表面贴装技术.docx

资源描述

表面贴装技术.docx

《表面贴装技术.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《表面贴装技术.docx（37页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

表面贴装技术.docx

表面贴装技术

第一章电子组装的基本概念、功能及发展趋势1

1.1电子制造业1

1.2表面贴装技术1

第二章表面组装元器件2

2.1表面组装元件的命名方法2

2.2SMC/SMD包装类型2

2.3常用电子元器件介绍2

2.7表面组装器件3

2.7.1片式二极管3

2.7.2SOT系列片式晶体管3

2.7.3SOP翼型小外形封装3

2.7.4QFP翼型扁平四方封装3

2.7.5SOJJ型小外形封装3

2.7.6PLCC塑料有引脚芯片载体3

2.7.7LCCC无引脚陶瓷封装芯片载体3

2.7.8BGA/CSP球形栅格阵列封装4

2.7.9PQFN方形扁平无引脚塑料封装4

2.8表面组装元器件的包装方式与使用要求4

第三章表面组装印制板的设计与制造4

3.1印制电路板的定义及作用4

3.2PCB分类5

3.3常用印制电路板的基板材料5

3.3.1纸基CCL5

3.3.2环氧玻璃布基CCL5

3.3.3复合基CCL5

3.3.4金属基CCL6

3.3.5陶瓷基CCL6

3.3.6柔性CCL6

3.4评估SMB基材的相关参数6

3.4.1玻璃化转变温度6

3.4.2热膨胀系数6

3.4.3PCB分解温度6

3.4.4耐热性6

3.4.5电气性能6

3.5对印制电路板的要求6

3.6PCB制造工艺6

3.7印制电路板的发展趋势7

3.8PCB设计包含的内容7

3.9设计流程7

3.10PCB布局设计7

3.10.1PCB的外形设计和拼板设计7

3.10.2PCB的整体布局设计8

3.10.3元器件排列方向设计8

3.11PCB布线设计的基本原则8

3.12表面组装元器件的焊盘设计8

第四章焊膏及焊膏印刷技术8

4.1锡铅焊料合金8

4.1.1电子产品焊接对焊料的要求9

4.1.3锡铅合金相图与焊料特性9

4.2无铅焊料合金9

4.3焊膏9

4.4模板10

4.5焊膏印刷机理10

4.6印刷机概述11

4.7常见印刷缺陷分析11

第五章贴片胶涂覆及贴片技术12

5.1贴片胶12

5.2贴片胶的涂敷12

5.3贴片概念和过程13

5.4贴片设备13

第六章波峰焊接技术13

6.1波峰焊接原理及分类13

6.2波峰焊主要材料及波峰焊机设备组成14

6.3波峰焊接工艺15

6.4波峰焊接缺陷与分析15

6.4.1润湿不良、虚焊16

6.4.2锡球16

6.4.3冷焊16

6.4.4焊料不足17

6.4.5包锡17

6.4.6冰柱17

6.4.7桥接18

6.4.8其他缺陷18

第七章再流焊接技术18

7.1再流焊技术19

7.2再流焊加热系统19

7.3再流焊机传动系统19

7.4再流焊工艺19

7.4.3再流焊缺陷分析19

7.4.3.1桥连19

7.4.3.2立碑20

7.4.3.3锡珠20

7.4.3.4元件偏移20

7.4.3.5润湿不良20

7.4.3.6裂纹21

7.4.3.7气孔21

7.5几种常见的再流焊技术21

7.6再流焊技术的新发展21

第八章测试、清洗及返修技术22

8.1SMT检测技术概述22

8.2来料检测22

8.3在线测试技术23

8.4自动光学检测与自动X射线检测23

8.5几种测试技术的比较24

8.6清洗技术25

8.7返修技术25

SummarizedbyLiYueon14thApril2016

第1章电子组装的基本概念、功能及发展趋势

1.1电子制造业

◆硅片制备流程：

长晶-单晶锭-端点移除和直径研磨-主平面形成-晶圆切片-边角磨光-研磨-晶圆刻蚀-抛光-晶圆检视

◆芯片制备流程：

增层-光刻和刻蚀-掺杂-热处理

◆封装的功能：

1.固定密封保护芯片、方便运输

2.电气信号互联

3.电源管理和热耗散

◆封装形式：

SIP、DIP、SOP、SOJ、QFP、BGA、CPGA、LCCC

◆电子组装：

根据电路原理图对各种电子元器件、机电元器件和基板进行互连、安装和调试使之成为电子产品的过程

1.2表面贴装技术

◆定义：

需对印制板钻插装孔，直接将片式元器件或适合于表面贴装的微型元器件贴、焊到印制板或其他基板表面规定位置上的装联技术

◆优点：

1.结构紧凑、组装密度高、体积小、重量轻

2.高频特性好

3.有利于提高可靠性

4.适合自动化生产、生产效率高

5.成本低

◆SMT与THT的比较

◆电子组装工艺：

1　单面组装工艺：

来料检测=>丝印焊膏=>贴片=>烘干=>回流焊接=>清洗=>检测=>返修

2　双面组装工艺：

PCB的A面丝印焊膏=>贴片=>固化=>A面回流焊接=>清洗=>翻板=>PCB的B面丝印焊膏=>贴片=>烘干=>回流焊接=>清洗=>检测=>返修

来料检测=>PCB的A面丝印焊膏=>贴片=>固化=>A面回流焊接=>清洗=>翻板=>PCB的B面点贴片胶=>贴片=>固化=>B面波峰焊=>清洗=>检测=>返修

3　双面混装工艺：

PCB的A面丝印焊膏=>贴片=>烘干=>回流焊接=>插件，引脚打弯=>翻板=>PCB的B面点贴片胶=>贴片=>固化=>翻板=>波峰焊=>清洗=>检测=>返修

◆SMT现场静电放电的危害：

静电吸附：

半导体介质击穿、失效

静电击穿：

硬击穿-破坏器件软击穿-降低器件性能

◆静电防护方法：

使用静电防护材料、泄露与接地、导体静电（接地）、非导体静电（离子风机、静电消除剂、控制环境湿度、静电屏蔽）

◆防静电措施：

静电安全工作台、防静电文件袋、防静电腕带、防静电容器、防静电工作服、防静电工作鞋、防静电接地、离子风静电消除器、防静电测试台

第2章表面组装元器件

◆表面组装元器件特点：

体积小，重量轻、高频特性好、有利于提高可靠性、耐振动，抗冲击、适合自动化生产、有利于降低成本

◆分类：

SMC（片式元件）、SMD

◆表面组装元器件的基本要求：

外形适合表面贴装、尺寸形状标准化、包装形式适合自动贴装要求、具有一定的机械强度，能承受贴装应力和基板的弯折应力、焊端或引脚符合可焊性要求、符合再流焊和波峰焊的耐高温焊接要求、可承受有机溶剂的洗涤

◆无铅对元器件的要求：

（1）高温对元器件封装的影响：

对封装材料的耐温性要求提高

高温对器件内部连接的影响：

内部连接焊料与外部连接焊料之间的温差

（2）无铅焊接对元器件焊端表面镀层的要求：

无铅、抗氧化、耐高温、与无铅焊料生成良好的界面合金

2.1表面组装元件的命名方法

◆SMC封装命名：

用外形尺寸长度和宽度命名：

如英制0805，公制2012，1inch=25.4mm

◆SMC标称值：

前几位为有效数字，最后一位为倍数乘积：

如3位100，4位0100，3位乘数代码法39X

◆SMD封装命名：

以器件外形命名：

LCCC，SOT，SOJ，SOP，SIP，DIP，BGA，PGA，QFP

2.2SMC/SMD包装类型

◆包装编带、散装包装、管状包装、托盘包装

2.3常用电子元器件介绍

◆片式陶瓷电阻器

◆圆柱片式电阻器

◆小型固定电阻网络

◆片式微调电位器：

密封式：

可清洗敞开式：

无外壳，适合再流焊，不适合波峰焊，不可清洗

◆片状多层瓷介电容器

◆片式云母电容器

◆片式钽电容器

◆片式铝电容器

◆片式可调电容器

◆片式多层瓷介电容器

◆片式变压器

◆表面贴装开关

◆贴片式轻触开关

◆表面贴装连接器

◆表面贴装继电器

2.7表面组装器件

◆表面贴装半导体分立器件种类：

二极管、三极管、半导体特殊器件

◆集成电路的定义：

在极小的硅单晶片上，利用半导体工艺制作许多晶体二极管、三极管、电阻器、电容器等，并连续能完成特定功能的电子电路，然后封装在一个外壳中，构成集成电路。

◆集成电路的分类：

按制造工艺和结构分：

半导体、膜块、混合集成电路

按集成度分：

小、中、大

按应用领域分：

军用品、工业品、民用品

按使用功能分：

数字电路、微处理器、存储器

按半导体工艺分：

双极型电路、CMOS电路、双极型MOS电路

◆通孔插装IC器件的封装形式：

1　DIP：

适合在PCB上穿孔，操作方便；芯片面积与封装面积较大；引脚间距为2.54mm；外部引脚易在插拔中损坏

2　PGA：

采用专门的PGA插座，用于插拔比较频繁的场合；引脚间距：

2.54，1.27mm

◆表面贴装的集成电路分类：

按引脚形状：

羽翼形、J形、球形、无引线引线框架形

按封装形式：

PQFP，PBGA，CSP，FCOB，WLCSP

2.7.1片式二极管

◆圆柱形（MELF）片式二极管：

玻璃封装，外形尺寸有Φ1.5mm×3.5mm和Φ2.7mm×5.2mm

◆矩形片式二极管：

塑料封装，封装尺寸为3.8mm×1.5mm×1.1mm，引脚有J形和L形两种

2.7.2SOT系列片式晶体管

2.7.3SOP翼型小外形封装

SOP、SOIC、SSOIC、TSOP

2.7.4QFP翼型扁平四方封装

◆特点：

I/O数多，引出角多，占PCB面积大

引脚易变形，易失去共面性，但引脚的柔性能帮助释放应力，改善焊点的可靠性

引脚的最小间距为0.32mm

◆分类：

带角耳的PQFP、长方形PQFP、正方形PQFP、CQFP

2.7.5SOJJ型小外形封装

◆特点：

引脚间距：

1.27mm

与翼型引脚相比，引脚比较粗，不易变形

引脚在器件的底部位置，检测和修板不方便

2.7.6PLCC塑料有引脚芯片载体

◆特点：

引脚中心距：

1.27mm

与QFP比较，占PCB面积小，引脚不易变形

J形引脚在器件底部，检测和修板不方便

2.7.7LCCC无引脚陶瓷封装芯片载体

◆特点：

引脚中心距：

1.27mm

陶瓷全密封封装，价格昂贵

需考虑与电路板的热膨胀系数匹配

2.7.8BGA/CSP球形栅格阵列封装

◆BGA的优点：

与OFP相比，相同引脚的情况下，其占用面积小，高度低

封装可靠性高

散热性能好，芯片工作温度低

引线短，导线的自感和导线的互感很低，器件引脚之间的信号干扰小，频率特性好

与相同引脚数的QFP相比，组装工艺相对比较容易

与OFP相比，共面性较好

◆BGA的缺点：

由于BGA的尺寸较大，因此对PCB的平整度要求较高，要求PCB的热变形小

印制电路板的层数增加，成本增加

焊后检测困难，返修困难

◆与BGA相比，CSP的优点：

封装小，更平整，有利于提高再流焊质量

高导热性

更短的互联，使阻抗低、干扰小、噪声低、屏蔽效果好、更适合高频领域

◆CSP的缺点：

底部需要填充

印制电路板的层数增加，成本较BGA增加1.5~2倍

焊后检测困难，返修困难

2.7.9PQFN方形扁平无引脚塑料封装

◆特点：

体积小、重量轻；底部或侧面有散热盘；内部引脚与焊盘之间的导电路径短，电性能优越

2.8表面组装元器件的包装方式与使用要求

◆包装方式：

散装、盘状编带包装、管式包装、托盘包装

◆基本要求：

装配适应性：

适用于真空吸嘴吸取

下表面应保留使用胶黏剂的空间

尺寸、形状标准化

包装形式适应贴片机的自动贴装

具有一定机械强度

焊接适应性：

焊端或引脚共面性好，满足贴装焊接要求

高温性能好，适应焊接条件

可承受焊后有机溶剂的清洗

第3章表面组装印制板的设计与制造

3.1印制电路板的定义及作用

◆PCB定义：

在一块不导电的平板上，支撑着按照一定图形排列的导体阵列，而导体的几何图形被设计为用作元器件之间的互连以及元器件连接到其子系统或主系统的通路

◆PCB的发展方向：

提高密度、减少成本、减少错误、连接缩短，提高性能、小型化

◆印制电路板在电子产品中的作用：

为电子元器件的组装提供安装、固定和支撑基板

实现电气连接和绝缘

为安装、检验和维修提供识别标志和字符

在特殊电路中提供某些电气性能，如特性阻抗、电磁屏蔽等

3.2PCB分类

3.3常用印制电路板的基板材料

3.3.1纸基CCL

◆制备：

采用纤维纸+粘合剂，经烘干-覆铜箔-高温高压工艺制成

◆特点：

纸基疏松，只能冲孔，不宜钻孔；吸水性高；介电常数及机械性能不如环氧板；价格低；只适合制作单面板，在焊接过程中应注意温度调节，并注意PCB的干燥处理，防止温度过高引起PCB出现起泡现象；主要应用在消费类电子产品中

3.3.2环氧玻璃布基CCL

◆制备：

采用环氧玻璃布+粘合剂，经烘干-覆铜箔-高温高压工艺制成

◆特点：

可以冲孔和采用高速钻孔技术，通孔孔壁光滑，金属化效果好；

吸水性低，易高速钻孔，机械性能，电气性能好；

广泛用于单面、双面、多层板

适合制作中高档电子产品中

产品有阻燃型和非阻燃型之分

3.3.3复合基CCL

◆CEM1-覆铜板：

主要性能优于纸基覆铜板；优秀的机械加工性能；成本比玻璃纤维布覆铜板低。

◆CEM-3覆铜板：

基本性能相当于FR-4覆铜板；优秀的机械加工性能；使用条件与FR-4覆铜板相同；成本低于FR-4覆铜板

3.3.4金属基CCL

◆分类：

金属基板、包覆型金属基板、金属芯基板

◆金属基CCL的优点：

优异的散热性能、良好的加工性能、优异的尺寸稳定性、电磁屏蔽性、电磁特性

3.3.5陶瓷基CCL

◆特点：

散热性好，热导率大；尺寸稳定性好；耐热性好；机械强度高；高频性能好

◆材料：

陶瓷基材分为结晶玻璃类和玻璃加填料类，主要以氧化铝为填料

3.3.6柔性CCL

3.4评估SMB基材的相关参数

3.4.1玻璃化转变温度

◆定义：

聚合物在某一温度条件下，基材结构发生变化，在这个温度之下，基材又硬又脆，称玻璃态；在这个温度之上，基材变软，机械强度明显变低，称橡胶态或皮革态。

这种决定材料性能的临界温度称为玻璃化转变温度

◆要求：

Tg应高于电路工作温度

无铅工艺要求高Tg

3.4.2热膨胀系数

◆定义：

环境每升高一度单位长度的材料所伸长的长度

3.4.3PCB分解温度

◆定义：

树脂材料的物理和化学分解温度，当PCB加热到其重量较少5%时的温度

3.4.4耐热性

3.4.5电气性能

◆主要有：

介电常数、介电损耗、抗电强度、绝缘电阻、抗电弧性能、吸水率

3.5对印制电路板的要求

◆SMT对PCB的要求：

外形尺寸稳定，翘曲度小于0.0075mm/mm

焊盘镀层平坦

热膨胀系数小，导热系数高

耐热性要求

铜箔的附着强度高，可焊性好

抗弯强度高

电性能要求：

介电常数、耐压、绝缘性能符合产品要求

BGA、CSP等高密度PCB采用埋孔或盲孔的多层板

◆无铅焊接对PCB的要求：

除了必须具备耐强热之品质外，其它如机械强度、电气特性、耐化性、与制程匹配性等亦均不可牺牲

◆应对无铅焊接对PCB材料的应对：

提高熔点、兼顾Tg与PN固化、掺入无机填料、有机性填料

3.6PCB制造工艺

◆制造工艺的分类：

加成法工艺、减成法工艺

◆加成法的优点：

避免大量刻蚀铜，降低了生产成本

比减成法工艺减少了约1/3的生产工序，提高了效率

能达到齐平导线和齐平表面的要求，从而能制造高精度印制板

由于孔壁和导线同时化学镀铜，孔壁和板面上的导电图形的镀铜层厚度均匀一致，提高了金属化孔的可靠性，也能满足高厚径比印制板小孔内镀铜的要求

◆减成法的优点：

工艺成熟、稳定可靠

◆加成法工艺流程：

催化的层压板-钻孔-涂敷电镀抗蚀层-化学镀铜-褪膜

◆减成法工艺流程：

覆铜板层压-钻孔-制作通孔导电层-整板电镀铜-覆盖通孔的电路图形-在铜上刻蚀电路图形-褪膜

◆半加成法工艺流程：

覆盖板层压-钻孔-制作通孔导电层-涂敷电镀抗蚀层-曝光后的图形电镀铜-褪膜-闪速刻蚀全部表面

3.7印制电路板的发展趋势

◆当前国际先进的PCB制造技术发展动向：

PCB制造技术要适应超高密度组装、高速度要求

为适应复合组装化，PCB制造技术与半导体技术、SMT组装技术紧密结合

要适应新功能器件的组装要求

要适应低成本要求

3.8PCB设计包含的内容

◆PCB设计的要求：

PCB体积越来越小、密度越来越高、层数越来越多，具备整体布局、抗干扰能力、工艺和可制造性

3.9设计流程

◆印刷电路板的主要步骤：

系统规格

系统功能方块图

将系统分割成几个PCB

决定使用封装方法和各PCB的大小

绘出所有PCB的电路概图

初步设计的仿真运作

创建印制板生产使用数据和贴装生产使用数据

◆PCB设计的一般原则：

确保电路原理图组件图形与实物相一致以及电路原理图中网络连接的正确性

不仅考虑原理图的网络连接关系，而且要考虑电路工程的一些要求（线宽度、组件的高频特性、组件的阻抗和抗干扰等）

考虑印制电路板整机系统安装的要求（便于安装、系统调试和散热）

考虑印制电路板的可制造性要求（制造、测试、返修）

考虑印制板的实用性和可靠性，同时减少板层和面积，降低成本

3.10PCB布局设计

3.10.1PCB的外形设计和拼板设计

◆PCB的外形设计：

外形和尺寸设计、厚度设计

◆PCB的定位孔和夹持边设计

◆拼板设计：

设计要求（便于加工、工艺由SMT制造工艺确定、有基准标志、可采用双数拼板正反面各半）、分离技术（邮票版、V形槽）

3.10.2PCB的整体布局设计

◆一般布局：

均匀分布：

尽可能均匀，分散布置

平行排列：

美观并易于装焊