表面貼裝技術在電子工藝實習中的運用研究

伴隨表面貼裝技術的發展、推廣,我國已然轉變成全球第一表面貼裝技術產業大國。對于當代大學生而言,掌握表面貼裝技術工藝知識原理顯得尤為關鍵。將表面貼裝技術運用至電子工藝實習中, 要求學生自己動手操作, 如此一方面可促進學生了解掌握新技術、新工藝,一方面可促進學生了解認識為電子產品應用該項技術的發展形勢,對于我國高等教育實際工程訓練、國家經濟發展也十分有必要。由此可見,對表面貼裝技術在電子工藝實習中的運用開展研究,有著十分重要的現實意義。
1 表面貼裝技術及其特征
1.1 表面貼裝技術
表面貼裝技術(Surface Mount Technology,SMT),是指把貼片元器件(SMC)貼至印刷電路板(PCB)上的一項新型電子產品裝配技術,具體而言即為借助工具于SMB 板焊盤處涂上焊膏印或者粘接劑,然后把SMC 引腳與焊盤相連,最后選用回流焊或者波峰焊等手段開展焊接,進一步實現電氣與機械之間的連接,表面貼裝技術如圖1 所示。
作為一項系統復雜的工程,表面貼裝技術涉及到表面安裝元器件技術、SMT 組裝設計技術、SMT 設備技術、SMT 工藝制造技術、SMT 基板制造技術等多門學科、技術。和傳統通孔技術相比較,表面貼裝技術可以元器件作為主要區分,通孔技術所采用的為長引腳元器件,元器件以插入焊盤孔內的組裝方式置于印刷電路板上;而表面貼裝技術所采用的為短引線或者無引線元器件,且元器件以貼裝在印刷電路板表面的組裝方式置于印刷電路板上。此外,在焊接方式上,兩項技術同樣存在一定差異,表面貼裝技術推行回流焊接法或者波峰焊接法,通孔技術則推行焊料熔化焊接法。

圖1 表面貼裝技術示意圖
1.2 表面貼裝技術特征
SMT 表面貼裝技術特征,具體而言:(1)組裝體積小、密度高,和通孔元器件相比較,表面貼裝技術所采用的貼片元器件體積明顯減小,重量也僅為通孔元器件重量約10.0%。相關研究指出,應用表面貼裝技術后,電子產品體積可減少40.0%~60.0%,重量可降低60.0%~80.0%。(2)較強的可靠性,憑借貼片元器件體積較小、重量較輕及焊點缺陷率較低,因此表面貼裝技術具備較強的可靠性,并且抗震能力同樣得到一定改善。(3)良好的高頻特性,表面貼裝技術采用的為短引線或者無引線元器件,由此極大水平降低了寄生電感、寄生電容存在的可能,進一步強化了電路高頻特性,消除了電磁、頻射引發的干擾。
(4)低成本,因為貼片元器件體積減小,所以印刷電路板使用面積同樣會得到一定降低,相繼電子產品體積也得到減小,由此極大水平縮減了電子產品的生產成本;印刷電路板無需大量的鉆孔,由此可顯著降低電子產品維修成本;此外憑借SMT 良好的高頻特性,有效降低了電子產品電路調試成本。相關研究顯示,應用表面貼裝技術后,電子產品生產成本降低了30.0%~50.0%,極大程度縮減了人力、物力等方面的損耗。
2 表面貼裝技術在電子工藝實習中的運用
2.1 表面貼裝技術組裝種類及流程
表面貼裝技術牽涉到多個不同專業及學科技術, 在涵蓋其設備本身關聯技術包括SMC 封裝制造、電路布局、電路基板、焊接等的同時,還涉及檢測、清晰、維修等相關技術。表面貼裝技術組裝種類可按照元器件、組裝方式開展劃分,分別有全表面組裝、單面混合組裝以及雙面混合組裝。其中,全表面組裝指的是PCB 單面或者雙面所選取元器件都采用貼片式元器件組裝方式。這一組裝種類具備操作簡便、元器件體積小、質量輕等特點,對應工藝流程為:錫膏印刷→檢測→貼裝元件→檢測→回流焊接→檢測。
單面混合組裝指的是PCB 單面所選取元器件采用貼片元器件與通孔元器件相混合的組裝方式。該種組裝種類有著較為復雜的工藝,不過由于其存在一些元器件為通孔封裝式,有時同樣要應用到通孔元器件,因此該種表面貼裝技術組裝種類同樣較為適用。對應工藝流程為:錫膏印刷→檢測→貼裝元件→檢測→回流焊接→檢測→插件安裝→檢測→波峰焊接→檢測→冷卻→清洗→檢測。
雙面混合組裝涵蓋有兩類情況,一類是PCB 一面均選取插裝法開展通孔元器件安裝,另一面均選取表面貼裝法開展貼片元器件安裝; 一類是PCB 雙面所選取元器件同時有通孔元器件和貼片元器件,通孔元器件焊接于元器件背面上,貼片元器件焊接于元器件同面上。雙面混合組裝對操作人員工藝水平提出了較為嚴苛的要求,同時焊接不可一次性完成,在安裝另一面元器件過程中,要求將之前插裝好的元器件開展加固后方可開展。對應工藝流程為:錫膏印刷→檢測→貼裝元件→檢測→回流焊接→檢測→插件安裝→檢測→波峰焊接→檢測→冷卻→清洗→檢測。
表面貼裝技術三種不同組裝種類均有著各自一定的優勢, 工藝流程復雜水平同樣存在一定差異,在電子工藝實習中,教師可結合電子產品具體裝配要求選取適用的組裝手段。
2.2 表面貼裝技術實習教學流程
表面貼裝技術實習教學流程,具體而言:(1)實習指導教師向學生講授電子裝配技術發展歷史、趨向,使學生對電子組裝主流工藝技術形成一定認識,擴寬學生學習視野,調動起學生電子工藝學習主觀能動性。(2)實習指導教師向學生講解SMT 相關電子產品工作原理。(3)實習指導教師向學生介紹SMT 工藝流程,學生結合SMT 工藝流程開展SMT 相關電子產品裝配及相關插裝元件焊接。(4)實習指導教師向學生講解驗證、調試技巧方法等。學生結合要求對SMT 相關電子產品進行驗證、調試。(5)教師與學生開展全面探討,教師、學生相互間就學生制作電子產品開展評價。
2.3 表面貼裝技術教學工藝流程
表面貼裝技術教學工藝流程包括: 來料檢測→錫膏印刷→貼裝元件→貼裝質量檢測→回流焊接→清洗→檢測→返修,全面教學工藝流程需要運用到手動錫膏印刷臺、焊膏專用冰箱、手動貼片臺、激光鋼模板、回流焊機以及真空吸筆,以上關鍵教學工藝流程包括錫膏印刷、貼裝元件和回流焊接。(1)錫膏印刷。選取手動錫膏印刷臺,采取刮刀把錫膏經由激光鋼模板漏印至PCB 焊盤處。全面絲印流程可劃分成兩步:第一步,錫膏攪拌,攪拌具備兩方面作用,一方面是將錫膏攪拌均勻,一方面是調節錫膏粘度。印刷性能優劣受錫膏粘度很大程度影響,倘若錫膏粘度過低,則極易出現流淌、塌邊情況,進而影響到線條平整性及印刷分辨率;倘若錫膏粘度過高,將提升錫膏穿過模板開孔難度,進而造成印出線條缺乏完整性。將錫膏存儲于0℃~4℃環境下, 自焊膏專用冰箱取出錫膏置于溫度控制在20℃~25℃范圍, 相對濕度控制在40.0%~60.0%, 使錫膏自然升溫約20min,后選取玻璃棒開展攪拌。第二步,絲印焊錫膏,選取一定厚度的激光鋼模板,選取手動錫膏印刷臺,采取刮刀把錫膏經由激光鋼模板漏印至PCB 焊盤處,以為元器件焊接提供準備。絲印焊錫膏是表面貼裝技術教學工藝流程的首道工序,還是表面貼裝技術質量的重要前提。選取刮刀漏印模板印刷手段對焊錫膏開展涂覆。在印刷過程中,利用刮刀通過相應速度、壓力對焊錫膏進行推動,有效保證焊錫膏經由激光鋼模板上焊盤漏孔分配至PCB 焊盤處。相關實踐得出,焊接質量完備,焊盤錫量飽滿,同時不出現橋接情況。(2)貼裝元件。貼裝元件指的是借助貼片機將表面貼裝元器件有序安裝至PCB對應焊盤位置處。在開展印刷板生產前,均要借助貼片機對印刷板開展編程,編程過程中應當結合元器件封裝形式差異及送料器所處位置差異等開展編寫,編程結束后,依托這一印刷板開展元器件貼裝過程中同樣務必要結合程序進行,所以務必要確保編程操作的準確性,有效防止由于病程不當而造成印刷板不可使用,在元器件貼裝過程中必須要對首板開展檢測。在對印刷板開展編程過程中,應當堅持結構簡單到結構復雜原則,也就是先編寫阻容類元件程序,后編寫芯片類元件程序,每一步編程操作結束后均要予以封裝,各個元件程序編寫結束后系統會自動進入下一元件的編寫。值得一提的是,如果元件具備方向性,那便需要結合圖紙對應注明依據正確方向開展放置。除此之外,在焊接芯片類元件前,務必要全面檢測引腳,確保其平整、完好。編程完畢后即可開展貼片操作,該環節由貼片機按照編寫好的程序開展自動化操作。在實際實習中,通常選取的設備為手動設備而并非工廠生產線先進的自動化設備,因此在貼裝元件流程中要推行手工貼裝,元件手工貼裝指的是選取真空吸筆把表面貼裝器件有序安裝至PCB 對應位置上。貼裝靜電敏感器件務必佩戴防靜電腕帶,并于接地可靠的防靜電工作臺上開展貼裝;務必要依據裝配圖要求開展貼裝方向選取;貼裝位置準確,引腳、焊盤相對齊;元件貼防后要借助鑷子緩緩锨壓元件頂部,確保貼裝元件引腳超過一半厚度浸入焊膏中。(3)回流焊接。元件貼片結束后應當開展檢測,通過檢測確保不存在誤貼、方向、錯誤等情況后將印刷板置于回流焊爐傳送帶處, 進入最后一項表面貼裝技術教學工藝流程———回流焊接。就回流焊接而言,首要工作是開展好溫度控制。回流焊接可劃分成預熱、保溫、回流及冷卻四個步驟。其中,預熱指的是對PCB 進行加熱, 將PCB 由室溫升高到150℃~170℃, 進一步迅速轉至保溫過程;保溫是為了確保元器件能夠維持在一個較為穩定的溫度狀態,從而縮減每一元器件相互間的溫差,進一步實現電路板穩定平衡,通常保溫區穩定調節在約180℃。于回流區開展加熱過程中,加熱器穩定調節要低于245℃, 以確保每一元器件穩定可迅速升高并實現最高值。加熱結束后,通過傳送帶把PCB 板送出爐膛,并將其置于室溫下自然冷卻。在加熱期間,焊膏中錫粉末實現熔化、濕潤,于此期間焊膏可與PCB 板表面相連, 通過一定時間自然冷卻后,PCB 板就會呈現出明亮、有序的焊點。在開展回流焊接過程中,環境適度極大程度影響著回流焊接質量,如果環境適度超過75.0%,零件引腳、金屬部位便極易形成白色腐蝕物,所以在操作實踐中,必須將環境濕度調節在40.0%~60.0%范圍,從而為回流焊接質量提供有效保障。
表面貼裝技術實習產品為收音機制作,收音機制作流程,如圖2所示。其中,以手工貼片為流程首要難點。因為貼片元件體積小,再加上各個規格、型號元件外觀大致相同,尤其是對于貼片電容,規格參數未有標記,所以貼片過程中時常會發生差錯。學生自工位1 于印好焊膏印刷板處,選取真空吸筆對元件1 進行貼裝,在轉至工位2 對元件2 進行貼裝,以此類推,實現對所有貼片元件的貼裝。通過一系列實踐得出,該種組裝方式開展有序、適應性佳、成功率高。

圖2 表面貼裝技術產品制作流程示意圖
3 表面貼裝技術教學效果
表面貼裝技術在電子工藝實習中的實踐運用, 得到了學生的一致認可,并收獲了可觀的教學成效,學生們經由自己動手對表面貼裝技術全面工藝流程開展實踐操作,加深了對SMT 設備器件愛你的認識,掌握了SMT 工藝,強化了自身實踐能力、實際問題解決嗯呢管理。學生們一致認為,表面貼裝技術在電子工藝實習中的實踐運用,自己動手制作電子產品,收獲了十足成就感,改善了電子工藝實習效果。
結束語
總而言之, 電子工藝實習是高校培養學生實踐能力的有效途徑之一。在強化實踐能力培養的同時,要求把培養綜合性高素質人才的理念引入實習教學中,所以在電子工藝實習過程中引入新的教學內容僅為關鍵。相關人員務必要清楚認識表面貼裝技術及其特征,強化表面貼裝技術在電子工藝實習中的科學合理運用,不斷鉆研研究、總結經驗,積極促進電子工藝實習有序開展。