SMT生產(chǎn)工藝及PCB板的維修分析

1、 ivt-rejx-5 蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)項目 2011 屆項目類別： 畢業(yè)論文 項目名稱：smt生產(chǎn)工藝及pcb板的維修分析專業(yè)名稱 表面貼裝工藝與設(shè)備 姓 名 ： 學(xué) 號 ： 班 級： 指導(dǎo)教師： 2011年 05 月 13 日蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2011屆畢業(yè)項目 ivt-rejx-51蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)項目任務(wù)書（個人表）系部： 電子工程系 畢業(yè)項目類別：工業(yè)案例畢業(yè)項目名稱：smt生產(chǎn)工藝及pcb板的維修分析校內(nèi)指導(dǎo)教師： 職稱：高級工程師類別：專職校外指導(dǎo)教師： 職稱：技術(shù)員類別：兼職學(xué) 生： 專業(yè)：smd班級：1、畢業(yè)項目的主要任務(wù)及目標(biāo)主要任務(wù): 對s

2、mt生產(chǎn)中的各個環(huán)節(jié)及一些機器的操作做簡要介紹，并對生產(chǎn)中的有問題的產(chǎn)品維修的技能做相應(yīng)介紹目標(biāo)：完成一篇7000字以上的論文2、畢業(yè)項目的主要內(nèi)容 :(1)smt結(jié)構(gòu)及特性；(2)介紹各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)；(3)闡述了生產(chǎn)過程中產(chǎn)品出現(xiàn)的問題及維修方法續(xù)表：3、主要參考文獻:smt功能簡介（nokia的產(chǎn)品資料）4、進度安排畢業(yè)項目各階段任務(wù)起止日期1 選題12月20日至1月25日2 查詢資料1月26日至4月15日3 整理4月16日至4月30日 4 后期完善和答辯準(zhǔn)備5月1日至5月15日注： 此表由指導(dǎo)老師填寫。誠 信 聲 明本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)項目報告/論文smt生產(chǎn)工藝及pcb板的維修分析

3、是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，獨立研究、寫作的成果。論文中所引用是他人的無論以何種方式發(fā)布的文字、研究成果，均在論文中以明確方式標(biāo)明。本聲明的法律結(jié)果由本人獨自承擔(dān)。 作者簽名： 年 月 日 摘 要本文簡要介紹了nokia公司smt（表面組裝技術(shù)）生產(chǎn)環(huán)節(jié)以及貼片機的組成和功能，并對pcb板的維修做了說明。主要針對pcb板維修時常見問題進行闡述，其中列出了aoi測試出的問題（主要是冷焊、橋接、偏移、漏件等一些常見問題），并且詳細介紹了ict測試后經(jīng)常出現(xiàn)的問題及修理方法。關(guān)鍵詞：流程 貼片機 控制 維修。設(shè)計者：陳杰 指導(dǎo)老師：李紅益目 錄一、概述11.1 smt的特點11.2 smt組成11.3

4、 smt的意義2二、smt生產(chǎn)流程22.1基本流程22.2 smt基本裝配步驟32.3第三步回流焊3三、貼片機（fujicp-6 ）基本結(jié)構(gòu)53.1外觀圖片63.2功能分類63.3貼裝頭63.4供料器7四、貼片機的操作控制84.1 fuji-cp6系列的圖形用戶界面84.2基本操作84.3安全事項9五、pcb板的維修95.1 agilent 3070系統(tǒng)硬體簡介95.2測試流程簡介115.3解析error reports12六、文獻參考資料15七、致謝15蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2011屆畢業(yè)項目一、概述smt就是表面組裝技術(shù)（surface mounted technology的縮寫），是

5、目前電子組裝行業(yè)里最流行的一種技術(shù)和工藝，使電子制造業(yè)對于知識的依賴是前所未有的!1.1 smt的特點優(yōu)點：1）組裝密度高、電子產(chǎn)品體積小、重量輕，貼片元件的體積和重量只有傳統(tǒng)插裝元件的1/10左右，一般采用smt之后，電子產(chǎn)品體積縮小40%60%，重量減輕60%80%。 2）可靠性高、抗振能力強。焊點缺陷率低。 3）高頻特性好。減少了電磁和射頻干擾。 4）易于實現(xiàn)自動化，提高生產(chǎn)效率。 5）降低成本達30%50%。節(jié)省材料、能源、設(shè)備、人力、時間等。缺點：1）技術(shù)復(fù)雜，需要較高的培訓(xùn)和學(xué)習(xí)成本以及較高素質(zhì)的員工。2）設(shè)備投資較大，設(shè)立生產(chǎn)投資的設(shè)備風(fēng)險較大。3）微型化和眾多的焊點種類使工藝和

6、檢查復(fù)雜化。4）較復(fù)雜的熱處理5）發(fā)展快速，需不斷更新。1.2 smt組成smt組成：主要由表面貼裝元器件（smd），貼裝技術(shù)，貼裝設(shè)備三部分。 1.2.1 smd包括 1) 制造技術(shù)：指smd生產(chǎn)過程中導(dǎo)電物印刷加熱修正焊接成型等技術(shù)2) 產(chǎn)品設(shè)計：設(shè)計中對尺寸精度、電極端結(jié)構(gòu)/形狀、耐熱性的設(shè)計與規(guī)定。 3) 包裝設(shè)計：指適合于自動貼裝的編帶、托盤或其他形式的包裝。1.2.2 貼裝技術(shù)包括： 1) 組裝工藝類型：單面/雙面表面貼裝、單面混合貼裝、雙面混合貼裝。2) 焊接方式分類：分波峰焊接、再流焊接。波峰焊接-選擇焊機、貼片膠、焊劑、焊料及貼片涂敷技術(shù)。 再流焊接-加熱方式有紅外線、紅外加

7、熱風(fēng)組合、vps、熱板、激光等。 3) 印制電路板： 基板材料-玻璃纖維、陶瓷、金屬板。電路板設(shè)計-圖形設(shè)計、布線、間隙設(shè)定、拼版、sdm焊盤設(shè)計和布局。1.2.3 貼裝系列設(shè)備主要包括電膠機、絲印機、貼片機、回流爐、自動檢測設(shè)備和維修設(shè)備等.1.3 smt的意義1）電子產(chǎn)品追求小型化，以前使用的穿孔插件元件已無法縮小 2）電子產(chǎn)品功能更完整，所采用的集成電路(ic)已無穿孔元件，特別是大規(guī)模、高集成ic，不得不采用表面貼片元件 3)產(chǎn)品批量化，生產(chǎn)自動化，廠方要以低成本高產(chǎn)量，出產(chǎn)優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品以迎合顧客需求及加強市場競爭力4)電子元件的發(fā)展，集成電路(ic)的開發(fā)，半導(dǎo)體材料的多元應(yīng)用 5)電子

8、科技革命勢在必行，追逐國際潮流二、smt生產(chǎn)流程2.1基本流程smt工藝流程比較復(fù)雜，這里做一個簡單說明：首先，pcb板通過dek印刷焊膏，然后通過軌道進入 cp1開始安放原件并依次進入隨后cp2、cp3以及qp的安裝，隨后進入fa 對其進行檢查，ok后放行開始過爐，繼而通過aoi拍照最終確認板子是否ok。光板pcb（根據(jù)產(chǎn)量從buffer里領(lǐng)取相應(yīng)型號板子，再打上響應(yīng)的標(biāo)簽貼在板子的標(biāo)簽處，然后放到rake里，放到j(luò)ot里）。在經(jīng)過dek焊錫膏印刷，檢查ok后，投入貼片機生產(chǎn)，裝貼好并經(jīng)過fa檢查，如果ok，就進行回流焊；如果有問題，并且問題較大，就退到印刷處，進行清洗板子，再重新投入生產(chǎn)。

9、在等回流焊出來后，經(jīng)aoi檢測如果無任何焊接問題，就轉(zhuǎn)下道工序。如果有問題，就退到維修部，進行維修，經(jīng)過qc確認ok后，再投入生產(chǎn)。2.2 smt基本裝配步驟圖2.2（smt基本裝配步驟）2.3第三步回流焊2.3.1回流焊接工藝的發(fā)展在smt早期使用，其工藝控制及焊接質(zhì)量都存在很多問題。于八十年代中期被紅外回流所取代。其主要缺點是對陰影及顏色的不同比較敏感。大元件產(chǎn)生的陰影使得周圍區(qū)域難以被加熱，元件的各種顏色紅外能量的吸收也不同，導(dǎo)致pcb各處的溫度差異較大。目前被最廣泛地使用。利用被加熱的空氣，通過對流的形式，對流經(jīng)焊爐的pcb加熱。2.3.2焊爐程序界面介紹圖2.3.2（焊爐程序界面）1

10、) 標(biāo)題欄 2) 菜單欄 3) 工具欄 4) 狀態(tài)欄 5) 控制部件 6) 程序信息 7) 信息欄2.3.3基本操作 開機1）旋轉(zhuǎn)main switch(機器后側(cè))到on2）啟動電腦. 3）雙擊 進入畫面4）雙擊 進入主界面5）按啟動按鈕6）輸入用戶名和密碼.7）調(diào)用相應(yīng)程序.關(guān)機1）確認爐內(nèi)無pcb.2）手動關(guān)閉加熱器3）等到所有溫區(qū)低于150度.4）按停機按鈕5）關(guān)閉電腦6)旋轉(zhuǎn)main switch(機器后側(cè))到off注：1)決定溫度曲線的主要因素 a.元件性能 b.pcb基材 c.焊錫膏 2)在這之前需要經(jīng)過fa的檢查確認pcb板元件一些特定要檢查的元件沒有問題（如：bga等大元件正負

11、級打反、元件打亂等）。過爐后要經(jīng)過aoi的檢測。3)aoi檢測常見焊接缺陷：圖八除此之外還有元件錯位等，其中bga橋接后果最為嚴重，其成本高昂且維修十分復(fù)雜。一般如無問題則smt部分完成。三、貼片機（fujicp-6 ）基本結(jié)構(gòu)隨著社會的發(fā)展,電子工業(yè)的興起,貼片機的型號也越來越多,無論在外觀還是在性能上也都有很大差別.現(xiàn)在比較流行的是西門子,松下,日本富士等. 從八十年代早期第一代貼片機的產(chǎn)生,經(jīng)過了這幾年,貼片機也早已是今非昔比.在過渡時期fuji-cp6是個典型代表. 由單個械式貼片頭發(fā)展到轉(zhuǎn)塔式貼片機,從此貼片機進入一個新的時代,在性能和產(chǎn)量上有了飛越的發(fā)展.我們本項目中重點介紹fij

12、i-cp6的貼片機的性能及結(jié)構(gòu),3.1外觀圖片圖3.13.2功能分類1)上料機 供料器(feeder)2)控制部分 總電源 伺服箱 控制箱 3)操作部分 操作面板 貼裝頭 mark照相機 4)傳輸部分 輸出傳送帶 輸入傳送帶注：供料器是載料部分,型號不同是根據(jù)料的大小分的,kwd/e其中d是指平槽,e是支凹槽.08是指料的寬度,而04是指料的pitch值.控制部分是控制機器正常運行的必要條件.操作部分中操作面板是操作工對機器開關(guān)機,設(shè)數(shù)量,換程序等的操作,貼裝頭是對板子的裝貼過程,是整個機器的核心部件.mark照相機是對板子的定位過程,確保裝貼的料在指定的位置.傳輸部分是傳遞板子的基本運輸部件

13、.3.3貼裝頭1)貼裝頭的發(fā)展在八十年代早期第一代貼片機采用單個機械式貼片頭及pick & place的模式。其運行速度較慢(1000-2000 cph )。隨后發(fā)展起的用于小元件貼裝的轉(zhuǎn)塔式貼片機，采用了圖象對準(zhǔn)系統(tǒng)，使得貼片速度更快，精度更高。2)轉(zhuǎn)塔式貼片機一般，轉(zhuǎn)塔上安裝有十幾到二十幾個貼片頭，每個貼片頭上安裝24個真空吸嘴(較早機型)至56個真空吸嘴(現(xiàn)在機型)。由于轉(zhuǎn)塔的特點，將動作細微化，選換吸嘴、送料器移動到位、取元件、元件識別、角度調(diào)整、工作臺移動(包含位置調(diào)整)、貼放元件等動作都可以在同一時間周期內(nèi)完成，所以實現(xiàn)真正意義上的高速度。目前最快的時間周期達到0.080.

14、10秒鐘一片元.fuji-cp6系列的貼片機,屬于轉(zhuǎn)塔式貼片機,共有二十站,進行循環(huán)貼裝. 理論最大貼片速度: 0.09 秒/元件 or 40000點/小時3)基本步驟元件送料器放于一個單坐標(biāo)移動的料車上，基板(pcb)放于一個x/y坐標(biāo)系統(tǒng)移動的工作臺上，貼片頭安裝在一個轉(zhuǎn)塔上，工作時，料車將元件送料器移動到取料位置，貼片頭上的真空吸料嘴在取料位置取元件，經(jīng)轉(zhuǎn)塔轉(zhuǎn)動到貼片位置(與取料位置成180度)，在轉(zhuǎn)動過程中經(jīng)過對元件位置與方向的調(diào)整，將元件貼放于基板上此機型在速度上是優(yōu)越的，適于大批量生產(chǎn)，但其只能用帶狀包裝的元件，如果是密腳、大型的集成電路(ic)，只有托盤包裝，則無法完成，因此還有

15、賴于其它機型來共同合作。3.4供料器供料器是載料部分，是貼片機的起始部分。關(guān)于它有一些相關(guān)參數(shù)： px 中的x代表元件載料帶中的周期長度,不管什么樣的元件,其料帶兩孔之間的中心距均為4mm,x/4即為元件載料帶中所占的孔距;wy 中的y即為料帶的 寬度.例如:p4w8e(即0804)代表的含義是:4為周期長度即元件在料帶中占一個孔距,8 代表料帶寬度為8mm.wd:平槽(適合于紙質(zhì)料帶)we:凹槽(適合于塑料料帶)feeder滿90天或150000點任一條件,那么這把feeder就需要保養(yǎng).圖3.4.1（供料器外觀圖片）四、貼片機的操作控制4.1 fuji-cp6系列的圖形用戶界面1）標(biāo)題欄

16、(title bar)2）程序信息 (display area)3）狀態(tài)區(qū) (status area)4）信息欄 (info bar) 5）菜單欄 （menu bar） 圖4.14.2基本操作4.2.1關(guān)機步驟: 1)在機器處理完所有pcb后,將機器歸零, 2)按下緊急停止按鈕3)單擊機器電源按鈕4)將總電源開關(guān)扳至off位置.4.2.2開機步驟:1)將總電源開關(guān)扳至on位置.2)松開緊急停止按鈕3)單擊機器電源按鈕(注:若cp機剛進行關(guān)機動作,需至少等待一分鐘后方可開機,否則有燒毀cp機控制線路板的可能)4.3安全事項因為cp機的運轉(zhuǎn)速度非?？?操作是必須嚴格遵守安全規(guī)則,以免自己和同事受到

17、機器的傷害。短路鑰匙使機器的安全電路失效,所以僅僅在監(jiān)控機器運轉(zhuǎn)狀態(tài)時會使用它,而且用此鑰匙的人必須是授權(quán)的。在一些緊急情況下,常常需要將手按住緊急開關(guān),以便作出迅速反應(yīng),避免事故發(fā)生。五、pcb板的維修5.1 agilent 3070系統(tǒng)硬體簡介5.1.1簡介 3070系統(tǒng)可以大致分為三個部分，分別為工作站 ( controller )，testhead 以及擴充箱 ( support bay )。 5.1.2硬體架構(gòu) agilent 3070 operator training1） module and bank：依系統(tǒng)的型號不同，會有不同數(shù)量的module。module和bank的定義如

18、下圖所示。在module中會有許多的卡片，各有各的用途。 圖5.1.22） module中的卡片：每個module可以插11片卡片。第一槽是control card,第六槽是asru card，其他的則是pin card。i. control card： 在毎一個module必須要有一片，也只能有一片，而且要放在slot 6的位置。簡單來說，control card的工作就是控制module中其他的卡片，告訴它們要做什么，要怎么做。如：在類比量測( analog test )時，control card 會發(fā)出命令讓某些pin card上的relay(繼電器)關(guān)閉以形成量測回路,並啟動asru

19、 card上的儀器進行量測。 ii. asru card： 在毎一個module必須要有一片，也只能有一片，而且要放在slot 1的位置。asru( analog stimulus/response unit ) card的工作就是負責(zé)類比量測。在asru card中有信號源(source)，偵測器(detector)以及一些用來做多工(multiplexing)的排線(bus)。 iii. pin card： 在毎一個module中至少要一片，而毎一個module中可以放最多九片pin card。pin card上有relay來進行多工的動作,以形成量測回路。pin card有兩種，hybr

20、id和analog。hybrid card可提供數(shù)位和類比測試所需的線路，而analog card只有類比的線路。一個系統(tǒng)內(nèi)pin card越多則可測的點數(shù)越高。 3） brc( bank , row , column )的算法：在3070上有很多的卡片，而毎一片卡片的毎一支pin的位置要怎么來定義我們用所謂的brc來做定義(格式為brrcc)。所謂b就是bank，在圖中我們可以看到，從正面來看3070系統(tǒng)，右旁這兩個module ( module 0 及 module 1 )稱為bank 1；而左旁這兩個module ( module 2 及 module 3 ) 稱為bank 2。所謂r就

21、是row，在圖中我們可以看到，row是從上到下來數(shù)的，可是一個module至多只有11片卡片( 包含一片asru card及一片control card )為何會有第23列呢 這是因為在module及module之間有一條分隔槽，而為了方便計算，我們把這一條分隔槽也算進去。所以module 3的第一列應(yīng)該是13才對。至于c就是column，在毎一片card都有78支pin，從右至左算。 5.2測試流程簡介agilent 3070 程式的基本測試項目包含未上電測試及上電測試兩大部份，測試順序如圖5.1.2所示: 未上電測試: 1） testing pin contact(pins) ：測試待測板

22、跟夾具間的接觸是否良好(並沒有測試元件的好壞)。這個測試並不一定需要，可視廠內(nèi)制程來決定?？捎胻estplan的"set_custom_options"副程式中"chek_point_mode"旗標(biāo)來控制，有off(不測)、pretest(每一次測試都先測)、failure(若有其他測試不良再測)、這三種選擇可用。 2） testing preshorts：測試jumper、fuse、switch可變電阻等元件。 3） testing shorts：測試待測板上應(yīng)該短路的地方是否短路，應(yīng)該開路的地方是否開路。 4） testing analog unpo

23、wered：測試電容、電阻、二及體、電晶體等元件。 5） testing testjet：利用testjet來檢查ic的pin 腳是否有開路。 6） testing polarity check：檢查極性電容是否反向。 7） testing connect check：利用量測ic i/o pin的clamping diode(保戶二極體)，來檢查ic pin腳是否開路。上電測試: 1） setting up power supplies：對待測板上電並檢查這些電源是否正常工作。 agilent 3070 operator training 2） testing digital incircu

24、it：一般的數(shù)位ic測試。 3） testing digital functional：數(shù)位ic的群組(cluster)功能測試，一般少用。 4） testing analog powered and mixed：量測ic的電壓、震蕩器的頻率，及數(shù)位類比混合型ic的測試。 5.3解析error reports以下將針對 3070 各種不良報表做簡單的解釋與說明： 1）shorts:open #1 thresh 9, delay 50us ohms from: j201-1 22072 open to: j201-2 22073 message is: none. - 此報告中“open”代表開

25、路不良，即點j201-1與j201-2之間應(yīng)該有短路(小于臨界阻抗9ohm) ，待測板上卻量測為開路(>9ohm), 22072代表即點j201-1所連接的mint pin(brc) 。（注 ：可能是測試點沒打準(zhǔn)，也可能是有地方開路）- short #1, thresh 1000, delay 50us ohms from: cr201-c 22163 3 to: vr201-c 22162 3 total of 2 nodes, message is: none. - 此報告中“short”代表短路不良,即點cr201-c與vr201-c之間應(yīng)該是開路(臨界阻抗1000ohm) ，待測

26、板上卻量測為短路，量測值為3ohm，小于臨界阻抗。 2） analog in-circuit :- r205 has failed measured: 1.9413m nominal: 1.0000k high limit: 1.0836k low limit: 962.20 resistance in ohms - 此報告中 “r205 has failed”表示電阻不良，r205應(yīng)該是1kohm的電阻，上限1.0836kohm，下限962.2ohm，卻量測到1.9413mohm。 3）l201 has failed ：-measured: -17.153 nominal: 10.000m high limit: 10.897m low limit: 9.8110m inductance in henrys - 此報告所示電感l(wèi)201不良。 4）- cb313 has failed measured: -2839.8p nominal: 66.660u high limit: 72.086u low limit: 54.061u capacitance in farads - devices in parallel cb314 22.0u cb315 22.0u cb3