现代电子元件装配技术辩析文档格式.docx
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10E0＝47欧姆
b.Melf圆柱型元件
c.电阻网络（已SOP小型扁平封装为主）
SOP小型扁平封装（SmallOutlinePackage）
d.可调电阻
2.电容器（Capacity）
以材料或结构来分，可分成
片式瓷介电容器，MLC（MultilayerCeramicCapacity），独石电容器
钽电解电容器
铝电解电容器
从封装方式来分可分成
一般没有标出数值，多数没有极性
c.片式钽电解电容器
比片式瓷介电容器厚，多数标出极性
d.片式铝电解电容器
e.可调电容器
3.电感器（Inductance）
二、表面贴装器件（SMD）
1.SOD小型二极管（SmallOutlineDiode）
2.SOT小型晶体管（SmallOutlineTransistor）
3.SOP小型扁平封装（SmallOutlinePackage）
4.QFP四边扁平封装器件（QuadFlatPackage）
5.PLCC塑封有引线芯片载体（PlasticLeadedChipCarrier）
6.BGA球形栅格阵列（BallGridArray）
主要分成三种类型：
塑料球形栅格阵列（PBGA，PlasticBallGridArray）
陶瓷球形栅格阵列（CBGA，CeramicBallGridArray）
陶瓷柱栅格阵列（CCGA，CeramicColumnGridArray）
三、表面贴装元器件的包装方式
主要分成四种包装方式
1.编带包装（Tape）
适用于Chip、Melf、SOP等小型元器件
2.托盘包装（Tray）
适用于SOP、QFP、BGA等较大型的元器件
3.棒式包装（Stick）
适用于DIP、SOP等元元件
4.散装（Bulk）
适用于SOT等元器件
第三章表面贴装材料
焊锡膏（SolderPaste）
助焊剂（Flux）
贴装胶
清洗剂
其它材料
一、焊锡膏（SolderPaste）
焊锡膏是由合金焊料粉末和糊状助焊接剂均匀混合而成的浆料或膏状体。
1.焊锡膏的化学组成
焊锡膏主要由合金焊料粉末和助焊剂组成。
其中合金焊料粉末占总重量的85%-90%，助焊剂占15%-20%。
a.合金焊料粉末
根据合金焊料粉末的金属成分不同，主要分成有铅焊料和无铅焊料。
表3-1焊锡膏的组成和功能
组成
使用的主要材料
功能
合金焊料粉末
Sn－Pb
Sn－Pb－Ag等
元器件和电路的机械和电气连接
助焊剂
焊剂
松香，合成树脂
净化金属表面，提高焊料润湿性
粘接剂
松香，松香脂，聚丁烯
提供贴装元器件所需粘性
活化剂
硬脂酸，盐酸，联氨，三乙醇胺
净化金属表面
溶剂
甘油，乙二醇
调节焊膏特性
触变剂
防止分散，防止塌边
表3-2合金焊料温度
合金焊料
金属粉末比例
熔点/º
C
（有铅焊膏）
Sn63－Pb37
183
Sn－Ag－Cu
（无铅焊膏）
Sn96.5－Ag3－Cu0.5
221
b.助焊剂
通过助焊剂中活性剂的作用，能清除被焊材料表面以及合金粉末本身的氧化膜，使焊料迅速扩散并附着在被焊金属表面。
助焊剂的组成对焊膏的扩展性、润湿性、塌陷、粘度变化、清洗性质、焊珠飞溅及储存寿命均有较大影响。
c.焊锡膏的储存与使用
储存：
在0－4º
C低温储存
有效时间：
约半年（越快使用越好）
使用：
先在常温下密封解冻，使用前均匀搅拌。
二、助焊剂（Flux）
助焊剂通常以松香作为基体，包括活性剂、成模物质、添加剂和溶剂等。
助焊剂的主要功能
a.除去焊接表面的氧化物
b.防止焊接时焊料和焊接表面的再氧化
c.降低焊料的表面张力
d.有利于热量传递到焊接区
三、贴装胶
表面贴装胶通常由基体树脂、固化剂和固化促进剂、增韧剂和填料组成。
粘装胶的主要作用是起到粘接、定位和密封作用。
1.贴装胶的化学组成
a.基体树脂是贴装胶的核心，一般用环氧树脂和丙烯酸酯类聚合物。
b.固化剂和固化促进剂常用的固化剂和固化促进剂为双氰胺、三氟化硼－胺络合物、咪唑类衍生物等。
c.增韧剂常用的增韧剂有邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯、液体丁腈橡胶和聚硫橡胶等。
d.填料加入填料后可提高贴装胶的电绝缘性能和耐高温性能。
常用的填料有硅微粉、碳酸钙、膨润土、白碳黑、硅藻土、钛白粉、铁红和碳黑。
2.贴装胶的分类
a.按基体材料分，有环氧树脂和聚丙烯两大类
b.按功能分，有结构型、非结构型和密封型
c.按化学性质分，有热固型、热塑型、弹性型和合成型
d.按使用方法分，有针式、注射式、丝网漏印等方式的贴装胶
四、清洗剂
常用的清洗剂有CFC－113（三氟三氯乙烷）和甲基氯仿作为清洗剂的主体材料。
五、其它材料
a.阻焊剂
在阻焊剂中采用的基体树脂有环氧丙烯酸酯、丙烯酸聚氨酯、聚酯丙烯酸酯和有机硅丙酸酯。
b.防氧化剂
c.插件胶
第四章表面贴装电路板
表面贴装电路板的特点
SMB的结构
可制造性设计
一、表面贴装电路板的特点
印刷电路板是一种附着于绝缘基材表面，用于连接电子元器件（包括屏蔽元件）的导电图形，简称PCB（PrintCircuitBoard）。
专用于SMT的PCB（PrintCircuitBoard，印刷电路板）专称为SMB。
SMB比传统的PCB板的电路图形设计要高，其主要特点是：
高密度、小孔径、多层数、高板厚/孔径比、优秀的运输特性、高平整光洁度和尺寸稳定性等。
二、SMB的结构
SMB一般由基板材料、导体材料和阻焊层三部分组成。
1.基板材料
SMB的基板材料主要有无机材料和有机材料两大类。
无机材料主要指陶瓷电路基板，有机材料中最常用环氧玻璃纤维基板。
a.陶瓷基板材料
陶瓷电路基板的基板材料是95％的氧化铝，在要求基板强度很高的情况下，可采用99％的纯氧化铝。
b.环氧玻璃纤维电路基板
环氧玻璃纤维电路基板由环氧树脂和玻璃纤维组成，它结合了玻璃纤维强度好和环氧树脂韧性好的优点，故具有良好的强度和延展性，它有单面、双面和多层之分。
日常生产中多数采用FR-4的环氧玻璃纤维作为电路板的基板材料。
2.导体材料
常用的导体材料有铜、铝、金等。
为提高导体材料与基板之间的附着力，常采用过渡层（亦称打底）材料，如铬（Cr）、镍（Ni）、钛（Ti）等。
过渡层厚度一般为50-60nm，导体层厚度一般为100-200nm。
3.阻焊层
在印刷电路板上涂覆阻焊层的目的是防止邻近布线和焊盘间焊锡连桥，保护电路板免受机械损伤和污染。
三、可制造性设计
DFM（DesignforManufacturing），可制造性设计，就是研究产品本身的物理设计与制造系统各部分之间的相互关系，并把它用于生产设计中以便将整个制造系统融合在一起进行总体优化，是保证PCB设计质量的最有效的方法。
DFM从产品开发设计时就考虑到可制造性，使设计和制造之间紧密联系，实现从设计到制造一次成功的目的。
HP公司DFM统计调查表明：
产品总成本60%取决于产品的最初设计，75%的制造成本取决与设计说明和设计规范，70-80%的生产缺陷是由于设计原因造成的。
3.1.DFM的优点
DFM具有缩短开发周期、降低成本、提高产品质量等优点，是企业产品取得成功的途径。
a.有利于制造程序的标准化
DFM规范在企业内外部起到了一个良好的桥梁，它把设计、制造和产品部门有机地联系起来，同时可以达到生产测试设备的标准化。
b.有利于技术转移，简化产品转移流程
企业一般外包，则企业与OEM、EMS/CM之间的有效沟通非常必要。
具有良好可制造性的产品与OEM、EMS/CM间实现平滑的技术转移和过渡，快速组织生产。
ElectronicManufacturingServices电子设备制造厂商（EMS）
ContractManufacturers签约厂商（CM）
OriginalEquipmentManufacturers原始设备制造厂商（OEM）
ElectronicComponentsManufacturers电子元器件制造厂商（ECM）
c.降低新工艺引进成本，减少测试工艺开发的庞大费用
d.节约成本，改善供货能力
低成本、高产出、良好的供货能力，同时高可靠性是产品长期成本降低的基础。
如果产品的可制造性差，往往花费更多的人力、物力、财力达到目的，同时还付出延缓交货、失去市场等沉重代价。
e.新产品开发及验证的基础
没有DFM规范控制的产品，在产品开发的后期，甚至常常在批量生产阶段才会发现各种生产问题，此时又更改设计，无疑增加开发成本，延长产品推向市场的时间，失去主动权。
3.2.PCB设计
印刷电路板设计也称为印刷板排版设计，目前基本通过计算机辅助的方法使用CAD软件来实现。
PCB设计质量是衡量表面组装技术水平的重要标志，是保证表面组装质量的首要条件之一。
3.3.可制造性设计的主要内容
a.PCB的组装形式及加工工艺流程
b.SMT设备对PCB设计的要求
c.元件的封装形式及焊盘设计
d.SMT工艺对PCB设计的要求
e.设计文件的输出
f.可制造性设计审核
g.加工中常见问题及解决措施
考虑因素
1）尽量采用回流焊方式，因为回流焊比波峰焊具有以下优势：
元器件受到的热冲击小
能控制焊料量，焊接缺陷小，焊接质量好，可靠性高
焊料中一般不会混入不纯物，能正确地确保焊料的组分；
有自定位效应（selfalignment）
可在同一基板上，采用不同焊接工艺进行焊接
工艺简单，修板量极小，从而节省了人力、电力、材料。
2）混装情况下尽量选择插件、贴片在同一面，其次选择贴片在两面，插件在一面，尽量不要双面混装。
3）BGA设计时，最好一面有BGA元件，两面安排BGA元件会增加工艺难度。
1）外形设计及尺寸
2）基准标志（Mark）设计
3）PCB定位孔和夹持边的设计
4）拼板设计
5）PCB要求与元器件选用
形状设计
PCB的外形应尽量简单，一般为矩形。
板面不要设计得过大，以免回流焊接时引起变形。
贴片机的PCB传输方式、贴装范围决定PCB外形。
当PCB定位在贴装工作台上，通过工作台传输PCB时，对PCB的外形没有特殊要求；
当直接采用导轨传输PCB时，PCB外形必须是笔直的。
如果是异形PCB，必须设计工艺边使PCB的外形成直线。
最大最小尺寸设计
PCB最大尺寸＝贴片机最大贴装尺寸；
PCB最小尺寸＝50×
50mm，当PCB尺寸小于贴装最小尺寸时，必须采用拼板方式。
厚度设计
元件的重量和规格决定板的厚度，可通过计算重量来决定板厚。
通常有3mm、2mm、1.6mm（标准）、1.5mm（国产），多层板的层数决定厚度。
具体尺寸可查标准。
作用：
用于修正PCB固定或者PCB加工引起的位移偏差。
种类：
分为PCB基准标志和局部基准标志（Board和local）
形状与尺寸：
优选实心圆；
优选直径为1.5mm。
（0.5-3mm）
布放要求：
PCB基准标志一般放三个，在PCB对角线上；
局部基准标志在元件对角线上。
基准标志要与周围环境有反差。
a.定位孔
一般两个，在PCB长边一则，孔径为3-5mm，一般取4mm，定位孔的位置距离PCB各边5mm处。
b.夹持边
夹持边要平整光滑，尺寸一致，误差小。
夹持边3mm范围内不允许布元件。
PCB小于50×
50mm必须组成拼板；
为提高贴装效率对某些板、异形板也需拼板。
每个拼板的对角线上要有基准标志。
拼板中各块PCB之间的互连有双面对刻V形槽和断签式两种方式。
要求既有一定的机械强度，又便于贴装后的分离。
PCB要求：
a.外观质量
无毛刺，四周光滑；
一致性好；
丝印清晰，丝印不偏移；
阻焊层均匀，无脱落。
b.要求平整度好
对PCB翘曲度的要求：
一般板为1.5%，带插头处为1.0%，SMB为0.5%。
c.选择Tg（玻璃化转变温度）较高的基板材料，Tg应高于电路工作温度。
d.选择CTE（热膨胀系数）低的材料
1）对称性，两端焊盘必须对称，才能保证熔融焊锡表面张力平衡
2）焊盘间距，确保元件端头或引脚与焊盘恰当的搭接尺寸
1）元件分布均匀，疏密有序
2）元器件在PCB上的方向排列相同
3）大型器件的四周要留一定的维修空隙
4）抗干扰，防止耦合
1）元器件明细表
BOM（BillofMaterial，物料清单）,描述产品零件、半成品和成品之间的关系。
2）丝印图
3）PCB坐标纯文本文件
4）焊盘图形
第五章锡膏印刷工艺
锡膏印刷工艺就是在PCB焊盘上施加适量的焊锡膏，为后续工艺打下基础。
锡膏印刷工艺所使用的工具和材料
锡膏印刷工艺流程及关键参数
锡膏印刷缺陷分析及排除
一、锡膏印刷工艺所使用的工具和材料
1.材料：
焊锡膏
2.工具：
a.钢网：
由金属模板、铝合金边框和丝网构成。
b.金属刮刀：
使用刮刀刮印时，刮刀倾斜角度为45-60度。
a.金属模板开口设计参数
使用激光雕刻、腐蚀等手段制作出与焊盘大小和位置一致的漏孔。
一般漏孔的尺寸与焊盘尺寸基本相等或者比焊盘尺寸略小。
漏孔的形状一般与焊盘的形状一致，也可以根据实际需要选择合适的漏孔形状。
表5-1金属模板开口设计参数
元件类型
引脚间距
焊盘宽度
焊盘长度
开口宽度
开口长度
模板厚度
0402
无
0.50
0.65
0.45
0.6
0.125-0.15
0201
0.25
0.40
0.23
0.35
0.075-0.125
QFP
0.30
0.20
1.00
0.15
0.95
0.635
1.50
1.45
0.15-0.18
BGA
1.27
Ф0.80
Ф0.75
0.15-0.20
μBGA
Ф0.30
Ф0.28
PLCC
2.00
0.60
1.95
0.15-0.25
尺寸单位为mm
二、锡膏印刷工艺流程及关键参数
表5-2锡膏印刷工艺关键参数
工艺参数
优化设置
印刷厚度
基本由金属模板的厚度决定，并通过调节刮刀刮印速度和印刷压力调节
当元器件脚间距为0.3mm时，模板厚度0.1mm，锡膏厚度0.09-0.1mm
当元器件脚间距为0.5mm时，模板厚度0.15mm，锡膏厚度0.13-0.15mm
印刷速度
元器件引脚小于0.5mm时，印刷速度20mm/s-30mm/s
印刷角度
刮刀与水平面倾斜45-60度
脱模速度
间距小于0.3mm，速度0.1mm/s-0.5mm/s
间距大于0.65mm，速度0.8mm/s-2.0mm/s
模板清洗
一般每印刷10块左右PCB板就要对模板底部进行清洗，通常使用无水酒精等溶剂作为清洁液清除模板底部的附着物
三、锡膏印刷缺陷分析及排除
表5-3锡膏印刷工艺缺陷分析
工艺缺陷
原因分析
位置偏移
装置本身的位置精度不好
锡膏印刷时进入钢网开口部的均匀性差
由刮刀及其摩擦因素对钢网形成的一种拉力不良
锡膏量不足
因印刷压力过大对钢网开口部生长一种挖取力所致
因印刷压力过大引起其中的焊料溢出，产生脱模性劣化
因印刷压力不足，焊膏滞留钢网表面造成脱模性劣化
锡膏量过多
由印刷压力不足，钢网表面留存的焊锡膏会使印刷量增加
锡膏渗流到钢网底面，影响钢网的紧贴性，使印刷量增加
印刷形状不良
锡膏的触变系数太小或脱模方向错误（园角、塌边）
锡膏渗透
PCB与钢网紧贴性差
印刷时压力过大会产生锡膏的溢出
由刮刀及其摩擦因素对钢网形成的一种拉力原因所至
备注
触变指数和塌落度
触变指数是指触变性流体受外力的作用时黏度能迅速下降，停止外力后能迅速恢复黏度的性能。
焊锡膏是触变性流体，锡膏的塌落度主要与焊膏的粘度和触变性有关。
触变指数和塌落度主要与合金焊料与焊剂的配比，即合金粉末在焊膏中的重量百分含量有关，还与焊膏载体中的触变剂性能和添加量有关。
还与颗粒形状、尺寸有关。
第六章元件贴装工艺
元件贴装工艺就是通过编程，用表面贴装设备自动将PCB上的元器件贴装到指定位置。
贴片机的重要特性
贴片机的基本工作原理
元件贴装缺陷分析及排除
一、贴片机的重要特性
1.1.精度
a.贴装精度，元器件相对PCB板标定位置的偏差大小
b.分辨率，贴片机分析空间连续点的能力
c.重复精度，重复贴装时，实际贴装位置和目标位置之间的综合偏差
1.2.速度
a.贴装周期
b.贴装率
c.生产量
1.3.适应性
适应不同贴装要求的能力。
包括：
元器件种类、供料器数目和类型、贴片机的可调整性等。
1.4.贴片机的类型
1）按贴装方式分类
a.顺序式
b.同时式
c.在线式
2）按贴装速度分类
a.低速贴片机，低于3000片/小时
b.中速贴片机，3000-8000片/小时
c.高速贴片机，8000片/小时以上
3）按价格分类
a.低档，从几万美元到10万美元；
b.中档，从10万美元到20万美元；
c.高档，大于20万美元。
4）综合分类
a.小型机，容纳15个SMC/SMD材料架
b.中型机，容纳20-30个SMC/SMD材料架
c.中型机，容纳50个以上SMC/SMD材料架
5）按贴装元件类型分类
a.专用机
b.多功能机
二、贴片机的基本工作原理
1.定位原理
2.修正偏差原理
三、元件贴装缺陷分析及排除
表6-1元件贴装工艺缺陷分析
贴装位置偏离坐标位置
坐标定位错误
元件厚度设置错误
贴装高度太高，贴片时元件从高处扔下
贴装高度太低，使元件滑动
吸嘴缺损老化或者气缸主轴移位
元器件贴错或极性方向错误
贴片编程错误
取料编程错误或者装错供料器位置
晶体管、电解电容器等有极性元器件，不同生产厂家编带时方向不一致
贴装头无法吸取元器件
供料器的元件没有装好
吸嘴磨损老化，有裂纹引起漏气
吸嘴孔内被锡膏等脏物堵塞
气压不够，真空管道漏气形成不完全真空
第七章SMT焊接技术
SMT焊接技术是使焊料合金和要结合的金属表面之间形成合金层的一种连接技术。
回流焊接技术
波峰焊接技术
一、回流焊接技术
通过重新熔化预先分配到PCB焊盘上的锡膏，实现表面贴装元器件引脚与PCB焊盘之间机械与电气连接的一种焊接工艺。
常见的回流焊接技术有：
热风循环、红外、激光等
1.回流焊接的工作原理
通过加热使印刷电路板上预先分配的焊锡膏熔化，流动的液态焊锡膏与元器件引脚和电路板焊盘形成焊点，冷却固化后形成稳定可靠的机械和电气连接。
以时间为横坐标，以加热温度为纵坐标构成一个二维的回流焊温度曲线图。
印刷电路板从进入回流焊机到焊接完毕出来的整个温度变化过程，可以分成四个区：
预热区、保温区、焊接区和冷却区。
1.预热区：
印刷电路板上所有材料的温度上升，焊锡膏中的助焊剂开始挥发。
2.保温区：
电路板和元器件得到充分的预热，焊锡膏中的助焊剂充分活化，获得良好的润湿条件。
3.焊接区：
温度迅速上升并使焊锡膏处于熔化状态，液态焊锡膏对元器件引脚和电路板焊盘润湿、扩散，三部分混合组成焊点。
4.冷却区：
在冷却风的吹送下电路板温度逐渐下降，焊锡膏固化后建立电气和机械连接，实现电路功能。
回流焊机通过对加热温度和传送速度两个参数的合理设置，实现加热过程和加热时间的控制。
2.回流焊接的关键因素
a.加热温度
b.传送速度
3.回流焊接常见缺陷分析与排除
表7-1回流焊接工艺
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