關于SMT生產中真空條件影響的探討

摘要 表面安裝技術（SMT）的應用日趨廣泛，但在小規模生產和教學中，由于真空氣路不良引發的故障和缺陷相對較多。SMT設備工作時，需要利用真空來固定PCB板，通過吸嘴真空拾取元件。而真空壓力異常、設備參數不匹配等多種原因都會對設備工作狀態、產線產量、良品率等指標產生影響。設備配置真空氣路的缺陷也會誘發一些特殊的故障現象。

關鍵詞 真空壓力 SMT生產 吸嘴 工作狀態 不良影響

中圖分類號：TN48文獻標識碼：A

Exploration on Vacuum Effect in SMT Production

ZHU Lin

(Wuhan Railway Vocational College of Technology， Wuhan， Hubei 430205)

AbstractSurface Mount Technology (SMT) applications increasingly widespread， but in small-scale production and teaching， because failures and defects caused by the air really bad road are relatively high. When SMT equipment works， needs to use a vacuum to fix the PCB board， picked up by the vacuum nozzle components. The vacuum pressure abnormalities， device parameters will not match a variety of reasons such as work status of equipment， production line production， yield and other indicators of impact. Vacuum air device configuration will induce some defects in the road of special symptoms.

Key wordsvacuum pressure; SMT production; nozzle; working status; adverse effects

表面安裝技術（SMT）是一種包括PCB基板、電子元器件、線路設計、裝聯工藝、裝配設備、焊接方法和裝配輔助材料等諸多內容的系統性綜合技術。通過SMT能幫助電子產品實現高質量、高可靠、微型化、低成本，是目前電子產品裝配的主要方式。SMT表面安裝技術已經廣泛應用于電子產品的生產中，特別是由于SMT技術具有減輕電路板重量及體積，簡化生產工序，便于自動化生產等優點，使其在消費類電子產品中得到廣泛應用。并且隨著SMT生產技術的普及，SMT生產設備正日益廣泛地使用于生產和教學。在生產過程中、特別是在教學環境中使用的SMT設備，如果生產線真空壓力設置不當，或者真空回路部件異常都有可能對生產質量帶來影響，使得不良率增高甚至生產中斷。所以影響SMT生產并與真空相關的因素都是值得我們加以探討的。

1 SMT設備中真空作用

SMT生產線工作需外接電路和氣路，其中氣路主要的作用是為SMT設備提供真空。SMT生產設備中的錫膏印刷機、貼片機在運轉過程中需要真空壓力的參與，從而完成功能。其中生產過程中應用真空壓力的操作有：

（1）錫膏印刷機中對電路板的固定，由于錫膏印刷過程中，印刷機刮刀在刮動錫膏時，同時也會通過印鋼網給位于鋼網下的PCB以作用力。如果固定不良，則電路板則會在印刷過程中發生位移。輕則導致錫膏印刷位置偏移，不良率增高；重則導致PCB板跌落。傳統導軌上使用機械夾具做固定，但是在很多型號的錫膏印刷機上，PCB板在印刷前需要進行Y方向（上下）方向的運動以貼合印刷鋼網，使用機械夾具不方便且影響與鋼網的緊密貼合。所以很多印刷機采用真空固定的方法來固定PCB板。通常采用的固定方法是在PCB板下設置一帶孔的真空座，真空座底部連接氣路真空，當PCB板遮覆在真空座上時，形成密閉空間，在此密閉真空的作用下，外界大氣壓力將電路板牢牢貼合在真空座下，真空負壓越大，吸附更加牢固。等印刷完畢之后，通過平臺運動，PCB回到軌道上。此刻印刷機真空關閉，PCB與真空座脫離，重新落入軌道，由軌道送出印刷機。

（2）錫膏印刷機對刀片錫膏的清潔作用。錫膏印刷機中除了固定PCB使用真空外，部分機型對錫膏刮刀的清潔也可使用真空氣流。通常情況下，一般使用專用無塵紙擦拭，但是部分機型提供了利用真空吸力清除附著在鋼網上的錫膏殘留的方法。通過真空吸力形成的氣流可以將掛在鋼網上的殘留錫膏吸走，從而達到清潔鋼網的目的。

（3）貼片機元件的拾取與吸附。由于SMT生產中使用的片式元件比較小，特別目前廣泛使用的0402（英制）以下的元件，不易被機械裝置夾取。另外部分貼片芯片和貼片光電元件比較脆弱，使用機械夾取容易損壞。所以目前貼片機中對貼片元件的拾取及控制都是由吸嘴及真空壓力差來完成的。

當需要吸取元件時，貼片頭將吸嘴移動致元件表面，同時吸嘴連通真空管路，在吸嘴上形成真空。當元件表面接觸吸嘴時，大氣壓力就會把元件緊緊壓在吸嘴上。由于這個過程沒有機械碰撞，也沒有機械夾具施加力的作用，所以受力平穩，元件也不易損壞，即使尺寸小的元件也可以利用特定尺寸及形狀的吸嘴貼合。

當真空壓力差使得元件吸取在吸嘴上之后，貼片頭就可以帶著元件移動，并不用擔心元件中途脫落。元件被移動到特定位置之后，切斷吸嘴與真空氣路的連接，真空壓力差消失，在重力作用下，元件與吸嘴脫開，落在電路板設定的位置上。

就是利用這種原理，通過吸嘴與真空回路，貼片機完成了各種元件的拾取與貼裝。

2 真空異常對SMT生產的影響

目前的SMT生產設備都有真空壓力傳感器，開機及工作中會保持自檢，如果真空壓力低于預設值將會中止工作，進行報警。在運行中，也可以通過操縱界面和內部的氣壓表隨時查看真空壓力值。但是如果真空壓力值上下限值設定太寬，或者傳感器不夠準確時，也會造成真空壓力過大和過小，引發下列現象：

（1）真空壓力過低，導致錫膏印刷機PCB固定失敗。如果真空壓力值太低，導致錫膏印刷機真空座與PCB板間的真空壓力太小，使得固定不牢。印刷時刮刀壓力導致PCB板位移，使得印刷誤差太大，無法通過檢測。

（2）真空壓力過低，導致貼片機吸取失敗或飛片。如果真空壓力太低，導致吸嘴上真空壓力不足。當元件質量太大時，吸嘴頭吸不起元件，或是由于壓力不穩定，開始吸取了元件但吸取不牢，在貼片頭高速移動中元件容易甩落，形成飛片缺陷。

（3）真空壓力過高，導致吸嘴頭拾片放片異常。真空壓力太大，導致實際吸嘴與元件脫離的時間過長，而貼片頭按照程序設定時間運作，則很有可能發生元件尚未完全放下就開始移動，導致元件貼裝發生位移。

（4）真空壓力異常，導致真空回路部件損壞。如果長期真空壓力過高過低，會提高空氣過濾設備及各種氣路接頭部件的損壞幾率，影響設備正常工作。

3 常見問題的分析

在生產線安裝時，通常會根據設備使用說明配置真空泵及安設真空回路，保證生產設備的正常運轉。一般大型電子生產企業，架設SMT生產線的經驗豐富，設置生產線時，真空泵及線路設置完備，參數匹配合適，能滿足設備正常運轉要求。而小型企業或教學單位架設小型SMT生產線或是教學實驗用生產線時，由于缺乏相關資料與經驗，往往在配置氣路時，使得氣路留有隱患，影響生產線正常運轉。

（1）真空泵功率不足或氣路管線直徑太細，導致停機故障。由于生產線正常運轉時，所有的印刷機及貼片機均要使用真空維持設備正常運轉。當印刷機、貼片機開始使用真空進行PCB固定及拾取元件時，即開始消耗真空壓力。如果真空泵功率不足，剛開始可以正常工作，而當壓力下降到較低水平后，真空泵開始重新工作，卻不能迅速恢復氣路真空壓力。這一現象則會導致真空壓力低于設備正常工作下限，將使得多個用氣設備報警停機，導致生產線停止運轉。所以配置生產線氣路設備時，需要根據設備數量及真空壓力需求合理配置真空泵的功率。在保證真空泵功率滿足需求的同時，也要保證氣路管線直徑與真空泵相匹配。直徑過小的氣管提供真空壓力能力有限，即使真空泵功率足夠，但真空抽取能力跟不上，也會導致真空壓力恢復緩慢，導致氣壓不足停機。

（2）低負荷或者單機運行正常，但是滿負荷運行不足。有時在真空泵功率略低于需要時，容易出現隱性故障。即單機測試，或者試運行時，設備工作一切正常，但是一旦高速運行時，真空壓力損耗開始變大，運行一段時間后會導致氣壓不足報警停機。

（3）設備氣路間歇漏氣，導致頻繁啟動，真空不穩定。如果氣路中氣濾或者氣管配置不良有間歇漏氣現象時，會導致真空壓力下降過快，真空泵將頻繁啟動補足真空壓力，雖然生產線能正常運行，但是氣壓不穩定，會提高生產的不良率。

綜上三種典型故障都和SMT設備配置及選購有關，特別是教學單位在配置SMT生產線時一定要多做測試，保證真空泵等設備能與SMT生產線匹配。

4 小結

雖然真空設備及氣路設施僅是SMT生產設備的輔助設備，設備價格遠遠低于SMT生產線設備，一般情況下往往會將電路、氣路加以忽略。但實際上氣路對SMT設備工作及生產線運行有著重大的影響，配置好氣路設備，將有效的保證SMT生產設備正常工作。

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