊是利用外部热源将贴装在PCB板上的锡膏加热熔化,使元器件的引脚与PCB板的焊盘之间形成可靠的焊接连接。回流焊的过程一般分为预热、升温、回流和冷却四个阶段。在预热阶段,PCB板和元器件逐渐升温,使锡膏中的溶剂挥发,避免在回流过程中产生气泡;在升温阶段,温度快速上升,使锡膏中的助焊剂开始活化,去除元器件引脚和焊盘表面的氧化物;在回流阶段,温度达到锡膏的熔点,锡膏熔化并润湿元器件引脚和焊盘,形成良好的焊接连接;在冷却阶段,温度迅速下降,使焊点凝固,提高焊接强度。
回流焊接是将贴装好元器件的PCB通过回流焊炉,使锡膏熔化并与元器件、PCB焊盘形成牢固的焊点,完成焊接过程。回流焊炉一般由预热区、恒温区、回流区和冷却区四个温区组成,每个温区的温度和时间都有严格的要求,需要根据锡膏的特性和元器件的耐热性进行合理设置。
4.2. 温度曲线设置
温度曲线是回流焊过程中温度随时间变化的曲线,它是影响焊接质量的关键因素之一。不同类型的元器件和锡膏需要不同的温度曲线,因此在进行回流焊接之前,需要根据元器件的特性、锡膏的熔点和焊接工艺要求等因素,精确地设置回流焊炉的温度曲线。
一般温度曲线的设置需要考虑以下几个参数:预热区的温度和时间、升温速率、回流区的温度和时间、冷却速率等。预热区的温度一般设置在100-150℃之间,时间为60-120秒,目的是使PCB板和元器件均匀升温,同时让锡膏中的溶剂充分挥发。升温速率一般控制在2-4℃/秒之间,避免温度上升过快导致元器件损坏。回流区的温度一般设置在锡膏熔点以上20-30℃,时间为30-90秒,确保锡膏能够充分熔化并形成良好的焊接连接。冷却速率一般控制在3-6℃/秒之间,使焊点能够快速凝固,提高焊接强度。
smt贴片加工电路板生产工艺流程图
在设置温度曲线时,可以使用温度测试仪对回流焊炉内的温度进行实时监测和记录,根据测试结果对温度曲线进行调整和优化,直到得到满足焊接质量要求的温度曲线。
在预热区,PCB和元器件被缓慢加热,使锡膏中的溶剂挥发,同时让元器件和PCB达到均匀的温度,避免因温度骤变而损坏元器件。进入恒温区后,温度保持相对稳定,使锡膏中的助焊剂充分活化,去除元器件和焊盘表面的氧化物,增强焊接效果。在回流区,温度迅速上升至锡膏的熔点以上,锡膏熔化并润湿元器件引脚和焊盘,形成良好的焊点。樶后在冷却区,焊点快速冷却凝固,完成焊接过程。
4.3. 回流焊接操作
将贴装好元器件的PCB板放置在回流焊炉的传送带上,PCB板随着传送带依次通过回流焊炉的预热区、升温区、回流区和冷却区,完成回流焊接过程。在回流焊接过程中,要注意观察回流焊炉的运行状态,确保温度曲线的稳定性和准确性,同时要定期对回流焊炉进行维护和保养,清洁炉内的灰尘和杂物,检查加热元件、风扇、传送带等部件的工作状态,确保回流焊炉能够正常运行。
在回流焊接过程中,要实时监控炉温曲线,确保实际炉温与设定的曲线相符。可以通过炉温测试仪对不同温区的温度进行测量和记录,并根据测量结果对炉温进行调整,同时还要注意观察焊接后的电路板,检查焊点的质量,如焊点是否饱满、光滑,有无虚焊、桥接等缺陷。若出现焊接不良问题,要分析原因,可能是炉温设置不合理、锡膏质量问题或元器件引脚氧化等,针对具体原因采取相应的解决措施。
5)检测与修复
为保证SMT贴片加工电路板的质量,检测与返修是必不可少的环节。检测主要包括外观检查、在线测试(ICT)、功能测试(FCT)等。外观检查是通过目视或借助放大镜、显微镜等工具,检查电路板上元器件的贴装情况、焊点质量、有无元件损坏等。在线测试则是利用ICT测试仪对电路板上的元器件进行电气性能测试,检测元器件是否存在短路、开路、参数偏差等问题。功能测试是在电路板组装完成后,对其进行功能验证,检查电路板是否能够正常工作。
5.1. 外观检测
回流焊接完成后,首先需要对PCB板进行外观检测。外观检测主要通过目视检查的方式,观察PCB板上的元器件是否有偏移、歪斜、缺件、短路、虚焊等缺陷,同时检查焊点的外观是否光滑、饱满,是否有焊料过多、过少、拉尖等现象。对于一些微小的缺陷,可以使用放大镜或显微镜进行辅助观察。
外观检测是一种简单、直观的检测方法,但对于一些隐藏在元器件内部或焊点下方的缺陷,无法进行有效的检测,因此在实际生产中,还需要结合其他检测手段进行全面检测。
5.2. 自动光学检测(AOI)
AOI是一种基于光学成像原理的自动化检测技术,它能够快速、准确地检测出PCB板上的各种焊接缺陷和元器件贴装缺陷。AOI设备通过摄像头对PCB板进行拍照,然后将拍摄到的图像与预先存储的标准图像进行对比分析,判断PCB板上是否存在缺陷。如果检测到缺陷,AOI设备会自动标记出缺陷的位置和类型,并生成检测报告。
AOI检测具有检测速度快、精度高、重复性好等优点,能够大大提高检测效率和准确性。在SMT贴片加工生产中,AOI检测通常被应用于回流焊接后的质量检测环节,作为外观检测的重要补充手段。
5.3. X射线检测
对于一些采用BGA、CSP等封装形式的元器件,由于其引脚隐藏在元器件内部,无法通过外观检测和AOI检测来检查其焊接质量。此时,需要使用X射线检测技术。X射线检测设备通过发射X射线穿透PCB板和元器件,利用不同物质对X射线吸收程度的差异,在成像板上形成不同灰度的图像。通过对X射线图像的分析,可以检测出BGA等元器件内部的焊点是否存在虚焊、短路、空洞等缺陷。
X射线检测是一种无损检测技术,能够对PCB板上的隐藏焊点进行有效的检测,为保证产品质量提供了重要的技术支持。在一些对产品质量要求较高的领域,如航空航天、医疗电子等,X射线检测被广泛应用于SMT贴片加工的质量检测环节。
5.4. 功能测试
功能测试是对PCB板组装完成后的电子产品进行整体功能验证的测试环节。通过模拟产品的实际工作环境,给PCB板施加相应的电源、信号等输入,检测PCB板输出的信号是否符合设计要求,产品的各项功能是否正常。功能测试可以发现一些在外观检测、AOI检测和X射线检测中无法检测到的功能性缺陷,如电路设计错误、元器件性能不良等。
功能测试的方法和设备根据产品的不同而有所差异,一般需要专门的测试工装和测试软件。在进行功能测试之前,需要制定详细的测试方案和测试规范,确保测试的全面性和准确性。
5.5. 修复
对于在检测过程中发现的缺陷产品,需要进行及时的修复。修复的方法根据缺陷的类型和严重程度而有所不同。对于一些简单的缺陷,如元器件偏移、虚焊等,可以使用烙铁等工具进行手工修复;对于一些较为复杂的缺陷,如BGA等元器件的焊接不良,需要使用专门的返修工作站进行修复。
在修复过程中,要注意操作的规范性和安全性,避免对PCB板和其他元器件造成二次损坏。修复完成后,需要对修复后的产品进行再次检测,确保缺陷已经得到彻底修复,产品质量符合要求。
如果在检测过程中发现问题,就需要进行返修。对于一些简单的问题,如元器件贴偏、虚焊等,可以使用热风枪、烙铁等工具进行手工返修。而对于一些复杂的元器件,如BGA芯片等,则需要使用专业的返修设备,如BGA返修台,按照特定的工艺步骤进行返修。在返修过程中,要注意控制温度和时间,避免对电路板和元器件造成二次损坏。
三、SMT贴片加工的质量控制
在SMT贴片加工过程中,质量控制贯穿于整个生产流程,从原材料的检验到樶终产品的检测,每一个环节都对产品质量有着重要影响。为了确保SMT贴片加工的质量,需要采取一系列的质量控制措施。
1)原材料质量控制
1.1. 供应商管理
选择优质的供应商是确保原材料质量的关键。在选择供应商时,要对供应商的资质、生产能力、质量管理体系等进行全面评估,选择具有良好信誉和稳定产品质量的供应商,同时要与供应商建立长期稳定的合作关系,加强沟通与协作,共同解决原材料质量问题。
1.2. 原材料检验
对采购回来的原材料,包括PCB板、元器件、锡膏等,要进行严格的检验。制定详细的原材料检验标准和检验流程,采用专业的检测设备和工具,对原材料的外观、尺寸、电气性能等进行全面检测。只有通过检验的原材料才能投入生产,从源头上保证产品质量。
2)生产过程质量控制
2.1. 设备维护与保养
SMT贴片加工设备的精度和稳定性对产品质量有着直接影响,因此要建立完善的设备维护与保养制度,定期对设备进行清洁、校准、调试和维护。及时更换设备的易损件,确保设备始终处于良好的工作状态,同时要对设备的运行数据进行记录和分析,通过数据分析及时发现设备潜在的问题,并采取相应的措施进行解决。
2.2. 工艺参数监控
锡膏印刷的厚度需控制在80-150μm范围内,采用SPI(锡膏检测仪)实时监测印刷质量,确保偏移量≤±25μm;贴片工序需监控吸嘴真空值(≥70kPa)及贴装压力(0.5-1.2N),并通过CPK(过程能力指数)评估设备稳定性(目标值≥1.33);回流焊炉需严格遵循温度曲线设定,峰值温度误差需≤±3℃,液相线以上时间控制在60-90秒,防止虚焊或元器件热损伤。
2.3. 首件检验与过程抽检
每批次生产前执行首件全检,使用高倍显微镜(40-100倍)和LCR表验证焊点形貌及元件参数。生产过程中每小时随机抽取5-10块板进行SPC(统计过程控制)分析,重点监测焊膏扩散率、元件偏移量等关键指标,异常数据触发自动报警停机机制。
3)成品质量验证体系
3.1. 自动化光学检测(AOI)
采用多光谱成像技术(3D AOI)检测焊点完整性,可识别少锡、连锡、立碑等缺陷,检测精度达15μm,误报率低于2%。针对BGA、QFN等隐藏焊点,启用X射线检测仪(分辨率2μm)进行三维断层扫描。
3.2. 功能测试与可靠性验证
通过ICT测试(针床覆盖率≥95%)验证电路通断,配合FCT功能测试模拟实际工作环境。对军工、医疗类产品还需执行HALT高加速寿命试验,包括-40℃~125℃温度循环、85%湿度老化等极偳环境测试,确保MTBF(平均无故障时间)达标。
4)质量追溯与持续改进
4.1. 全流程数据追溯
基于MES系统记录每块PCB的物料批次、设备参数、操作人员及检测结果,生成唯壹追溯码(二维码/DPM码),数据保存期限≥10年,实现质量问题分钟级反向追踪。
4.2. 闭环改善机制
建立8D报告制度对异常问题闭环管理,运用PDCA循环优化工艺。每月召开质量会议分析TOP3不良类型,如针对虚焊问题可优化钢网开孔率(建议增加5-8%),针对立碑缺陷调整回流焊升温斜率(控制在1.5-2℃/秒)。
百千成公司深耕SMT贴片加工领域多年,拥有先进的生产设备、专业的技术团队和完善的质量管理体系,能够为深圳地区客户提供高效、精准的贴片加工服务。
smt贴片加工电路板生产工艺流程图
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