第六步:组件贴装
分立组件变得越来越小,于是组件的贴装变得越来越难。我们要求组件贴装准确,同时又要保证贴装可靠和重复,这是很困难的。0201组件已经越来越普通;但是,我们很快就会在电路板上看到01005组件。组件尺寸越来越小,电路板越来越复杂,需要在电路板上贴装各种各样的组件,而且组件的数量也越来越多。
贴装组件是很简单的,就是从传送带、传送架或者料盘中拾取组件,然后再把它们正确地贴到电路板上。组件贴装分为手动贴装、半自动贴装和全自动贴装。手动贴装非常适合返修时使用,但是它的精确度差,速度也不快,不适合目前的组件技术和生产线的要求。半自动贴装是用真空的办法把组件吸起来,然后放到电路板上。这个方法比手动贴装快得多,但是,由于它需要人的干预,还是会有出错的可能。全自动贴装在大批量组装中的应用非常普遍。高速组件贴装使用的可能就是这种机器,贴片速度从每小时三千到八万个组件不等。
贴片机的类型分为转动架型贴片机、龙门贴片机和灵活型贴片机三种。龙门贴片机的速度较快、尺寸较小、价格较低,而且它的编程能力较强,便于使用带装组件,因此,未来的SMT生产线都将使用龙门贴片机。这种机器可以迅速完成大型组件和微间距组件的贴装,这是它的优势。
不同的生产环境需要使用不同类型的贴片机。生产规模是首先需要考虑的问题。机器是否符合生产的要求,这要取决于需要把哪些组件贴装在电
路板上,需要贴装多少种组件,以及具体的生产环境情况如何。贴片机有几种,制造商可能无法只用一台机器来满足用户所有的要求。在购买新的贴片机时,你首先需要明确以下几个问题:
•它可以生产规格多大的电路板?
•需要使用多少种不同的组件?
•会用到哪几类/哪几种规格的组件?
•会出现多少变化?
•每个面板的平均贴装组件数量是多少?
•每小时可以生产多少块电路板?
•投资回报可以达到什么水平?成本是多少?
成功的组件贴装往往与各种设备有关。了解了整个工艺的各个环节,就可以根据不同贴片机的优点与缺点更容易地做出最有利的决定。
第七步:焊接
无铅对生产制造的各个环节或多或少都会有些影响,但是没有哪个环节能够与再流焊相提并论。由于熔点温度较高,无铅焊料合金再流焊温度曲线的变化,因此在再流焊管理方面需要做一些调整。我们需要考虑的再熔工艺参数包括,峰值温度、液相线时间(TAL)以及温度上升和下降速度。此外,还要考虑冷却方面的要求、离开电路板时的温度和助焊剂的控制。
在无铅再流焊方面,最常见的问题是,气泡、电路板变形和元件的损坏,这些都是再流焊工艺在超出技术规范规定的范围时造成的。有一些元件,例如,铝电解电容器和一些其他塑料连接器,要求温度比较低,要防止温度过高而造成损坏,但是象插座这样的大元件需要更多的热量才能得到好的焊点,因此当电路板上有这些不同类型元件时,制定再流焊温度曲线是一个挑战性的问题。向后兼容性(装在锡铅电路板上的无铅BGA元件)也使问题变得更加复杂。
在对流焊接中,再流焊的温度较高,这表示,要求助焊剂不可以很容易就燃烧。对再流焊炉来说,助焊剂收集系统不仅要在更高的温度下工作,并且要容纳更多的助焊剂。
在加热过程中氮气(N2)可以防止金属表面出现氧化,并且保证助焊剂妥善地激活。但是,值得一提的是,在使用无铅SAC305合金时时,氮气在再流焊炉中是起不了什么作用的。对价格敏感的行业,可能还不打算在无铅中使用氮气。
就穿孔或者表面安装的分立元件而言,在转到无铅波峰焊时,由于无铅焊料中锡占的比例较高,炉温也较高,因此焊锡炉要能够抗腐蚀。在无铅焊料中,锡的含量最高,要求的温度也较高,会促进残渣的形成。
无铅焊锡炉需要进行水平较高的预防性维护和保养,以便保证机器的正常运作。像锡银铜这样的合金会侵蚀较旧的波峰焊接机上使用的材料。
汽相再流焊工艺在无铅合金上已经取得了成功,它可以
避免高温处理时出现变化。这个工艺具有良好的热转移特性。
激光焊接有利于改善这种自动化工艺,而且非常适合对温度比较敏感的元件。这种方法的速度较慢,但是它符合无铅的要求。关于使用无铅合金进行批量焊接的大部份观点同样也适用于返修用的手工焊接。
在使用免清洗工艺时,助焊剂的选择是关键。固化能力较强的免清洗助焊剂能够降低焊接缺陷,但是它会在电路板上留下更多肉眼看得到的助焊剂。
在进行无铅焊接时需要考虑以下几方面的问题:焊接方法、焊接设备、焊料合金、助焊剂、热电耦、氮气、焊锡炉,同时还要解决在过渡阶段在同一块电路板上既有锡铅焊料又有无铅焊料的问题。
第八步:清洗
清洗印刷电路板是非常重要而且能够增加价值的工艺,它可以清除由不同制造工艺和处理方法造成的污染。如果没有经过适当的清洗,表面污物可能会在生产过程中造成缺陷。无铅增加了清洗工艺的重要性。比起锡铅工艺,无铅焊接工艺通常需要使用更多的助焊剂和活性更高的助焊剂,因此,往往需要进行清洗,把去助焊剂残渣去掉。
在选择适当的清洗介质和设备时,主要考虑以下几个因素:系统必须环保,经济有效;关于挥发性有机化合物(VOC)的局部散发和废水的法规(COD/BOD/pH)可能会影响解决办法和设备的选择;这种清洗剂还必须适应组装材料和洗涤设备的要求。
在SMT组装中,最常用的清洗方法是在线喷洒系统或者批量喷洒系统。超声波和蒸汽去脂的方法属于其他的批量清洗方法。批量清洗方法最适合产量低、品种多的生产。在线喷洒针对的是产量高、品种单一的生产,或者是品种很多的生产。
水洗清洗—这种清洗方法使用水或者是含有清洗剂的水(清洗剂的含量一般在2–30%之间)。水溶性材料通常由可于用来喷洒的液态酒精或者VOC溶液构成。这种办法能够把表面安装技术或者穿孔技术中的使用松香的低残渣助焊剂清洗掉。水溶性清洗通常用于高压在线清洗设备。
半湿性清洗—这是溶剂清洗/水冲洗工艺。这项技术使用的一些化学材料包括非线性酒精和合成酒精化合物。非线性酒精把活性较低和活性适中的材料整合在一起,它可以清洗较难清除的助焊剂,例如,高温树脂和合成树脂,以及水溶性助焊剂和免清洗助焊剂。
我们使用三种常见的测试方法来确定SMT生产运作的清洁度:目视检查、表面绝缘电阻(SIR)和溶液提取法。在目视检查中,我们通过显微镜手动检查电路板。溶液提取法是把电路板浸泡在异丙基酒精和去离子(DI)水里,测定离子的传导性。SIR测试需要在工艺设计阶段和大规模生产阶段使用专门的测试电路板,然后,在SIR室内对这些测试电路板进行评估,在SIR室内,通了电的测试电路需要暴露在不同的环境条件下。
清洗是组装工艺中非常重要的一个环节。无铅焊料合金会对电路板表面清洗提出几个要求:使用等级较高和活性较强的助焊剂,需要较高的再流焊温度。这么高的温度可能会使助焊剂残渣糊掉,这样,清除起来就会更困难,如果使用的传统的化学材料清洗技术,更是如此。
第九步:测试和检验
由于缩短上市时间、缩小元件尺寸以及转到无铅生产,需要使用更多的测试方法和检查办法。对缺陷程度(在生产过程中产生的缺陷)的要求,以及测试和检查的有效性,推动着测试行业向前发展。最好的测试策略往往会受到电路板特性的限制。需要考虑的几个重要因素包括:电路板的复杂性、计划的生产规模、是单面电路板还是双面电路板、通电检查和目视检查,以及元件方面的具体的问题。