第五章 贴片元器件Word文件下载.docx

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陶瓷电容器、固体钽电解电容器

片式电位器

电位器、微调电位器

片式电感器

绕线电感器、叠层电感器、可变电感器

绕线电感器

片式敏感元件

压敏电阻器、热敏电阻器

片式复合元件

电阻网络、滤波器、谐振器、陶瓷电容网络

片式有源器件

小型封装二极管

塑封稳压、整流、开关、齐纳、变容二极管

玻封稳压、整流、开关、齐纳、变容二极管

小型封装晶体管

塑封PNP、NPN晶体管、塑封场效应管

小型集成电路

扁平封装、芯片载体

裸芯片

带形载体、倒装芯片

三、片式电阻器

表面安装电阻最初为矩形片状，20世纪80年代初出现了圆柱形，随着表面安装器件（SMD）和机电元件等向集成化，多功能化方向发展，又出现了电阻网络（ResistorNet-works）、电容网络（CapacitorNetworks）、阻容混合网络、混合集成电路（HybridIC）等短小，扁平端子的复合器件，它与分立元器件相比，具有小型化，无端子（或扁平、短小端子）、尺寸标准化、特别适合在印制电路板上进行表面安装等特点。

1．矩形片式电阻

矩形片式电阻由于制造工艺不同有两种类型，一类是厚膜型（RN型），另一类是薄膜型（RK型）。

厚膜型是在扁平的高纯度Al2O3基板上印一层二氧化钌基浆料，烧结后经光刻而成；

薄膜型电阻是在基体上喷射一层镍铬合金而成，性能稳定，阻值精度高，但价钱较贵，由于在电阻层上涂覆特殊的玻璃釉涂层，故电阻在高温，高湿下性能非常稳定。

图5-2为矩形片式电阻器外形和结构示意图。

1.陶瓷基片2.电阻膜3.玻璃釉层

4.Ag-Pn电极5.镀Ni层6.镀Sn或Sn-Pb层

（a）外形图（b）机构示意图

图5-2矩形片式电阻器

片式电阻有三层端焊，俗称三层端电极，最内层为银钯合金，它与陶瓷基板有良好的结合力，中间为镍层，它是防止在焊接期间银层的浸析，最外层为端焊，不同的国家采用不同的材料，日本通常采用Sn-Pb合金，厚度为1mil，美国则采用Ag-Pd合金。

2．圆柱形固定电阻

圆柱形固定电阻，即金属电极无端子面元件（MetalElectrodeFaceBondingType）简称MELF电阻。

MELF主要有碳膜ERD型，高性能金属膜ERO用跨接用的0Ω电阻三种。

它与片式电阻相比，无方向性和正反面性，包装使用方便，装配密度高，固定到印制板上有较高的抗弯能力，特别是噪声电平和三次谐波失真都比较低，常用于高档音响电器产品中。

MELF电阻是在高铝陶瓷基体上覆上金属膜或碳膜，两端压上金属帽电极，采用刻螺纹槽的方法调整电阻值，表面涂上耐热漆密封，最后根据电阻值涂上色码标志。

图5-3为圆柱形固体电阻外形及结构示意图。

（a）外形图（b）结构示意图

图5-3圆柱形固定电阻

3．片式电位器

表面安装电位器，又称片式电位器（ChipPotentiometer）。

它包括片状、圆状、柱状和扁平矩形等各类结构的电位器，在电路中起调节分电路电压和分路电阻的作用，故分别称之为分压式电位器和可变电位器。

片式电位器有四种不同的外形结构，分别为敞开式结构，防尘式结构，微调式结构和全密封式结构。

四、片式电容器

表面安装电容器已发展为多品种、多系列、按外形、结构和用途来分类，可达数百种，在实际应用中，表面安装电容器中大有80%是多层片状瓷介电容器，其次是钽电解电容和铝电解电容器，表面安装有机薄膜和云母电容器则很少。

1．片式陶瓷电容器

介电容器少数为单层结构，大多数为多层叠状结构，又称MCC（MultilayerCaramicCapacity）。

MCC通常是无引线矩形结构，外层电极同片式电阻相同，也是三层结构，即Ag－Ni、Cd-Sn、Pb。

图5-4为矩形片式陶瓷电容器外形。

它采用多层叠加结构，故又称之为片式独石电容。

同普通电容器相比有许多优点：

比容大，内部电感小，损耗小，高频特性好，内电极与介质材料共烧结，耐潮性能好，可靠性高。

图5-4矩形片式陶瓷电容器图5-5片式钽电解电容图5-6片式铝电解电容

2．片式钽电解电容

钽电解电解器，简称钽电容，单位体积容量大，在容量超过0.33F时，在都用钽电解电容器，由于其电解质响应速度快，因此在需要高速运算处理的大规模集成电路中应用广泛。

片式钽电解电容采用高纯度的钽粉末与胶黏剂混合，埋入钽端子后，在1800－2000℃的真空炉中烧结成多孔性的烧结体作为阳极坡，用硝酸酸锰热解反应，在烧结体表面形成固体电解质的二氧化锰用为阴极，经石墨层、导电涂料层涂敷后同，进行阴、阳极引出线的的边接，然后用模型封装成型。

片式钽电解电容器有三种不同类型：

裸片型、模塑封装型和端帽型。

裸征型即无封装型，成本低，但对环境的适应性差，开关不规则，不宜自动安装。

模塑封的装型即常见的矩形钽电解电容，成本较高，阴极和阳极与框架端子的连接导致热应力过大，对机械强度影响较大，广泛应于通讯类电子产品中。

端帽型也称树脂封装型，主体为树脂封装，两端有金属电极，体积小，高频、特性好，机械强度高，常用于投资类电子产品中，图5-4为端帽型钽电解电容外形。

3．片式铝电解电容

铝电解电容器主要应用于各种消费类电子产品中，价格低廉，按外形和封装材料诉不同，可分为矩形铝电解电容器（树脂封装）和圆柱形电解电容器（金属封装）两类。

图5-5为金属封装铝电解电容。

将高纯度的铝箔（含铝99.9%－99.99%）电解腐蚀成高倍率的附着面，然后在硼酸，磷酸等弱酸性的溶液中进行阳极氧化，形成电介质薄膜，作为阳极箔，将低纯度的铝箔（含铝99.5%－99.8%）电解腐蚀成高倍率的附着面，作为阴极，电解纸将阳极箔和阴极箔隔离后绕成电容器芯子，经电解液浸透，根据电解电容器的工作电压及电导率的差异，分成不同的规格，然后用密封桷胶铆接封口，最后用金属铝壳或耐热性环氧树脂封装。

五、片式电感器

（a）片式叠层电感器（b）片式线绕电感器

图5-6片式电感器

片式矩形电感器包括片式叠层电感器和线绕式电感器，如图5-6所示。

片式叠层电感器外观与片式独石电容器很相似，尺寸小、Q值低、电感量也小，范围为0.01～200μH，额定电流最高为100mA。

具有磁路闭合、磁通量泄露少、不干扰周围元器件、不易受干扰和可靠性高等优点。

线绕电感器，采用高导磁性铁氧体磁心，以提高电感量，可垂直缠绕和水平缠绕，水平缠绕的电性能更好，电感量的范围为0.1～1000μH，额定电流最高为300mA，它的应用与通孔插装电感器相似。

六、片式晶体管

1．片式二极管

常见的片式二极管有无引线柱形玻璃封装和片状塑料封装两种。

无引线柱形玻璃封装二极管是将管芯封装在细玻璃管内，两端以金属帽为电极。

常见的有稳压、开关和通用二极管，功耗一般为0.5～1W。

外形尺寸有φ1.5mm×

3.5mm和φ2.7mm×

5.2mm两种，外形如图5-7所示。

（a）玻璃封装（b）片状塑料封装

图5-7片式二极管

2．片式三极管

晶体管（三极管）采用带有翼形短引线的塑料封装，可分为SOT-23、SOT-89、SOT-l43、SOT-252几种尺寸结构，产品有小功率管、大功率管、场效应管和高频管几个系列；

其中SOT-23是通用的表面组装晶体管，SOT-23有3条翼形引脚，内部结构如图5-8所示。

图5-8SOT-23晶体管

SOT-89适用于较高功率的场合，它的e、b、c三个电极是从管子的同一侧引出，管子底面有金属散热片与集电极相连，晶体管芯片粘接在较大的铜片上，以利于散热。

SOT-l43有4条翼形短引脚，对称分布在长边的两侧，引脚中宽度偏大一点的是集电极，这类封装常见双栅场效应管及高频晶体管。

小功率管额定功率为100～300mW，电流为10～700mA。

大功率管额定功率为300mW～2W，SOT-252封装的功耗可达2～50W,两条连在一起的引脚或与散热片连接的引脚是集电极。

七、片式集成电路的封装方式

1.SO封装

引线比较少的小规模集成电路大多采用这种小型封装。

SO封装又分为几种，

芯片宽度小于0.15in，电极引脚数目比较少的（一般在8～40脚之间），叫做SOP封装。

宽度在0.25in以上，电极引脚数目在44以上的，叫做SOL封装，这种芯片常见于随机存储器（RAM）。

芯片宽度在0.6in以上，电极引脚数目在44以上的，叫做SOW封装，这种芯片常见于可编程存储器（E2PROM）。

有些SOP封装采用小型化或薄型化封装，分别叫做SSOP封装和TSOP封装。

大多数SO封装的引脚采用翼形电极，也有一些存储器采用J形电极（称为SOJ），有利于在插座上扩展存储容量，SO封装的引脚间距有1.27mm、1.0mm、0.8mm、0.65mm和0.5mm几种。

a）SO封装实物b）SOP封装c）SOL封装d）SOW封装

图5-9常见的SO封装的集成电路

图5-10图2-35SOP的翼形引脚和“J”形引脚封装结构

2.QFP封装

矩形四边都有电极引脚的SMD集成电路叫做QFP封装，其中PQFP（PlasticQFP）封装的芯片四角有突出（角耳），薄型TQFP封装的厚度已经降到1.0mm或0.5mm。

QFP封装也采用翼形的电极引脚。

QFP封装的芯片一般都是大规模集成电路,在商品化的QFP芯片中,电极引脚数目最少的28脚，最多可能达到300脚以上，引脚间距最小的是0.4mm（最小极限是0.3mm）,最大的是1.27mm，其外形如图5-11所示。

a）QFP封装集成电路实物b）QFP封装的一般形式c）四角有突出的QFP封装

图5-11QFP封装的集成电路

3.LCCC封装

这是陶瓷芯片载体封装的SMD集成电路中没有引脚的一种封装；

芯片被封装在陶瓷载体上，无引线的电极焊端排列在封装底面上的四边，电极数目为18～156个，间距有1.0mm和1.27mm两种,其外形如图4-44所示。

LCCC引出端子的特点是在陶瓷外壳侧面有类似城堡状的金属化凹槽和外壳底面镀金电极相连，提供了较短的信号通路，电感和电容损耗较低，可用于高频工作状态，如微处理器单元、门阵列和存储器。

LCCC集成电路的芯片是全密封的，可靠性高但价格高，主要用于军用产品中，并且必须考虑器件与电路板之间的热膨胀系数是否一致的问题。

a）无引线A型b）无引线B型c）无引线C型d）无引线D型

图5-12LCCC封装的集成电路

4.PLCC封装

PLCC是集成电路的有引脚塑封芯片载体封装，它的引脚向内钩回，叫作钩形（J形）电极，电极引脚数目为16～84个，间距为1.27mm，封装结构如图4-45所示。

PPLCC封装的集成电路大多是可编程的存储器。

芯片可以安装在专用的插座上，容易取下来对其中的数据进行改写；

为了减少插座的成本，PLCC芯片也可以直接焊接在电路板上，但用手工焊接比较困难。

PLCC的外形有方形和矩形两种，方形的称为JEDECMO-047；

矩形的称为JEDECMO-052。

外形尺寸如图5-13、5-14所示。

图5-13PLCC封装结构

a）方形PLCCb）矩形PLCC

图5-14PLCC的外形尺寸

5.BGA封装

BGA是大规模集成电路的一种极富生命力的封装方法。

20世纪90年代后期，BGA方式已经大量应用。

导致这种封装方式出现的根本原因是集成电路的集成度迅速提高，芯片的封装尺寸必须缩小。

BGA方式封装的大规模集成电路如图4-47所示。

BGA封装是将原来器件PLCC／QFP封装的J形或翼形电极引脚，改变成球形引脚；

把从器件本体四周“单线性”顺列引出的电极，变成本体底面之下“全平面”式的格栅阵排列。

这样，既可以疏散引脚间距，又能够增加引脚数目。

目前，使用较多的BGA的I／O端子数是72～736，预计将达到2000。

焊球阵列在器件底面可以呈完全分布或部分分布。

a）PBGAb）CBGAc）μBGAd）BGA的外观照片

图5-15大规模集成电路的几种BGA封装结构

八、表面贴装元器件的包装方式

表面组装技术比通孔插装能提供更多的包装选择。

然而，所有的元件必须相容，以保证产品的可靠性。

例如，元件尺寸、端头和涂敷形式的不统一都将影响产品和可靠性。

表面组装元器件的大量应用，是由表面组装设备高速发展促成的。

同时，高速度、高密度、自动化的组装技术要求，又促进了表面组装设备和表面组装元器件包装技术的开发。

表面组装元器件的包装形式已经成为SMT系统中的重要环节，日益受到科研单位和组装设备生产厂家的重视，要求包装标准化的愿望也日益迫切。

1．编带包装

表面贴装元器件的编带包装如图5-16所示。

（a）编带包装（b）料带

图5-16编带包装料带盘及料带

2．管式包装

管式包装主要用来包装矩形片式电阻、电容以及某些异形和小型器件，主要用于SMT元器件品种很多且批量小的场合。

表面贴装元器件的管式包装如图5-17所示。

包装时将元件按同一方向重叠排列后一次装入塑料管内（一般100～200只/管）,管两端用止动栓插入贴装机的供料器上，将贴装盒罩移开，然后按贴装程序，每压一次管就给基板提供一只片式元件。

图5-17管式包装

3．托盘包装

托盘包装是用矩形隔板使托盘按规定的空腔等分，再将器件逐一装入盘内，一般50只/盘，装好后盖上保护层薄膜。

托盘有单层、3、10、12、24层自动进料的托盘送料器。

表面贴装元器件的托盘包装如图5-18所示。

这样包装方法开始应用时，主要用来包装外形偏大的中、高、多层陶瓷电容。

目前，也用于包装引脚数较多的SOP和QTP等器件。

（a）装有实物的托盘（b）空托盘

图5-18托盘包装

4．散装

散装是将片式元件自由地封入成形的塑料盒或袋内，贴装时把塑料盒插入料架上，利用送料器或送料管使元件逐一送入贴装机的料口。

这种包装方式成本低、体积小。

但适用范围小，多为圆柱形电阻采用。

散装料盒的型腔要与元件、外形尺寸于供料架匹配。

SMT元器件的包装形式也是一项关键的内容，它直接影响组装生产的效率，必须结合贴装机送料器的类型和数目进行最优化设计

九、表面组装元器件使用要求

SMT在电路安装生产中成为电子工业的支柱产业，原因在于SMC和SMD的体积小质量轻、互联性好、组装密度高、寄生阻抗小、高频性能好、可冲击振动性能高、具有良好的自动化生产程度可大幅提高生产效率，现在SMD已经广泛用于PC、程控交换机、移动电话、寻呼机、对讲机、电视机、VCD机、数码相机等为数众多的电子产品中。

目前，世界生发达国家SMC和SMD的片式化率已达到70%以上，全世界平均片式化率达到40%，而我国的片式化率不到30%，因此应将SMT、SMD、SMC等新工艺和新型电子元器件作为电子工业的发展重点。

采用SMT工艺与过去传统的“插件+手工焊”工艺对生产设备的要求和元器件的选用、PCB的设计、工艺、工序的安排有很大的不同，在设计中就应全盘考虑，统一规划。

因为设计质量不仅仅是由电路设计的先进性和电路原理的可行性所决定，同时要统筹安排SMC和SMD的选择、PCB设计和板上布局、工艺流程的先后次序及合理安排等。

即电子元器件的采购和生产制造工艺在设计初期就应融于设计师的主导思想中，并落实在具体产品生。

十、表面组装元器件的发展趋势

表面组装元器件发展至今，已有多种封装类型的SMC/SMD用于电子产品的生产。

IC引脚间距由最初的1.27mm发展至0.8mm、0.65mm、0.4mm、0.3mm，SMD由SOP发展到BGA、CSP以及FC，其指导思想仍是I/O越来越好。

新型器件有许多的优越性，例如CSP不仅是一种芯片级的封装尺寸，而且是可确认的优质芯片（KGD），体积小、重量轻、超薄（仅次于FC），但也存在一些问题，特别时能否适应大批量生产。

一种新型封装结构的器件，尽管有无限的优越性，但如果不能解决工业化生产的问题，则不能称为好的封装。

CSP就是因其制作工艺复杂，即CSP制作中需要用微孔基板，否则难以实现芯片与组件板的互连，从而制约了它的发展。

新型IC封装的趋势必然具有尺寸更小、I/O更多、电气性能更高、焊点更可靠、散热能力更强，并能实现大批量的生产能力。

1．MCM级的模块化芯片

目前，MCM是以多芯片组件形式出现的，一旦它的功能具有通用性，组件功能会演化成器件的功能，它不仅具有强大的功能，而且具有互换性，并有可能实现大批量生产。

2．芯片电阻网络化

目前已经面世的电阻网络由于标准化和设计限制，尚未能广泛推广。

若在芯片上集成无源元件，再随芯片一起封装，将会使器件的功能更强大。

3．SIP

SIP称为系统级封装或封装内系统（SystemInaPackage），是多芯片封装进一步发展的产物。

SIP中可封装不同类型的芯片，芯片之间可进行信号存取和交流，从而实现一个系统所具备的功能。

4．SOC

SOC称为芯片上系统（SystemOnaChip）又称为系统单芯片，它的意义就是在单一芯片上具备一个完整的系统运作所需的IC，这些主要IC包括处理器，输入/输出装置，将各功能组快速连接起来的逻辑线路、模拟线路，以及该系统运作所需要的内存。

这种将系统级的功能模块集成在一块芯片上使集成度更高，器件的端子数为300～400左右，是典型的硅圆片级封装。

5．SOI硅绝缘技术

对硅芯片技术的深入研究，使得SOI技术得以崭露头角，SOI技术能与硅集成工艺完全相容，完全继承了硅材料与硅集成电路的成果，并有自己独特的优势。

CMOS金属氧化物半导体是超大规模集成电路发展的主流，硅绝缘CMOS是全介质隔离的，无栓锁效应，有源区面积小，寄生电容小，泄露电流小，在集成电路的各个领域有广泛应用。

SOI技术的成功为三维集成电路提供了实现的可能性，也为进一步提高集成电路的集成度和速度开辟了一个新的发展方向。

因此，SOI技术的出现必将会给现有的IC封装形式带来新的挑战。

6．纳米电子器件

纳米技术的研究为微电子技术开创了新的前途和应用领域。

美国从1982年就开始研究量子耦合器件，德国、法国、日本等国家也都在近年加大了对纳米技术的投入。

美国TI公司是最早开始研究纳米器件的公司，这些纳米器件包括量子耦合器件、模拟谐振隧道器件、量子点谐振隧道二级管、谐振隧道晶体管、纳米传感器、微型执行器以及与这两者有关的MEMS系统。

美国IBM公司与日本日立公司制作中央研究所都已研制成功单电子晶体管、量子波器件。

纳米电子器件可采用GaAs（砷化镓）材料制作，也可以用Si-Ge器件。

由于纳米材料的特殊性能，使得纳米电子器件具有更优良的性能。

如量子耦合器件的研究使在一块芯片上用0.1mm的工艺技术集成1兆个器件成为可能，此时在单片集成电路上就能实现极其复杂的系统。

由此，我们可以相信，纳米技术的应用将导致微电子器件产生突破性的进展。

第二节表面贴装焊接技术

一、SMT再流焊技术

再流焊又称回流焊，主要是用于各种SMT电路产品的焊接安装，它是随着电子产品的微型化而发展起来的一种新的焊接技术。

这种焊接技术的焊料是焊膏。

焊膏是将焊料加工成粉末状，再加以适当的液态粘合剂和助焊剂调制成具有一定流动性的糊状焊膏。

使用时用焊膏将元器件粘在印制板上，通过加热使焊膏中的焊料再次熔化流动浸润，以达到将元器件焊接到印制板上的目的。

再流焊（ReflowSoldering），亦称回流焊是预先在PCB焊接部位（焊盘）施放适量和适当形式的焊料，然后贴放表面组装元器件，经固化（在采用焊膏时）后，再利用外部热源使焊料再次流动达到焊接目的的一种成组或逐点焊接工艺。

再流焊接技术能完全满足各类表面组装元器件对焊接的要求，因为它能根据不同的加热方法使焊料再流，实现可靠的焊接连接。

再流焊与波峰焊接技术相比具有以下一些特征：

1、它不像波峰焊接那样，要把元器件直接浸渍在溶融的焊料中，所以元器件受到的热冲击小。

但由于其加热方法不同，有时会施加给器件较大的热应力。

2、仅在需要部位施放焊料，能控制焊料施放量，能避免桥接等缺陷的产生。

3、当元器件贴放位置有一定偏离时，由于溶融焊料表面张力的作用，只要焊料施放位置正确，就能自动校正偏离，使元器件固定在正常位置。

4、可以采用局部加热热源，从而可在同一基板上，采用不同焊接工艺进行焊接。

5、焊料中一般不会混入不纯物。

使用焊膏时，能正确地保持焊料的组成。

再流焊工艺流程如图5－19所示：

图5－19再流焊工艺流程

（1）印焊膏。

印焊膏工序一般是由自动丝网印刷机如同油印一样将焊膏涂在印制板上。

（2）贴装元器件。

由SMT自动贴片机的机械手将元器件精确贴装在印制板正确的位置上。

（3）再流焊接。

贴装好元器件的印制板安装在再流焊机的传送轨道上，通过一条温度隧道进行再流焊接。

再流焊的加温过程一般可分为：

预热、加热、焊接和降温等几部分。

由石英玻璃板和石英陶瓷板提供红外线热源，电脑控制风扇电机形成不同温度的热风微循环。

再流焊机的内部温度被严格设定，各温区温度通过电脑预设，准确而均匀。

（4）清洗。

经过焊接的电路板还要用乙醇、去离子水或其它有机溶剂进行清洗。

但很难解决安全防火、能源消耗和污染排放等问题。

现在很多厂家采用免清洗助焊剂进行焊接，从而省去了清洗的步骤，也更加有利于环保。

（5）测试与返修。

检验焊接是否合格，不合格的将被挑出进行返修。

二、贴片元件的手工焊接技术

在维修和小批量生产中对引脚较少的SMT元器件，如电阻器、电容器、晶体管等表面贴装元器件，通常采用手工直接焊接。

1、工具和材料

手工进行贴片元器件焊接要准备：

25W的尖头电烙铁一把，烙铁尖要细，顶部的宽度不能大于1mm。

有条件的可使用带温度调节控制的电烙铁。

尖头镊子一把，用来移动和固定元器件。

焊锡丝和助焊剂当然也是必需的，焊锡丝要选择细的，一般不要超过7.5mm。

另外最好还准备台灯放大镜和去锡铜编织带，这样在焊接时能看得清楚些，在焊锡过量或有桥接时可用铜编织带吸去多余的焊锡。

2、焊接方法

以焊接SMT电阻为例：

（1）焊接前要对焊盘处理一下，涂上助焊剂，有氧化的焊盘要先镀上锡。

（2）先在一个焊盘上熔上少量的焊锡（只需非常少的量），再用镊子将SMT器件定位到你期望的焊盘位置。

如图5－20（a）所示。

（3）小心地用镊子抓紧固定SMT器件，同时用烙铁加热已熔上少量的焊锡焊盘，待焊锡熔化,用镊子将SMT器件的一端稍推到焊盘，一定要使焊接端和焊盘