SMT小型教学系统在电子工艺实习中的应用
中图分类号：G642.44 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2015）08-0141-02
Abstract SMT（Surface Mount Technology） is currently the most popular form of technology and processes in electronic assembly industry. This paper sets out from reality and propose the SMT small-scale teaching systems that is based on modern SMT technology and the connotation of practical teaching. The system has been applied in electronic Process Practice and achieved good teaching results.
Key words SMT； silk-screen； electronic process practice
1 引言
随着SMT（Surface Mount Technology，表面贴装技术）的发展和应用，中国已经成为世界第一SMT产业大国[1]。对于当代大学生，掌握SMT工艺知识显得非常必要。但是就SMT实际生产工艺流程看，仅一台自动贴片机价格就要百万元人民币以上，这对于目前我国国情而言显然不现实；而且这种自动化程度很高的设备也很难组织学生动手操作。笔者根据SMT工艺技术，结合实践教学的内涵，采用一种低成本SMT教学系统，并在电子工艺实习中得到应用，既达到教学要求，又节省大量的经费投入（该SMT实习教学系统只需几万元），是值得大力推广的[2]。
2 教学型SMT系统的实现
SMT教学工艺流程：锡膏印刷→丝印质量检查→元件手工贴装→贴装质量检查→回流焊→焊接质量检查。整个系统只需要焊膏专用冰箱、手动锡膏印刷台、激光钢模板、手动贴片台、真空吸笔及回流焊机。下面就锡膏印刷、元件手动贴装及回流焊这三个重要的工艺过程进行探讨分析。
手动锡膏印刷 采用手动锡膏印刷台，用刮刀将锡膏通过激光钢模板漏印到PCB焊盘上。整个丝印过程可分为以下几步。
1）搅拌锡膏。搅拌有两个作用：一是使锡膏搅拌均匀，二是调整锡膏的粘度。锡膏的粘度直接影响印刷性能的好坏。如果粘度太大，则锡膏较难穿过模板的开孔，导致印出的线条残缺不全；如果粘度太小，则容易塌边和流淌，线条的平整性和印刷的分辨率将受到影响。将锡膏保存在0～5 ℃环境中，从冰箱取出后置于温度为20～25 ℃，相对湿度为40%～60%环境中，让其自然升温20分钟左右，然后用玻璃棒搅拌。
2）丝印焊锡膏。采用厚度为0.16 mm的激光钢模板，应用手动锡膏印刷台将锡膏漏印到PCB焊盘上，为元器件的焊接做准备。它位于SMT工艺流程的第一道工序，也是SMT质量的基础。焊锡膏的涂覆采用刮刀漏印模版印刷的方法。在印刷时，将刮刀以一定的压力和一定的速度推动焊锡膏，使之通过激光钢模板上的焊盘漏孔分配到PCB焊盘上，如图1所示。经实践证明，焊接质量可靠，焊盘锡量饱满且不产生桥接。
手工贴装 元件手工贴装是指应用真空吸笔将表面贴装器件准确安装到PCB印制电路板的相应位置上。贴装静电敏感器件必须戴良好的防静电腕带，并在接地良好的防静电工作台上进行贴装；贴装方向必须符合装配图的要求；贴装位置准确，引脚与焊盘对齐，居中，切勿贴放不准，在焊膏上拖动找正；元器件贴放后要用镊子轻轻锨压元器件体顶面，使贴装元器件焊端或引脚不小于1/2厚度要浸入焊膏。手工贴装示意图如图2所示。
回流焊 贴好元器件后，经检查无误贴、反向、错位等问题后，将PCB印制电路板放入回流焊机的传送带上，进入最后一道工序――回流焊接，其中温度控制是影响回流焊接质量的最重要因素。一般来说，回流焊接分为预热、保温、回流、冷却四步。预热是把室温的PCB印制板加热到150～170 ℃，以便尽快步入保温段，保温段温度180 ℃。其主要目的是让各元件温度达到稳定，以缩小温差，使整个PCB印制板的温度趋于平衡。在回流段，把加热器的温度设定最高到245 ℃，各器件的温度快速上升达到峰值温度。在传送带从炉膛中送出PCB印制板后，焊膏中的锡铅粉末已被融化并充分润湿焊盘，经冷却后得到明亮规则的焊点。另外，环境湿度在回流焊接过程中对焊接的质量也起着很大的影响，如果相对湿度大于75%以上，器件金属表面及引脚易产生白色腐蚀物，因此，工艺流程中要求相对湿度保持在40%～60%。
3 SMT教学实践
首先讲授当代电子装配技术的发展历程和趋势，拓展学生的视野，然后通过展示实验室SMT教学设备，对照THT（Through Hole Technology，通孔插装技术）和SMT工艺产品，让学生进一步了解电子产品的发展趋势及新工艺、新技术，充分调动他们的创新思维。对于SMT工艺流程的介绍，重点强调安全意识和操作规范。这三项教学内容只占总学时数的20%，将其他大部分时间留给学生自己动手操作。
SMT实习产品为贴片式收音机的制作，产品制作流程如图3所示。制作过程中手工贴片是最大的难点。由于贴片元件的体积小，并且不同规格和型号其外观也几乎一样，特别是对于贴片电容，规格参数又没标记，因此很容易装错而且很难检查出来。为此采取流水线贴片法来解决这一难题。学生从工位1在印好焊膏的印制板上，用真空吸笔贴装元件1，然后传到工位2贴装元件2，依次传到工位n，完成全部贴片元件的贴装。经反复实践证明这种组织方式进行有序、适应性强，成功率高。图4所示为学生制作的贴片收音机的焊接效果。
4 实践教学体会
采取的SMT小型教学系统自2012年投入教学以来，每年接纳2500名学生实习，学生兴趣较浓，反映良好。通过SMT实习，学生不仅真切地接触了新工艺、新技术，而且开拓了新思路，打破了对微电子产品制作的神秘感，增强了学生的自信心，为其今后的实践学习夯实了基础。
通过对SMT实习的教学实践，深深感到将新技术、新工艺引入实践教学不一定非得使用最先进的、价格高昂的设备。只要把握新技术的精髓与实践教学的内涵，就能设计出符合当前教育经费实情的普及型教学设备。今后将进一步把更多的新工艺、新技术引入到实践教学环节中来。
