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(guò)所謂的【錫膏(solder paste)】來(lái)將電子零件黏貼焊接于印刷電路板之上，這個(gè)焊接的過(guò)程可以使用表面貼焊(SMT，SurfaceMount Technology)或波峰焊(Wavesoldering)的焊接技術(shù)來(lái)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(wú)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(jiǎn)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(jiǎn)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(shuō)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(guò)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(lái)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(lái)會(huì)拖累原本打得飛快的小零件速度，二來(lái)怕零件會(huì)因?yàn)榘遄涌焖僖苿?dòng)而偏移原來(lái)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(lái)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(lái)吸取零件之用，可是有些電子零件就是無(wú)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(guò)高溫回焊爐(reflow)以前，通常會(huì)設(shè)置一個(gè)檢查點(diǎn)，用來(lái)挑出打件偏移或掉件…等等的缺點(diǎn)，因?yàn)檫^(guò)了高溫爐后如果還發(fā)現(xiàn)有問(wèn)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(wú)法經(jīng)由打件/貼件機(jī)來(lái)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(lái)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(wú)法使用AOI來(lái)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(rùn)區(qū)、回焊區(qū)、冷卻區(qū)來(lái)達(dá)到最佳的焊錫效果。

以目前無(wú)鉛制程的SAC305錫膏，其融點(diǎn)大約為217℃左右，也就是說(shuō)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(guò)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(guò)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(cè)試電路板有沒有缺損或功能不良的問(wèn)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(wú)法進(jìn)行后續(xù)的開短路電子測(cè)試(ICT)，所以用AOI來(lái)取代，但由于AOI為光學(xué)判讀有其盲點(diǎn)，比如說(shuō)零件底下的焊錫就無(wú)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(wú)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(lái)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(shuō)互相彌補(bǔ)測(cè)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(wú)法判讀到的地方，或檢查AOI打下來(lái)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(lái)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(lái)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(cè)試 (ICT, In-Circuit Test)

ICT設(shè)置的目的最主要在測(cè)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(cè)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(guò)高溫回焊爐之后功能有否損壞、錯(cuò)件、缺件…等。

電路測(cè)試機(jī)臺(tái)又分為高級(jí)及初階機(jī)臺(tái)，初階的測(cè)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(cè)及開短路判斷。

高階的測(cè)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(cè)板，并啟動(dòng)待測(cè)板并執(zhí)行測(cè)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(cè)試，可以一部分取代后面的功能測(cè)試機(jī)臺(tái)(FunctionTest)。但一臺(tái)這種高階測(cè)試機(jī)臺(tái)的測(cè)試治具大概可以買一部私家轎車，比起一臺(tái)初階的測(cè)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(cè)試 (Function test)

功能測(cè)試是為了彌補(bǔ) ICT 的不足，因?yàn)?/font> ICT 僅測(cè)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(cè)試到，所以需要使用功能測(cè)試機(jī)臺(tái)來(lái)測(cè)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(shuō)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(zhǎng)。

看前方

確實(shí)，波峰焊極有可能在未來(lái)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(guò)波峰，相信再經(jīng)過(guò)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(guò)一次，印象深刻。但這篇文章的介紹讓我更加深印象。