论SMT生产中的常见问题及解决办法

王文丰

(山西省电子工业科学研究所有限公司，山西 太原 030006)

1 SMT生产工艺

SMT生产主要由印刷、贴装、焊接三大部分组成，基于回流焊接技术发展而来，通过融化预先印刷在PCB焊盘上的锡膏，实现表面组装元器件焊端或引脚与PCB焊盘之间机械和电器连接的一种软钎焊接工艺。印刷是将适量的锡膏均匀的施加在PCB的焊盘上，以保证贴片元器件与PCB相对应的焊盘在回流焊接时，达到良好的电器连接，并具有足够的机械强度。锡膏通过各焊盘在钢网上对应的开孔，在刮刀的作用下将锡均匀的涂覆在各焊盘上；贴装是用贴片机将片式元器件准确的贴装到印好锡膏或贴片胶的PCB表面相应的位置；回流焊是英文Reflow Soldring的直译，是通过熔化电路板焊盘上的锡膏，实现表面组装元器件焊端与PCB焊盘之间机械与电气连接，形成电气回路。

现代的全自动SMT生产线由送板设备、印刷设备、锡膏检测设备、分拣设备、贴片设备、回流焊、AOI、下板设备等部分组成，是一个有机的整体，任何一个小问题都会导致整条SMT生产线产品质量。所以SMT生产中任何问题都不容忽视，合理处理SMT生产中的常见问题才能提高产品质量，优化生产效率，减少浪费。

2 抛料问题

SMT生产线的核心是贴片机，因元器件的价格较高，抛料会造成严重的材料浪费，极大的增加生产成本。

西门子贴片机通过内置的摄像机拍照对比确定元器件的品质。在西门子贴片机的生产中元器件形状的制作是解决抛料问题的第一关键。元件形状的制作必须准确无误，可以适当地增加元件形状公差值，光照的选择也是重中之重。西门子贴片机采用真空吸取的方式取料，吸嘴的选择，取料位置的选择是第二个关键。吸嘴的真空位置，形状和大小以取料位置最大面积为宜，但吸嘴的外径不能超出料槽。西门子贴片机的装料、接料与进料间距都是操作人员人工设定，操作不当是造成抛料的另一个关键问题，必须严格规范员工的操作步骤，定期培训。

3 设备的保养维护

西门子贴片机以高速、稳定的强大特性赢得了电子行业一致认同的同时，“娇贵”也是其令人诟病的另一大特性，其内部有大量的光学镜头，所以对生产环境有严格的要求，温度以24 ℃为最佳，湿度以55%为最佳，工作环境空气清洁度最好达10 W级(BGJ73-84)。如果贴片机工作环境多灰尘，会对于微小元件，如0201和01005以及细间距(0.3 mm)元件的贴装和焊接产生质量影响，同时也会加大设备磨损程度，甚至有可能导致设备故障，增加设备维护及维修工作量。西门子贴片机的保养维护工作非常重要，分日常保养、月度保养、季度保养与年度保养，定期的保养才能让设备更有效更长久的工作。

4 SMT生产线的生产速度

西门子贴片机D1理论贴片速度是20 000 cph，D2的理论贴片速度是40 500 cph，SMT生产线上装配一台西门子D1加一台西门子D2，那么理论贴片速度是60 500 cph，但是在实际生产中我们远远达不到这个速度，甚至连它一半理论速度都达不到，这里面除了有元器件形状、大小、重量的原因需要主动降速，另一个主要原因就是两台贴片机互相之间的平衡，还有D2中两个取料位之间的平衡问题。在编写贴装程序时，同类型元件要尽量排列在一起，可以减少贴装头拾取元件时更换吸嘴的次数，节省贴装时间。贴装数量较多的供料器应安放在靠近印制板的料站上。在一个贴片循环过程中，尽量只从正面或后面的料站上取料，以减少贴装头移动距离。在每个拾放循环过程中，要使贴装头满负荷。在进行站位分配和设备优化时可使用优化软件，优化软件包括设备的优化程序和生产线平衡软件。设备的优化程序主要是针对贴装程序和供料器的配置进行优化。优化程序会对贴装头的运动路径和供料器的配置情况进行优化，尽量减少贴装头的移动路程，从而节省贴装时间。生产线平衡软件是对整个生产线进行优化的有效工具，优化软件采用一定的优化算法，目前的优化软件已经具备一定的智能化，可以既快又好地完成优化过程。

SMT生产线另一个影响生产速度的因素就是原材料采购中，因为种种原因，没有采购贴片机可以吸取的元件，比如散料，无吸取位置的异性料，这种情况只能选择手动贴装，而手动贴装的速度远远没有贴片机自动贴装的速度快，需要手动贴装的器件越多，则整条SMT生产线的生产速度越慢。

整条SMT生产线的生产速度取决于生产线中最慢的一台自动化设备，而最慢的自动化设备一般都是贴片机，这时我们还可以通过增加贴片机来提高整条SMT生产线的生产速度，同时还可以充分利用其它设备过剩的生产能力。

5 产品质量

产品质量是企业的生命，SMT生产线的产品只有PCB电路板，在贴片生产中出现的不良品有缺件、缺锡、错位、连锡、错件、极性错误等，解决这些问题就要从整个SMT生产线的每一个步骤做起。

印刷机负责PCB板锡膏的印刷，首先是刮刀的类型与硬度，然后是刮刀的角度，在印刷的时候，一定要保证刮刀和FPC之间的间隔，一般这个夹角的数值在60到75之间，夹角过大或者过小都会影响最终印刷的效果，在进行印刷操作时，速度不要太快，否则很有可能造成有些地方没有被印到，相反，速度太慢的话，会让印刷不均匀。一般来说，印刷的速度坚持在10 mm/s～25 mm/s这个范围之内为最佳，这样就可以完成印刷的最佳化。一般来说，范围最好设定为0.1 kg/cm～0.3kg/cm。太小的印刷压力会使FPC上锡膏缺失，而太大的压力会使焊锡膏印得太薄，增加了焊锡膏污染金属漏板和FPC表面的可能性。

贴片机负责在锡膏印刷完成的PCB板上贴装元器件，贴装位置的准确严重影响产品质量。贴片机贴装精度包含三个项目：贴装精度、分辨率、重复精度。贴装精度表示元器件相对于PCB上标定位置的贴装偏差大小，被定义为贴装元器件端子偏离标定位置最大值的综合位置误差。影响贴装精度的因素主要有两种，即平移误差和旋转误差。贴装SMC要求精度达到±0.01 mm，贴装高密度、窄间距的SMD要求精度至少达到±0.06 mm。分辨率描述贴片机分辨空间连续点的能力。还可以简单地描述为是机器运行的最小增量的一种度量，在衡量机器本身的运动精度时，它是重要的性能指标。重复精度是描述贴装工具重复地返回标定点的能力。在给重复精度下定义时，常采用双向重复精度这个概念，一般定义为：在一系列试验中，从两个方向接近任何给定点时离开平均值的偏差。总的来讲，元器件尽量贴装在元件框正中心，IC元件与密脚芯片所有管脚必须对称贴装在焊盘中心，无错位，无旋转，元件与PCB板贴合面平整，无起翘。

回流焊是SMT贴装工艺中主要工艺中的一种。回流焊主要是用来焊接已经贴装好元件的线路板，靠加热把锡膏融化，使贴片元件与线路板焊盘融合焊接在一起，然后再通过回流焊的冷却把锡膏冷却使元件和焊盘固化在一起。当PCB进入升温区时，焊膏中的溶剂、气体蒸发掉，同时，焊膏中的助焊剂润湿焊盘、元器件端头和引脚，焊膏软化、塌落、覆盖了焊盘，将焊盘、元器件引脚与氧气隔离。PCB进入保温区时，使PCB和元器件得到充分的预热，以防PCB突然进入焊接高温区而损坏PCB和元器件。当PCB进入焊接区时，温度迅速上升使焊膏达到熔化状态，液态焊锡对PCB的焊盘、元器件端头和引脚润湿、扩散、漫流或回流混合形成焊锡接点。最后进入冷却区，使焊点凝固，此时完成了回流焊。我们可以看出，回流焊的焊接工艺主要分预升温、保温、焊接、固化这四个步骤，四个步骤的温度各有要求，这样我们就必须设置合理的回流焊温度曲线。并且因为设备运行时的高温，可能会对回流焊各部分的炉温造成误差，所以还要定时对实际炉温经行检测。

6 结语

随着电子行业的发展，高精度、高集成、小体积成为未来PCB技术的趋势，SMT表面贴装技术组装密度高、电子产品体积小、重量轻，可靠性高、抗振能力强，高频特性好等特点，使其成为电子行业的主流，更好的使用SMT生产才能有效降低成本，提高生产效率。