SMT表面贴装核心技术.docx

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SMT表面贴装核心技术

SMT表面贴装技术

SMT表面贴装技术,这是一种新型元件组装技术,SMT是英文SurfaceMountTechnology简称,中文就是表面贴装技术了,SMT和以往电子元件组装技术,有组装密度高、电子产品体积小、重量轻，可靠性高,抗振能力强,焊点缺陷率低,高频特性好,易于实现自动化这些特点,因此,当前越来越多产品,都倾向于使用SMT技术了.如下,简介某些关于SMT基本知识,但愿理解一下SMT技术朋友们,看完后,对SMT会有一种基本理解.

某些关于SMT基本知识

◆SMT特点

组装密度高、电子产品体积小、重量轻，贴片元件体积和重量只有老式插装元件1/10左右，普通采用SMT之后，电子产品体积缩小40%~60%，重量减轻60%~80%。

可靠性高、抗振能力强。

焊点缺陷率低。

高频特性好。

减少了电磁和射频干扰。

易于实现自动化，提高生产效率。

减少成本达30%~50%。

节约材料、能源、设备、人力、时间等。

◆为什么要用表面贴装技术（SMT）？

电子产品追求小型化，此前使用穿孔插件元件已无法缩小

电子产品功能更完整，所采用集成电路（IC）已无穿孔元件，特别是大规模、高集成IC，不得不采用表面贴片元件

产品批量化，生产自动化，厂方要以低成本高产量，出产优质产品以迎合顾客需求及加强市场竞争力

电子元件发展，集成电路（IC）开发，半导体材料多元应用

电子科技革命势在必行，追逐国际潮流

◆为什么要用表面贴装技术（SMT）？

电子产品追求小型化，此前使用穿孔插件元件已无法缩小

电子产品功能更完整，所采用集成电路（IC）已无穿孔元件，特别是大规模、高集成IC，不得不采用表面贴片元件

产品批量化，生产自动化，厂方要以低成本高产量，出产优质产品以迎合顾客需求及加强市场竞争力

电子元件发展，集成电路（IC）开发，半导体材料多元应用

电子科技革命势在必行，追逐国际潮流

◆为什么在表面贴装技术中应用免清洗流程？

生产过程中产品清洗后排出废水，带来水质、大地以至动植物污染。

除了水清洗外，应用具有氯氟氢有机溶剂（CFC&HCFC）作清洗，亦对空气、大气层进行污染、破坏。

清洗剂残留在机板上带来腐蚀现象，严重影响产品质素。

减低清洗工序操作及机器保养成本。

免清洗可减少组板（PCBA）在移动与清洗过程中导致伤害。

仍有某些元件不堪清洗。

助焊剂残留量已受控制，能配合产品外观规定使用，避免目视检查清洁状态问题。

残留助焊剂已不断改良其电气性能，以避免成品产生漏电，导致任何伤害。

免洗流程已通过国际上多项安全测试，证明助焊剂中化学物质是稳定、无腐蚀性

◆回流焊缺陷分析：

锡珠（SolderBalls）：

因素：

1、丝印孔与焊盘不对位，印刷不精准，使锡膏弄脏PCB。

2、锡膏在氧化环境中暴露过多、吸空气中水份太多。

3、加热不精准，太慢并不均匀。

4、加热速率太快并预热区间太长。

5、锡膏干得太快。

6、助焊剂活性不够。

7、太多颗粒小锡粉。

8、回流过程中助焊剂挥发性不恰当。

锡球工艺承认原则是：

当焊盘或印制导线之间距离为0.13mm时，锡珠直径不能超过0.13mm，或者在600mm平方范畴内不能浮现超过五个锡珠。

锡桥（Bridging）：

普通来说，导致锡桥因素就是由于锡膏太稀，涉及锡膏内金属或固体含量低、摇溶性低、锡膏容易榨开，锡膏颗粒太大、助焊剂表面张力太小。

焊盘上太多锡膏，回流温度峰值太高等。

开路（Open）：

因素：

1、锡膏量不够。

2、元件引脚共面性不够。

3、锡湿不够（不够熔化、流动性不好），锡膏太稀引起锡流失。

4、引脚吸锡（象灯芯草同样）或附近有连线孔。

引脚共面性对密间距和超密间距引脚元件特别重要，一种解决办法是在焊盘上预先上锡。

引脚吸锡可以通过放慢加热速度和底面加热多、上面加热少来防止。

也可以用一种浸湿速度较慢、活性温度高助焊剂或者用一种Sn/Pb不同比例阻滞熔化锡膏来减少引脚吸锡。

◆SMT关于技术构成

电子元件、集成电路设计制造技术

电子产品电路设计技术

电路板制造技术

自动贴装设备设计制造技术

电路装配制造工艺技术

装配制造中使用辅助材料开发生产技术

◆贴片机：

拱架型（Gantry）：

元件送料器、基板（PCB）是固定，贴片头（安装各种真空吸料嘴）在送料器与基板之间来回移动，将元件从送料器取出，通过对元件位置与方向调节，然后贴放于基板上。

由于贴片头是安装于拱架型X/Y坐标移动横梁上，因此得名。

对元件位置与方向调节办法：

1）、机械对中调节位置、吸嘴旋转调节方向，这种办法能达到精度有限，较晚机型已再不采用。

2）、激光辨认、X/Y坐标系统调节位置、吸嘴旋转调节方向，这种办法可实现飞行过程中辨认，但不能用于球栅列陈元件BGA。

3）、相机辨认、X/Y坐标系统调节位置、吸嘴旋转调节方向，普通相机固定，贴片头飞行划过相机上空，进行成像辨认，比激光辨认耽误一点时间，但可辨认任何元件，也有实现飞行过程中辨认相机辨认系统，机械构造方面有其他牺牲。

这种形式由于贴片头来回移动距离长，因此速度受到限制。

当前普通采用各种真空吸料嘴同步取料（多达上十个）和采用双梁系统来提高速度，即一种梁上贴片头在取料同步，另一种梁上贴片头贴放元件，速度几乎比单梁系统快一倍。

但是实际应用中，同步取料条件较难达到，并且不同类型元件需要换用不同真空吸料嘴，换吸料嘴有时间上延误。

此类机型优势在于：

系统构造简朴，可实现高精度，适于各种大小、形状元件，甚至异型元件，送料器有带状、管状、托盘形式。

适于中小批量生产，也可多台机组合用于大批量生产。

转塔型（Turret）：

元件送料器放于一种单坐标移动料车上，基板（PCB）放于一种X/Y坐标系统移动工作台上，贴片头安装在一种转塔上，工作时，料车将元件送料器移动到取料位置，贴片头上真空吸料嘴在取料位置取元件，经转塔转动到贴片位置（与取料位置成180度），在转动过程中通过对元件位置与方向调节，将元件贴放于基板上。

对元件位置与方向调节办法：

1）、机械对中调节位置、吸嘴旋转调节方向，这种办法能达到精度有限，较晚机型已再不采用。

2）、相机辨认、X/Y坐标系统调节位置、吸嘴自旋转调节方向，相机固定，贴片头飞行划过相机上空，进行成像辨认。

普通，转塔上安装有十几到二十几种贴片头，每个贴片头上安装2~4个真空吸嘴（较早机型）至5~6个真空吸嘴（当前机型）。

由于转塔特点，将动作细微化，选换吸嘴、送料器移动到位、取元件、元件辨认、角度调节、工作台移动（包括位置调节）、贴放元件等动作都可以在同一时间周期内完毕，因此实现真正意义上高速度。

当前最快时间周期达到0.08~0.10秒钟一片元件。

此机型在速度上是优越，适于大批量生产，但其只能用带状包装元件，如果是密脚、大型集成电路（IC），只有托盘包装，则无法完毕，因而尚有赖于其他机型来共同合伙。

这种设备构造复杂，造价昂贵，最新机型约在US$50万，是拱架型三倍以上。

SMT生产工艺流程

SMT基本工艺构成要素

SMT基本工艺构成要素涉及:

丝印（或点胶）,贴装（固化）,回流焊接,清洗,检测,返修

丝印：

其作用是将焊膏或贴片胶漏印到PCB焊盘上，为元器件焊接做准备。

所用设备为丝印机（丝网印刷机），位于SMT生产线最前端。

点胶：

它是将胶水滴到PCB固定位置上，其重要作用是将元器件固定到PCB板上。

所用设备为点胶机，位于SMT生产线最前端或检测设备背面。

贴装：

其作用是将表面组装元器件精确安装到PCB固定位置上。

所用设备为贴片机，位于SMT生产线中丝印机背面。

固化：

其作用是将贴片胶融化，从而使表面组装元器件与PCB板牢固粘接在一起。

所用设备为固化炉，位于SMT生产线中贴片机背面。

回流焊接：

其作用是将焊膏融化，使表面组装元器件与PCB板牢固粘接在一起。

所用设备为回流焊炉，位于SMT生产线中贴片机背面。

清洗：

其作用是将组装好PCB板上面对人体有害焊接残留物如助焊剂等除去。

所用设备为清洗机，位置可以不固定，可以在线，也可不在线。

检测：

其作用是对组装好PCB板进行焊接质量和装配质量检测。

所用设备有放大镜、显微镜、在线测试仪（ICT）、飞针测试仪、自动光学检测（AOI）、X-RAY检测系统、功能测试仪等。

位置依照检测需要，可以配备在生产线适本地方。

返修：

其作用是对检测浮现故障PCB板进行返工。

所用工具为烙铁、返修工作站等。

配备在生产线中任意位置。

一、 单面组装：

来料检测=>丝印焊膏（点贴片胶）=>贴片=>烘干（固化）=>回流焊接=>

清洗=>检测=>返修

二、 双面组装；

A：

来料检测=>PCBA面丝印焊膏（点贴片胶）=>贴片=>烘干（固化）=>

A面回流焊接=>清洗=>翻板=>PCBB面丝印焊膏（点贴片胶）=>贴片=>

烘干=>回流焊接（最佳仅对B面=>清洗=>检测=>返修）

此工艺合用于在PCB两面均贴装有PLCC等较大SMD时采用。

B：

来料检测=>PCBA面丝印焊膏（点贴片胶）=>贴片=>烘干（固化）=>

A面回流焊接=>清洗=>翻板=>PCBB面点贴片胶=>贴片=>固化=>

B面波峰焊=>清洗=>检测=>返修）

此工艺合用于在PCBA面回流焊，B面波峰焊。

在PCBB面组装SMD中，只有SOT或SOIC（28）引脚如下时，宜采用此工艺。

三、 单面混装工艺：

来料检测=>PCBA面丝印焊膏（点贴片胶）=>贴片=>

烘干（固化）=>回流焊接=>清洗=>插件=>波峰焊=>清洗=>检测=>返修

四、 双面混装工艺：

A：

来料检测=>PCBB面点贴片胶=>贴片=>固化=>翻板=>PCBA面插件

=>波峰焊=>清洗=>检测=>返修

先贴后插，合用于SMD元件多于分离元件状况

B：

来料检测=>PCBA面插件（引脚打弯）=>翻板=>PCBB面点贴片胶=>

贴片=>固化=>翻板=>波峰焊=>清洗=>检测=>返修

先插后贴，合用于分离元件多于SMD元件状况

C：

来料检测=>PCBA面丝印焊膏=>贴片=>烘干=>回流焊接=>

插件，引脚打弯=>翻板=>PCBB面点贴片胶=>贴片=>固化=>翻板=>波峰焊=>

清洗=>检测=>返修

A面混装，B面贴装。

D：

来料检测=>PCBB面点贴片胶=>贴片=>固化=>翻板=>

PCBA面丝印焊膏=>贴片=>A面回流焊接=>插件=>B面波峰焊=>清洗=>检测=>

返修

A面混装，B面贴装。

先贴两面SMD，回流焊接，后插装，波峰焊

E：

来料检测=>PCBB面丝印焊膏（点贴片胶）=>贴片=>烘干（固化）=>

回流焊接=>翻板=>PCBA面丝印焊膏=>贴片=>烘干=>

回流焊接1（可采用局部焊接）=>插件=>波峰焊2（如插装元件少，可使用手工焊接）=>清洗=>检测=>返修

A面贴装、B面混装。

六  SMT工艺流程------双面组装工艺

A：

来料检测,PCBA面丝印焊膏（点贴片胶）,贴片,烘干（固化）,A面回流焊接,清洗,翻板;PCBB面丝印焊膏（点贴片胶）,贴片,烘干,回流焊接（最佳仅对B面,清洗,检测,返修）

此工艺合用于在PCB两面均贴装有PLCC等较大SMD时采用。

B：

来料检测,PCBA面丝印焊膏（点贴片胶）,贴片,烘干（固化）,A面回流焊接,清洗,翻板;PCBB面点贴片胶,贴片,固化,B面波峰焊,清洗,检测,返修）

此工艺合用于在PCBA面回流焊，B面波峰焊。

在PCBB面组装SMD

中，只有SOT或SOIC（28）引脚如下时，宜采用此工艺。

表面安装印制板（SMB）特点

作为电子元器件安装和互连使用印制电路板必要适应当前表面安装技术（SMT）迅速发展，现已普遍地把贴装表面安装元器件（SMD）印制板称作表面安装印制板（SMB），它涉及了较简朴单面板、较为复杂双面印制板，也涉及难度高、更为复杂多层板。

    九十年代国际PCB技术是以能生产密度愈来愈高SMB为目的而进行变革、发展。

SMB已成为当前先进PCB制造厂主流产品，几乎100％PCB是SMB。

表面安装印制板与安装插入引线元件印制板相比，有下面某些重要特点。

采用表面安装元、器件后，印制板上金属化孔不再作插入元、器件引线用，在金属化孔内也不再进行锡焊，金属化孔仅仅作为电气互连用，因而可尽量减小孔径，从过去O.5-1.0mm变为O.3、0.2或O.1mm，国外将孔径为0.3-0.5mm孔径称为小孔（SmallHole），将不大于O.3mm如下孔称为微孔（MicroHole），SMB上重要是微孔和小孔，有人预计：

直径不大于0.48mm小孔，在1984年只占5％，到1991增长到31％。

SMT用IC引脚数已高达100一500条，MCM组件更高达1000-条，引脚中心距已从2.54mm缩小到1.27、0.635、O.3175mm，甚至为O.15mm，因而，SMB规定细线、窄间距，线宽从0.2-O.3mm缩小到O.15mm、O.10mm，甚至为0.05mm，从过去两个焊盘间布设两条导线增长到布设3-5条导线，如此很细导线，要用目视来检查缺口、短路和开路是极其困难，有人预计：

线宽不大于O.13mm细线，在1984年只占4％，到1992增长到28％。

由于SMB上要贴装表面安装元件，因而规定导线图形有高精度，特别是焊盘图形精度规定+/-O.05mm，定位精度规定+/-O.05-0.075mm。

由于细线、高精度对基板表面缺陷规定严格，特别是对基板平整度规定更为严格，SMB翘曲度规定控制在0.5％以内，而普通非SMB印制板翘曲度则规定不大于l-1．5％。

规定SMB尺寸稳定性要好，安装无引线芯片载体和基板材料热膨胀系数要匹配，以免在恶劣环境中由于热膨胀值不同产生应力导致引线断裂，需采用膨胀系数较小芳纶、石英纤维基，BT树脂、PI树脂覆铜箔基板，严格环境中可采用铜／因瓦／铜金属芯基板材料。

SMB对焊盘上金属镀（涂）覆层规定平整，电镀锡铅合金经热熔印制板由于热熔过程中锡铅合金融化后表面张力作用普通成圆弧形表面，不利于SMD准拟定位贴装，垂直式热风整平涂覆焊料印制板，由于重力作用，普通焊盘下部比上部较突起，不够平整，也不利于贴装SMD，并且垂直热风整平印制板受热不均匀，板下部受热时间比上部要长，易发生翘曲，因而SMB不适当采用热熔锡铅合金镀层和垂直式热风整平焊料涂覆层，规定用水平式热风整平技术或其他镀（涂）覆技术。

水溶性耐热预焊剂已用来代替热风整平工艺。

SMB上阻焊图形（SolderMask）也规定高精度，惯用网印阻焊图形办法已很难满足高精度规定，因而SMB上阻焊图形大都采用液体感光阻焊剂，由于在SMB上可两面安装SMD，因而SMB还规定板两面都印有阻焊图形及标记符号。

SMB上安装SMD时都采用贴装机，大都采用大拼版进行表面安装，经红外焊或汽相焊后再把SMB逐块分开，因而规定SMB以大拼版形式供应，在生产SMB拼版时要使用V形槽铣切或铣槽留节点办法。

高密度多层SMB多采用盲孔和埋孔技术。

设计中除采用90度布线外，还采用45度斜向布线。

埋孔是在多层板内部连接两个或两个以上内层镀覆孔。

盲孔是连接多层板外层与一种或各种内层向镀覆孔，采用埋孔和盲孔是提高多层板布线密度，减少层数和板面尺寸有效办法，并可大大减少贯通镀覆孔数量。

安装高速电路SMB规定控制特性阻抗，并采用更薄材料，向薄型化发展。