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电子制造设备维修与保养

（论文）

摘要

当前，工厂进入加速发展阶段，任务增多，技术含量不断提高，而装备出厂后提供的技术培训较少，资料不全，工厂维修技术及工艺水平相对落后，导致维修中出现诸多问题，甚至影响作战部队的正常训练。

因此，有必要对电路板的维修技术做一些分析与研究。

本文在实际维修的基础上对电子设备的维修技术、技巧和几个关键问题进行分析，对如何提高维修技术水平提出建议。

随着电子科技的日新月异，尤其精细电子的飞跃式发展，对于设备的要求也越来越高。

SMT作为一门比较新型的产业形式，设备的精密高科技性也是首屈一指，而对于其设备的维修与保养的必要性也显得更为重要。

而SMT设备中贴片机和回流焊机的保养与维护也就变得相当重要。

关键词SMT设备保养维护贴片故障失效回流焊

贴片机与回流焊机常见故障与解决方法

第1章前言

1.1贴片机

贴片机，又称“贴装机”、“表面贴装系统”（SurfaceMountSystem），在生产线中，它配置在点胶机或丝网印刷机之后，是通过移动贴装头把表面贴装元器件准确地放置PCB焊盘上的一种设备。

分为手动和全自动两种。

全自动贴片机是用来实现高速、高精度地全自动地贴放元器件的设备，是整个SMT生产中最关键、最复杂的设备。

贴片机是SMT的生产线中的主要设备，现在，贴片机已从早期的低速机械贴片机发展为高速光学对中贴片机，并向多功能、柔性连接模块化发展。

1.2回流焊机

回流焊机也叫再流焊机或“回流炉”（ReflowOven）,它是通过提供一种加热环境，使焊锡膏受热融化从而让表面贴装元器件和PCB焊盘通过焊锡膏合金可靠地结合在一起的设备。

根据技术的发展分为：

气相回流焊、红外回流焊、远红外回流焊、红外加热风回流焊和全热风回流焊、水冷式回流焊。

是伴随微型化电子产品的出现而发展起来的焊接技术，主要应用于各类表面组装元器件的焊接。

这种焊接技术的焊料是焊锡膏。

预先在电路板的焊盘上涂上适量和适当形式的焊锡膏，再把SMT元器件贴放到相应的位置；焊锡膏具有一定粘性，使元器件固定；然后让贴装好元器件的电路板进入再流焊设备。

传送系统带动电路板通过设备里各个设定的温度区域，焊锡膏经过干燥、预热、熔化、润湿、冷却，将元器件焊接到印制板上。

回流焊的核心环节是利用外部热源加热，使焊料熔化而再次流动浸润，完成电路板的焊接过程。

主要有加热器，对流系统，传送系统，温控系统。

第2章贴片机常见故障及处理

2.1元件吸取错误

元器件由高速运动的贴片头，从包装编带中取出，贴装到印制板上的过程中，会产生未取到、吸取后失落等几种吸取不良的故障，这些故障会造成大量元件损耗，根据我们的经验，元件吸取不良通常是由以下几种原因造成：

（1）真空负压不足，当吸嘴取元件时，吸嘴处产生一定的负压，把元件吸附在吸嘴上，其判定吸嘴拾取元件是否异常一般采用负压检测方式，当负压传感器检测值在一定范围内时，机器认为吸取正常，反之认为吸取不良。

在元件吸取时，真空负压应该在53.33kPa以上，这样才能有足够的真空量来吸取元件。

若真空负压不足，将无法提供足够的吸力吸取元件，在使用中我们要经常检查真空负压，并定期清洗吸嘴，同时还要注意每个贴装头上的真空过滤芯的污染情况，其作用是对达到吸嘴的气源进行过滤，对污染发黑的要予以更换，以保证气流的畅通。

（2）吸嘴磨损，吸嘴变形、堵塞、破损造成气压不足，导致吸不起元件，所以要定期检查吸嘴的磨损程度，对严重的予以更换。

（3）供料器的影响，供料器进料不良（供料器齿轮损坏），料带孔没有卡在供料器的齿轮上，供料器下方有异物、卡簧磨损），压带盖板、弹簧及其他运行机构产生变形、锈损等，从而导致元件吸偏、立片或者吸不起器件，因此应定期检查，发现问题及时处理，以免造成器件的大量浪费。

（4）吸取高度的影响，理想的吸取高度是吸嘴生接触到元件表面时再往下压0.05mm，若下压的深度过大，则会造成元件被压进料槽里反而取不起料。

若某元件的吸取情况不好，可适当将吸取高度向上略微调整一点，例如0.05mm。

作者在实际工作过程中曾碰到过某一料台上的所有元件都出现吸取不好的情况，解决的方法是将系统参数中该料台的取料高度适当上移一点。

（5）来料问题，有些厂家生产的片式元件包装存在质量问题，如齿孔间距误差较大、纸带与塑料膜之间的粘力过大、料槽尺寸过小等都是造成元件取不起来的可能原因。

2.2元件识别错误

视觉检测系统由两部分组成，元件厚度检测系统和光学识别系统，所以在分析识别错误对应从这两方面入手。

（1）元件厚度检测错误，元件厚度检测是通过安装在机构上的线性传感器，对器件的侧面进行检测，并与元件库中设定的厚度值进行比较，可判断出元件的不良吸取状态（立片、侧吸、斜吸、漏吸等），当元件库中设定的厚度值与实测值超出允许的误差范围时，会出现厚度检测不良，导致元件损耗，因此正确设定元件库中元件厚度至关重要，同时还要经常对线性传感器进行清洁，以防止粘附其上的粉尘、杂物、油污等影响器件的厚度及吸取状态的检测。

（2）元件视觉检测错误，光学识别系统是固定安装在一个仰视CCD摄像系统，它是在贴装头的旋转过程中经摄像头识别元件外形轮廓而光学成像，同时把相对于摄像机的器件中心位置和旋转角度测量并记录下来，传递给传动控制系统，从而进行x、y坐标位置偏差与θ角度偏差的补偿，其优点在于精确性与可适用于各种规格形状器件的灵活性。

它有背光识别方式和前光识别方式两种，前光识别以元件引线为识别依据，识别精度不受吸嘴大小的影响，可清晰地检测出器件的电极位置，即使引脚隐藏于元件外形内的器件PLCC、SOJ等也可准确贴装，而背光识别是以元件外形为识别依据，主要用来识别片式阻容元件和三极管等，识别精度会受吸嘴尺寸的影响。

2.3元件视觉检测错误的可能原因

（1）吸嘴的影响，当采用背光识别时，若吸嘴外形大于器件轮廓时，图像中会有吸嘴的轮廓，如图3所示，识别系统会把吸嘴轮廓当作元件的一部分，从而影响到元件识别对中。

解决方法要视具体的情况而定：

a、若吸嘴外径大于器件尺寸、则换用外径较小的吸嘴。

b、吸嘴位置偏差导致吸嘴外形伸出到器件轮廓，调整料位偏差。

HSP4796L具有元件吸取位置自动校正的功能，通过连续测量某元件的吸取位置，计算出平均误差并自动产生修正值加以补偿，该修正值存放在Feeder（B）Offest中，在该数据库中存放有每个料位自动生成的修正值，将该元件所在料位偏差值清零即可解决问题。

（2）元件库参数设置不当。

这通常是由于换料时元件外形不一致造成，需要对识别参数重新检查设定，检查项目包括元件外形和尺寸等等，一个有效解决办法是让视觉系统"学习"一遍元件外形，系统将自对地产生类似CAD的综合描述，此方法快捷有效，另外若来料尺寸一致性不好，可适当增大容许误差（tolerance）。

（3）光圈光源的影响，光圈光源的使用较长一段时间后光源强度会逐渐下降，因为光源强度与固态摄像转换的灰度值成正比，而采用灰度值大，数字化图像与人观察到的视图越接近，所以随着光源强度的减小，灰度值也相应减少，但机器内的灰度值不会随着光源强度的减小而减小，只有定期校正检测，灰度值才会与光源强度成正比，当光源强度削弱到无法识别元件时，就需要更换灯泡。

（4）反光板的影响，反光板只是对背光才起作用，当反光板上有灰尘时，反射时摄像机的光源强度减小，灰度值也小，这样易出现识别不良，导致元件损耗，反光板是需要定期擦试的部件。

（5）镜头上异物的影响，在光圈上面有个玻璃镜片，其作用是防止灰尘进入光圈内，影响光源强度，但如果在玻璃镜片上有灰尘、元件等异物，同样也影响光源强度，光源强度低，灰度值低。

这样也容易导致识别不良发生，贴片机要注意镜头和各种镜片的清洁。

2.4飞件

飞件指元件在贴片位置丢失，其产生的主要原因有以下几方面：

（1）元件厚度设置错误，若元件厚度较薄，但数据库中设置较厚，那么吸嘴在贴片时就会在元件还没达到焊盘位置时就将其放下，而固定PCB的x-y工作台又在高速运动，从而由于惯性作用导致飞件。

所以要正确设置元件厚度。

（2）PCB厚度设置错误，若PCB实际厚度较薄，但数据库中设置较厚，那么在生产过程中支撑销将无法完全将PCB顶起，元件可能在还没达到焊盘位置时就被放下，从而导致飞件。

（3）PCB的原因，通常有这样的几个原因：

a）PCB本身问题，PCB翘曲超出设备允许误差。

b）支撑销放置问题。

在做双面贴装PCB时，做第二面时，支撑销顶在PCB底部元件上，造成PCB向上翘曲，或者支撑销摆放不够均匀，PCB有的部分未顶到从而导致PCB无法完全被顶起

第3章回流焊板级互连故障及处理

3.1底面元件的固定

双面回流焊接已采用多年，在此，先对第一面进行印刷布线，安装元件和软熔，然后翻过来对电路板的另一面进行加工处理，为了更加节省起见，某些工艺省去了对第一面的软熔，而是同时软熔顶面和底面，典型的例子是电路板底面上仅装有小的元件，如芯片电容器和芯片电阻器，由于印刷电路板（PCB）的设计越来越复杂，装在底面上的元件也越来越大，结果软熔时元件脱落成为一个重要的问题。

显然，元件脱落现象是由于软熔时熔化了的焊料对元件的垂直固定力不足，而垂直固定力不足可归因于元件重量增加，元件的可焊性差，焊剂的润湿性或焊料量不足等。

其中，第一个因素是最根本的原因。

如果在对后面的三个因素加以改进后仍有元件脱落现象存在，就必须使用SMT粘结剂。

显然，使用粘结剂将会使软熔时元件自对准的效果变差。

3.2未焊满

未焊满是在相邻的引线之间形成焊桥。

通常，所有能引起焊膏坍落的因素都会导致未焊满，这些因素包括：

1，升温速度太快；2，焊膏的触变性能太差或是焊膏的粘度在剪切后恢复太慢；3，金属负荷或固体含量太低；4，粉料粒度分布太广；5，焊剂表面张力太小。

但是，坍落并非必然引起未焊满，在软熔时，熔化了的未焊满焊料在表面张力的推动下有断开的可能，焊料流失现象将使未焊满问题变得更加严重。

在此情况下，由于焊料流失而聚集在某一区域的过量的焊料将会使熔融焊料变得过多而不易断开。

除了引起焊膏坍落的因素而外，下面的因素也引起未满焊的常见原因：

1，相对于焊点之间的空间而言，焊膏熔敷太多；2，加热温度过高；3，焊膏受热速度比电路板更快；4，焊剂润湿速度太快；5，焊剂蒸气压太低；6；焊剂的溶剂成分太高；7，焊剂树脂软化点太低。

3.3断续润湿

焊料膜的断续润湿是指有水出现在光滑的表面上，这是由于焊料能粘附在大多数的固体金属表面上，并且在熔化了的焊料覆盖层下隐藏着某些未被润湿的点，因此，在最初用熔化的焊料来覆盖表面时，会有断续润湿现象出现。

亚稳态的熔融焊料覆盖层在最小表面能驱动力的作用下会发生收缩，不一会儿之后就聚集成分离的小球和脊状秃起物。

断续润湿也能由部件与熔化的焊料相接触时放出的气体而引起。

由于有机物的热分解或无机物的水合作用而释放的水分都会产生气体。

水蒸气是这些有关气体的最常见的成份，在焊接温度下，水蒸气具极强的氧化作用，能够氧化熔融焊料膜的表面或某些表面下的界面（典型的例子是在熔融焊料交界上的金属氧化物表面）。

常见的情况是较高的焊接温度和较长的停留时间会导致更为严重的断续润湿现象，尤其是在基体金属之中，反应速度的增加会导致更加猛烈的气体释放。

与此同时，较长的停留时间也会延长气体释放的时间。

以上两方面都会增加释放出的气体量，消除断续润湿现象的方法是：

1，降低焊接温度；2，缩短软熔的停留时间；3，采用流动的惰性气氛；4，降低污染程度。

3.4低残留物

对不用清理的软熔工艺而言，为了获得装饰上或功能上的效果，常常要求低残留物，对功能要求方面的例子包括“通过在电路中测试的焊剂残留物来探查测试堆焊层以及在插入接头与堆焊层之间或在插入接头与软熔焊接点附近的通孔之间实行电接触”，较多的焊剂残渣常会导致在要实行电接触的金属表层上有过多的残留物覆盖，这会妨碍电连接的建立，在电路密度日益增加的情况下，这个问题越发受到人们的关注。

显然，不用清理的低残留物焊膏是满足这个要求的一个理想的解决办法。

然而，与此相关的软熔必要条件却使这个问题变得更加复杂化了。

为了预测在不同级别的惰性软熔气氛中低残留物焊膏的焊接性能，提出一个半经验的模型，这个模型预示，随着氧含量的降低，焊接性能会迅速地改进，然后逐渐趋于平稳，实验结果表明，随着氧浓度的降低，焊接强度和焊膏的润湿能力会有所增加，此外，焊接强度也随焊剂中固体含量的增加而增加。

实验数据所提出的模型是可比较的，并强有力地证明了模型是有效的，能够用以预测焊膏与材料的焊接性能，因此，可以断言，为了在焊接工艺中成功地采用不用清理的低残留物焊料，应当使用惰性的软熔气氛。

3.5间隙

间隙是指在元件引线与电路板焊点之间没有形成焊接点。

一般来说，这可归因于以下四方面的原因：

1，焊料熔敷不足；2，引线共面性差；3，润湿不够；4，焊料损耗枣这是由预镀锡的印刷电路板上焊膏坍落，引线的芯吸作用或焊点附近的通孔引起的,引线共面性问题是新的重量较轻的12密耳（μm）间距的四芯线扁平集成电路（QFP枣Quadflatpacks）的一个特别令人关注的问题,为了解决这个问题,提出了在装配之前用焊料来预涂覆焊点的方法。

此法是扩大局部焊点的尺寸并沿着鼓起的焊料预覆盖区形成一个可控制的局部焊接区,并由此来抵偿引线共面性的变化和防止间隙,引线的芯吸作用可以通过减慢加热速度以及让底面比顶面受热更多来加以解决,此外,使用润湿速度较慢的焊剂,较高的活化温度或能延缓熔化的焊膏（如混有锡粉和铅粉的焊膏）也能最大限度地减少芯吸作用.在用锡铅覆盖层光整电路板之前,用焊料掩膜来覆盖连接路径也能防止由附近的通孔引起的芯吸作用。

第4章回流焊焊接故障及处理

4.1焊料成球

焊料成球是最常见的也是最棘手的问题，这指软熔工序中焊料在离主焊料熔池不远的地方凝固成大小不等的球粒；大多数的情况下,这些球粒是由焊膏中的焊料粉组成的，焊料成球使人们耽心会有电路短路、漏电和焊接点上焊料不足等问题发生，随着细微间距技术和不用清理的焊接方法的进展，人们越来越迫切地要求使用无焊料成球现象的SMT工艺。

引起焊料成球（1,2,4,10）的原因包括：

1,由于电路印制工艺不当而造成的油渍;2,焊膏过多地暴露在具有氧化作用的环境中;3,焊膏过多地暴露在潮湿环境中;4,不适当的加热方法;5,加热速度太快;6,预热断面太长;7,焊料掩膜和焊膏间的相互作用;8,焊剂活性不够;9,焊粉氧化物或污染过多;10,尘粒太多;11,在特定的软熔处理中,焊剂里混入了不适当的挥发物;12,由于焊膏配方不当而引起的焊料坍落；13、焊膏使用前没有充分恢复至室温就打开包装使用；14、印刷厚度过厚导致“塌落”形成锡球；15、焊膏中金属含量偏低。

4.2焊料结珠

焊料结珠是在使用焊膏和SMT工艺时焊料成球的一个特殊现象.，简单地说,焊珠是指那些非常大的焊球,其上粘带有（或没有）细小的焊料球（11）.它们形成在具有极低的托脚的元件如芯片电容器的周围。

焊料结珠是由焊剂排气而引起,在预热阶段这种排气作用超过了焊膏的内聚力,排气促进了焊膏在低间隙元件下形成孤立的团粒,在软熔时,熔化了的孤立焊膏再次从元件下冒出来,并聚结起。

焊接结珠的原因包括：

1,印刷电路的厚度太高;2,焊点和元件重叠太多;3,在元件下涂了过多的锡膏;4,安置元件的压力太大;5,预热时温度上升速度太快;6,预热温度太高;7,在湿气从元件和阻焊料中释放出来;8,焊剂的活性太高;9,所用的粉料太细;10,金属负荷太低;11,焊膏坍落太多;12,焊粉氧化物太多;13,溶剂蒸气压不足。

消除焊料结珠的最简易的方法也许是改变模版孔隙形状,以使在低托脚元件和焊点之间夹有较少的焊膏。

4.3焊接角焊接抬起

焊接角缝抬起指在波峰焊接后引线和焊接角焊缝从具有细微电路间距的四芯线组扁平集成电路（QFP）的焊点上完全抬起来,特别是在元件棱角附近的地方，一个可能的原因是在波峰焊前抽样检测时加在引线上的机械应力,或者是在处理电路板时所受到的机械损坏（12）,在波峰焊前抽样检测时,用一个镊子划过QFP元件的引线,以确定是否所有的引线在软溶烘烤时都焊上了；其结果是产生了没有对准的焊趾,这可在从上向下观察看到,如果板的下面加热在焊接区/角焊缝的间界面上引起了部分二次软熔,那么,从电路板抬起引线和角焊缝能够减轻内在的应力,防止这个问题的一个办法是在波峰焊之后（而不是在波峰焊之前）进行抽样检查。

4.4竖碑

竖碑是指无引线元件（如片式电容器或电阻）的一端离开了衬底，甚至整个元件都支在它的一端上。

Tombstoning也称为Manhattan效应、Drawbridging效应或Stonehenge效应，它是由软熔元件两端不均匀润湿而引起的；因此,熔融焊料的不够均衡的表面张力拉力就施加在元件的两端上,随着SMT小型化的进展,电子元件对这个问题也变得越来越敏感。

此种状况形成的原因：

1、加热不均匀；2、元件问题：

外形差异、重量太轻、可焊性差异；3、基板材料导热性差，基板的厚度均匀性差；4、焊盘的热容量差异较大，焊盘的可焊性差异较大；5、锡膏中助焊剂的均匀性差或活性差，两个焊盘上的锡膏厚度差异较大，锡膏太厚，印刷精度差，错位严重；6、预热温度太低；7、贴装精度差，元件偏移严重。

第5章结论

电子设备的维修与保养的基础工序可概括如下：

1、经常清理工作平台（每班一次，有些遗落的CHIP元件要及时清理）。

2、按时加注润滑油，可动部位要时常检查是否缺少润滑油。

3、每周检查机器接地状态，保证供电正常。

4、每周检查机器供气状态，保证良好的气源（气源应加过滤装置，做到滤水、滤油）。

5、根据设备厂商提供的保养计划按时保养，可以保证您的机器为最佳状态。

电子设备的维修与保养的方法很多，是一项既要有系统的理论知识，又要有丰富的实践经验的综合性较强的工作。

要把理论和实践紧密结合起来，提倡在理论指导下进行实践，在实践的过程中巩固和提高理论水平。

通过“理论一实践一上升为理论一运用于实践”过程的干锤百炼，才能提高自己维修和保养电子设备的技巧与能力。

参考文献

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