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關(guān)鍵詞:工藝;自控儀表;電氣;安裝
分類號:TU758.7
計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)信息化發(fā)展提升了各個領(lǐng)域經(jīng)濟(jì)效益,而在集成化、智能化、數(shù)字化等方面自控儀表工藝取得前所未有的發(fā)展。自控儀表安裝施工程序如下:對施工圖與技術(shù)資料進(jìn)行了解、給予土建預(yù)留預(yù)埋作業(yè)配合、調(diào)校儀表單體、鋪設(shè)電纜管路、安裝電纜橋架、安裝控制箱盤、鋪設(shè)線纜、鋪設(shè)導(dǎo)壓管、安裝自控儀表等。
一 、自控儀表安裝工藝
1. 調(diào)校儀表單體
儀表到貨后,應(yīng)核對、檢查設(shè)備與裝箱清單上數(shù)量、規(guī)格、型號是否相符。安裝儀表前,根據(jù)說明書要求,合格校驗單體后進(jìn)行儀表安裝。以出廠使用說明書為依據(jù)開展校驗試驗,選用標(biāo)準(zhǔn)儀器的量程、精確度,試驗所用電源、氣標(biāo)準(zhǔn),連接線路、管路的原理等均需達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。試驗工作人員應(yīng)對試驗方法、試驗項目等內(nèi)容明確。調(diào)校試驗的情況應(yīng)真實反映在調(diào)校試驗記錄中,調(diào)試儀表后,應(yīng)出具試驗報告。按照設(shè)備本體與工藝系統(tǒng)圖,將調(diào)校合格的儀表清楚標(biāo)志、完好封裝,以備安裝。
2.鋪設(shè)電纜管路
電氣保護(hù)管的管口應(yīng)無銳邊、光滑,內(nèi)部應(yīng)無毛刺、清潔,外部應(yīng)無裂紋及變形。鋪設(shè)路徑應(yīng)按照控制點或測量點至控制盤間的電氣電纜、管道、設(shè)備的分布情況合理進(jìn)行選擇。應(yīng)按照電纜的安裝位置、型號、規(guī)格等來確定保護(hù)管的支架位置、鋪設(shè)位置、材質(zhì)以及管徑。保護(hù)管彎曲位置不應(yīng)有裂縫或凹坑,其彎曲半徑應(yīng)超過管外徑的六倍,彎曲角度應(yīng)小于90度。
3.安裝電纜橋架
根據(jù)現(xiàn)場實際情況,按照各系統(tǒng)儀表設(shè)計更改圖或施工圖,應(yīng)預(yù)先規(guī)劃電纜橋架路徑,以防止管道、工藝設(shè)備等發(fā)生沖突。測量路徑,按施工設(shè)計安裝高度以及美觀整齊、橫平豎直、固定牢固等原則制作并安裝吊架、托臂、支架。電纜橋架的組對應(yīng)按分段的原則,平直連接,分段吊裝定位,橋架之間應(yīng)由跨接保護(hù)接地,同時連接接地網(wǎng)。
4.安裝導(dǎo)壓管
選擇管子及附件材料時,應(yīng)與設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)相符,為便于檢查及清理管線,附件及管子的連接應(yīng)方便拆裝。應(yīng)以1:10至1:15的比例確保儀表管路坡度。并確保傾斜處氣體凝結(jié)水的排出。安裝管子時,還需對管道沉降物、冷凝水的排放進(jìn)行考慮。為避免測量精度受管內(nèi)液體溫度變化的影響,其它高溫管路應(yīng)與測量液位管路保持一定距離。測量液位管路。應(yīng)將排氣閥安設(shè)于液體管路中;將集水器或排水閥安裝于管路最低處,以便含濕氣體的排出。全面檢查安裝完成的導(dǎo)壓管系統(tǒng),如:可拆連接的嚴(yán)密性、管道及支架的可靠性與安全性、設(shè)置排放口的正確性等等。安裝完畢后,可開展管道系統(tǒng)試壓,此時應(yīng)將靠近壓力變送器的閥門關(guān)閉。試壓完畢后,拆開儀表管路2端閥門接頭,儀表管路內(nèi)部的吹掃采用壓縮空氣,同時對儀表管的連接進(jìn)行確認(rèn)與檢查。
5.安裝自控儀表
(1)安裝壓力表
以盤上安裝為例進(jìn)行介紹,在表孔內(nèi)緩慢裝入壓力表,找正后固定,在接頭中放入墊圈,擰緊接頭,注意壓力表與導(dǎo)壓管的連接。
(2)安裝變送器
用SC50鍍鋅鋼管制作差壓變送器與壓力變送器的支架,并將鋼管固定于就近位置,之后再鋼管上安裝差壓變送器與壓力變送器。為便于維護(hù)時將外殼揭開、或調(diào)零,變送器頂部與調(diào)零側(cè)須留有一定距離。須將三閥組接于差壓變送器前面,而二次閥門須接在壓力變送器前面。變送器上絲扣螺紋須匹配于與變送器相連接的螺紋。在安裝差壓變送器時,應(yīng)先對安裝位置進(jìn)行查找,之后將變送器的支架固定在該位置上,于支架上固定變送器。將毛細(xì)管放開,對好法蘭,先將2根螺栓穿上,再將另外的螺栓穿好、擰緊。為使變送器在具有粉塵或腐蝕性氣體的環(huán)境中得到保護(hù),還必須試壓、沖洗、吹掃取壓管,之后連接差壓變送器與壓力變送器。變送器的安。
(3)安裝流量儀
在無交直流電場干擾或強(qiáng)烈振動的地方,按照說明書要求控制前后4段的長度。施工工藝管道時,應(yīng)將變送器發(fā)盤置于安裝處,找正、找平后將法蘭盤點焊住,待冷卻,將變送器安裝好。值得注意的是,安裝在立管上時,為使被測介質(zhì)流進(jìn)變送器,應(yīng)遵循垂直的原則。水平安裝電磁流量變送器時,應(yīng)墊穩(wěn)變送器,使2電極處于同一水平面。如果工藝管道與變送器電接觸不良,連接須采用金屬導(dǎo)線。安裝變送器時,應(yīng)將無襯里的金屬管道接于有絕緣襯里的工藝管道之間。為確保法蘭與接地環(huán)良好接觸,被測介質(zhì)與環(huán)內(nèi)邊緣發(fā)生接觸,變送器內(nèi)徑應(yīng)較接地環(huán)內(nèi)徑略大。變送器流向應(yīng)一致于被測介質(zhì)流向。當(dāng)管道試壓吹掃結(jié)束后,可先行拆下變送器,清洗后再裝上。
(4)安裝轉(zhuǎn)子流量
按照垂直安裝原則安裝轉(zhuǎn)子流量計,且用支架固定轉(zhuǎn)子流量計前后管段。如果玻璃管轉(zhuǎn)子流量計對介質(zhì)進(jìn)行測量時具有腐蝕性或溫度超過70攝氏度的情況下,應(yīng)考慮加裝防護(hù)罩。
(5)安裝分析儀表與盤上儀表
分析儀表的安裝必須滿足避免服飾氣體、劇烈的溫度變化、防止高溫、無強(qiáng)磁場干擾、無振動、易于維護(hù)操作、干燥、可靠安全、光線充足等安裝條件。單獨安裝預(yù)處理裝置的同時,應(yīng)盡量縮短取樣管線,并盡可能與傳送器貼近。安裝盤上儀表時,應(yīng)注意其邊緣光滑度,抽出、推進(jìn)儀表時避免過于松或過于緊。儀表安裝在盤內(nèi)框架上應(yīng)方便維護(hù)和接線,并且接地良好。須清楚、正確盤上儀表的銘牌、標(biāo)志牌等。
二、處置施工中常見問題
常見問題與處置方法如下:①未正確顯示差壓、壓力,這是由于變送器選型與安裝位置出現(xiàn)差錯。處置方法:當(dāng)變送器取壓點較變送器安裝位置低時,進(jìn)行正遷移;變送器安裝位置低于變送器取壓點時,進(jìn)行負(fù)遷移。②測壓、測溫不標(biāo)準(zhǔn),這是由于施工未嚴(yán)格按照圖紙要求和規(guī)范進(jìn)行,插入的溫度計過淺、或者過于深所致。處置方法:在安裝測壓、測溫部件之前,測壓位置應(yīng)嚴(yán)格按照儀表規(guī)范來確定,以管道的50%為基準(zhǔn)判定溫度計插入深度,建議測壓位置遠(yuǎn)離三通、彎頭、以及閥門處。③測定流量缺乏穩(wěn)定性,在連接差壓變送器與取壓管時,噴嘴或孔板方向上反,正負(fù)錯位所致。處置方法:在連接差壓送變器與取壓管時,應(yīng)對其正負(fù)進(jìn)行核對、確認(rèn)后在進(jìn)行操作。在安裝噴嘴或孔板時,必須在對噴嘴或孔板安裝方向與關(guān)內(nèi)流向進(jìn)行確定后進(jìn)行操作。④二次儀表未顯示,連接端子與線頭時,端子被絕緣層壓住,造成閉合回路不通。處置方法:在結(jié)束線纜施工后,絕緣測試線纜,并校對標(biāo)號線纜,端子中插入線纜頭時應(yīng)防止端子被絕緣層壓住,且插入深度適宜。⑤管內(nèi)堵塞,施工前未清理干凈取壓管內(nèi)部。處置方法:進(jìn)行施工前,應(yīng)預(yù)先用空壓機(jī)吹掃取壓管,待清理干凈后,再進(jìn)行安裝。⑥氣動、電動薄膜調(diào)節(jié)閥閉、開不到位,出現(xiàn)閉、開超過極限,或者管內(nèi)滲漏,頂壞閥體、閥桿或者閥芯。處置方法:對行程開關(guān)進(jìn)行合理的調(diào)整。
三、結(jié)束語
自控儀表工藝及施工中逐漸運用了集成化、智能化、數(shù)字化技術(shù),本文對自控儀表的安裝工藝與施工種常見問題進(jìn)行總結(jié),并針對其問題進(jìn)行處理。特別在安裝自控儀表一節(jié)中,詳細(xì)地介紹了壓力表、變送器、流量儀、電子流量、分析儀表與盤上儀表等步驟,最后提出針對性措施。
參考文獻(xiàn)
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本文以微電子專業(yè)人才培養(yǎng)為例,針對我校微電子專業(yè)教學(xué)資源庫的建設(shè),從微電子的需要來說明其重要性,通過與企業(yè)聯(lián)合分析職業(yè)崗位的工作內(nèi)容、工作崗位、工作職業(yè)技能來合理開設(shè)學(xué)校的相關(guān)課程,來培養(yǎng)專業(yè)性技術(shù)人才的學(xué)生[1]。
現(xiàn)狀與背景分析
國家的需求。微電子技術(shù)都是高科技、高風(fēng)險、高投入、高利潤的行業(yè),而且是一個國家、地區(qū)科技、經(jīng)濟(jì)實力的反映,美國就是以集成電路設(shè)計、制造為核心的地區(qū),讓美國擁有了世界上一流的計算機(jī)和IT核心技術(shù),為此,中國于1998年下發(fā)了《鼓勵軟件產(chǎn)業(yè)和集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的若干政策》的18號文件,大力支持、鼓勵我國微電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
企業(yè)的需求。從2005年8月的西永微電子園的建立,北大方正FPC等十大項目的建設(shè),200億資金的投入。到2015年4月8號,東方重慶8.5代新型半導(dǎo)體顯示器件及系統(tǒng)項目,在重慶兩江新區(qū)水土工業(yè)開發(fā)區(qū)舉行產(chǎn)品投產(chǎn)暨客戶交付活動。該項目總投資328億,為重慶近年來最大投資項目。如此浩大的產(chǎn)業(yè)發(fā)展,必將大量需求各階層微電子技術(shù)人才[2]。
高職學(xué)院自身的需求。近幾年,高職教育在改革和發(fā)展中取得許多可喜的成果。但是專業(yè)不對口,學(xué)生興趣缺乏,企業(yè)抱怨人才不足,應(yīng)屆畢業(yè)生的實踐技能不夠等相關(guān)問題也成為我們教學(xué)的薄弱環(huán)節(jié)。基于職業(yè)崗位來分析,才能真正讓學(xué)生畢業(yè)更快的適應(yīng)工作環(huán)境,解決專業(yè)不對口問題。
高職學(xué)生的需求。高職學(xué)生都期望通過學(xué)校專業(yè)課程學(xué)習(xí),找到一份合適的工作。學(xué)生也在思考如何將專業(yè)知識轉(zhuǎn)化成專業(yè)能力,如何消化書本內(nèi)容。學(xué)生期望能學(xué)習(xí)在以后的工作崗位更實用的課程內(nèi)容。因此基于職業(yè)崗位分析構(gòu)建微電子專業(yè)課程,能更好的教學(xué),讓學(xué)生明確的學(xué)習(xí)提升自己的能力,同時幫助學(xué)生就業(yè),解決專業(yè)不對口等問題。
研究內(nèi)容、目標(biāo)、要解決的教學(xué)問題
研究內(nèi)容和目標(biāo)。通過往屆畢業(yè)學(xué)生的就業(yè)情況分析對應(yīng)的崗位,找出專業(yè)不對口,或者就業(yè)工作不影響的主要問題。通過修改課程教學(xué)模式,提高學(xué)生興趣,激發(fā)主觀能動性。通過調(diào)研會邀請重慶44所,24所,西南集成設(shè)計有限公司等從事微電子行業(yè)的公司,分析高職學(xué)生通過學(xué)生什么課程能快速適應(yīng)崗位,達(dá)到合理構(gòu)建微電子課程來使高職學(xué)生具有對應(yīng)的崗位能力,從而有效地培養(yǎng)微電子人才[3]。
要解決的教學(xué)問題。激發(fā)學(xué)生對課程的興趣,提升主觀能動性;學(xué)生不僅掌握對應(yīng)崗位的理論知識,也要有熟練對應(yīng)崗位的實際動手能力;調(diào)研企業(yè)崗位,分析微電子集成電路設(shè)計課程的建設(shè);調(diào)研全國高職微電子課程開設(shè),合理調(diào)整集成電路設(shè)計課程。
采取的分析方法
文獻(xiàn)研究法:利用網(wǎng)絡(luò)、報刊等媒介,搜集與課堂教學(xué)模式相關(guān)的專著、論文等文獻(xiàn)資料,掌握課堂教學(xué)模式研究,掌握相關(guān)理論知識和國內(nèi)外對課堂教學(xué)模式研究現(xiàn)狀。
企業(yè)調(diào)研法:派成員組去江蘇,上海,成都等微電子發(fā)達(dá)區(qū)域了解微電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展對應(yīng)的崗位需求。在我校組織的微電子行業(yè)專家職業(yè)分析研討會,邀請重慶24所、44所、西南集成有限公司、鷹谷光電等行業(yè)專家從微電子高職學(xué)生崗位需要來分析,構(gòu)建微電子專業(yè)課程建設(shè)[4]。
實驗教學(xué)法:用微課進(jìn)行微電子專業(yè)課程的建設(shè),利用我校作為西南地區(qū)唯一的仿生產(chǎn)工藝線,以及封裝測試線,配套生動形象來表達(dá)上課內(nèi)容?!靶F蠛献?,工學(xué)結(jié)合”,讓學(xué)生直接企業(yè)頂崗實習(xí),驗證微電子專業(yè)課程建設(shè)對應(yīng)崗位的合理性,優(yōu)化調(diào)整。通過微電子相關(guān)的職業(yè)技能大賽嵌入式比賽等等提升學(xué)生興趣,對應(yīng)的課程建設(shè)學(xué)習(xí)。
微電子專業(yè)課程建設(shè)
本校通過與微電子多個企業(yè)聯(lián)合分析,將微電子專業(yè)課程分成集成電路制造、集成電路設(shè)計、集成電路封裝、集成電路測試、半導(dǎo)體行業(yè)設(shè)備維護(hù)、半導(dǎo)體安全生產(chǎn)管理等相關(guān)方向,然后轉(zhuǎn)為為A、B、C三類課程,由最基礎(chǔ)的理論知識,如計算機(jī)使用,英語閱讀,電路分析,工具使用到專業(yè)性技能的操作和綜合職業(yè)技能的培養(yǎng)。
A類課程轉(zhuǎn)換分析表提供的職業(yè)需求信息為基礎(chǔ),并依據(jù)課程的需要可補(bǔ)充相關(guān)理論知識信息,使課程具有理論知識的相對系統(tǒng)性和完整性。如分半導(dǎo)體器件物理,半導(dǎo)體集成電路,工程制圖,電子材料,SMT工藝等基礎(chǔ)課程。
B類課程的目的是培養(yǎng)基本技能??梢酝ㄟ^集成電路版圖設(shè)計實訓(xùn),集成電路生產(chǎn)工藝實訓(xùn),集成電路封裝工藝實訓(xùn),集成電路測試實訓(xùn),自動化生產(chǎn)線安裝與調(diào)試實訓(xùn)等課程培養(yǎng)學(xué)生的基本技能。
C類課程的目的是培養(yǎng)綜合職業(yè)能力,也稱為綜合職業(yè)能力課程。通過學(xué)習(xí)集成電路制造工藝,半導(dǎo)體工廠設(shè)計與管理,集成電路封裝工藝,半導(dǎo)體工藝設(shè)備,集成電路的可靠性等相關(guān)課程來培養(yǎng)學(xué)生的綜合職業(yè)能力,從工藝到測試,電路到自動化的職業(yè)系統(tǒng)化培養(yǎng)。
關(guān)鍵詞:芯片封裝;引線鍵合;小波;焊點定位
中圖分類號:TP391文獻(xiàn)標(biāo)識碼:ADOI:10.3969/j.issn.10036199.2017.01.028
1引言
芯片封裝是在引線框架的外接管腳與芯片焊點之間建立可靠的連接,實現(xiàn)芯片的功能[1]。目前常用的芯片封裝技術(shù)包括三種方法:引線鍵合、載帶自動焊和倒裝芯片技術(shù)[2]。在三種方法中由于引線鍵合技術(shù)具有成本低、精度高、可靠性好的優(yōu)點,因此,90%以上的芯片封裝都采用的是引線鍵合形式。引線鍵合焊點的視覺定位就是首先通過視覺系統(tǒng)獲取芯片和貼片基板的數(shù)字圖像,從中提取出芯片和基板的實際中心坐標(biāo)參數(shù)。計算出芯片和基板相對于預(yù)定義位置的坐標(biāo)偏差和角度偏差。通過定位偏差參數(shù)實時計算芯片和引線框架焊點的實際坐標(biāo)位置,實現(xiàn)芯片引線鍵合焊接劈刀定位誤差的在線修正[3]。
芯片的封裝工藝中需要將芯片粘貼在引線框架的貼片基板上,貼片機(jī)吸取芯片后將其放在基板上,由于取片和放片時存在誤差,導(dǎo)致芯片在基板上存在位置偏差。這種誤差的出現(xiàn),在引線鍵合時會導(dǎo)致鍵合劈刀無法準(zhǔn)確定位到芯片焊點的焊接位置。這種情況將導(dǎo)致金屬引線的焊球焊接不牢或者定位不準(zhǔn)確,導(dǎo)致芯片的可靠性下降甚至失效。為了提高芯片的引線鍵合精度,本文采用構(gòu)造多尺度小波變換的方法提取芯片和基座的邊緣信息,實時檢測芯片和貼片基板的邊緣;計算芯片和貼片基板邊緣的中心坐標(biāo)和偏轉(zhuǎn)角度;為焊點實時定位和焊接劈刀的實時調(diào)整定位提供參數(shù)。
2基于小波變換的邊緣提取
通過CCD數(shù)字相機(jī)采集到的芯片圖像經(jīng)過預(yù)處理后,采用基于小波分析的多尺度圖像分析的辦法提取芯片和引線框架的邊緣特征。通常圖像特征局部的不連續(xù)稱為“邊緣”。就灰度突變性而言,圖像的邊緣一般分為兩大類,一類是階躍狀邊緣,其特征是邊緣兩邊象素的灰度值有顯著的不同;另一類是屋頂狀邊緣,其特點是它位于灰度值由增加到減小的變化轉(zhuǎn)折點。在階躍邊緣點,圖像灰度在它兩旁的變化規(guī)律是灰度變化曲線的一階導(dǎo)數(shù)在該點達(dá)到極值,二階導(dǎo)數(shù)在該點近旁呈零交叉,即其左右分別為一正一負(fù)兩個峰;對于屋頂狀邊緣的邊緣點,其灰度變化曲線的一階導(dǎo)數(shù)在該點近旁呈零交叉,二階導(dǎo)數(shù)在該點達(dá)到極值。
5芯片特征識別與測試
本文在MATLAB軟件平臺上開發(fā)芯片引線鍵合焊點的定位檢測程序。首先從數(shù)字相機(jī)讀取芯片圖片,在采集芯片照片時設(shè)置環(huán)境光源,使得芯片處于良好的光照環(huán)境下。調(diào)整數(shù)字相機(jī)的鏡頭取景范圍,使芯片及其貼片基座盡量處于最大的取景范圍,使芯片圖像有較大的分辨率。采集到數(shù)字圖像后,根據(jù)數(shù)字相機(jī)的畸變校正矩陣[9]修正數(shù)字圖像誤差;然后通過圖像預(yù)處理技術(shù)[10]初步消除圖像中的干擾信息;其次采用圖像灰度處理[11]將其轉(zhuǎn)化為灰度圖像;再采用數(shù)字形態(tài)學(xué)技術(shù)消除芯片圖像上的微小孔隙,消除邊緣檢測過程中出現(xiàn)的亢余信息,完成數(shù)字圖像預(yù)處理過程。
將預(yù)處理過的圖像進(jìn)行多分辨率分析,由邊緣檢測算法得到的邊緣信息保存到鏈表結(jié)構(gòu)中,鏈表的每一行就保存一條邊緣。首先,在鏈表中查找被斷開的邊緣,并將斷開的邊緣重新連接起來,形成完成的邊緣。其次,將拼接起來的邊緣進(jìn)行平移和旋轉(zhuǎn)不變性處理,使得圖像特征中的芯片和基板的邊緣特征轉(zhuǎn)化為具有不變性的封閉曲線。第三,在實時提取到的芯片和基板邊緣曲線進(jìn)行不變性處理并提取其小波特征后,將模板的小波特征與實時圖像中的邊緣特征參數(shù)進(jìn)行對比,從而在采集到的圖像中識別出芯片和貼片基板的邊緣。最后通過計算邊緣曲線的矩特征參數(shù),計算出芯片和基板對應(yīng)的偏移參數(shù)。
以任意兩幅圖片為例,芯片和貼片基板中心坐標(biāo)檢測實驗以芯片和基板周邊一定范圍為拍攝區(qū)域,如圖1和圖2所示。如前所述,芯片在粘貼在引線框架的貼片基板上時存在貼片誤差,在這兩個隨機(jī)選擇的芯片貼片圖像中芯片相對于基板的位置并不固定。這種誤差將導(dǎo)致在引線鍵合時,焊接劈刀無法與芯片和引線框架的焊點精確對準(zhǔn),這種誤差將導(dǎo)致芯片可靠性降低甚至殘片。計算出芯片和貼片基板的位置偏移量之后,可以根據(jù)偏移量計算出芯片和引線框架上的焊點位置[12]。此時計算出的焊點坐標(biāo)是采用像素為單位的坐標(biāo)參數(shù),通過對數(shù)字相機(jī)的標(biāo)定,可以計算出焊點的實際位置參數(shù)(單位:mm)。
6結(jié)論
芯片粘貼在引線框架后,為解決芯片和基座幾何中心坐標(biāo)與設(shè)備坐標(biāo)系中理論坐標(biāo)偏差和軸向偏角實時測量,以及實時修正芯片的鍵合焊點的位置提高引線鍵合質(zhì)量的問題,文中提出采用基于緊支集雙正交小波的方法實現(xiàn)邊緣提取和邊緣特征識別。通過實驗表明,該算法能快速、準(zhǔn)確的將芯片邊緣和貼片基板的邊緣從圖像中識別出來;并根據(jù)兩者的中心位置偏差計算出焊點的實際位置,修正參數(shù)反饋給鍵合頭驅(qū)動系統(tǒng)。這種算法能夠提高引線鍵合工藝中的焊接質(zhì)量,簡化了特征提取的步驟,縮短了算法的復(fù)雜度,提高了算法的精確度。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞: 柔性顯示;組裝;引線鍵合;覆晶;異向?qū)щ娔z
中圖分類號:TN141 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B
1 柔性顯示背景分析與發(fā)展前景
1.1 背景分析
近半個世紀(jì)來,電子信息技術(shù)的發(fā)展對日常生活的影響有諸多案例,但其中顯示技術(shù)的發(fā)展帶來的日常生活的變革是最顯而易見的。
從首臺基于動態(tài)散射模式的液晶顯示器(liquid crystal display,LCD)(約為上世紀(jì)70年代),到目前LCD電視的普及、3D電視的熱潮,顯示技術(shù)的發(fā)展顛覆了我們對傳統(tǒng)陰極射線管(cathode ray tube,CRT)顯示器的認(rèn)知。2012年1~5月,液晶電視銷售額為1,331.9萬臺,占彩電銷售總額(1,470萬臺)的90.6%(數(shù)據(jù)來源:視像協(xié)會與AVC),可以毫不夸張地說,目前已經(jīng)是液晶電視的天下。與傳統(tǒng)的CRT顯示技術(shù)相對比,液晶顯示技術(shù)的顯著優(yōu)點已廣為人知,不用贅述。
隨著電子技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展,電子產(chǎn)品已經(jīng)逐步成為日常生活的必須品,而將更多顯示元素引入家庭和個人環(huán)境是未來顯示技術(shù)的發(fā)展趨勢,目前基于此類的研究正在逐步進(jìn)行(如飛利浦、索尼、通用已經(jīng)開始相關(guān)技術(shù)的研發(fā))。但是剛性、矩形、基于玻璃基板的顯示器件已經(jīng)顯示出不能滿足設(shè)計者對外形的需求,設(shè)計人員更趨向于選擇一種可彎曲、可折疊,甚至可以卷曲的顯示器件。
與此同時,對產(chǎn)品品質(zhì)的要求不斷提升,電子產(chǎn)品被要求能承受更多次的“隨機(jī)跌落試驗”。而實驗證明基于剛性玻璃基板的顯示器件在試驗中極易損壞,所以在引入全新設(shè)計理念的過程中,具有輕薄、不易碎、非矩形等特性的“概念產(chǎn)品”被普遍認(rèn)為“具有不一般的對市場的高度適應(yīng)性”。
在產(chǎn)品外形方面,與傳統(tǒng)顯示器相比,柔性顯示器具有更結(jié)實、更輕薄、樣式新穎的特點,而這些特點對產(chǎn)品設(shè)計師和最終用戶都極具吸引力。
在制造商方面,柔性顯示器生產(chǎn)時,可以采用新型印刷或者卷繞式工藝進(jìn)行生產(chǎn),運輸成本相對低廉,使得制造商具有進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本的潛力。
在潛在安全性方面,當(dāng)柔性顯示器破裂時,不會產(chǎn)生可能導(dǎo)致人員受傷的鋒利邊緣,因此相對剛性顯示器而言,柔性顯示器無疑更加安全。
1.2 柔性顯示的發(fā)展前景
由于柔性顯示技術(shù)具有獨特的技術(shù)特點,與現(xiàn)有顯示技術(shù)相比具有一定的先進(jìn)性,所以普遍認(rèn)為,在某些市場中,柔性顯示具有潛在的替代優(yōu)勢,同時,柔性顯示技術(shù)更具開拓全新應(yīng)用領(lǐng)域的潛力(如軍方將柔性顯示應(yīng)用于新式迷彩服,而這個領(lǐng)域傳統(tǒng)剛性顯示器件是很難涉及的)。柔性顯示器是一種具備良好的市場前景的新技術(shù),目前用于生產(chǎn)柔性顯示器的顯示技術(shù)有十多種,包括傳統(tǒng)的液晶、有機(jī)發(fā)光顯示(organic light-emitting diode,OLED)、電致變色、電泳技術(shù)等等,據(jù)估計全球約有數(shù)百家公司正在或即將開始柔性顯示的研發(fā)。
可以認(rèn)為,柔性顯示技術(shù)的發(fā)展將為顯示技術(shù)領(lǐng)域注入革命性的創(chuàng)新動力。
2 現(xiàn)有組裝技術(shù)的分析
2.1 組裝技術(shù)概述
作為柔性顯示重要部件之一的驅(qū)動芯片,如何與柔性顯示器件相連接是一個值得研究的課題。無論何種顯示技術(shù),最終的顯示畫面依賴于驅(qū)動芯片給顯示介質(zhì)(例如液晶,發(fā)光二極管等)提供其所需的信號(電壓信號或電流信號)。已有的芯片組裝和封裝方式有很多種成熟的方案,但在柔性顯示器芯片組裝時,最主要考慮的因素有以下幾點:
(1)組裝制程中的壓力和溫度;
(2)組裝方式的可靠度(包括物理連接可靠度和電性能的可靠度);
(3)組裝中能達(dá)到的最小管腳距離(Pin pitch)和最高管腳數(shù)量。
就目前主流的芯片與目標(biāo)介質(zhì)的組裝技術(shù)宏觀上可以分為如下4類(由于TFT-LCD的驅(qū)動芯片與目標(biāo)介質(zhì)組裝技術(shù)比較特殊,所以單獨歸為一類):
第一類,微電子封裝技術(shù),是指將晶圓(Wafer)切割后的Chip做成一種標(biāo)準(zhǔn)的封裝形式的技術(shù)。
第二類,微電子表面組裝技術(shù)(Surface Mount Technology,簡稱SMTc),是指將封裝后的芯片(IC)成品組裝到目標(biāo)介質(zhì)上的技術(shù)。
第三類,裸芯片組裝(Bare Chip Assembly),是指將晶圓切割后的Chip直接組裝到目標(biāo)介質(zhì)上的技術(shù)。
第四類,液晶顯示器(TFT-LCD)領(lǐng)域特有的芯片封裝和組裝技術(shù)(COF/TCP封裝和ACF bonding技術(shù))。
下面將逐一介紹各類組裝技術(shù)。
2.2 微電子封裝技術(shù)
對于電子設(shè)備體積、重量、性能的期盼長久以來一直是促進(jìn)電子技術(shù)發(fā)展的源動力,而在微電子領(lǐng)域,對芯片面積減小的期望從未停歇(從某種程度上講,芯片的面積決定芯片的成本價格),在莫爾斯定律的效應(yīng)下,芯片電路的集成度以10個月為單位成倍提高,因此也對高密度的封裝技術(shù)不斷提出新的挑戰(zhàn)。
從早期的DIP封裝,到最新的CSP(Chip scale package)封裝,封裝技術(shù)水平不斷提高。芯片與封裝的面積比可達(dá)1:1.14,已經(jīng)十分接近1:1的理想值。然而,不論封裝技術(shù)如何發(fā)展,歸根到底,都是采用某種連接方式把Chip上的接點(Pad)與封裝殼上的管腳(Pin)相連。而封裝的本質(zhì)就是規(guī)避外界負(fù)面因素對芯片電路的影響,當(dāng)然,也為了使芯片易于使用和運輸。
以BGA封裝形式為例,通常的工藝流程如圖3所示。
通常的工藝流程是首先使用充銀環(huán)氧粘結(jié)劑將Chip粘附于封裝殼上,然后使用金屬線將Chip的接點與封裝殼上相應(yīng)的管腳連接,然后使用模塑包封或者液態(tài)膠灌封,以保護(hù)Chip、連接線(Wire bonding)和接點不受外部因素的影響。
另外隨著芯片尺寸的不斷縮小,I/O數(shù)量的不斷增加,有時也會使用覆晶方式(Flip Chip)將芯片與封裝殼連接。覆晶方式是采用回焊技術(shù),使芯片和封裝殼的電性連接和物理連接一次性完成,目前也有在裸芯片與目標(biāo)介質(zhì)的組裝中使用覆晶方式。
2.3 微電子表面組裝技術(shù)
微電子表面組裝技術(shù)(surface mount technolo gy,SMTc,又稱表面貼片技術(shù)),一般是指用自動化方式將微型化的片式短引腳或無引腳表面組裝器件焊接到目標(biāo)介質(zhì)上的一種電子組裝技術(shù)。
表面組裝焊接一般采用浸焊或再流焊,插裝元器件多采用浸焊方式。
浸焊一般采用波峰焊技術(shù),它首先將焊錫高溫熔化成液態(tài),然后用外力使其形成類似水波的液態(tài)焊錫波,插裝了元器件的印刷電路板以特定角度和浸入深度穿過焊錫波峰,實現(xiàn)浸焊,不需要焊接的地方用鋼網(wǎng)保護(hù)。波峰焊最早起源于20世紀(jì)50年代,由英國Metal公司首創(chuàng),是20世紀(jì)電子產(chǎn)品組裝技術(shù)中工藝最成熟、影響最廣、效率最明顯的技術(shù)之一。
表面貼片元器件多使用再流焊技術(shù),它首先在PCB上采用“點涂”方式涂布焊錫膏,然后通過再流焊設(shè)備熔化焊錫膏進(jìn)行焊接。再流焊的方法主要以其加熱方式不同來區(qū)別,最早使用的是氣相再流焊,目前在表面組裝工藝中使用最為廣泛的是紅外再流焊,而激光再流焊在大規(guī)模生產(chǎn)中暫時無法應(yīng)用。再流焊中最關(guān)鍵的技術(shù)是設(shè)定再流曲線,再流曲線是保證焊接質(zhì)量的關(guān)鍵,調(diào)整獲得一條高質(zhì)量的再流焊曲線是一件極其重要但是又是極其繁瑣的工作。
2.4 裸芯片組裝技術(shù)
裸芯片組裝是指在芯片與目標(biāo)介質(zhì)的連接過程中,芯片為原始的晶圓切片形式(Chip),芯片沒有經(jīng)過預(yù)先的封裝而直接與目標(biāo)介質(zhì)連接。常用的封裝形式為COB(Chip On Board)形式。
COB方式一般是將Chip先粘貼在目標(biāo)介質(zhì)表面,然后采用金屬線鍵接的方式將Chip的接點與目標(biāo)介質(zhì)上相應(yīng)的連接點相連接。完成后Chip、金屬連接線、目標(biāo)介質(zhì)上的連接點均用液態(tài)膠覆蓋,用以隔離外界污染和保護(hù)線路。
裸芯片組裝還有另一種方式,即覆晶方式。覆晶方式是指在Chip接點上預(yù)先做出一定高度的引腳,然后使用高溫熔接的方式,使引腳與目標(biāo)介質(zhì)相應(yīng)位置結(jié)合,形成電性的連接。與傳統(tǒng)方式相比,覆晶方式不需要使用金屬線進(jìn)行連接。TFT-LCD驅(qū)動芯片常用的TCP/COF封裝使用的即是覆晶方式,但是由于TCP/COF封裝應(yīng)用領(lǐng)域的特殊性,所以沒有將其歸入裸芯片封裝技術(shù)中,而是單獨劃為一類。
2.5 液晶顯示器領(lǐng)域特有的芯片封裝和組裝形式
由于TFT-LCD顯示電路的特殊性,要求驅(qū)動芯片提供更多的I/O端口,所以一般情況下TFT-LCD驅(qū)動芯片封裝多采用TCP(Tape Carrier Package)方式,或者COF(Chip On Film)方式,芯片與TFT-LCD顯示面板連接多采用ACF(Anisotropic Conductive Film)壓合粘接的方式。
TCP/COF多使用高分子聚合材料(PI ,polyimide)為基材,在基材上采用粘接或者濺鍍(Spatter)方式使之附著或形成銅箔,然后使用蝕刻方式(Etching)在銅箔上制作出所需要的線路、與Chip連接的內(nèi)引腳(ILB Lead,ILB:Inner Lead Bonding)、與TFT-LCD顯示電路連接的外引腳C(OLB Lead-C,OLB:Outer Lead Bonding)、和外部目標(biāo)介質(zhì)(多為PCB板)連接的外引腳P(OLB Lead-P,OLB:Outer Lead Bonding),最后在所有引腳表面附著一層焊錫。
Chip的接點為具有一定高度的金突塊(Au Bump),在與Chip連接(Assembly)時,Chip的接點與TCP/COF上的內(nèi)引腳通過高溫高壓形成金-錫-銅合金,從而達(dá)到電性導(dǎo)通的目的,然后使用液態(tài)膠灌封。而在與外部目標(biāo)介質(zhì)——TFT-LCD顯示電路連接時,則采用另一種組裝方式——ACF壓合粘接方式(AFC bonding)。
ACF膠結(jié)構(gòu)類似于雙面膠,膠體內(nèi)富含一定密度的導(dǎo)電粒子(Conductive Particle),導(dǎo)電粒子為球狀,外部為絕緣材料,內(nèi)部為導(dǎo)電材料。當(dāng)導(dǎo)電粒子受到外部壓力破裂時,內(nèi)部導(dǎo)電材料露出,多個破裂的導(dǎo)電粒子連接,可形成電性通路。由于導(dǎo)電粒子破裂時僅受到垂直方向的壓力,加之芯片相鄰接點距離遠(yuǎn)大于導(dǎo)電粒子直徑,因此,破裂的導(dǎo)電粒子產(chǎn)生的電性鏈路具有垂直方向?qū)щ?,水平方向不?dǎo)電的特性?;谠摲N特性,ACF膠能使TCP/COF封裝形式的芯片每根外引腳在水平方向上互相絕緣,不致形成短路,而在垂直方向又能與目標(biāo)介質(zhì)實現(xiàn)電性導(dǎo)通。由于ACF膠加熱固化后具有很強(qiáng)的粘合力,所以形成電性導(dǎo)通的同時,可以使COF/TCP與目標(biāo)介質(zhì)實現(xiàn)物理連接。
TCP/COF封裝形式能支持高達(dá)數(shù)千的I/O引腳數(shù),因此在TFT-LCD驅(qū)動芯片領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。
當(dāng)然,隨著成本因素的影響日漸增加,另一種方式COG(Chip On Glass)也應(yīng)運而生。與TCP/COF方式唯一的不同點在于,COG方式不需要PI基材,而是使用ACF壓合粘接方式,直接將Chip與TFT-LCD顯示電路連接,因此會更加節(jié)省成本。由于在組裝中芯片是晶圓切片形式,所以COG技術(shù)也可以認(rèn)為是一種裸芯片組裝技術(shù)。
3 柔性顯示驅(qū)動芯片組裝方安提出
3.1 柔性顯示動芯片組裝方案概述
基于上述介紹,可將芯片與目標(biāo)介質(zhì)連接的技術(shù)做如下歸類:
第一類為使用金屬線形成電性連接,該種形式多用在常規(guī)的芯片和封裝殼組裝、裸芯片COB封裝,可將其歸納為Wire bonding方式。
第二類為芯片和目標(biāo)介質(zhì)采用焊接的方式形成電性連接,電子表面組裝技術(shù),裸芯片覆晶方式多使用該種技術(shù)形式,可將其歸納為焊接方式。
第三類為TFT-LCD芯片組裝中經(jīng)常使用的ACF膠壓合連接方式,可將其歸納為ACF bonding方式。
按照上述分類,擬依照不同技術(shù)背景,制定不同的芯片與目標(biāo)介質(zhì)連接方案,實現(xiàn)驅(qū)動芯片與柔性顯示基材的電性連接。
具體方案如下:
方案1:采用Wire bonding方式。
方案2:采用Flip Chip方式。
方案3:采用ACF bonding方式。
需要指出,提出方案時,只討論理論上該方案的可行性,并沒有對該種方案是否具有投入實際生產(chǎn)的可行性做出判斷和論述。
下面將具體討論三種方案的優(yōu)劣。
3.2 Wire bonding方案
目前Wire bonding技術(shù)的具體實現(xiàn)步驟如下:
首先,在晶圓制程后期使用電鍍方式將Chip的連接點做成金突塊;同時,目標(biāo)介質(zhì)上的引線(Lead)上也使用鍍金技術(shù)使其附著一定厚度的金;然后使用Wire bonding設(shè)備將金屬線的一端熔接(采用超聲波或高溫熔接方式)在金突塊上,另一端采用相同的方式熔接在目標(biāo)介質(zhì)的Lead上,從而實現(xiàn)電性的導(dǎo)通。由于金具有良好的延展性和良好的導(dǎo)電性,所以,在Wire bonding的過程中,一般使用高純度金線(99.99%)。當(dāng)然,目前在一些極低端應(yīng)用中出于成本的考慮,或者在SOC(System On Chip)/SOP(System On Package)封裝中出于保密的需求,會在某些沒有高頻信號和大電流信號的連接管腳上使用鋁線或者銅線進(jìn)行Wire bonding。
在柔性顯示中使用Wire bonding方案的優(yōu)勢和劣勢同樣明顯。
首先,金是良好的導(dǎo)體,所以在使用金線鍵接時無需擔(dān)心傳輸線RC/RH效應(yīng)對高頻率信號傳輸造成的影響;同時,也不需過多考慮大電流信號在傳輸過程中由于傳輸線本身電阻造成的電壓降效應(yīng)和熱效應(yīng);其次,采用COB方式可以將芯片直接固定在柔性基材上,省去芯片封裝的成本。
但是,Wire bonding的劣勢也同樣明顯,第一,一般只有在金含量較高的連接點上才能實現(xiàn)金線和Lead/Pad的熔接;第二,Wire Bonding要求目標(biāo)介質(zhì)能承受一定壓力且不能有太大形變;第三,Wire Bonding要求目標(biāo)介質(zhì)能承受較高溫度;第四,Wire bonding受Wire bonding設(shè)備精度的限制,以BGA封裝為例,一般I/O數(shù)量為500以內(nèi)的芯片使用Wire bonding的方式,I/O數(shù)量增高,勢必會使單個芯片連接點的尺寸減小,而在I/O數(shù)超過500以上時,芯片接點的尺寸會使Wire bonding的成功率大幅下降,而目前的顯示技術(shù)恰恰又要求驅(qū)動芯片提供更多的I/O數(shù)目。
所以,綜合分析上述各種因素,只有在低分辨率金屬材質(zhì)(如用金屬箔為基材的柔性顯示)的柔性顯示方案中才有可能采用Wire bonding的方式進(jìn)行芯片和柔性基材的鍵接。因此,作為一種連接技術(shù),Wire bonding技術(shù)可以使用在柔性顯示中,但是受到Wire bonding技術(shù)自身的制約,它在柔性顯示中的應(yīng)用會受到不小的限制。
3.3 覆晶方式
覆晶封裝方式的應(yīng)用十分廣泛,由于覆晶方式可以節(jié)省Wire bonding的金線成本,同時芯片與封裝殼的距離更近,可以保證高頻信號具有良好的信號品質(zhì),所以被大量使用在對信號品質(zhì)要求較高的CPU芯片封裝中。傳統(tǒng)封裝形式,芯片的最高工作頻率為2~3GHz,而采用覆晶方式封裝,依照不同的基材,芯片的最高工作頻率可達(dá)10~40GHz。
覆晶方式的基本做法是在芯片上沉積錫球,然后采用加溫的方式使得錫球和基板上預(yù)先制作的Lead連接,從而實現(xiàn)電性連接??梢赃@樣認(rèn)為,覆晶方式是焊接方式的提升。
應(yīng)用覆晶方式實現(xiàn)柔性基材和驅(qū)動芯片的連接有其獨特之處。首先,芯片與柔性基材直接連接,從電性上考慮,該方式由于省略了封裝中的信號傳輸線,所以可以降低芯片管腳上雜訊的干擾,而從成本角度考慮,由于使用裸芯片,該方式可以節(jié)約芯片的封裝成本;其次,當(dāng)芯片晶背(Chip backside)減薄到一定程度后(例如將Chip晶背研磨至13μm時,Chip可以彎折,如圖6所示),Chip會呈現(xiàn)一定程度的柔性,可以在一定程度上實現(xiàn)與顯示基材同步的柔性彎曲。
與Wire bonding方式相比,覆晶方式會有其成本上的先天優(yōu)勢(不需使用金屬線鍵接),但是覆晶方式也存在一些問題。
覆晶方式中會使用錫球工藝,目前出于綠色環(huán)保考慮,微電子表面焊接技術(shù)中大量使用無鉛焊錫,無鉛焊錫的熔點約在200℃以上。而在柔性顯示基材的各種方案中,一般具有良好彎折特性的柔性基材多為有機(jī)材料,有機(jī)柔性基材所要求的制程溫度范圍一般在150℃以內(nèi),超過200℃的高溫會對柔性顯示基材造成不可逆的損傷。所以,柔性基材不耐高溫的特性與覆晶技術(shù)中需要使用的高溫制程存在一定的矛盾。因此,我們可以推測,覆晶方式在柔性顯示的應(yīng)用領(lǐng)域會受到其制程溫度的限制。
綜上所述,覆晶方式多應(yīng)用于柔性電路板(Flexible Print circuit)與芯片連接或者PCB板直接與芯片連接。當(dāng)然,在能夠耐受高溫的柔性基材上使用覆晶方式實現(xiàn)驅(qū)動芯片與柔性基材的連接也極為可行。
3.4 ACF bonding方式
ACF bonding是目前TFT-LCD領(lǐng)域驅(qū)動芯片和顯示基板連接最常用的方式,可以將裸芯片或者TCP/COF封裝形式的芯片通過ACF膠與目標(biāo)介質(zhì)實現(xiàn)電性連接以及物理連接。
ACF膠連接方式中,ACF膠電阻率變化曲線依賴于導(dǎo)電粒子密度、導(dǎo)電膠厚度、寬度以及導(dǎo)電膠的固化溫度。本文沒有設(shè)計具體實驗測量導(dǎo)電膠電阻率的實際曲線,參考相關(guān)文獻(xiàn),導(dǎo)電膠的電阻率約為5×10-4Ω×cm。而基于TFT-LCD Array線路本身帶給驅(qū)動芯片的負(fù)載遠(yuǎn)大于導(dǎo)電膠引入負(fù)載的事實,以及驅(qū)動芯片輸出信號對電容類負(fù)載比電阻類負(fù)載更為敏感的特性,可以認(rèn)為,ACF bonding方式的電阻率的非線性變化不會為顯示電路引入太多負(fù)面因素。而在TFT-LCD中大量使用ACF bonding方式的事實更能說明ACF bonding方式的電性能和可靠度是可以接受的。
其次,由于TFT-LCD分辨率的增加,驅(qū)動芯片所需的I/O數(shù)量也隨之增加。目前主流的Driver IC已可以提供多于1,000 channel的輸出I/O。I/O數(shù)量的增加直接導(dǎo)致Chip中接點尺寸和管腳間距(Pitch)的減小,而導(dǎo)電膠中導(dǎo)電粒子的直徑遠(yuǎn)小于Chip接點的尺寸,同時,ACF膠能提供的最小Bonding pitch約為10μm,足以滿足驅(qū)動芯片的需求。所以在支持I/O數(shù)量和小管腳間距方面,ACF bonding具有巨大的優(yōu)勢。
再次,由于使用金屬箔和薄化玻璃為基材制成的柔性顯示器只能實現(xiàn)有限的“柔性”,所以目前柔性顯示器基材更傾向于使用柔性更佳的有機(jī)材料。以PET/PEN為例,其耐溫性與傳統(tǒng)剛性顯示基材相比較差,僅為120℃左右。而傳統(tǒng)的Wire bonding和覆晶方式在組裝過程中需要較高的溫度,故該兩項技術(shù)在柔性基材上的應(yīng)用受到制程溫度的極大限制。而ACF bonding方式的組裝溫度取決于ACF膠本壓過程中使用的ACF膠固化溫度,固化溫度會影響最終成品的物理特性,但對電性的影響較為有限(圖7 所示為ACF膠在不同溫度/壓力下的電阻變化曲線)。
目前,索尼和3M已經(jīng)有低于150℃的ACF膠出售(約為140℃),而PET/PEN可以短時間耐受150℃的高溫,所以,使用低溫ACF膠連接驅(qū)動芯片和顯示基材成為可能。相比上述前兩種方式,ACF bonding方式具有工藝簡單、適用范圍廣的特點,所以就目前而言,ACF bonding應(yīng)該是柔性顯示驅(qū)動芯片與顯示基材連接的最佳方式。
4 結(jié) 論
通過比較基于不同技術(shù)背景的各種組裝技術(shù)方案,綜合考慮柔性顯示基材的物理特性,ACF bonding方式以其在制程溫度上的低溫特性相比其它兩種方案更具優(yōu)勢??陀^的說,各種組裝技術(shù)均有其各自的技術(shù)特點和應(yīng)用領(lǐng)域,而目前柔性顯示基材的物理特性限制了組裝技術(shù)的選擇。我們期待新型柔性顯示基材的面世,能給柔性顯示組裝方式帶來更大的選擇空間。
本文僅在理論層面探討用于柔性顯示屏的驅(qū)動芯片連接技術(shù)實現(xiàn),未對用于柔性顯示屏的驅(qū)動芯片連接技術(shù)應(yīng)用于實際生產(chǎn)中的可行性進(jìn)行討論。
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關(guān)鍵詞:運梁車;懸掛;銷軸;故障分析;改進(jìn)
TJ900 type was introduced: the use of the transporting girder vehicle condition, in view of the hydraulic suspension pin failure occur in use process, the bearings appeared repeatedly damaged, seriously affected the production operation. In this paper, the fault analysis and solving method is discussed.
Keywords: transporting girder vehicle, suspension, pin shaft, failure analysis and improvement
中圖分類號:TH133.3文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:2095-2104(2013)
TJ900型運梁車可適用于20m、24m、32m整孔混凝土箱梁的運輸與喂梁,能夠把混凝土箱梁從預(yù)制場地通過便道,路基,橋梁(包括鋼結(jié)構(gòu)連續(xù)梁、鋼混結(jié)合連續(xù)梁等)運至架梁工位,配合架橋機(jī)完成相應(yīng)的架梁作業(yè)。
900型運梁車在設(shè)計時,為了液壓懸掛支撐升降、調(diào)平;轉(zhuǎn)向架平衡油缸伸縮選用了GEG80ET--2RS型關(guān)節(jié)軸承。這種軸承具有有較大的載荷能力和抗沖擊能力,并具有抗腐蝕、耐磨損、自調(diào)心、好、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、使用壽命長等特點,運梁車投入使用初期效果很好。然而,在使用一年后,該軸承出現(xiàn)了多次損壞,嚴(yán)重影響了生產(chǎn)作業(yè)。本文就故障的分析及解決方法介紹如下:一 故障現(xiàn)象
運梁車在重載變幅動作時,轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)發(fā)出刺耳的嘯叫聲音,平衡臂箱體伴隨抖動和共鳴。經(jīng)過公司機(jī)備部和生產(chǎn)廠家技術(shù)人員的共同檢查確認(rèn),聲音是從臂架關(guān)節(jié)軸承處發(fā)出。經(jīng)初步分析,大家認(rèn)為聲音是關(guān)節(jié)軸承不良、劑不合適造成干磨而引起的。
二 原因分析
大多數(shù)軸承損壞的原因除不良外,還包括承載能力不足超負(fù)荷等外界因素。為此從這幾個方面進(jìn)行了分析: (1)、超負(fù)荷:經(jīng)過了解,該關(guān)節(jié)軸承部位所承擔(dān)的最大荷載沒有超過該軸承額定承載能力。由此可確定,該軸承的損壞與負(fù)載過大無關(guān); (2)、非正常沖擊或管理不到位:該運梁車開始使用至軸承損壞過程中,期間沒有出現(xiàn)過可能導(dǎo)致軸承損壞的因素,如非正常沖擊或長時間不予等情況。由此可以確定,并非意外因素或管理不到位造成軸承損壞; (3)、情況:運梁車的系統(tǒng)采用的是干油系統(tǒng)。 (4)、由于施工環(huán)境惡劣,經(jīng)常在路基橋面運轉(zhuǎn),灰塵多,液壓懸掛軸承處積累很多灰塵,灰塵或即使肉眼看不見的微小灰塵進(jìn)入軸承,也會增加軸承的磨損,振動和噪聲。
從軸承損壞現(xiàn)象和系統(tǒng)、進(jìn)入灰塵情況分析,可確定主要原因是不良、軸承及其周圍環(huán)境的不清潔造成的。
三 拆檢分析根據(jù)上述分析,我們首先對該軸承進(jìn)行了人工加油。加油后,震動和噪音消失。繼續(xù)實驗一小時左右又再次出現(xiàn)異響。然后對該軸承進(jìn)行了清洗,清除表面污漬,查看關(guān)節(jié)軸承表面有無裂紋及碎裂;表面無損傷;然而,在繼續(xù)使用后仍然出現(xiàn)震動和噪音,而且沒有減小跡象。為此,我們決定對該軸承進(jìn)行拆檢分析。
拆檢:(1)、拆檢后發(fā)現(xiàn),關(guān)節(jié)軸承外圈內(nèi)壁面在安裝狀態(tài)時的下端面有圓弧角為30~40度左右的幾道劃痕;(2)、該軸承的軸下端面(在安裝狀態(tài)時)有圓弧角為180度左右的磨損痕跡,沿軸向形成突肩。磨損區(qū)寬度與關(guān)節(jié)軸承內(nèi)圈寬度相同,突肩最大高度約為3~4mm。根據(jù)以上現(xiàn)象和對軸承進(jìn)行的分析,初步認(rèn)為造成磨損的原因有三個: 第一、軸承本身有缺陷,造成脂難以到達(dá)承壓面;
第二、軸承周圍環(huán)境的不清潔即使肉眼看不見的微小灰塵進(jìn)入軸承,會增加軸承的磨損;
第三、在安裝時軸體孔道內(nèi)未做徹底清理,留有加工殘留物。根據(jù)以上情況,我們采取了如下措施:首先、對軸進(jìn)行修復(fù)和清洗,更換新軸承;其次、要求操作司機(jī)作業(yè)中每隔一周加一次油,并隨時清潔軸承外的灰塵。軸承沒有出現(xiàn)了干磨異響現(xiàn)象。通過清潔所有關(guān)節(jié)軸承表面發(fā)現(xiàn)液壓懸掛油缸連接平衡臂的軸承已碎裂、出現(xiàn)裂痕;銷軸已嚴(yán)重變形、出現(xiàn)銷軸跟著油缸轉(zhuǎn)動;懸掛油缸已經(jīng)跨下來,邊緣出現(xiàn)嚴(yán)重磨損,有的銷軸轉(zhuǎn)動甚至把懸掛油缸下支座板嚴(yán)重摩損;導(dǎo)致升降點單獨升降時反應(yīng)不靈敏。通過仔細(xì)分析我們發(fā)現(xiàn):(1)、關(guān)節(jié)軸承內(nèi)外承壓面幾乎沒有脂,軸承承壓面脂無法進(jìn)入軸承;(2)、在非承壓面因為軸承兩邊的間隙卻有較多灰塵堵塞。
(3)、軸承部位無法加注脂,使軸承外球面的內(nèi)圈和內(nèi)球面的外圈干摩擦。
根據(jù)以上情況,我們采取了如下措施:
對懸掛油缸的磨損進(jìn)行了修復(fù)與清洗,對已經(jīng)磨損的懸掛軸承、懸掛銷軸進(jìn)行了集中更換,經(jīng)過分析圖紙我們還發(fā)現(xiàn),該軸承無加注脂口,脂無法進(jìn)入關(guān)節(jié)軸承內(nèi)油槽。從拆檢結(jié)果我們斷定,損壞過程如下:因承壓很大、間隙過小,無加注口,脂無法均勻分布到摩擦面,所以首先造成局部干磨,當(dāng)溫度較高時出現(xiàn)軸承內(nèi)外圈“抱死”現(xiàn)象。當(dāng)關(guān)節(jié)軸承“抱死”后,在滑動過程中造成軸的磨損。當(dāng)磨損到一定程度時,金屬屑進(jìn)入摩擦面使磨損加劇,產(chǎn)生劇烈震動和噪音。
四解決、預(yù)防措施1措施(1)、 增加油道。 鑒于軸承無法加注油,沒有油口,對液壓油缸耳環(huán)內(nèi)孔增加油槽、油口,即沿耳環(huán)內(nèi)孔表面,在中心點加工出1道寬2mm深2~3mm的油槽與關(guān)節(jié)軸承外圈油槽相通,使油脂能更加容易地進(jìn)入承壓面區(qū)域。(2)、加大軸徑公差,增大軸的摩擦阻力。將軸重新加工,使其與軸承內(nèi)圈之間為過盈配合,公差為+1,使油脂難以進(jìn)入內(nèi)圈與軸接觸面,增大摩擦阻力;(3)、獨立系統(tǒng)。為關(guān)節(jié)軸承重新安裝了一個獨立的手動裝置,要求每班次作業(yè)中由操作司機(jī)進(jìn)行一次加油。
五預(yù)防
預(yù)防關(guān)節(jié)軸承早期損壞的原因:
安裝不當(dāng)
安裝時使用蠻力,用錘子直接敲擊進(jìn)口軸承對關(guān)節(jié)軸承傷害最大;是造成變形的主要原因,安裝不到位,安裝有偏差或未裝到軸承位,造成關(guān)節(jié)軸承游隙過小。內(nèi)外圈不處于同一旋轉(zhuǎn)中心,造成不同心。
建議:選擇適當(dāng)?shù)幕驅(qū)I(yè)的關(guān)節(jié)軸承安裝工具。
不良
不良是造成關(guān)節(jié)軸承過早損壞的主要原因之一。原因包括:末及時加注油;油未加注到位;油選型不當(dāng);方式不正確等。
建議:選擇正確的油,使用正確的加注方式。
污染
污染也會導(dǎo)致關(guān)節(jié)軸承過早損傷,污染是指有沙塵、金屬屑等進(jìn)入關(guān)節(jié)軸承內(nèi)部。原因包括使用前過早打開關(guān)節(jié)軸承的包裝,造成污染;安裝時工作環(huán)境不清潔,造成污染;軸承工作環(huán)境不清潔,工作介質(zhì)污染。
建議:在使用前不要拆開關(guān)節(jié)軸承的包裝;安裝時保持安裝環(huán)境的清潔,對要使用的關(guān)節(jié)軸承進(jìn)行清洗;增強(qiáng)關(guān)節(jié)軸承的密封裝置。
疲勞
疲勞破壞是關(guān)節(jié)軸承常見的損壞方式。疲勞破壞的原因是:關(guān)節(jié)軸承長期超負(fù)荷運行;未及時維修;維修不當(dāng)?shù)取?/p>
建議:選擇適當(dāng)?shù)年P(guān)節(jié)軸承類型,定期及時更換疲勞關(guān)節(jié)軸承。 六結(jié)語通過采取以上措施,運梁車液壓懸掛關(guān)節(jié)軸承、銷軸工作正常,轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)工作十分平穩(wěn),異響和震動全部消失,沒有出現(xiàn)任何異常。保證了架橋機(jī)安全、可靠、高效的進(jìn)行箱梁架設(shè)。
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關(guān)鍵詞:機(jī)電設(shè)備安裝調(diào)試技術(shù)驗收
1主要設(shè)備安裝
1.1遠(yuǎn)程處理機(jī)的安裝
樓宇自動控制系統(tǒng)與各可重構(gòu)處理單元RPU之間的通信是透明的,可利用同一線路不同的RPU完成同一個控制系統(tǒng)。一般而言,建筑電氣設(shè)備自動化系統(tǒng)大量監(jiān)控的是空調(diào)機(jī)組,所以將RPU布置在機(jī)房之中或附近,把空調(diào)機(jī)組控制系統(tǒng)使用后剩余的輸入輸出接口用于連接附近的水流量計、水位信號、照明控制等。為了日后的發(fā)展,RPU的接口要留出20%~30%為宜。
1.2電氣設(shè)備自動化系統(tǒng)的布線
在電氣設(shè)備自動化系統(tǒng)進(jìn)行布線時,要注意某些線路需要專門的導(dǎo)線,如通信線路、溫度濕度傳感器線路、水位浮子開關(guān)線路、流量計線路等,它們一般需要屏蔽線,或者由制造商提供專門的導(dǎo)線。電源線與信號、控制電纜應(yīng)分槽、分管敷設(shè);數(shù)據(jù)顯示通道(DDC)、計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)控制器、網(wǎng)關(guān)等電子設(shè)備的工作接地應(yīng)連在其他弱電工程共用的單獨的接地干線上。智能建筑中安裝有大量的電子設(shè)備,這些設(shè)備分屬于不同的系統(tǒng),由于這些設(shè)備工作頻率、抗干擾能力和功能等都不相同,對接地的要求也不同。
1.3輸入設(shè)備的安裝
輸入設(shè)備應(yīng)安裝在能正確反映其性能的位置,便于調(diào)試和維護(hù)的地方。不同類型的傳感器應(yīng)按設(shè)計、產(chǎn)品的要求和現(xiàn)場實際情況確定其位置:水管型溫度傳感器、蒸汽壓力傳感器、水流開關(guān)、水管流量計不宜安裝在管道焊縫及其邊緣上開孔焊接;風(fēng)管型濕度傳感器、室內(nèi)溫度傳感器、風(fēng)汽壓力傳感器、空氣質(zhì)量傳感器應(yīng)避開蒸汽放空口及出風(fēng)口處。
1.4輸出設(shè)備的安裝
風(fēng)閥箭頭、電動閥門的箭頭應(yīng)與風(fēng)門、電動閥門的開閉和水流方向一致;安裝前宜進(jìn)行模擬動作;電動閥門的口徑與管道口徑不一致時,應(yīng)采取漸縮管件,但閥門口徑一般不應(yīng)低于管道口徑二個檔次,并應(yīng)經(jīng)計算確定滿足設(shè)計要求;電動與電磁調(diào)節(jié)閥一般安裝在回水管上。
2 機(jī)電設(shè)備安裝中常見幾種技術(shù)問題
2.1螺栓聯(lián)接問題。螺栓聯(lián)接是機(jī)電安裝中最基本的裝配,但操作不當(dāng)如聯(lián)接過緊時,螺栓就可能由于電磁力和機(jī)械力的長期作用,出現(xiàn)金屬疲勞,以至于誘發(fā)剪切、螺牙滑絲等部件裝配松動的現(xiàn)象,埋下事故隱患。尤其是用于電氣工程傳導(dǎo)電流的螺栓聯(lián)接,更應(yīng)當(dāng)把握好螺栓、螺母間機(jī)械效應(yīng)與電熱效應(yīng)的處理,要壓實壓緊,避免因壓接不緊造成接觸電阻增大,由此引發(fā)發(fā)熱――接觸面氧化――電阻增大等一系列連鎖反應(yīng),最后導(dǎo)致聯(lián)接處過熱、燒熔,出現(xiàn)接地短路、斷開事故。
2.2振動問題。振動問題原因通常包含3方面:①泵,主要是由于軸承間隙大,轉(zhuǎn)子與殼體同心度差或轉(zhuǎn)子和定子磨擦過強(qiáng)烈等因素的影響所造成。②電機(jī),其成因包括軸承間隙大,轉(zhuǎn)子不平衡或與定子間的氣隙不均勻。③安裝操作,工藝操作參數(shù)如偏離額定參數(shù)過多,極易造成泵運行穩(wěn)定性失衡,如出口閥流量控制不穩(wěn)定導(dǎo)致的震動等,這就要求設(shè)備安裝工藝應(yīng)盡可能地接近于額定參數(shù)來操作。
2.3超電流問題。出現(xiàn)此種情況,可能存在三種原因:泵軸承損壞,設(shè)備內(nèi)部有異物;電機(jī)過載電流整定偏低,線路電阻偏高等;工藝操作所用介質(zhì)由于密度大或粘度高超出泵的設(shè)計能力。
2.4電氣設(shè)備問題:
2.4.1隔離開關(guān)安裝操作不當(dāng)導(dǎo)致動、靜觸頭的接觸壓力與接觸面積不足,致使接觸面出現(xiàn)電熱氧化、電阻增大的情況,最后觸頭燒蝕釀成事故。
2.4.2斷路器弧觸指及觸頭裝配不正確,插入行程、接觸壓力、同期性、分合閘速度達(dá)不到要求,將使觸頭過熱、熄弧時間延民,導(dǎo)致絕緣介質(zhì)分解,壓力驟增,引發(fā)斷路器爆炸事故。
2.4.3調(diào)壓裝置裝配存在誤差或裝配時落入雜物卡住機(jī)構(gòu),如不及時加以處理,也會出現(xiàn)不同程度的安全事故。
2.4.4主變壓器絕緣損壞或被擊穿。主變吊芯與高壓管安裝時落入螺帽等雜物、密封裝置安裝有誤差等都會直接影響到主變絕緣強(qiáng)度的變化,極可能致使局部絕緣遭損毀或擊穿,釀成惡性事故。
2.4.5電流互感器因安裝檢修不慎,使一次繞組開路,將產(chǎn)生很高的過電壓,危及人身與設(shè)備安全。
3 機(jī)電設(shè)備安裝常見問題的對策
3.1嚴(yán)格施工組織設(shè)計及設(shè)備、設(shè)施選擇施工組織設(shè)計和設(shè)備、設(shè)施選擇是經(jīng)有關(guān)科技人員共同研究商定的,通過技術(shù)計算和驗算,既有其使用價值,又可保證良好的經(jīng)濟(jì)效益,不要隨便更改選用設(shè)備,否則會影響基礎(chǔ)工作的進(jìn)展。
3.2按預(yù)定計劃開展安裝工作
每一項機(jī)電設(shè)備安裝工作順序都有其科學(xué)性。一個安裝工程的計劃排隊是經(jīng)過多方面的考慮,經(jīng)過技術(shù)論證排出的,是有科學(xué)根據(jù)并有一定指導(dǎo)性的,不要隨便改動,以免造成窩工,工程進(jìn)度連續(xù)不上。
3.3對安裝工作要總體布置、統(tǒng)一安排對大型安裝工程,由于設(shè)備多,安裝環(huán)節(jié)多,因此對每項安裝都必須有總體布置,做到統(tǒng)一安排,施工隊中必須有一個統(tǒng)一指揮的機(jī)電隊長(或項目副經(jīng)理)對各項工作進(jìn)行協(xié)調(diào)處理,集思廣益,多征求職工的工作意見。
3.4安裝工作要有主有次一個工程具備開工條件,首先得有電源,其次要有動力源,有提升裝備(包括井架、提升絞車)。要想達(dá)到短期開工之目的,安裝工作必須有主有次,分輕重緩急。只有對安裝變電所、壓風(fēng)機(jī),井架、提升絞車工作有一個合理的安排,有計劃有目的地進(jìn)行安裝工作,才能達(dá)到事半功倍之效果。
3.5嚴(yán)格按設(shè)計要求施工每一種設(shè)備的安裝,都有很嚴(yán)格的技術(shù)要求,只有按設(shè)計技術(shù)要求施工,才能減少不必要的時間流失和材料消耗。
3.6按常規(guī)安裝方式對設(shè)備進(jìn)行安裝每種設(shè)備的安裝,都有一定的作業(yè)方式和工作順序,不能急于求成,工序顛倒。例如:井架安裝,常規(guī)作業(yè)方法是一層組裝起后,進(jìn)行初操平找正,然后逐層安裝。
4 調(diào)試階段
4.1調(diào)試過程。大型機(jī)電設(shè)備在出廠時一般無法進(jìn)行總裝和負(fù)荷試驗,即使是使用過的設(shè)備,由于拆卸、搬運及再次安裝,難免改變原始安裝狀態(tài),所以,對安裝好的大型機(jī)電設(shè)備盡快進(jìn)行調(diào)試就顯得非常重要。應(yīng)該認(rèn)識到,不僅是解體裝運的初次使用的大型筑路設(shè)備在安裝后需進(jìn)行調(diào)試,實際上所有新增、更新、自制、改造、大(中)修機(jī)械設(shè)備,在投入使用前,都必須進(jìn)行調(diào)試。調(diào)試前,要再次檢查設(shè)備裝配的完整性、合理性、安全性和滲漏痕跡等,以便調(diào)試工作安全、順利進(jìn)行。調(diào)試時,主要試驗其工作質(zhì)量、操作性能、可靠性能、經(jīng)濟(jì)性能等??己藭r,應(yīng)在施工現(xiàn)場進(jìn)行空負(fù)荷和負(fù)荷試驗,以正確檢驗其性能是否達(dá)到工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)條件要求。調(diào)試過程中,參加調(diào)試的機(jī)械技術(shù)人員和隨機(jī)操作人員須時時到位,以主動了解設(shè)備的現(xiàn)實技術(shù)狀況、調(diào)試程序、操作控制方法等?,F(xiàn)場必須有機(jī)械技術(shù)人員筆錄調(diào)試過程。因為它是原始記錄,是日后操作設(shè)備、撰寫技術(shù)報告、解決遺留問題的重要依據(jù)。
4.2撰寫安裝調(diào)試技術(shù)報告。撰寫安裝調(diào)試技術(shù)報告是大型筑路設(shè)備初次安裝調(diào)試后進(jìn)行技術(shù)、資產(chǎn)及財務(wù)驗收的主要依據(jù)之一,是一項必須做好的工作。安裝調(diào)試報告應(yīng)以讀者能再現(xiàn)其安裝、調(diào)試過程,并得出與文中相符的結(jié)果為準(zhǔn)。大型機(jī)電設(shè)備安裝調(diào)試技術(shù)報告作為一種科技文件,其內(nèi)容比較專深、具體,有關(guān)人員應(yīng)意識到它的重要性。撰寫時注意與論文的區(qū)別,應(yīng)詳略得當(dāng)、主次分明,不要象流水帳一樣,把某年某月做了些什么調(diào)試統(tǒng)統(tǒng)寫入報告,使人不得要領(lǐng)。在安裝調(diào)試技術(shù)報告的結(jié)尾,要向曾給安裝調(diào)試工作以幫助、支持或指導(dǎo)的人及部門致以謝意。這種做法,實際上也是載明安裝、調(diào)試過程中有關(guān)部門及人員所起作用、工作內(nèi)容或成績的一種方式。
5 機(jī)電設(shè)備調(diào)試
機(jī)電設(shè)備安裝好之后,后續(xù)工作就是盡快地使設(shè)備投入生產(chǎn)。要實現(xiàn)這一目標(biāo),調(diào)試是必不可免的過程。充分細(xì)致的設(shè)備裝配檢查是設(shè)備調(diào)試工作順利完成的基礎(chǔ)與前提,調(diào)試前需要再次對設(shè)備裝配的完整性、安全性以及安裝條件等作好檢查工作。設(shè)備調(diào)試的內(nèi)容主要包括:設(shè)備使用性能、工作質(zhì)量以及運行是否正常等。調(diào)試過程中,相應(yīng)機(jī)械技術(shù)人員與輔助人員須按時足員到位,在調(diào)試過程中進(jìn)一步熟悉設(shè)備的操作要領(lǐng)、基本程序以及各項功能控制方法。調(diào)試過程應(yīng)有專門人員筆錄設(shè)備調(diào)試的各項步驟,通過對設(shè)備安裝經(jīng)驗的系統(tǒng)總結(jié),可比較客觀的歸納出設(shè)備的基本運行狀態(tài)及特征。也可以為將來設(shè)備運行中可能出現(xiàn)的各種技術(shù)問題解決提供一手資料,對于設(shè)備的升級改造也能起到積極的輔助作用。
在設(shè)備的調(diào)試過程中,必須遵循兩項基本原則:其一,“五先五后”原則,即先單機(jī)后聯(lián)調(diào);先就地后遙控;先點動后聯(lián)動;先空載后負(fù)載;先手動后自動。其二,“安全第一”為基本準(zhǔn)則。人身安全與設(shè)備安全必須放在第一位考慮,不能急于投產(chǎn)或輕忽大意而淡化安全調(diào)試的重要性。
6 設(shè)備技術(shù)驗收階段
大型機(jī)電設(shè)備安裝調(diào)試成功的標(biāo)志是:設(shè)備安裝調(diào)試完成,生產(chǎn)考核合格,經(jīng)濟(jì)和技術(shù)性能符合定貨合同規(guī)定指標(biāo),具備工業(yè)化生產(chǎn)條件。大型機(jī)電設(shè)備安裝調(diào)試結(jié)束之后,要進(jìn)行技術(shù)驗收和總結(jié)。經(jīng)過對安裝調(diào)試技術(shù)報告、設(shè)備有關(guān)文件、單證、資料的審查及現(xiàn)場的考察,才可決定能否通過技術(shù)驗收。通過技術(shù)驗收后,才準(zhǔn)予辦理資產(chǎn)、財務(wù)手續(xù),交付使用。未經(jīng)技術(shù)驗收,不得入帳和投入使用,否則會造成責(zé)任不清。驗收合格后,由總監(jiān)理工程師簽署工程竣工報驗單,并向建設(shè)單位提出資料評估報告。對一些竣工驗收后工程移交前未來得及完成整改的問題,可征得安裝單位的同意,做甩項處理,在監(jiān)理的督促和跟蹤下可以在工程移交后繼續(xù)完善。
【關(guān)鍵詞】阻隔;包裝;環(huán)保;復(fù)合
引言
近年來,高阻隔膜材料因阻隔性能優(yōu)異,且成本低廉、使用方便、透明度好、印刷適應(yīng)性強(qiáng)、機(jī)械性能好等優(yōu)點,在市場上廣泛應(yīng)用于食品、藥品、化學(xué)品等產(chǎn)品包裝,電子器件封裝及燃料電池隔膜等領(lǐng)域,并飛速發(fā)展。
優(yōu)異的阻隔性是高阻隔膜材料的重要特性,包含良好的阻氣性、阻濕性、阻油性、保香性等。早期的阻隔膜材料以乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH),聚酰胺(PA),聚偏二氯乙烯(PVDC),聚乙烯醇(PVA)等薄膜為代表。隨著食品飲料、醫(yī)療、化學(xué)品等領(lǐng)域產(chǎn)品強(qiáng)勁的需求推動,對包裝阻隔性的要求也越來越嚴(yán)格,現(xiàn)已開發(fā)出多種性能優(yōu)異的高阻隔膜材料,包含多層聚合物復(fù)合膜,真空蒸鍍復(fù)合膜,聚合物/層狀納米復(fù)合膜等,本文就各種高阻隔膜材料的阻隔性能、生產(chǎn)技術(shù)和應(yīng)用發(fā)展等進(jìn)行總結(jié)和分享。
1.多層聚合物復(fù)合膜
由于各種聚合物在性能方面各有其優(yōu)勢和弱點,單一聚合物膜材料很難滿足眾多產(chǎn)品對多功能性的要求,因此利用多層薄膜復(fù)合技術(shù),將兩種及以上的單一聚合物薄膜進(jìn)行復(fù)合形成多層聚合物復(fù)合膜,使各種聚合物性能優(yōu)勢互補(bǔ),不僅能提高膜材料的阻隔性能,還可改善熱封性、耐熱性、機(jī)械性能、抗紫外線性能等其他性能。目前研究發(fā)展的多層膜復(fù)合技術(shù)主要有共擠出復(fù)合、涂布復(fù)合、自組裝復(fù)合等。
1.1共擠出復(fù)合膜
共擠出復(fù)合膜是利用多臺擠出機(jī)對各聚合物進(jìn)行加熱熔融,通過一個多流道復(fù)合機(jī)頭共擠出生產(chǎn)的多層復(fù)合薄膜。共擠出復(fù)合技術(shù)主要用于具有相容性的熱塑性聚合物復(fù)合,不使用溶劑,環(huán)境污染小,生產(chǎn)工序少,生產(chǎn)成本低,在薄膜生產(chǎn)企業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。
目前共擠出復(fù)合膜材料取得新的研究進(jìn)展,汪若冰等[1]以聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、尼龍6(PA)、乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)四種聚合物作為原料進(jìn)行熔融共擠,制備五層復(fù)合膜材料,其中EVOH和PA6為復(fù)合膜的阻隔層,PE為復(fù)合膜的熱封層。五層共擠復(fù)合膜具備高阻隔性和良好的力學(xué)性能,是理想的高阻隔包裝材料。梁曉紅等[2]將EVOH與PE、PA共混改性,制備PE/PA/EVOH/PA強(qiáng)韌性高阻隔復(fù)合膜,綜合性能優(yōu)異,具有良好的應(yīng)用前景。
1.2涂布復(fù)合膜
涂布復(fù)合膜是將阻隔性聚合物溶解在溶劑中形成涂布液,利用涂布設(shè)備將涂布液涂布于基膜表面,干燥熟化后形成的多層復(fù)合膜。涂布復(fù)合技術(shù)可用于難以單獨加工成膜的聚合物,如PVDC, PVA等,工藝簡單,生產(chǎn)成本低,阻隔性能好,但可能有有機(jī)溶劑殘留,造成環(huán)境污染。
目前涂布復(fù)合膜研究取得了很多新進(jìn)展,桑利軍等[3]在PP、PE、CPP(流延聚丙烯)、PET(聚酯)薄膜上涂布2-4um PVDC的復(fù)合薄膜,其透氣性和透濕性顯著降低,應(yīng)用于制造藥品復(fù)合包裝袋。舒心等[4]以雙向拉伸PP、雙向拉伸PET、雙向拉伸PA或PE等薄膜作為基膜,經(jīng)電暈處理后,將改性丙烯酸酯類聚合物BARILAYER高阻隔涂布液涂布于基膜電暈面,經(jīng)5-6小時的室內(nèi)40-50℃完全干燥熟化后,在涂層面印刷,再復(fù)合一層聚烯烴薄膜,最后得到新型高阻氧性塑料軟包裝薄膜,產(chǎn)品原料易得,價格低廉,阻隔性優(yōu)于PVDC,且不受相對濕度影響,BARILAYER可降解,燃燒僅產(chǎn)生CO2和H2O,具有環(huán)保創(chuàng)新性。
1.3逐層自組裝(Layer-by-Layer)復(fù)合膜
逐層自組裝復(fù)合膜是特定聚合物、量子點、納米粒子、生物分子等,在互補(bǔ)性相互作用下(靜電相互作用、氫鍵結(jié)合,配位鍵和、共價結(jié)合等)交替沉積形成的多層復(fù)合膜。通過改變沉積周期、PH、溫度、分子量、離子強(qiáng)度等條件,獲得性能優(yōu)異的復(fù)合膜材料,廣泛應(yīng)用于阻燃、抗菌、氣體阻隔等。
當(dāng)前逐層自組裝復(fù)合膜也取得了新的研究進(jìn)展,F(xiàn)angming Xiang等[5]將聚丙烯酸(PAA)和聚環(huán)氧乙烷(PEO)通過氫鍵結(jié)合作用,逐層自組裝制備韌性氣體阻隔復(fù)合膜,當(dāng)調(diào)整PH為3時, PAA/PEO雙分子層自組裝20層形成高阻隔復(fù)合膜,涂覆于1.58mm厚天然橡膠片上,使得天然橡膠片的氧氣透過率降低89.6%,阻氧性優(yōu)異,且氫鍵結(jié)合強(qiáng)度弱于離子鍵合,制得的高阻隔復(fù)合膜具有一定韌性,適合高應(yīng)變應(yīng)用。Chungyeon Cho等[6]將聚醚酰亞胺PEI,PAA,PEO進(jìn)行逐層自組裝沉積,通過PEI/PAA離子鍵合作用和PAA/PEO氫鍵結(jié)合作用,形成PEI/PAA/PEO/PAA復(fù)合膜,當(dāng)調(diào)整PH為3,PEI/PAA/PEO/PAA四分子層自組裝20層形成高阻隔韌性復(fù)合膜,涂覆于1mm厚聚氨酯橡膠片,使得聚氨酯橡膠片的氧氣透過率降低93.3%,適用于輪胎等充氣用品的氣體阻隔。
1.4其他復(fù)合膜
除上述多層膜復(fù)合技術(shù)外,研究還采用逐層澆鑄復(fù)合、化學(xué)接枝復(fù)合、共混擠出復(fù)合等創(chuàng)新方法,制備阻隔性能優(yōu)異的多層聚合物復(fù)合膜。
董同力嘎等[7]采用逐層澆鑄法制備三層可降解左旋聚乳酸PLLA/聚乙烯醇PVA/左旋聚乳酸PLLA復(fù)合膜,其中中間層PVA為阻隔層,兩側(cè)疏水性的PLLA為保護(hù)層。PVA阻隔層顯著提高了PLLA的阻隔性,當(dāng)PVA含量占復(fù)合膜比重20%時,阻氧性較PLLA單膜提高了272倍,同時力學(xué)性能也有所提升。PLLA/PVA/PLLA復(fù)合膜實際應(yīng)用性更強(qiáng),且完全符合環(huán)境友好型復(fù)合膜的開發(fā)趨勢。
Yuehan Wu等[8]將殼聚糖CS接枝到氧化纖維素OC基體上,化學(xué)接枝過程改變了基體微觀結(jié)構(gòu),OC/CS復(fù)合膜兼具兩種聚合物的性能優(yōu)勢,具有優(yōu)異的阻水阻氧性、抗菌性、高透明性和良好的機(jī)械性能,是安全、可生物降解、性能優(yōu)異的包裝材料。
呼和等[9,10]將EVOH與PA6進(jìn)行共混擠出后制備丙烯酸乙基己酯EHA薄膜,再與PE膜復(fù)合,得到EHA/PE復(fù)合膜,研究證明,EHA薄膜阻氧性能很高,EHA/PE復(fù)合膜的阻水阻氧性能優(yōu)于PA膜、EVOH膜和PA6/PE復(fù)合膜,適用于冷藏保鮮包裝。
2.真空蒸鍍復(fù)合膜
利用真空鍍膜工藝將金屬(如鋁Al)或者無機(jī)氧化物(如氧化硅SiO2,氧化鋁Al2O3,氧化鈦TiO2)蒸鍍在塑料膜表面,制備真空鍍鋁膜或真空蒸鍍陶瓷膜,阻隔性能優(yōu)異、生產(chǎn)效率高、成本低廉、使用方便,廣泛應(yīng)用于食品包裝,甚至電子產(chǎn)品封裝領(lǐng)域。陶瓷膜透光率高且綠色環(huán)保,是目前高阻隔膜研究熱點。
齊小晶等[11]利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法在聚己內(nèi)酯(PCL)膜基材表面蒸鍍SiOx層,可以提高薄膜的阻隔性能,且不受溫度濕度影響,同時符合開發(fā)環(huán)境友好型材料的需求。
趙子龍等[12]經(jīng)等離子化學(xué)氣相沉積法在PLLA薄膜表面上沉積SiOx層,并利用溶液涂布法在SiOx層上涂覆PVA層,制備新型PLLA/SiOx/PVA復(fù)合膜,其阻隔性能與PA/PE復(fù)合膜相似,柔韌性也得到改善,加上可生物降解的環(huán)保優(yōu)勢,可替代PA/PE復(fù)合膜應(yīng)用于食品包裝領(lǐng)域,前景十分可觀。
朱琳等[13]采用射頻磁控共濺射的方法在PP基底膜表面蒸鍍TiNx/CFy薄膜,TiNx的體積分?jǐn)?shù)為0.28時,復(fù)合薄膜的阻隔性能和柔韌性能最好,解決了傳統(tǒng)陶瓷膜的裂紋問題。
3.聚合物/層狀無機(jī)物納米復(fù)合膜
聚合物/層狀無機(jī)物納米復(fù)合膜是將能形成納米尺寸結(jié)構(gòu)微區(qū)的層狀無機(jī)填料分散到聚合物中,形成納米復(fù)合膜。填料的納米片層結(jié)構(gòu)可以阻擋氣體滲入,提高材料氣密性,顯著改善聚合物的阻透性能。目前層狀納米填料如蒙脫土(MMT)、層狀雙氫氧化物(LDHs)和石墨烯(GNSs)以其獨特結(jié)構(gòu)和優(yōu)異性能,成為備受關(guān)注的研究前沿和熱點。
Ray Cook等[14]利用熵增原理制備自組裝高度有序有機(jī)/無機(jī)納米復(fù)合膜,使用噴墨打印機(jī),將0.1-0.2%體積分?jǐn)?shù)的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)水溶液打印為聚合物膜層,將0.2wt%體積分?jǐn)?shù)的MMT分散液打印為納米層,聚合物層和納米層通過離子鍵合自組裝為PVP/MMT雙分子膜層,當(dāng)在PET基體上打印5層PVP/MMT雙分子膜層后,阻氧性能優(yōu)于高阻隔性金屬PET,且具有高透明性,又安全環(huán)保,在食品包裝領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。
張思維等[15]以氧化解壓多壁碳納米管的方法,制備氧化石墨烯納米帶(GONRs),然后用異氟爾酮二異氰酸酯(IPDI)對GONRs進(jìn)行化學(xué)修飾制得功能氧化石墨烯納米帶(IP-GONRs)。采用溶液成形的方法在涂膜機(jī)上制備功能氧化石墨烯納米帶(IP-GONRs)/熱塑性聚氨酯(TPU)復(fù)合薄膜。當(dāng)IP-GONRs含量為3.0wt%,TPU氧氣透過率降低67%,阻隔性能明顯提高,在食品包裝和輕量氣體存儲器領(lǐng)域存在潛在應(yīng)用。
豆義波等[16]采用簡易抽濾成膜法,制備柔性透明聚乙烯醇(PVA)/水滑石(LDH)復(fù)合自支撐薄膜,該復(fù)合膜良好的二維有序結(jié)構(gòu)有效抑制了氧氣擴(kuò)散,提升了薄膜阻氧性能,在阻隔性要求極高的電子器件封裝及原料電池隔膜等領(lǐng)域有較好的前景。
總結(jié)
當(dāng)前,在食品、藥品、化學(xué)品產(chǎn)品的強(qiáng)勁市場需求推動下,包裝膜材料持續(xù)快速發(fā)展,產(chǎn)品對膜材料的要求更高,要求開發(fā)高阻隔性、保鮮性、耐熱性、抗菌性等多功能性膜材料,其中高阻隔膜材料發(fā)展迅速。同時隨著資源越來越緊缺和人們環(huán)保意識增強(qiáng),開發(fā)環(huán)境友好高阻隔膜材料也成為熱點。未來幾年,我們應(yīng)當(dāng)繼續(xù)將高阻隔膜材料作為研究開發(fā)重點,縮短與國外高阻隔膜技術(shù)差距,滿足日益增長的市場發(fā)展需求。
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關(guān)鍵詞:波峰焊; 印制線路板; 助焊劑; 焊料; 工藝參數(shù)
Study on Process of Wave Soldering
XIANFei
(Fiberhome Telecommunication Co., Ltd, Wuhan 430074,China)
Abstract: Although wave soldering is a conventional soldering technology, now it still plays a important role in electronics production. The article introduces theory of wave soldering, at the same time an advanced soldering technology is also mentioned, it allowed through-hole components to be soldered, and protected the SMT components from the wave, unlike in the case of wave soldering. At last the effective way for improving the quality of wave soldering was discussed in terms of the quality control before soldering and the control of manufacturing material and process parameters.
Keywrds: Wave Soldering; Printed Circuit Board; Soldering Flux; Solder; Process Parameters
波峰焊是將熔化的焊料,經(jīng)電動泵或電磁泵噴流成設(shè)計要求的焊料波峰,使預(yù)先裝有電子元器件的線路板通過焊料波峰,實現(xiàn)元器件焊端或引腳與線路板焊盤之間機(jī)械與電氣連接的軟釬焊。波峰焊用于線路板裝聯(lián)已有20多年的歷史,現(xiàn)在已成為一種非常成熟的電子裝聯(lián)工藝技術(shù),目前主要用于通孔插裝組件和采用混合組裝方式的表面組件的焊接。
1波峰焊工藝技術(shù)介紹
波峰焊有單波峰焊和雙波峰焊之分。單波峰焊用于SMT時,由于焊料的“遮蔽效應(yīng)”容易出現(xiàn)較嚴(yán)重的質(zhì)量問題,如漏焊、橋接和焊縫不充實等缺陷。而雙波峰則較好地克服了這個問題,大大減少漏焊、橋接和焊縫不充實等缺陷,因此目前在表面組裝中廣泛采用雙波峰焊工藝和設(shè)備。
雙波峰焊的結(jié)構(gòu)組成見圖1。
波峰錫過程:治具安裝噴涂助焊劑系統(tǒng)預(yù)熱一次波峰二次波峰冷卻。下面分別介紹各步內(nèi)容及作用。
1.1 治具安裝
治具安裝是指給待焊接的線路板安裝夾持的治具,可以限制基板受熱形變的程度,防止冒錫現(xiàn)象的發(fā)生,從而確保浸錫效果的穩(wěn)定。
1.2 助焊劑系統(tǒng)
助焊劑系統(tǒng)是保證焊接質(zhì)量的第一個環(huán)節(jié),其主要作用是均勻地涂覆助焊劑,除去線路板和元器件焊接表面的氧化層和防止焊接過程中再氧化。助焊劑的涂覆一定要均勻,盡量不產(chǎn)生堆積,否則將導(dǎo)致焊接短路或開路。
助焊劑系統(tǒng)有多種,包括噴霧式、噴流式和發(fā)泡式。目前一般使用噴霧式助焊系統(tǒng),采用免清洗助焊劑,這是因為免清洗助焊劑中固體含量極少,不揮發(fā)物含量只有1/5~1/20。所以必須采用噴霧式助焊系統(tǒng)涂覆助焊劑,同時在焊接系統(tǒng)中加防氧化系統(tǒng),保證在線路板上得到一層均勻細(xì)密很薄的助焊劑涂層,這樣才不會因第一個波的擦洗作用和助焊劑的揮發(fā),造成助焊劑量不足,而導(dǎo)致焊料橋接和拉尖。
噴霧式有兩種方式:一是采用超聲波擊打助焊劑,使其顆粒變小,再噴涂到線路板上。二是采用微細(xì)噴嘴在一定空氣壓力下噴霧助焊劑。這種噴涂均勻、粒度小,易于控制,噴霧高度/寬度可自動調(diào)節(jié),是今后發(fā)展的主流。
1.3預(yù)熱系統(tǒng)
1.3.1預(yù)熱系統(tǒng)的作用
1)助焊劑中的溶劑成份在通過預(yù)熱器時,將會受熱揮發(fā)。從而避免溶劑成份在經(jīng)過液面時高溫氣化造成炸裂的現(xiàn)象發(fā)生,最終防止產(chǎn)生錫粒的品質(zhì)隱患。
2)待浸錫產(chǎn)品搭載的部品在通過預(yù)熱器時的緩慢升溫,可避免過波峰時因驟熱產(chǎn)生的物理作用造成部品損傷的情形發(fā)生。
3)預(yù)熱后的部品或端子在經(jīng)過波峰時不會因自身溫度較低的因素大幅度降低焊點的焊接溫度,從而確保焊接在規(guī)定的時間內(nèi)達(dá)到溫度要求。
1.3.2預(yù)熱方法
波峰焊機(jī)中常見的預(yù)熱方法有三種:空氣對流加熱、紅外加熱器加熱以及熱空氣和輻射相結(jié)合的方法加熱。
1.3.3預(yù)熱溫度
一般預(yù)熱溫度為130~150℃,預(yù)熱時間為1~3min。預(yù)熱溫度控制得好,可防止虛焊、拉尖和橋接,減小焊料波峰對基板的熱沖擊,有效地解決焊接過程中線路板翹曲、分層、變形問題。
1.4焊接系統(tǒng)
焊接系統(tǒng)一般采用雙波峰。在波峰焊接時,線路板先接觸第一個波峰,然后接觸第二個波峰。第一個波峰是由窄噴嘴噴流出的“湍流”波峰,流速快,對組件有較高的垂直壓力,使焊料對尺寸小、貼裝密度高的表面組裝元器件的焊端有較好的滲透性;通過湍流的熔融焊料在所有方向擦洗組件表面,從而提高了焊料的潤濕性,并克服了由于元器件的復(fù)雜形狀和取向帶來的問題;同時也克服了焊料的“遮蔽效應(yīng)”湍流波向上的噴射力足以使焊劑氣體排出。因此,即使線路板上不設(shè)置排氣孔也不存在焊劑氣體的影響,從而大大減少了漏焊、橋接和焊縫不充實等焊接缺陷,提高了焊接可靠性。經(jīng)過第一個波峰的產(chǎn)品,因浸錫時間短以及部品自身的散熱等因素,浸錫后存在著很多的短路、錫多、焊點光潔度不正常以及焊接強(qiáng)度不足等不良內(nèi)容。因此,緊接著必須進(jìn)行浸錫不良的修正,這個動作由噴流面較平較寬闊、波峰較穩(wěn)定的二級噴流進(jìn)行。這是一個“平滑”的波峰,流動速度慢,有利于形成充實的焊縫,同時也可有效地去除焊端上過量的焊料,并使所有焊接面上焊料潤濕良好,修正了焊接面,消除了可能的拉尖和橋接,獲得充實無缺陷的焊縫,最終確保了組件焊接的可靠性。雙波峰基本原理如圖3。
1.5冷卻
浸錫后適當(dāng)?shù)睦鋮s有助于增強(qiáng)焊點接合強(qiáng)度,同時,冷卻后的產(chǎn)品更利于爐后操作人員的作業(yè)。因此,浸錫后產(chǎn)品需進(jìn)行冷卻處理。
2使用屏蔽模具波峰焊接工藝技術(shù)
由于傳統(tǒng)波峰焊接技術(shù)無法應(yīng)對焊接面細(xì)間距、高密度貼片元件的焊接,因此一種新方法應(yīng)運而生:使用屏蔽模具(如圖4)遮蔽貼片元件來實現(xiàn)對線路板焊接面插裝引線的波峰焊接。
2.1使用屏蔽模具波峰焊接技術(shù)的優(yōu)點
1)實現(xiàn)雙面混裝PCB波峰焊生產(chǎn),能大幅提高雙面混裝PCB生產(chǎn)效率,避免手工焊接存在的質(zhì)量一致性差的問題。
2)減少粘貼阻焊膠的準(zhǔn)備時間,提高生產(chǎn)效率,降低生產(chǎn)成本。
3)產(chǎn)量相當(dāng)于傳統(tǒng)波峰焊。
2.2屏蔽模具材料
1)制作模具必須防靜電,常見材料為:鋁合金,合成石(國產(chǎn)/進(jìn)口),纖維板。使用合成石時為避免波峰焊傳感器不感應(yīng),建議不要使用黑色合成石。
2)制作模具基材厚度。根據(jù)機(jī)盤反面元件的厚度,選取5~8mm厚度的基材制作模具。
2.3模具工藝尺寸要求
1)模具的外形尺寸:模具的長與寬分別等于PCB的長與寬加上60mm的載具邊的寬度且模具寬度必須350mm,具體工藝尺寸如圖5。當(dāng)PCB寬度小于140mm時,可以考慮在一模具同時放置兩塊PCB焊接。
2)工藝邊離邊緣8mm,另外兩邊貼近邊緣地方加裝10mm寬、10mm高的電木條,以增加模具的強(qiáng)度,減少模具變形。
3)每個加強(qiáng)檔條上必須使用螺絲固定,螺絲與螺絲的間隔必需在150mm以下。
4)在模具制作完成后,需在四周且間距100mm以內(nèi)安裝壓扣 (固定PCB于模具上),且須注意以下幾點:(1)旋轉(zhuǎn)一周不碰觸到零件;(2)不影響DIP插件;(3)能將PCB穩(wěn)固于模具。
5)模具的四個角要開一個R5的倒角。
6)模具上的PCBA在過錫爐時,有些零件受錫波的沖擊會產(chǎn)生浮高,因此對一些容易浮高的零件采用壓件的方法來解決。目前主要采用的方式:(1)金屬鐵塊壓件;(2)模具上安裝壓扣壓件;(3)制作防浮高壓件治具。
3提高波峰焊接質(zhì)量的方法和措施
分別從焊接前的質(zhì)量控制、生產(chǎn)工藝材料及工藝參數(shù)這三個方面探討了提高波峰焊質(zhì)量的有 效方法。
3.1 焊接前對線路板質(zhì)量及元件的控制
3.1.1焊盤設(shè)計
1)在設(shè)計插件元件焊盤時,焊盤大小尺寸設(shè)計應(yīng)合適。焊盤太大,焊料鋪展面積較大,形成的焊點不飽滿,而較小的焊盤銅箔表面張力太小,形成的焊點為不浸潤焊點??讖脚c元件引線的配合間隙太大,容易虛焊,當(dāng)孔徑比引線寬0.05~0.2mm,焊盤直徑為孔徑的2~2.5倍時,是焊接比較理想的條件。
2)在設(shè)計貼片元件焊盤時,應(yīng)考慮以下幾點:
(1)為了盡量去除“陰影效應(yīng)”,SMD的焊端或引腳應(yīng)正對著錫流的方向,以利于與錫流的接觸,減少虛焊和漏焊。波峰焊時推薦采用的元件布置方向圖如圖6所示。
(2)波峰焊接不適合于細(xì)間距QFP、PLCC、BGA和小間距SOP器件焊接,也就是說在要波峰焊接的這一面盡量不要布置這類元件。
(3)較小的元件不應(yīng)排在較大元件后,以免較大元件妨礙錫流與較小元件的焊盤接觸,造成漏焊。
(4)當(dāng)采用波峰焊接SOIC等多腳元件時,應(yīng)于錫流方向最后兩個(每邊各1)焊腳處設(shè)置竊錫焊盤,防止連焊。
(5)類型相似的元件應(yīng)該以相同的方向排列在板上,使得元件的安裝、檢查和焊接更容易。例如使所有徑向電容的負(fù)極朝向板件的右面,使所有雙列直插封裝(DIP)的缺口標(biāo)記面向同一方向等等,這樣可以加快插裝的速度并更易于發(fā)現(xiàn)錯誤。如圖7所示,由于A板采用了這種方法,所以能很容易地找到反向電容器,而B板查找則需要用較多時間。實際上一個公司可以對其制造的所有線路板元件方向進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,某些板子的布局可能不一定允許這樣做,但這應(yīng)該是一個努力的方向。
3.1.2PCB平整度控制
波峰焊接對線路板的平整度要求很高,一般要求翹曲度要小于0.5mm,如果大于0.5mm要做平整處理。尤其是某些線路板厚度只有1.5mm左右,其翹曲度要求就更高,否則無法保證焊接質(zhì)量。
3.1.3妥善保存線路板及元件,盡量縮短儲存周期
在焊接中,無塵埃、油脂、氧化物的銅箔及元件引線有利于形成合格的焊點,因此線路板及元件應(yīng)保存在干燥、清潔的環(huán)境中,并且盡量縮短儲存周期。對于放置時間較長的線路板,其表面一般要做清潔處理,這樣可提高可焊性,減少虛焊和橋接,對表面有一定程度氧化的元件引腳,應(yīng)先除去其表面氧化層。
3.2生產(chǎn)工藝材料的質(zhì)量控制
在波峰焊接中,使用的生產(chǎn)工藝材料有:助焊劑和焊料,分別討論如下:
3.2.1助焊劑質(zhì)量控制
助焊劑在焊接質(zhì)量的控制上舉足輕重,其作用是:
1)除去焊接表面的氧化物;
2)防止焊接時焊料和焊接表面再氧化;
3)降低焊料的表面張力;
4)有助于熱量傳遞到焊接區(qū)。目前,波峰焊接所采用的多為免清洗助焊劑。
選擇助焊劑時有以下要求:
1)熔點比焊料低;
2)浸潤擴(kuò)散速度比熔化焊料快;
3)粘度和比重比焊料??;
4)在常溫下貯存穩(wěn)定。
3.2.2焊料的質(zhì)量控制
錫鉛焊料在高溫下(250℃)不斷氧化,使錫鍋中錫-鉛焊料含錫量不斷下降,偏離共晶點,導(dǎo)致流動性差,出現(xiàn)連焊、虛焊、焊點強(qiáng)度不夠等質(zhì)量問題。可采用以下幾個方法來解決這個問題:
1) 添加氧化還原劑,使已氧化的SnO還原為Sn,減小錫渣的產(chǎn)生;
2) 不斷除去浮渣;
3) 每次焊接前添加一定量的錫;
4) 采用含抗氧化磷的焊料;
5) 采用氮氣保護(hù),讓氮氣把焊料與空氣隔絕開來,取代普通氣體,這樣就避免了浮渣的產(chǎn)生。這種方法要求對設(shè)備改型,并提供氮氣。
目前最好的方法是在氮氣保護(hù)的氛圍下使用含磷的焊料,可將浮渣率控制在最低程度,焊接缺陷最少、工藝控制最佳。
3.3焊接過程中的工藝參數(shù)控制
焊接工藝參數(shù)對焊接表面質(zhì)量的影響比較復(fù)雜,并涉及到較多的技術(shù)范圍。
3.3.1預(yù)熱溫度的控制
預(yù)熱的作用:
1)使助焊劑中的溶劑充分發(fā)揮,以免線路板通過焊錫時,影響線路板的潤濕和焊點的形成;
2)使線路板在焊接前達(dá)到一定溫度,以免受到熱沖擊產(chǎn)生翹曲變形。一般預(yù)熱溫度控制在180~210℃,預(yù)熱時間1~3分鐘。
3.3.2焊接軌道傾角
軌道傾角對焊接效果的影響較為明顯,特別是在焊接高密度SMT器件時更是如此。當(dāng)傾角太小時,較易出現(xiàn)橋接,特別是焊接中,SMT器件的“遮蔽區(qū)”更易出現(xiàn)橋接;而傾角過大,雖然有利于橋接的消除,但焊點吃錫量太小,容易產(chǎn)生虛焊。軌道傾角應(yīng)控制在5°~8°之間。
3.3.3波峰高度
波峰的高度會因焊接工作時間的推移而有一些變化,應(yīng)在焊接過程中進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚?,以保證在理想波峰高度進(jìn)行焊接,以壓錫深度為PCB厚度的1/2~1/3為準(zhǔn)。
3.3.4焊接溫度
焊接溫度是影響焊接質(zhì)量的一個重要的工藝參數(shù)。焊接溫度過低時,焊料的擴(kuò)展率、潤濕性能變差,使焊盤或元器件焊端由于不能充分的潤濕,從而產(chǎn)生虛焊、拉尖、橋接等缺陷;焊接溫度過高時,則加速了焊盤、元器件引腳及焊料的氧化,易產(chǎn)生虛焊。焊接溫度應(yīng)控制在250+5℃。
4常見焊接缺陷及排除方法
影響焊接質(zhì)量的因素是很多的,表1列出的是一些常見缺陷及排除方法,以供參考。
波峰焊接是一項很精細(xì)的工作,影響焊接質(zhì)量的因素也很多,還需要我們更深一步地研究,以期提高波峰焊的焊接質(zhì)量。
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