電子元器件表面組裝工藝質(zhì)量改進(jìn)及應(yīng)用研究

俞浩，蔣甜

（江蘇省無錫交通高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇 無錫 214000）

0 引言

隨著技術(shù)的發(fā)展，電子產(chǎn)品表面組裝技術(shù)也獲得了新的進(jìn)步，原本的線路板通孔插裝技術(shù)已經(jīng)不能滿足需要，表面組裝技術(shù)在很多方面都有明顯的應(yīng)用優(yōu)勢。目前，表面組裝技術(shù)在交通領(lǐng)域、軍事領(lǐng)域等方面應(yīng)用比較廣泛，實際的應(yīng)用效果也比較好。就表面組裝工藝來看，這一技術(shù)的生產(chǎn)過程是比較復(fù)雜的，其中只要出現(xiàn)一些因素影響，就會造成產(chǎn)品的質(zhì)量問題，因此，需要在生產(chǎn)中做好質(zhì)量控制，把握有效的檢驗環(huán)節(jié)，確保技術(shù)質(zhì)量可靠性。

1 表面組裝技術(shù)

1.1 表面組裝技術(shù)概述

表面組裝技術(shù)不需要在印制板上進(jìn)行鉆插裝孔，直接對表面元器件進(jìn)行貼、焊的技術(shù)操作，使其能夠和印制電路板表面的相應(yīng)位置相連的一種電氣元器件組裝技術(shù)。簡單來說，表面組裝技術(shù)是借助特定的工具，將表面元器件引腳對準(zhǔn)預(yù)先涂覆了粘結(jié)劑以及焊膏的焊盤圖形上，再將元器件貼合到?jīng)]有鉆孔的PCB表面，經(jīng)過流焊操作，確保電子元器件和相應(yīng)電路之間構(gòu)建連接關(guān)系，此時的電子元器件以及焊點都在電路基本一側(cè)[1-3]。

表面組裝技術(shù)屬于一種跨學(xué)科技術(shù)，它將化學(xué)、工程力學(xué)、電學(xué)、機(jī)械工程學(xué)、自動控制、計算機(jī)硬軟件等技術(shù)綜合起來。要想精準(zhǔn)把握表面組裝技術(shù)，必須要熟悉基礎(chǔ)知識和相關(guān)技術(shù)，這樣才能更精準(zhǔn)的把握SMT技術(shù)。

1.2 表面組裝技術(shù)工序

1.2.1 印刷

在表面組裝技術(shù)中，印刷需要用到焊錫膏，錫膏具有很好的連接性，能夠?qū)㈦娮釉骷暮副P和引腳有效連接起來，但是在使用過程中，即使焊膏選擇最上乘材料，實際的連接和理想目標(biāo)還是有一定差距的。要確保連接效果，最關(guān)鍵的是要把握好印刷鋼板的設(shè)計。在金屬鋼板表面會有多個小孔，焊膏能夠經(jīng)過小孔滲透到PCB板中，實現(xiàn)PCB板和鋼板的連接，這樣可以起到很好的固定和保護(hù)作用，有利于其使用壽命的延長。因此，必須要確保小孔的制造工藝達(dá)到要求，因為不同工藝有其優(yōu)勢和不足。如果采取激光切割法進(jìn)行開孔，這種技術(shù)工藝的優(yōu)勢是加工精度高，缺點是加工出來的熔融金屬會對鋼膜產(chǎn)生污染。如果采取化學(xué)腐蝕的方法，優(yōu)勢是技術(shù)工藝操作簡單，但是控制難度高，還可能對其他部位產(chǎn)生影響。還有電鑄成型法，這種方法應(yīng)用能夠降低鋼板瑕疵的出現(xiàn)概率。在印刷機(jī)選擇中，需要把握好相關(guān)參數(shù)，這對于控制表面組裝質(zhì)量至關(guān)重要，如下表1所示，為印刷底板厚度參考值。

表1 印刷底板厚度參考值（單位：mm）

1.2.2 回流焊接

回流焊接工藝流程的主要目的是對上述錫膏連接進(jìn)行二次融化，目的是讓元件引腳和焊盤之間實現(xiàn)有效的連接，這種技術(shù)工藝也被稱為再流焊。這一工藝技術(shù)的操作原理是借助空氣媒介流動來進(jìn)行熱能傳遞，其中對流傳熱是主要加熱方式，而其中的風(fēng)速大小則影響著實際的散熱效率。不過，這里的風(fēng)速也不是越快越好，因為風(fēng)速過快的話也可能會導(dǎo)致元件出現(xiàn)位移，影響其性能和整體結(jié)構(gòu)?？紤]到回流焊接工序操作中無需進(jìn)行焊料的添加，因此這種焊接工藝有一定的精確性，能夠確保回流焊接的效果和質(zhì)量可靠[4]。

1.2.3 貼片

在表面組裝技術(shù)的眾多工序中，貼片工序是相對復(fù)雜的部分，其整體成本也會更高，且貼片技術(shù)也是表面組裝技術(shù)中的核心技術(shù)組成部分。在貼片工序操作中，還需要借助專門的貼片機(jī)械——貼片機(jī)來操作完成[5]。目前國內(nèi)的貼片機(jī)生產(chǎn)廠家比較多，設(shè)計的相關(guān)貼片機(jī)在貼片工序中，一般都會遵照以下的貼片步驟來完成整個貼片工序：

對于PCB板進(jìn)行定位裝載，這一步驟要借助傳感器以及自動傳輸帶來實現(xiàn)。

電子元器件的拾取和貼放。在具體操作中，需要借助吸嘴來將電子元器件吸取起來，在對其進(jìn)行定心后，使其保持和元器件中心的校準(zhǔn)，再將電子元器件轉(zhuǎn)載到對應(yīng)位置。

借助傳輸帶將裝載完成的PCB板運輸?shù)叫遁d裝置，相應(yīng)的過程需要有一定精度和自動化性能的硬軟件來配合完成?？梢?，貼片操作工序在整個表面組裝技術(shù)中，需要的技術(shù)和工藝比較復(fù)雜，整體的技術(shù)難度大，還需要多方面軟硬件以及設(shè)備機(jī)械等配合，所以這是表面組裝技術(shù)中的核心部分。

2 電子元器件表面組裝技術(shù)工藝出現(xiàn)問題的原因

在電子元器件表面組裝工藝中，焊錫膏是影響組裝質(zhì)量的首要因素，焊錫膏印刷存在質(zhì)量問題，就可能導(dǎo)致焊錫球出現(xiàn)。此外，在表面組裝技術(shù)應(yīng)用中，電子元器件表面組裝的溫濕度、印刷機(jī)性能、開孔質(zhì)量控制以及元器件擺放高度等因素，都會在不同程度上影響表面組裝質(zhì)量[6]。

此外，相關(guān)表面組裝技術(shù)操作中，目前很大一部分還是人工操作的，人為的操作失誤也會導(dǎo)致表面組裝的質(zhì)量產(chǎn)生瑕疵，影響產(chǎn)品組裝質(zhì)量和使用性能。

3 電子元器件表面組裝工藝質(zhì)量保障對策

3.1 做好溫濕度控制

在表面組裝技術(shù)應(yīng)用中，焊錫的理想溫度是在18-27℃之間，而理想的濕度是在30%-60%之間。溫度超過理想的范圍，都會影響印刷和連接的效果，可能導(dǎo)致焊接不牢的問題，而濕度超出理想范圍，則會導(dǎo)致在回流焊時產(chǎn)生飛濺的情況，生成焊錫球。因此，在實際的生產(chǎn)操作中，必須要安裝溫度和濕度傳感器，這樣可以及時把控溫濕度，必要的時候可以通過人工來進(jìn)行調(diào)整，確保溫濕度控制在合理范圍內(nèi)[7]。

3.2 優(yōu)化印刷機(jī)性能

對鋼板底部的焊接，很容易導(dǎo)致印刷線路板被污染，因此，需要對于印刷線路板進(jìn)行定期的清洗。以往的清洗都是由工作人員親自來操作的，清洗中也可能因為清洗劑實效影響清洗效果，且這種影響容易被忽視，需要后續(xù)的檢查來發(fā)現(xiàn)。對此，最好的處理方法是實現(xiàn)印刷機(jī)的優(yōu)化設(shè)計，增加鋼板自動清洗功能，通過對于印刷機(jī)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，還能夠?qū)崿F(xiàn)溫濕度的控制目標(biāo)，一舉多得。

3.3 改進(jìn)開孔工藝技術(shù)

針對電子元器件的鋼板開孔，以往都是結(jié)合焊盤來進(jìn)行鋼板制作，這樣可以將鋼板開口代銷和焊盤進(jìn)行連接，但是在回流焊的過程中，就難免會出現(xiàn)焊球，影響工藝質(zhì)量，因此，在改進(jìn)過程中，可以將鋼板開孔設(shè)置得比焊盤略小一些，如果焊盤為0.02mm，此時的鋼板厚度應(yīng)該比0.2mm略小，可以是0.18mm，這種改進(jìn)可以避免焊球的出現(xiàn)。另外，對鋼板開孔厚度、寬度等設(shè)計中，需要對相應(yīng)的厚度和寬度比值進(jìn)行設(shè)置，理想的比值應(yīng)該是1.5。要是比值達(dá)不到1.5，就可能出現(xiàn)鋼板阻塞的問題[8]。

3.4 強(qiáng)化技術(shù)人員培訓(xùn)

在電子元器件的表面組裝中，相關(guān)操作人員自身的技術(shù)水平對于組裝連接效果和效率都有一定的影響。雖然組裝連接中，對于技術(shù)人員的專業(yè)技術(shù)要求不是特別高，相關(guān)人員也需要在培訓(xùn)后才可以上崗。且相關(guān)連接人員需要把握電子元器件相關(guān)連接技術(shù)規(guī)范，了解表面組裝的技術(shù)要求等，要通過有效的技術(shù)人員培訓(xùn)，確保所有人員都能夠達(dá)到技術(shù)要求。工欲善其事，必先利其器，為了提高表面組裝技術(shù)員的綜合技能，開展電子元器件表面組裝技術(shù)技能培訓(xùn)，借助設(shè)備年度檢修工作，向表面組裝技術(shù)員們進(jìn)行設(shè)備結(jié)構(gòu)原理及故障分析的培訓(xùn)很有必要。針對相關(guān)組裝技術(shù)工作人員要定期組織他們開展專業(yè)表面組裝數(shù)和管理能力培訓(xùn)，從電子元器件設(shè)備型號、外觀，內(nèi)部結(jié)構(gòu)，隔爆等級等多方面，仔細(xì)講解不同電子元器件及其設(shè)備的相關(guān)知識，而且還從電子元器件及其設(shè)備的設(shè)計生產(chǎn)、安裝、連接以及各項參數(shù)、制作工藝等方面做生動的概述，讓大家更全面、系統(tǒng)的了解相關(guān)電子元器件設(shè)備生產(chǎn)的全過程，通過不斷提升工作人員的能力，確保他們在表面組裝技術(shù)應(yīng)用中，保持較高的水平。

4 總結(jié)

電子元器件的表面組裝技術(shù)對于元器件設(shè)備的性能和質(zhì)量有一定的影響，就表面組裝技術(shù)來看，這一技術(shù)的應(yīng)用有其優(yōu)勢，但是實際應(yīng)用中，也會因為一些因素的影響，導(dǎo)致電子元器件產(chǎn)品質(zhì)量缺陷出現(xiàn)，對此，需要把握好主要的質(zhì)量影響因素，對癥下藥，積極采取措施來應(yīng)對，通過對于相關(guān)溫濕度、開孔工藝、印刷機(jī)優(yōu)化設(shè)計等優(yōu)化改進(jìn)，將影響因素降到最低。此外，相關(guān)電子元器件企業(yè)也要加強(qiáng)專業(yè)技術(shù)人員的培訓(xùn)工作，確保電子元器件表面組裝工藝達(dá)到理想水平。