SMT电路的小型化和高密度化，使检验的工作量越来越大，依靠人工目视检验的难度越来越高，判断标准也不能xx一致。目前，生产厂家在大批量生产过程中检测SMT电路板的焊接质量，广泛使用自动光学检测（AOI）或X射线检测技术及设备。这两类检测系统的主要差别在于对不同光信号的采集处理方式的差异。

⑴ AOI自动光学检测系统

AOI的工作原理与贴片机、SMT印刷机所用的光学视觉系统的原理相同，基本有两种，即设计规则检验法（DRC）和图形识别方法。DRC法是按照一些给定的设计规则来检查电路图形，它能从算法上保证被检测电路的正确性，统一评判标准，帮助制造过程控制质量，并具有高速处理数据、编程工作量小等特点，但它对边界条件的确定能力较差；图形识别法是将已经储存的数字化设计图形与实际产品图形相比较，按照完好的电路样板或计算机辅助设计时编制的检查程序进行比较，检查精度取决于系统的分辨率和检查程序的设定。这种方法用设计数据代替DRC方法中的预定设计原则，具有明显的优越性，但其采集的数据量较大，对系统的实时性反映能力的要求较高。

AOI系统用可见光（激光）或不可见光（X射线）作为检测光源，光学部分采集需要检测的图形，由图像处理软件对数据进行处理、分析和判断，不仅能够从外观上检查PCB板和元器件的质量，也可以在贴片焊接工序以后检查焊点的质量。AOI的工作原理模型如图6.29所示。

             图6.29  AOI的工作原理模型

AOI的主要功能有：

① 检查电路板有引线的一面，保证引线焊端排列和弯折适当；

② 检查电路板正面，判断是否存在元器件缺漏、安装错误、外形损伤、安装方向错误等现象；

③ 检查元器件表面印制的标记质量等。

AOI系统允许正常的产品通过，发现电路板装配焊接的缺陷，便会记录缺陷的类型和特征，并向操作者发出信号，或者触发执行机构自动取下不良部件送回返修系统。AOI系统还会对缺陷进行分析和统计，为主控计算机调整制造过程提供依据。AOI系统使用方便、调整容易。目前市场上出售的AOI系统，可以完成的检查项目一般包括元器件缺漏检查、元器件识别、SMD方向检查、焊点检查、引线检查、反接检查等。参考价格大约在0.6~17万美元之间，能够完成的检查内容与售价有关，有些只能完成上述项目中的二、三项。

AOI系统的不足之处是只能进行图形的直观检验，检测的效果依赖系统的分辨率，它不能检测不可见的焊点和元器件，也不能从电性能上定量地进行测试，条件好的企业一般更多地装备了在线测试（ICT）设备。AOI系统的另一个缺点是价格昂贵。

⑵ X射线检测

PLCC、SOJ、BGA、CSP和FC芯片的焊点在器件的下面，用人眼和AOI系统都不能检验，因此用X射线检测就成为判断这些器件焊接质量的主要方法，国内条件好的企业已经装备了这种设备。现在的X射线检测设备大致可以分成以下三种：

·X射线传输测试系统——适用于检测单面贴装了BGA 等芯片的电路板，缺点是不能区分垂直重叠的焊点。

·X射线断面测试或三维测试系统——它克服了上述缺点，可以进行分层断面检测，相当于工业CT机。

·X射线和ICT结合的检测系统——用ICT在线测试补偿X射线检测的不足之处，适用于高密度、双面贴装BGA等芯片的电路板。

6.3.2.6 清洗工艺、清洗设备和免清洗焊接方法

⑴ 清洗工艺和免清洗工艺

电路板在焊接以后，其表面或多或少会留有各种残留污物。为防止由于腐蚀而引起的电路失效，应该进行清洗，去除残留污物。但是，清洗工艺要消耗能源、人力和清洗材料，特别是清洗材料带来的废气、废水排放和环境污染，已经成为必须重视的问题。现在，除非是制造航天、航空类高可靠性、高精度产品，很多企业在一般电子产品的生产过程中，都改用了免清洗材料（主要是免清洗助焊剂）和免清洗工艺，为降低生产成本和保护环境做出了有益的尝试。在这里，对清洗材料和清洗工艺的介绍，仅供研制生产高可靠性、高精度电子产品的技术人员参考。

⑵ 残留污物的种类

仔细分析焊接后电路板上的残留污物，一般可以分为三大类。

·颗粒性残留污物，包括灰尘、絮状物和焊料球。灰尘、絮状物会吸附环境中的潮气和其它污物导致电路腐蚀；焊接时飞溅的焊料球在设备震动时可能聚集在一起，造成电路短路。

·极性残留污物，包括卤化物、酸和盐，它们来自助焊剂里的活化剂。极性残留污物会降低导体的绝缘电阻，并可能导致印制电路导线锈腐。

·非极性残留污物，包括油脂、蜡和树脂残留物。非极性残留物的特性是绝缘的，虽然它们不会引起电路短路，但在潮湿的环境中会使电路板出现粉状或泡状腐蚀。

颗粒性残留污物，可以采用高压喷射或超声波等机械方式xx；而极性和非极性残留污物，应该使用溶剂在清洗设备中将其去除。

⑶ 溶剂的种类和选择

xx极性和非极性残留污物，要使用清洗溶剂。清洗溶剂分为极性和非极性溶剂两大类：极性溶剂包括有酒精、水等，可以用来xx极性残留污物；非极性溶剂包括有氯化物和氟化物两种，如xxxx、F-113等，可以用来xx非极性残留污物。由于大多数残留污物是非极性和极性物质的混合物，所以，实际应用中通常使用非极性和极性溶剂混合后的溶剂进行清洗，混合溶剂由两种或多种溶剂组成。混合溶剂能直接从市场上购买，产品说明书会说明其特点和适用范围。

选择溶剂，除了应该考虑与残留污物类型相匹配以外，还要考虑一些其它因素：去污能力、性能、与设备和元器件的兼容性、经济性和环保要求。

⑷ 溶剂清洗设备

溶剂清洗设备用于xx电路板上的残留污物，按使用的场合不同，可分为在线式清洗器和批量式清洗器两大类，每一类清洗器中都能加入超声波冲击或高压喷射清洗功能。

这两类清洗设备的清洗原理是相同的，都采用冷凝－蒸发的原理xx残留污物。主要步骤是：将溶剂加热使其产生蒸汽，将较冷的被清洗电路板置于溶剂蒸汽中，溶剂蒸汽冷凝在电路板上，溶解残留污物，然后，将被溶解的残留污物蒸发掉，被清洗电路板冷却后再置于溶剂蒸汽中。循环上述过程数次，直到把残留污物xxxx。

在线式清洗器用于大批量生产的场合。它的操作是全自动的，它有全封闭的溶剂蒸发系统，能够做到溶剂蒸汽不外泄。在线式清洗器可以加入高压倾斜喷射和扇形喷射的机械去污方法，特别适用于表面安装电路板的清洗。

批量式清洗器适用于小批量生产的场合，如在实验室中应用。它的操作是半自动的，溶剂蒸汽会有少量外泄，对环境有影响。

⑸ 水溶液清洗

   水是一种成本较低且对多种残留污物都有一定清洗效果的溶剂，特别是在目前环保要求越来越高的情况下，有时只能使用水溶液进行清洗。水对大多数颗粒性、非极性和极性残留污物都有较好的清洗效果，但对硅脂、树脂和纤维玻璃碎片等电路板焊接后产生的不溶于水的残留污物没有效果。在水中加入碱性化学物质，如肥皂或胺等表面活性剂，可以改善清洗效果。除去水中的金属离子，将水软化，能够提高这些添加剂的效果并防止水垢堵塞清洗设备。因此，清洗设备中一般使用软化水。

⑹ 免清洗焊接技术

传统的清洗工艺中通常要用到CFC类清洗剂，而CFC对臭氧层有破坏作用，所以被逐渐禁用。这样，免清洗焊接技术就成为解决这一问题的{zh0}方法。对于一般电子产品，采用免清洗助焊剂并在制造过程中减少残留污物，例如保持生产环境的清洁、工人戴手套操作避免油污、水汽沾染元器件和电路板、焊接时仔细调整设备和材料的工艺参数，就能够减除清洗工序，实现免清洗焊接。但对于高精度、高可靠性产品，上述方法还不足以实现免清洗焊接，必须采取进一步的技术措施。

目前有两种技术可以实现免清洗焊接，一种是惰性气体焊接技术，另一种是反应气氛焊接技术。

① 惰性气体焊接技术

在惰性气体中进行波峰焊接和再流焊接，使SMT电路板上的焊接部位和焊料的表面氧化被控制到{zd1}限度，形成良好的焊料润湿条件，再用少量的弱活性焊剂就能获得满意的效果。常用的惰性气体焊接设备，有开放式和封闭式两种。

开放式惰性气体焊接设备采用通道式结构，适用于波峰焊和连续式红外线再流焊。用氮气降低通道中的氧气含量，从而降低氧化程度，提高焊料润湿性能，提高焊接的可靠性。但开放式惰性气体焊接设备的缺点是要用到甲酸物质，会产生有害气体；并且其工艺复杂，成本高。

封闭式惰性气体焊接设备也采用通道式结构，只是在通道的进出口设置了真空腔。在焊接前，将电路板放入真空腔，封闭并抽真空，然后注入氮气，反复抽真空、注入氮气的操作，使腔内氧气浓度小于5×10-6。由于氮气中原有氧气的浓度也小于3×10-6，所以腔内总的氧气浓度小于8×10-6。然后让电路板通过预热区和加热区。焊接完毕后，电路板被送到通道出口处的真空腔内，关闭通道门后，取出电路板。这样，整个焊接在全封闭的惰性气体中进行，不但可以获得高质量的焊接，而且可以实现免清洗。

封闭式惰性气体焊接可用于波峰焊、红外和强力对流混合的再流焊，由于在氮气中焊接，减少了焊料氧化，使润湿时间缩短，润湿能力提高，提高了焊接质量而且很少产生飞溅的焊料球，电路极少污染和氧化。由于采用封闭式系统，能有效地控制氧气及氮气浓度。在封闭式惰性气体焊接设备中，风速分布和送风结构是实现均匀加热的关键。

② 反应气氛焊接技术

反应气氛焊接是将反应气氛通入焊接设备中，从而xx取消助焊剂的使用，反应气氛焊接技术是目前正在研究和开发中的技术。

6.3.2.7 SMT电路板维修工作站

对采用SMT工艺的电路板进行维修，或者对品种变化多而批量不大的产品进行生产的时候，SMT维修工作站能够发挥很好的作用。维修工作站实际是一个小型化的贴片机和焊接设备的组合装置，但贴装、焊接片状元器件的速度比较慢。大多维修工作站装备了高分辨率的光学检测系统和图像采集系统，操作者可以从监视器的屏幕上看到放大的电路焊盘和元器件电极的图像，使元器件能够高精度地定位贴装。xx的维修工作站甚至有两个以上摄像镜头，能够把从不同角度摄取的画面叠加在屏幕上。操作者可以看着屏幕仔细调整贴装头，让两幅画面xx重合，实现多引脚的SOJ、PLCC、QFP、BGA、CSP等器件在电路板上准确定位。

SMT维修工作站都备有与各种元器件规格相配的红外线加热炉、电热工具或热风焊枪，不仅可以用来拆焊那些需要更换的元器件，还能熔融焊料，把新贴装的元器件焊接上去。

目前，国内企业中常见的SMT维修工作站大多是进口设备，德国ERSA公司和美国OK公司制造的机型是xxxx的维修工作站。图6.30是ERSA公司的IR-550维修工作站的照片。

       图6.30 ERSA IR-550维修工作站

6.3.2.8 SMT生产线的设备组合

SMT生产线的主要设备包括锡膏印刷机、点胶机、贴装机、再流焊炉和波峰焊机。辅助设备有检测设备、返修设备、清洗设备、干燥设备和物料存储设备等。按照自动化程度，SMT生产线可以分为全自动和半自动生产线；按照生产规模的大小，又可以分为大型、中型和小型生产线。

全自动生产线是指整条生产线的设备都是全自动设备，通过电路板自动装载机（上板机）、缓冲连接线和自动卸板机，将所有生产设备连接成一条自动生产线；半自动生产线主要因为印刷机是半自动的，需要人工印刷或人工装卸电路板，使生产设备线不能自动连接或没有xx连接起来。

大型生产线具有较大的生产能力，单面贴装生产线上的贴装设备由一台多功能贴装机和多台高速贴装机组成；靠自动翻板机把两条单面贴装生产线连接起来，就构成了双面贴装生产线。

适合中小企业和研究单位使用的中、小型SMT生产线，可以是全自动或半自动线，满足多品种或单一品种的要求。如果生产量不大，其中的贴装设备一般选用较高速度的中、小型多功能贴片机；如果有一定的生产量，则由一台多功能贴装机和两台高速贴装机组成。中、小型SMT自动生产流水线设备配置平面图如图6.31所示。

图6.31 中、小型SMT自动生产流水线设备配置平面图