探討電子元器件表面組裝工藝質(zhì)量改進(jìn)及應(yīng)用

郭寧

（航空工業(yè)慶安集團(tuán)有限公司，陜西西安，710077）

0 引言

表面組裝技術(shù)（SurfaceMountedTechnology，簡稱SMT）憑借自身的優(yōu)勢完成了線路板通孔插裝技術(shù)的替換，在應(yīng)用的范圍和規(guī)模上不斷擴(kuò)大，目前，航空航天、交通航海、軍事、復(fù)印、計(jì)算機(jī)等各個(gè)領(lǐng)域都涉及到了表面組裝工藝。不過，表面組裝生產(chǎn)體現(xiàn)出復(fù)雜特點(diǎn)，其產(chǎn)品質(zhì)量受到眾多主觀和客觀因素的影響，致使產(chǎn)品質(zhì)量無法保障[1]。因此，對于表面組裝產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)已經(jīng)是具有必然性。統(tǒng)計(jì)過程控制（SPC）屬于表面組裝工藝的重要構(gòu)成，其在應(yīng)用中發(fā)揮著提高和改善電子元器件質(zhì)量的作用。對于統(tǒng)計(jì)過程控制的研究需要著眼于其核心的可預(yù)見功能，本文則是基于這種特性進(jìn)行了不同階段的數(shù)據(jù)對比和分析，從而探究了表面組裝工藝存在的瑕疵，并完善具體的解決對策，以便有效保障電子元器件的表面組裝工藝質(zhì)量。

1 電子元器件表面組裝技術(shù)的三個(gè)主要工序

圖1為表面組裝工藝流程，根據(jù)圖中內(nèi)容可以得知其具體的步驟。主要包括送板、焊膏印刷、焊膏印刷后檢驗(yàn)、貼片、爐前檢驗(yàn)、回流焊接、爐后檢驗(yàn)。在這幾個(gè)步驟中對于電子元器件質(zhì)量影響較為嚴(yán)重的是焊膏印刷、貼片和回流焊接三個(gè)工藝。

圖1 SMT工藝流程圖

■ 1.1 印刷

焊錫膏印刷是電子元器件印刷的主要環(huán)節(jié)，印刷的功效為引腳和焊盤的連接不過，印刷的連接效果無法保證，即便使用焊錫膏印刷也是如此。而使得焊錫膏印刷效果難以達(dá)標(biāo)的原因體現(xiàn)在印刷鋼板的應(yīng)用方面，圖2為印刷鋼板結(jié)構(gòu)，通過圖中信息看可以了解到鋼板表面出現(xiàn)眾多線控，這些小孔即是焊膏留到PCB板的孔洞，焊膏也正是因?yàn)檫@些孔洞的存在實(shí)現(xiàn)了金屬鋼板和PCB板的連接。所以，這些孔洞的數(shù)量是影響焊接質(zhì)量的重要因素。但是，我國現(xiàn)有開孔技術(shù)存在著明顯的適應(yīng)性和優(yōu)缺點(diǎn)，比如說，激光切割技術(shù)精度能夠保證，但是采用激光切割進(jìn)行加工，其產(chǎn)出的熔融金屬或造成鋼模的損壞?；瘜W(xué)腐蝕是一種較為傳統(tǒng)的方式，應(yīng)用的范圍較廣，但其也會產(chǎn)生污染問題。目前，電鑄成型法是該領(lǐng)域新的技術(shù)體現(xiàn)，在防止鋼板表面損壞方面具有一定作用。

圖2 印刷鋼板結(jié)構(gòu)圖

■ 1.2 貼片

貼片工藝在電子元器件表面組裝工藝中屬于較為復(fù)雜的一項(xiàng)，但就整個(gè)表面組裝工藝發(fā)展而言，貼片技術(shù)處于核心位置。貼片技術(shù)是在專業(yè)貼片機(jī)的輔助下進(jìn)行自動(dòng)貼片，目前世界范圍內(nèi)此類供應(yīng)商較為充足，但自動(dòng)貼片中仍然需要經(jīng)歷以下幾個(gè)環(huán)節(jié)：

首先，需要對PCD板進(jìn)行定位在裝?？梢越佑|傳感器和自動(dòng)傳送帶進(jìn)行處理。其次，元器件拾取定心和貼放，在該環(huán)節(jié)需要借助吸嘴進(jìn)行拾取。并且借助定定心將元器件對準(zhǔn)坐標(biāo)軸，利用機(jī)械手將元器件調(diào)整到指定位置。最后卸載PCB板，并且借助傳送帶把PCB板傳送到卸載處送出機(jī)器。在上述操作中，需要依靠精度和智能軟件完成操作，這也是保證表面組裝工藝質(zhì)量的重要一環(huán)[2]。

■1.3 回流焊接

回流焊接是對錫膏印刷的二次融化處理，主要目的為保證引腳和焊盤之間焊接的穩(wěn)定和美觀?；亓骱附映浞掷每諝鈧鳠岬奶匦?，在加熱方式上以對流加熱為主，而在回流焊接散熱過程中是需要受到風(fēng)速所影響，換句話說，風(fēng)速控制著回流焊接散熱的速度。但是，在風(fēng)速的設(shè)置上不能過強(qiáng)，否則容易導(dǎo)致電子產(chǎn)品電器元件出現(xiàn)位移和損壞。從精度上考慮，回流焊接的精度較高，其焊接過程中不會添加任何焊接用料，焊點(diǎn)的質(zhì)量也可以保障。圖3為回流焊接的具體過程。

圖3 回流焊的具體過程示意圖

2 電子元器件表面組裝工藝出現(xiàn)缺陷的主要原因

上文內(nèi)容提及，焊錫膏印刷對于電子產(chǎn)品元器件表面組裝質(zhì)量有著重要影響。在焊錫膏印刷過程中尤其需要注重焊錫球的產(chǎn)生。所以，在表面組裝工藝管理系統(tǒng)中，需要充分了解到這種電子元器件組裝所暴露的缺點(diǎn)。電子元器件表面組裝工藝中受到影響的因素較多，主要包括鋼板開孔、焊錫膏溫濕度、印刷機(jī)功能、污染、元器件的擺放和變壓器等等。

3 提高電子元器件表面組裝工藝質(zhì)量的解決措施

■3.1 改進(jìn)鋼板的開孔工藝

鋼板的開孔工藝是影響電子元器件表面組裝工藝質(zhì)量的重要因素，在此過程中尤為注重焊球產(chǎn)生。這主要是因?yàn)殇摪彘_孔的程度是與焊盤相同的，所以在回流焊接中產(chǎn)生了焊球。為此，需要對鋼板的開孔工藝進(jìn)行修改和完善，通過研究得知，鋼板開孔需要小于焊盤。例如，焊盤的大小為0.2mm，那么在鋼板的厚度中需要保持在0.15mm—0.18mm的范圍內(nèi)，這就有效地抑制了焊錫球的產(chǎn)生，而且，還需要在鋼板的開孔寬度和厚度設(shè)置中體現(xiàn)固定比值，大約比率為1:1.5最佳[3]。如果小于這種比值，容易造成鋼板阻塞。

■3.2 控制焊錫膏的溫度和濕度

本文通過文獻(xiàn)資料的查閱了解到焊錫膏印刷的溫度和濕度需要保持在18℃—27℃和30%—60%之間。只有保持在這個(gè)范圍內(nèi)，焊錫膏的黏性最好。要是焊錫膏的溫度提升，這會降低焊錫膏的黏性，特別是在印刷后容易出現(xiàn)表面“塌陷”。要是濕度較高，會提高焊錫膏的吸水性，在進(jìn)行回流焊接時(shí)容易出現(xiàn)飛濺，這都是造成焊錫球的主要誘發(fā)因素。

基于這種認(rèn)知，必須在實(shí)際生產(chǎn)中對作業(yè)溫度和濕度進(jìn)行控制，使他們保持在合理的范圍內(nèi)，還需要把握焊錫膏印刷與回流焊接的時(shí)間，這是因?yàn)楹稿a膏具有吸收水分的作用，需要在這個(gè)過程在對印刷機(jī)的濕度進(jìn)行檢測，如果在測量中發(fā)現(xiàn)焊錫膏所處的環(huán)境已經(jīng)超過了60%的最高上限，需要對其產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析[4]。一般情況下工作人員會利用手持溫濕儀器進(jìn)行印刷機(jī)外部濕度的測量，以此研究是否在外部因素影響下印刷機(jī)出現(xiàn)濕度變化。

在進(jìn)行具體生產(chǎn)時(shí)，焊錫膏的使用需要講求時(shí)間效用，再打開之后的固定時(shí)間段內(nèi)必須使用，如果超出時(shí)間只能放棄使用。所以，控制焊錫膏從印刷到回流焊的時(shí)間也是非常有必要的。在這一段時(shí)間內(nèi)，需要做的事情較多，比如說要進(jìn)行首件制造，就是正常情況下的人員調(diào)動(dòng)，也就是產(chǎn)品以及生產(chǎn)線的更換。這種情況需要進(jìn)行重新生產(chǎn)，所以需要對首件產(chǎn)品進(jìn)行檢驗(yàn)，通過檢測樣品四個(gè)角和五個(gè)中心的方法進(jìn)行檢測。還需要做好質(zhì)量管理。對產(chǎn)品設(shè)備參數(shù)、程序調(diào)用正確性等進(jìn)行核對。因此，在印刷機(jī)溫濕度控制中需要進(jìn)行有效的時(shí)間控制，在焊錫膏清理方面做好規(guī)劃。

除此之外，印刷線路板如果長時(shí)間裸露在空氣中不做任何處理，其內(nèi)部所含水分也會增加，這也是造成焊盤氧化的主要原因。如此一來，焊盤嚴(yán)重影響焊錫膏的印刷，也會造成焊錫球的產(chǎn)生。所以，需要尤為注重焊錫膏的溫度和濕度，保持在合理控制范圍內(nèi)，降低焊錫球的發(fā)生，提高表面組裝工藝質(zhì)量。

■3.3 改進(jìn)印刷機(jī)功能，提高鋼板的自動(dòng)清洗效率

要想有效提高電子元器件表面組裝工藝質(zhì)量，可以不斷改進(jìn)印刷機(jī)功能，提高鋼板自動(dòng)清洗效率。一般來講，鋼板經(jīng)過焊接會指印刷線路板造成影響，為了保證表面組裝工藝質(zhì)量，需要對鋼板進(jìn)行及時(shí)清理和維護(hù)。本文通過文獻(xiàn)資料的查閱了解到以往此方面的清洗以人工為主，也就是固定工作人員通過清洗劑進(jìn)行鋼板清洗，但這種方式清洗效率不高。也有部分工作人員對此項(xiàng)工作存在輕視和忽視態(tài)度，只有在工廠定期設(shè)備檢查時(shí)才會進(jìn)行統(tǒng)一的鋼板清理，這就嚴(yán)重影響到電子元器件表面組裝工藝質(zhì)量[5]。因此，本研究認(rèn)為可以改進(jìn)打印機(jī)，以便有效提高鋼板自動(dòng)清洗效率。用其它閑置的機(jī)器代替了出現(xiàn)問題的印刷機(jī)，并對其相應(yīng)的空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，以維持穩(wěn)定的溫濕度環(huán)境。

■3.4 避免焊錫膏污染

在焊接過程在會出現(xiàn)由于焊錫膏而造成的污染，所以也要結(jié)合相關(guān)措施進(jìn)行應(yīng)對，本文認(rèn)為，刮刀就是一種不錯(cuò)的選擇，本文接下來對其原理進(jìn)行分析，具體內(nèi)容如圖4所示。

圖4 刮刀過程示意圖

對于多余的焊錫膏也需要做到及時(shí)清理。焊接過程中多以焊錫膏容易粘在印刷線路板上，而進(jìn)行回流焊接時(shí)會產(chǎn)生焊錫球，為此，本文認(rèn)為可以使用刮刀進(jìn)行多以焊錫膏的清理。在應(yīng)用中需要將線路板和刮刀的位置進(jìn)行相對擺放，錯(cuò)開位置，從而避免出現(xiàn)焊錫膏的交叉污染。

■3.5 合理設(shè)定元器件的擺放高度

在完成焊錫膏印刷之后，需要對元器件進(jìn)行貼片，再次程序中盡量不要產(chǎn)生過大作用力，防止出現(xiàn)多余焊錫膏擠壓在元器件上，從而預(yù)防焊錫球的產(chǎn)生，而要想在貼片過程中合理控制貼片壓力，就需要把元器件擺放在合理位置，無論是高度、還是元器件的尺寸都需要做到保證。

4 結(jié)語

通過上文論述可以了解到電子元器件的表面組裝工藝具有復(fù)雜特性，而產(chǎn)生關(guān)鍵因素—焊錫球的因素較多，所以在實(shí)際生產(chǎn)中需要結(jié)合各種因素進(jìn)行分析，研制各種應(yīng)對方法和改進(jìn)工藝，以達(dá)到提高質(zhì)量的需求。

Microchip宣布擴(kuò)展用于空間系統(tǒng)的抗輻射Arm單片機(jī)（MCU）產(chǎn)品陣容

新產(chǎn)品采用基于Arm Cortex-M7的片上系統(tǒng)（SoC）商用現(xiàn)貨技術(shù)（COTS）以及抗輻射可擴(kuò)展解決方案，并新增嵌入式模擬功能，為開發(fā)人員提供更多便利。包括行星探索、軌道飛行器任務(wù)和空間研究在內(nèi)的太空項(xiàng)目需要?jiǎng)?chuàng)新的航天器系統(tǒng)技術(shù)提供連接和處理功能。為了使系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員更好地集成和提高性能，同時(shí)降低開發(fā)成本和縮短上市時(shí)間，商用現(xiàn)貨技術(shù)（COTS）和可擴(kuò)展解決方案越來越多地應(yīng)用于空間應(yīng)用。Microchip今日宣布旗下基于Arm的SAMRH71微處理器（MPU）獲得認(rèn)證，SAMRH707單片機(jī)（MCU）已開始供貨。這兩款產(chǎn)品均采用了基于Arm Cortex-M7的片上系統(tǒng)（SoC）抗輻射技術(shù)。

基于標(biāo)準(zhǔn)的Arm Cortex-M7架構(gòu)以及與汽車和工業(yè)處理器相同的外設(shè)，SAMRH71和SAMRH707可利用消費(fèi)類設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)軟硬件工具，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)開發(fā)成本和進(jìn)度的優(yōu)化。

SAMRH71是Microchip的COTS汽車SoC技術(shù)的抗輻射版本，同時(shí)提供空間連接接口與高性能架構(gòu)，DMIPS超過200。SAMRH71的Arm Cortex-M7內(nèi)核專為高輻射環(huán)境、極端溫度和高可靠性而設(shè)計(jì)，并配有高帶寬通信接口，如SpaceWire、MIL-STD-1553和CANFD以及具有IEEE1588通用精確時(shí)間協(xié)議（gPTP）功能的以太網(wǎng)。在法國國家空間研究中心（CNES）的支持下，并符合MIL標(biāo)準(zhǔn)的V級和Q級高可靠性等級，使系統(tǒng)能夠滿足嚴(yán)格的合規(guī)要求。