[摘 要 ]本 文 简 要 的 介 绍 了 移 动 通 信 产 品 SMT生 产 技 术 ， 以 及 在 多 品 种 、 批 量 少 生 产 中 ， 选 配 SMT生 产 设 备 所 需 考 虑 的 各 种 问 题 。
[关 键 词 ]表 面 贴 装 (SMT)： 设 备 选 配 ： 小 批 量 生 产 。
1、 前 言
移 动 通 信 产 品 是 一 种 量 大 而 广 、 品 种 多 的 产 品 ； 又 是 一 种 体 积 小 、 重 量 轻 、 功 耗 低 的 产 品 ， 它 要 求 用 先 进 的 自 动 化 加 工 技 术 生 产 ， 实 现 低 成 本 、 高 速 度 、 高 质 量 来 增 强 市 场 竞 争 力 。 目 前 移 动 通 信 自 动 化 加 工 技 术 的 核 心 是 表 面 组 装 技 术 (SMT)。
SMT技 术 与 传 统 的 穿 孔 插 入 式 组 装 技 术 相 比 ， 它 生 产 的 产 品 不 仅 体 积 小 、 重 量 轻 、 成 本 低 ， 而 且 信 号 处 理 速 度 快 、 可 靠 性 高 ， 非 常 适 合 移 动 通 信 产 品 高 速 、 高 频 的 特 点 。 这 些 优 点 使 SMT技 术 从 根 本 上 动 摇 了 传 统 插 装 技 术 的 统 治 地 位 ， 使 当 前 几 乎 100％ 的 新 一 代 移 动 通 信 产 品 都 采 用 了 此 项 技 术 。 因 此 可 以 说 SMT已 成 为 移 动 通 信 产 品 生 产 的 支 柱 。
用 SMT技 术 组 装 电 子 产 品 有 如 下 突 出 优 点 ：
● 产 品 组 装 密 度 高 ： 使 产 品 易 于 实 现 小 型 化 、 微 型 化 。
● 电 性 能 优 异 ： 采 用 无 引 线 或 短 引 线 元 件 ， 使 电 路 寄 生 参 数 小 ， 信 号 延 时 短 ， 易 实 现 高 频 、 高 速 。
● 易 实 现 自 动 化 生 产 ： 可 用 小 型 真 空 吸 头 吸 引 表 面 组 装 元 件 ， 易 实 现 高 速 贴 装 。
● 生 产 成 木 低 ： 可 以 双 面 组 装 ， 无 需 元 件 引 线 剪 切 、 无 需 基 本 元 件 定 位 通 孔 。
● 可 靠 性 高 ： 易 于 采 用 优 质 焊 接 技 术 ， 采 用 高 可 靠 的 直 接 手 贴 工 艺 。
然 而 由 于 SMT技 术 尚 是 一 种 不 断 发 展 的 技 术 ， 也 还 有 一 些 尚 待 解 决 和 提 高 的 问 题 ， 其 中 比 较 突 出 的 一 个 是 SMT生 产 设 备 结 构 复 杂 ， 设 备 费 用 昂 贵 ， 初 始 投 资 庞 大 ， 一 条 SMT基 本 生 产 线 动 辄 数 十 万 美 元 并 不 罕 见 。 因 此 在 相 当 长 的 时 间 内 ， SMT只 适 合 有 大 规 模 、 有 自 动 化 生 产 要 求 的 成 熟 产 品 。 对 于 仅 要 求 实 验 性 样 机 或 中 试 小 批 量 生 产 的 企 、 事 业 单 位 而 言 ， SMT是 一 种 可 望 而 不 可 及 的 生 产 设 备 。 近 年 来 ， 生 产 SMT设 备 的 企 业 ， 为 适 应 这 部 份 市 场 需 要 ， 已 不 断 开 发 出 各 种 类 型 灵 活 、 低 价 、 结 构 较 简 单 的 SMT设 备 。 因 此 如 何 按 本 单 位 产 品 目 标 ， 经 济 合 理 地 配 置 SMT工 艺 设 备 ， 成 为 企 业 决 策 者 要 处 理 的 一 个 重 要 的 问 题 。 本 文 先 介 绍 一 些 必 要 的 SMT技 术 知 识 ， 然 后 介 绍 如 何 选 配 SMT生 产 设 备 ， 以 供 同 行 参 考 。
2、 表 面 组 装 技 术 组 成
表 面 组 装 技 术 是 采 用 新 型 片 式 微 型 化 无 引 线 或 短 引 线 器 件 ， 通 过 自 动 贴 装 设 备 将 其 贴 装 在 单 面 或 双 面 印 刷 电 路 板 表 面 上 ， 再 通 过 自 动 焊 接 、 检 测 等 工 序 完 成 产 品 的 组 装 技 术 。
其 主 要 组 成 部 分 如 下 ：
● 表 面 组 装 元 器 件 ： 元 件 参 数 由 结 构 尺 寸 、 端 子 形 式 、 耐 焊 设 计 、 耐 温 度 、 耐 时 间 构 成 。
● 电 路 基 板 设 计 ： 单 层 和 多 层 环 氧 玻 璃 纤 维 、 陶 瓷 、 金 属 芯 等 不 同 型 式 基 板 的 设 计 。
● 组 装 设 计 ： 电 设 计 、 热 设 计 、 元 件 布 局 、 基 板 图 形 布 线 设 计 等 。
● 组 装 工 艺 ： 包 括 组 装 焊 接 材 料 选 择 、 涂 敷 技 术 、 贴 装 、 焊 接 工 艺 、 清 洗 技 术 、 检 测 技 术 。
● 组 装 设 备 ： 由 涂 敷 设 备 、 贴 装 设 备 、 焊 接 设 备 、 清 洗 设 备 及 检 测 设 备 等 组 成 。
3 SMT组 装 工 艺 简 介
SMT工 艺 ， 可 以 从 不 同 角 度 来 分 类 ， 但 其 中 心 是 “ 贴 装 — 焊 接 ” 工 艺 。 工 艺 技 术 流 程 的 合 理 性 、 正 确 性 又 决 定 着 整 个 SMT系 统 工 程 。 以 下 简 述 其 基 本 和 典 型 工 艺 技 术 流 程 。
3.1. 基 本 工 艺 技 术 流 程
涂 敷 技 术 — — 贴 装 技 术 — — 焊 接 — — 清 洁 — — 检 测 — — 返 修
涂 敷 技 术 ： 滴 涂 、 印 刷 (丝 网 印 刷 、 模 板 印 刷 )。
贴 装 技 术 ： 顺 序 式 、 布 线 式 、 同 时 式 。
焊 接 技 术 ：
A： 流 动 焊 接 ：
a.焊 接 方 法 ： 双 波 峰 焊 、 喷 射 波 峰 焊 。
b.粘 结 剂 涂 敷 ： 点 涂 、 针 转 印 、 注 射 式 。
c.粘 结 剂 固 化 ： 紫 外 、 红 外 、 电 加 热 。
B.再 流 焊 ： 热 风 、 气 相 、 红 外 、 激 光 。
3.2. 典 型 工 艺 技 术 流 程
在 移 动 通 信 产 品 中 ， 由 于 有 不 少 电 解 电 容 、 滤 波 器 等 非 平 面 元 件 ， 常 常 采 用 表 面 组 装 与 插 入 装 的 混 合 组 装 方 式 。
组 装 方 式 ： 在 PCB的 A面 贴 装 SMT和 插 装 通 孔 插 装 元 器 件 (THT)， 在 PCB的 B面 也 有 贴 装 SMT， 此 组 装 方 式 是 按 元 器 件 在 PCB的 位 置 来 划 分 。
其 典 型 参 考 工 艺 流 程 为 ：
① 完 全 自 动 化 ：
在 PCB的 B面 点 胶 涂 敷 — — 贴 装 — — 固 化 — — 翻 板 — — A面 印 刷 焊 膏 — — 贴 装 — — 再 流 焊 焊 接 炉 — — 插 装 — — B面 波 峰 焊 — — 清 洗 — — 最 终 检 测 。
② 半 自 动 化 ：
● 在 PCB的 A面 印 刷 焊 膏 — — 贴 装 — — A面 再 流 焊 — — 翻 板 — — PCB的 B面 印 刷 焊 膏 — — 贴 装 — — B面 再 流 焊 — 翻 板 — — A面 手 工 插 装 — — B面 手 工 焊 — — 剪 切 — — 清 洁 — — 最 终 检 测 。
● 在 PCB的 A面 印 刷 焊 膏 — — 手 工 贴 装 — — A面 再 流 焊 — — 翻 板 — — PCB的 B面 印 刷 焊 膏 — — 手 工 贴 装 — — B面 再 流 焊 — — 翻 板 — — A面 手 工 插 装 — — B面 手 工 焊 接 — — 手 工 剪 切 — — 清 洗 — — 最 终 检 测 。
以 上 仅 举 其 中 几 个 典 型 例 子 ， 具 体 工 艺 按 产 品 要 求 可 灵 活 配 置 。
4 SMT组 装 设 备 简 介
现 将 用 于 SMT生 产 技 术 的 各 类 设 备 及 其 功 能 叙 述 如 下 ：
(1)涂 敷 设 备 ：
点 胶 机 ： 将 贴 片 胶 按 所 需 的 量 ， 准 确 的 点 涂 到 板 上 的 相 关 位 置 。
印 刷 机 ： 将 焊 膏 (或 贴 片 胶 )按 所 需 的 量 ， 准 确 的 印 涂 到 板 上 的 相 关 位 置 。
(2)贴 片 设 备 ： 将 表 面 安 装 元 器 件 准 确 的 放 置 到 PCB所 需 的 贴 装 位 置 上 ， 它 是 SMT中 最 关 键 的 设 备 之 一 。
(3)插 装 设 备 ： 在 混 装 焊 接 时 ， 将 通 孔 元 器 件 准 确 的 插 装 到 PCB相 关 位 置 。
(4)固 化 设 备 ： 在 一 定 的 温 度 时 间 条 件 下 ， 固 化 贴 装 胶 ， 使 表 面 组 装 元 器 件 与 印 制 板 牢 固 地 粘 结 在 相 关 位 置 上 。
(5)焊 接 设 备 ：
再 流 焊 机 ： 将 焊 膏 经 过 重 熔 与 固 化 ， 使 表 面 安 装 元 器 件 焊 接 在 PCB板 相 应 的 焊 盘 上 。
波 峰 焊 机 ： 将 熔 化 的 焊 锡 粘 涂 在 表 面 安 装 元 件 的 电 极 端 头 和 相 应 焊 盘 上 ， 经 过 冷 却 形 成 完 善 的 焊 接 点 。
(6)维 修 设 备 ： 经 济 的 更 换 少 数 已 损 坏 的 元 件 ， 修 复 有 毛 病 的 焊 点 及 修 复 PCB板 上 局 部 导 电 性 能 不 良 之 处 。 以 提 高 PCB组 件 的 合 格 率 ， 最 大 限 度 的 降 低 生 产 成 本 。 另 外 ， 科 研 开 发 者 也 可 用 它 进 行 表 面 安 装 元 器 件 的 焊 和 拆 ， 并 完 成 各 种 线 路 实 验 及 生 产 少 量 产 品 。
(7)清 洗 设 备 ： 印 制 板 完 成 焊 接 后 ， 用 试 剂 清 洗 ， 去 除 清 洁 PCB板 焊 接 处 的 各 种 腐 蚀 性 的 残 留 物 ， 提 高 产 品 可 靠 性 。
(8)装 联 质 量 检 测 设 备 ： 检 测 监 控 生 产 过 程 中 出 现 质 量 问 题 ， 并 及 时 反 馈 ， 避 免 生 产 出 大 量 不 合 格 产 品 。
(9)印 制 板 上 下 扳 机 ： 让 未 装 元 器 件 的 印 制 板 进 入 生 产 线 ， 让 已 装 好 的 印 制 板 下 线 。
(10)传 送 装 置 ： 联 接 各 类 SMT设 备 ， 形 成 系 统 工 程 。
以 上 各 设 备 按 其 功 能 和 所 处 的 地 位 ， 可 分 为 主 体 设 备 和 配 套 设 备 。 主 体 设 备 ： 点 胶 机 、 印 刷 机 、 贴 片 机 、 再 流 焊 焊 接 机 、 波 峰 焊 焊 接 机 、 返 修 工 作 台 。 配 套 设 备 ； 清 洗 设 备 、 上 、 下 扳 机 传 送 带 装 置 、 各 类 装 联 质 量 检 测 设 备 。 目 前 主 体 设 备 为 关 注 焦 点 ， 必 须 十 分 重 视 这 些 设 备 的 选 购 及 配 置 ， 配 置 不 当 将 使 SMT生 产 线 不 能 达 到 预 期 效 果 。
5 多 品 种 小 批 量 的 SMT设 备 配 置 问 题
为 了 满 足 市 场 需 求 ， 科 研 单 位 、 各 企 业 都 以 前 所 未 有 的 热 情 涉 入 SMT这 个 高 新 工 艺 领 域 。 由 于 各 自 特 点 不 同 ， 因 此 对 SMT设 备 配 置 的 需 求 也 不 同 ， 如 何 有 利 于 科 研 ， 如 何 以 获 最 大 的 投 资 效 益 配 置 好 有 关 设 备 ， 就 成 为 一 个 十 分 重 要 的 问 题 。
(1)SMT设 备 的 配 置 原 则
① 依 据 工 艺 流 程 的 规 定 。
② 根 据 产 品 的 特 点 、 品 种 、 批 量 、 复 杂 程 度 。
③ 根 据 企 业 资 金 投 入 及 回 报 率 。
④ 选 配 其 设 备 的 先 进 性 、 适 用 性 及 国 内 外 的 应 用 率 。
⑤ 根 据 企 业 今 后 发 展 及 设 备 的 可 扩 充 性 。
而 SMT设 备 又 把 以 上 整 体 配 置 具 体 地 分 为 “ 多 品 种 、 小 批 量 ” 和 “ 少 品 种 、 大 批 量 ” 的 两 种 类 型 。 根 据 不 同 特 点 ， 优 化 设 备 。 在 此 侧 重 介 绍 “ 多 品 种 、 小 批 量 ” 的 设 备 配 置 问 题 。
(2)“ 多 品 种 、 小 批 量 ” 的 SMT设 备 配 置 原 则
按 “ 多 品 种 、 小 批 量 ” 的 SMT设 备 配 置 原 则 为 ： 灵 活 、 拓 展 、 节 资 。
① 灵 活 ： 即 能 适 应 不 同 的 贴 装 工 艺 类 型 的 需 要 ， 又 能 适 用 于 不 同 种 类 元 器 件 及 各 包 装 形 式 。 只 有 灵 活 才 能 适 应 科 研 开 发 、 试 制 和 生 产 中 的 品 种 变 化 ， 也 才 能 节 省 资 金 。
② 拓 展 ： 当 增 添 或 更 新 部 分 设 备 ， 可 以 增 加 所 需 的 功 能 或 扩 大 加 工 能 力 ， 更 适 应 发 展 ， 减 少 不 必 要 的 重 复 投 资 。
③ 节 资 ： 以 最 少 的 投 资 和 最 快 的 速 度 创 造 出 更 大 利 润 ， 满 足 科 研 与 生 产 需 要 。 这 是 另 一 种 形 式 的 回 报 与 创 利 。
以 上 说 明 了 ： 灵 活 是 节 资 基 础 ， 拓 展 是 节 资 保 证 ， 节 资 是 指 导 配 置 设 备 的 出 发 点 与 归 宿 。
与 此 相 反 ， “ 少 品 种 、 大 批 量 ” 的 配 置 原 则 为 ： 灵 活 、 高 速 、 可 靠 、 创 益 。 在 大 批 量 中 要 尽 可 能 高 速 ， 来 提 高 生 产 率 ， 降 低 成 本 。 同 时 高 速 中 要 求 可 靠 性 好 、 一 致 性 强 、 灵 活 性 和 稳 定 性 高 ， 才 能 有 更 高 的 创 益 ， 才 能 有 更 高 的 投 资 回 报 。
还 必 须 强 调 指 出 ： 在 多 品 种 小 批 量 的 前 提 下 ， 在 考 虑 投 入 资 金 及 回 报 的 前 提 下 ， 不 可 能 实 现 全 套 设 备 的 自 动 化 ， 不 可 能 选 配 全 套 SMT设 备 。 因 此 在 SMT工 艺 中 ， 其 中 某 些 工 序 手 工 的 介 入 将 是 不 可 避 免 的 ， 也 是 有 益 的 ， 特 别 对 于 多 品 种 小 批 量 更 是 如 此 。
(3)按 不 同 的 产 品 工 作 性 质 及 要 求 配 置
工 艺 设 备 的 配 置 当 否 ， 往 往 与 产 品 的 种 类 、 数 量 及 工 艺 流 程 确 定 有 关 。 从 实 践 中 ， 我 们 认 为 对 于 “ 少 品 种 、 大 批 量 ” 的 设 备 配 置 其 难 度 在 于 设 备 投 资 的 风 险 性 。 而 多 品 种 、 小 批 量 的 设 备 其 难 度 在 于 设 备 实 际 使 用 的 适 用 性 。
“ 多 品 种 、 小 批 量 ” 的 工 作 性 质 ： 科 研 、 少 量 生 产 加 工 。 因 此 在 配 置 “ 多 品 种 、 小 批 量 ” 的 设 备 时 ， 不 能 象 “ 少 品 种 、 大 批 量 ” 那 样 大 而 全 ， 必 须 按 其 所 处 的 工 作 性 质 区 别 对 待 。 目 的 是 ， 不 仅 要 节 省 大 量 的 经 费 投 入 ， 还 要 避 免 设 备 的 闲 置 。
① “ 多 品 种 、 小 批 量 ” 的 工 作 类 型 的 设 备 配 置 情 况
A： 科 研 型 ： 一 般 配 置 返 修 工 作 台 。 选 配 时 一 般 应 充 分 了 解 本 单 位 科 研 产 品 现 状 和 发 展 趋 势 ， 熟 悉 工 艺 。 所 选 型 号 应 同 时 兼 顾 今 后 的 发 展 ， 工 作 型 号 选 型 ， 应 力 求 全 面 、 多 功 能 。
B： 试 验 及 小 量 生 产 型 ： 可 配 印 刷 机 、 再 流 焊 接 炉 、 贴 片 机 ， 要 能 适 应 开 展 工 艺 研 究 的 需 要 并 要 有 小 批 量 的 少 量 加 工 能 力 。 对 印 刷 机 、 贴 片 机 可 选 购 半 自 动 或 手 动 形 式 的 为 佳 。
相 对 而 言 ， 对 于 大 批 量 生 产 型 (如 ： 印 刷 机 、 贴 片 机 、 再 流 焊 接 炉 、 固 化 炉 、 波 峰 焊 焊 接 炉 、 返 修 工 作 台 等 )可 选 配 全 套 设 备 ， 以 满 足 大 批 量 、 高 速 、 可 靠 、 稳 定 的 要 求 。
② “ 多 品 种 、 小 批 量 ” 工 作 类 型 的 设 备 配 置 分 析
根 据 一 般 专 业 科 研 所 科 研 与 生 产 情 况 ， 属 于 小 批 量 的 科 研 试 生 产 型 。 因 此 选 型 上 按 照 小 批 量 科 研 型 的 特 点 ， 不 能 首 先 选 择 大 而 全 的 投 资 规 模 ， 应 根 据 设 备 的 实 际 使 用 量 与 适 应 性 的 特 点 选 配 ， 选 配 投 资 规 模 相 对 不 大 ， 而 适 应 性 很 强 的 设 备 。 例 如 ： 全 热 风 再 流 焊 焊 接 炉 、 返 修 工 作 台 、 手 动 印 刷 机 、 手 动 贴 片 机 等 设 备 ， 既 能 立 竿 见 影 的 使 技 术 马 上 运 用 到 产 品 中 去 ， 达 到 现 代 装 联 高 技 术 质 量 要 求 ； 又 能 实 现 产 品 小 型 化 的 特 点 ； 并 能 为 今 后 的 设 备 更 新 换 代 ， 进 行 自 由 搭 配 。 □
摘自《移动通信》2001.5期
