摘要：随着信息化的快速发展，对电子产品的制造技术要求越来越高，表面组装技术的出现是一种有效解决的新方式。表面组装技术是一门涵盖了机械、材料、自动化控制和计算机等诸多学科的技术，因此在制造的多个生产工序中，由于设备本身或者人为操作因素等各种原因难免会导致电子元器件出现制作瑕疵，从而影响电子元器件的表面组装工艺质量。
关键词：电子元器件；表面组装；工艺质量
目前，表面组装技术依靠其自身的优势和特点，在许多应用中已经取代了传统的线路板通孔插装技术，逐渐渗透到了各个行业和领域当中。比如航空航天、航海交通以及军事领域，以及我们日用的手机、家用电器、打印机、笔记本电脑等，都已经取得了十分广泛的应用。
一、电子元器件表面组装技术的主要程序概述
1.印刷。焊锡膏印刷是印刷过程最常采用的方式，锡膏能够对元器件的焊盘与引脚起到一定的连接作用。然而由于锡膏具有特殊性，即使在连接过程中采用最好的锡膏，其效果也是无法得到保证的，印刷钢板的设计与使用才是实现理想效果的关键所在。具体来讲，金属钢板上存在许多小孔，焊膏借助这些小孔就会流入到PCB板上，以此实现金属钢板与PCB板的无缝对接，从而达到延长使用寿命的目的。由此可见，金属钢板上小孔的制造工艺是影响焊接质量的直接因素，在制造小孔时其运用工艺不同其效果也会有所差异。例如采用先进的激光切割法加工出来的精度会比较高，但是会造成一定的钢膜污染。化学腐蚀也是一种常见的且较为传统的加工方法。
2.回流焊接。这个过程是以之前工序为基础，以固定好的锡膏为对象予以的二次融化过程，能够提升焊盘与元件引脚之间对接的可靠性。回流焊接其工作原理就是以空气媒介流动为载体进行的热能传递，是借助对流传热来实现加热的，
风速则是影响散热速度的直接因素。但是在此过程中，风速的把握有着至关重要的作用。如果处于风速过高的环境下，元件很可能发生位移。同时，回流焊接实施过程中不需要额外的添加焊料，因此其精准度不仅较高，其焊点质量也能有所保障。
3.贴片。贴片是表面组装技术中最为复杂且最为核心的一种方式，贴片技术的发展对表面组装技术的整体发展有着重要的支撑作用。自动贴片需要经过以下几个步骤来进行：（1）对PCB予以定位，并借助自动传输带和传感器的共同作用实施装载；（2）要对元器件定心进行拾取并进行贴放。这个过程需要依托吸嘴来完成元器件的拾取，之后利用定心将其与元器件的中心保持一致，（3）利用机械手的作用从而将元器件放置到相应位置；（4）利用传输带的作用将已装载完成的PCB板转移到相应的卸载装置。这个过程仅仅依靠单独系统是无法完成的，而是需要将智能化的软件和硬件结合起来，这也是此过程被称为整个表面组装技术中核心技术的原因所在。
二、电子元器件表面组装工艺出现缺陷的原因
影响表面组装质量最重要的工序就是焊锡膏的印刷，在焊锡膏的印刷中最重要的就是要避免韩锡球的产生。基于表面组装技术管理系统就电子元器件表面组装工艺出现缺陷的原因进行分析，在众多因素中，影响表面组装工艺质量的主要原因就是焊锡膏的温度与湿度、印刷机功能、钢板的开孔工艺、元器件的摆放高度以及焊锡膏污染。
三、电子元器件表面组装工艺改进措施
1.钢网开孔工艺的改进。钢网是整个电子元器件表面组装工艺中的重要工装，在对其进行设计制作的过程中，需要根据PCB板上器件的间距、器件特征等要素，对钢板的开孔工艺参数进行选择。通常使钢网的开口尺寸与焊盘尺寸形状相互对应一致。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在实际中由于各类PCB板上器件的最小间距，器件的布局等，焊盘的尺寸形状存在较大差异，因此需要对钢网开口尺寸、形状、精度、厚度等进行差异化参数选择设计。钢网采用激光切割加电抛光，孔壁为锥形，位置偏差：CHIP SOT元件≤0.05㎜，IC元件≤0.02㎜；精度控制在±0.005-0.01㎜内；孔的光洁度要
求整齐、光滑、边沿不允许有疤痕、粗糙割痕，毛刺尺寸≤5μm；开口尺寸≤焊盘尺寸10%的范围内，具体结合焊盘面积与钢网厚度选定；开口形状根据焊盘的形状与器件的焊脚形状选择；厚度要求面积比≥0.66，宽厚比≥1.5，根据最小间距器件选择，通常0201器件选择0.1㎜；如果PCB板上存在细间距器件与大吃锡量器件或共面度较差器件时，需要考虑阶梯模板，通常最大阶梯≤0.06㎜。此外，钢网需要保持张力、平整度在一定的范围内。由此可以验证，对钢板开孔工艺进行改进，需要根据PCB板实际情况来选择设计参数，只有这样才能不断提升印刷质量，最终达到提升电子元器件表面组装工艺质量效果的目的。
2.控制焊锡膏温度、湿度和粘度。焊锡膏最佳温度在18-27℃，湿度在30%-60%，粘度在500KCPS-1200KCPS，在焊接过程中，为防止出现焊锡膏坍塌连锡等现象，为防止在回流焊接过程中产生材料飞溅，对焊锡膏的使用温度、湿度和粘度需要根据实际情况选择参数进行控制，一般温度25℃，湿度45%。通过使用温度传感器以及湿度传感器，将温度与湿度控制在合理的范围之内，最终达到提升焊锡膏使用效果的目的。另外，在实际应用的过程中，还需要避免焊锡膏出现污染的情况。在此过程中，使用刮刀对已经被污染的焊锡膏进行剔除，需要对多余的焊锡膏定期清理。由此可以验证，在实际使用焊锡膏的过程中，需要保证焊锡膏的使用温度、湿度、粘度以及自身清洁性等。
3.合理选定印刷参数，提升印刷质量。印刷在电子元器件表面组装是非常关键的工序，其中刮刀的设计、压力、速度、钢网与PCB板的脱模速度等参数选择，是决定印刷质量的关键要素。通常选用合适长度的不锈钢刮刀和合适的印刷角度，印刷压力的调整以开孔区域锡膏都被刮干净来选定参数，印刷速度调整以开孔区域无锡膏残留来选定参数，脱模速度调整以无拉尖、少锡等来选定参数，以上参数在产品试制或首件时确定最佳参数组合，在生产时需首件验证后选择。在实际制造过程中，首先需要对印刷机钢网清洗，将自动清洗技术应用在钢板清洗中，对钢网自动进行清洗，避免出现清洗不到位等情况。另外，还可以对空调系统进行完善，保证运行环境中湿度以及温度的稳定性，保证清洁度。
4.科学选择设备参数，合理确定元件高度。在实际贴片中，吸嘴的气压要根据元器件来科学选定，重点控制其中的贴片压力，同时确定元器件的摆放高度，保证尺寸的规范性和吻合性，避免偏移、飞料，以及出现焊锡膏被过度挤压或贴合不到位等情况，解决在回流焊时出现锡球、桥接或虚焊等问题。
5.系统分析视觉检测数据，持续优化各项参数。随着图像识别技术的飞速发展，AOI、SPI在电子元器件表面组装过程中得到广泛地应用，通过在线SPI对印刷后PCB板上的锡膏形状尺寸、厚度进行检查，防止不合格品流入下道工序。通过在线AOI对回流焊后的插件进行检查，发现不合格项点的具体状况及位置，结合SPI数据，找出问题原因，对前端的有关参数进行调整，优化参数组合，通过不断的总结实践，建立工艺参数优选库，持续提升电子元器件表面组装过程工艺水平。由此可以验证，要想提升电子元器件表面组装工艺的应用质量，需要从工艺实施的各个流程进行分析，通过数据关联分析，合理选择工艺参数，只有这样才能保电子元器件表面组装工艺质量水平不断提升。
总之，电子元器件的表面组装技术是一个十分复杂的过程，而产生焊料球的原因也很多。在今后的生产实际中，仍然需要我们从各个方面综合考虑，不断研究和改进方法，以实现提升工艺质量的终极目的。
参考文献：
[1]徐冉.电子元器件表面组装工艺质量改进研究[D].苏州大学,2019.
[2]李倩.电子产品组装CAPP系统研究与开发[D].三峡大学,2019.
论文作者:王晓伟,荣希印,牛慧锋
论文发表刊物:《电力设备》2019年第22期
论文发表时间:2020/4/13
标签：表面论文; 工艺论文; 电子元器件论文; 参数论文; 质量论文; 焊锡膏论文; 技术论文; 《电力设备》2019年第22期论文;