SMT元器件装配教案项目1元件认识汇总.docx
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SMT元器件装配教案项目1元件认识汇总
宜宾职业技术学院教师工作页YibinVocational&TechnicalCollege
项目一
SMT元器件认识
教学班集:
电子11级
学习时间:
8H
子项目
SMT元器件手工焊接训练
学习目标
1、会使用热风枪拆卸SMT元件
2、会认识SMT元器件
工作对象:
SMT元器件和电路板
学习要求:
1、通过拆卸废旧电脑板上的元件,学会使用热风枪;
2、利用废旧电脑板元件认识SMT元器件;
教学实施
教学设计、教学方法描述:
1、教学环境:
SMT实验室
2、工具和仪器:
废旧电脑板
热风枪
镊子,电烙铁
尖嘴钳、锡膏
3、教学方法:
实物展示
目标教学
示范操作
操作训练
目标考核
4、教学设计
●阅读实训指导书
●教师讲解操作步骤并示范
●学生进行操作训练
●检查成果
●再训练
●直至符合操作要求
●考核记录单项成绩
一、教学引入(5分钟)
提出本课完成两个个目标
1、会使用热风枪拆卸SMT元件
2、会认识SMT元器件
二、组织教学(20分钟)
学生三人一小组,设一小组长,三小组为一大组,设一大组长。
小组长和大组长均为技术骨干,有一定管理能力,能起示范带头作用,大组长要负责考核和辅导组员。
另外设课代表一名,负责管理知道、考核统计、分发器材等。
三、教学实施过程
(一)认识使用热风枪
1、认识SUNK0850热风枪
名牌:
认识品牌名称,额定电压和额定功率,生产厂家,联系电话等。
面板:
二合一功能
电烙铁部分:
认识携带的电烙铁、面板上的输出插孔,控制开关,温度调节。
热风枪部分:
认识携带的热风枪、面板上的输出插孔,控制开关,温度调节,风量风速调节等。
2、热风枪使用方法
正确使用热风枪可提高维修效率,如果使用不当,会将手机主板损坏。
如有的维修人员在取下功放或CPU时,发现手机电路板掉焊点,塑料排线座及键盘座被损坏,甚至出现短路现象。
这实际是维修人员不了解热风枪的特性造成的。
因此,如何正确使用热风枪是维修手机的关键。
1.吹焊小贴片元件的方法
手机中的小贴片元件主要包括片状电阻,片状电容,片状电感及片状晶体管等。
对于这些小型元件,一般使用热风枪进行吹焊。
吹焊时一定要掌握好风量,风速和气流的方向。
如果操作不当,不但会将小元件吹跑,而且还会损坏大的元器件。
吹焊小贴片元件一般采用小嘴喷头,热风枪的温度调至2-3挡,风速调至1-2挡。
待温度和气流稳定后,便可用手指钳夹住小贴片元件,使热风枪的喷头离欲拆卸的元件2~3CM,并保持垂直,在元件的上方向均匀加热,待元件周围的焊锡熔化后,用手指钳将其取下。
如果焊接小元件,要将元件放正,若焊点上的锡不足,可用烙铁在焊点上加注适量的焊锡,焊接方法与拆卸方法一样,只要注意温度与气流方向即可。
2.吹焊贴片集成电路的方法
用热风枪吹焊贴片集成电路时,首先应在芯片的表面涂放适量的助焊剂,这样既可防止干吹,又能帮助芯片底部的焊点均匀熔化。
由于贴片集成电路的体积相对较大,在吹焊时可采用大嘴喷头,热风枪的温度可调至3-4挡,风量可调至2-3挡,风枪的喷头离芯片2.5CM左右为宜。
吹焊时应在芯片上方均匀加热,直到芯片底部的锡珠完全熔解,此时应用手指钳将整个芯片取下。
需要说明的是,在吹焊此类芯片时,一定要注意是否影响周边元件。
另外芯片取下后,手机电路板会残留余锡,可用烙铁将余锡清除。
若焊接芯片,应将芯片与电路板相应位置对齐,焊接方法与拆卸方法相同。
3、用热风枪练习拆卸SMT元器件
每个学生发放一块废旧电脑主板,这种电脑主板可以在实训中心的机房维修部能找到很多,废物利用,有利于教学。
用热风枪拆卸电脑板上的SMT元件:
教师示范,用热风枪拆卸SMT元器件,然后让学生练习操作。
因为是废旧电脑板来练习,不怕损坏电路板和元件
一组一组的进行练习,组长首先学会操作,然后知道组员操作,给组员打单项成绩,全组组员的成绩会影响组长的成绩。
教师巡回知道、示范、纠正错误操作。
4、热风枪使用注意事项
1).热风枪的喷头要垂直焊接面,距离要适中。
2).热风枪的温度和气流要适当。
3).吹焊手机电路板时,应将备用取下,以免电池受热而爆炸。
4).吹焊结束时,应及时关闭热风枪电源,以免手柄长期处于高温状态,缩短使用寿命。
5).热风枪使用时或刚使用过后,不要去碰触喷嘴;热风枪的把手必需保持干燥、干净且远离油品或瓦斯。
6).热风枪要完全冷却后才能存放。
7).不可将热风枪与化学类(塑料类)的刮刀一起使用。
8).使用后应将喷嘴或刮刀的干油漆清除掉以免着火。
9).须在通风良好的地方使用,因为从铅制品的油漆去除的残渣是有毒的。
10).不能将热风枪当作吹风机使用。
11).不可直接将热风对着人或动物。
(二)、认识SMT元器件
指导学生认识电脑主板上的各种SMT元器件:
电阻、电容、电感、集成电路芯片等等。
1SMT(贴片)元器件
1)、SMT元器件的特点
表面安装元器件也称作贴片式元器件或片状元器件,它有两个显著的特点:
⑴SMT元器件的体积比传统的元器件小很多;或者说,与同样体积的传统电路芯片比较,SMT元器件的集成度提高了很多倍。
⑵SMT元器件直接贴装在印制电路板的表面,将电极焊接在与元器件同一面的焊盘上。
这样,印制板上的通孔只起到电路连通导线的作用,孔的直径仅由制作印制电路板时金属化孔的工艺水平决定,通孔的周围没有焊盘,使印制电路板的布线密度大大提高。
2、SMT元器件的种类和规格
表面安装元器件基本上都是片状结构。
这里所说的片状是个广义的概念,从结构形状说,包括薄片矩形、圆柱形、扁平异形等;表面安装元器件同传统元器件一样,也可以从功能上分类为无源元件(SMC,SurfaceMountingComponent)、有源器件(SMD,SurfaceMountingDevice)和机电元件三大类。
表面安装元器件按照使用环境分类,可分为非气密性封装器件和气密性封装器件。
非气密性封装器件对工作温度的要求一般为0~70℃。
气密性封装器件的工作温度范围可达到-55~+125℃。
气密性器件价格昂贵,一般使用在高可靠性产品中。
片状元器件最重要的特点是小型化和标准化。
已经制定了统一标准,对片状元器件的外型尺寸、结构与电极形状等都做出了规定,这对于表面安装技术的发展无疑具有重要的意义。
1)、无源元件SMC
SMC包括片状电阻器、电容器、电感器、滤波器和陶瓷振荡器等。
应该说,随着SMT技术的发展,几乎全部传统电子元件的每个品种都已经被“SMT化”了。
如图.1所示,SMC的典型形状是一个矩形六面体(长方体),也有一部分SMC采用圆柱体的形状,这对于利用传统元件的制造设备、减少固定资产投入很有利。
还有一些元件由于矩形化比较困难,是异形SMC。
图.1SMC的基本外形
片状元器件可以用三种包装形式提供给用户:
散装、管状料斗和盘状纸编带。
SMC的阻容元件一般用盘状纸编带包装,便于采用自动化装配设备。
⑴表面安装电阻器
表面安装电阻器按封装外型,可分为片状和圆柱状两种。
在图.2中,(a)图是片状表面安装电阻器的外形尺寸示意图,(b)图是圆柱形表面安装电阻器的结构示意图。
表面安装电阻器按制造工艺可分为厚膜型和薄膜型两大类。
片状表面安装电阻器一般是用厚膜工艺制作的:
在一个高纯度氧化铝(Al2O3,9%)基底平面上网印RuO2电阻浆来制作电阻膜;改变电阻浆料成分或配比,就能得到不同的电阻值,也可以用激光在电阻膜上刻槽微调电阻值;然后再印刷玻璃浆覆盖电阻膜并烧结成釉保护层,最后把基片两端做成焊端。
圆柱形表面安装电阻器可以用薄膜工艺来制作:
在高铝陶瓷基柱表面溅射镍铬合金膜或碳膜,在膜上刻槽调整电阻值,两端压上金属焊端,再涂覆耐热漆形成保护层并印上色环标志。
图.2表面安装电阻器的尺寸与结构示意图
⑵表面安装电阻网络
表面安装电阻网络是电阻网络的表面安装形式。
目前,最常用的表面安装电阻网络的外形标准有:
0.150英寸宽外壳形式(称为SOP封装)有8、14和1根引脚;0.220英寸宽外壳形式(称为SOMC封装)有14和1根引脚;0.295英寸宽外壳形式(称为SOL封装件)有1和20根引脚。
⑶表面安装电容器
①表面安装多层陶瓷电容器
表面安装陶瓷电容器以陶瓷材料为电容介质,多层陶瓷电容器是在单层盘状电容器的基础上构成的,电极深入电容器内部,并与陶瓷介质相互交错。
电极的两端露在外面,并与两端的焊端相连。
多层陶瓷电容器的结构如图.3所示。
图.3多层陶瓷电容器的结构示意图
表面安装多层陶瓷电容器所用介质有三种;COG、X7R和Z5U。
其电容量与尺寸、介质的关系见表.4。
表.4不同介质材料的电容量范围
型号
COG
X7R
Z5U
0805C
120C
1812C
10~50pF
80~1500pF
1800~500pF
120pF~0.012μF
0.01~0.033μF
0.039~0.12μF
0.033~0.10μF
0.12~0.47μF
表面安装多层陶瓷电容器的可靠性很高,已经大量用于汽车工业、军事和航天产品。
②表面安装钽电容器
表面安装钽电容器以金属钽作为电容器介质。
除具有可靠性很高的特点外,与陶瓷电容器相比,其体积效率高。
表面安装钽电容器的外型都是矩形,按两头的焊端不同,分为非模压式和塑模式两种,目前尚无统一的标注标准。
以非模压式钽电容器为例,其尺寸范围为:
宽度1.27~3.81mm,长度2.54~7.239mm,高度1.27~2.794mm。
电容量范围是0.1~100μF。
直流电压范围为4~25V。
⑷表面安装电感器
表面安装电感器,矩形片状形式的电感量较小,其尺寸一般是4532或321(公制),电感量在1μH以下,额定电流是10~20mA;其他封装形式的可以达到较大的电感量或更大的额定电流,图.4是一种方形扁平封装的互感元件。
图.4一种表面安装电感器
⑸SMC的焊端结构
无引线片状元件SMC的电极焊端一般由三层金属构成,如图.5所示。
图.5SMC的焊端构成
焊端的内部电极通常是采用厚膜技术制作的钯银(Pd-Ag)合金电极,中间电极是镀在内部电极上的镍(Ni)阻挡层,外部电极是铅锡(Sn-Pb)合金。
中间电极的作用是,避免在高温焊接时焊料中的铅和银发生置换反应而导致厚膜电极“脱帽”,造成虚焊或脱焊。
镍的耐热性和稳定性好,对钯银内部电极起到了阻挡层的作用;但镍的可焊接性较差,镀铅锡合金的外部电极可以提高可焊接性。
⑹SMC元件的规格型号表示方法
目前,我国尚未对SMT元件的规格型号表示方法制定标准,因生产厂商而不同。
市场上销售的SMT元件,部分是国外进口,其余是用从国外厂商引进的生产线生产的,其规格型号的命名难免带有原厂商的烙印。
下面各用一种贴片电阻和贴片电容举例说明。
电子整机产品制造企业在编制设计文件和生产工艺文件、指导采购订货及元器件进厂检验、通过权威部门对产品的安全性认证时,都需要用到元器件的这些规格型号。
2)、SMD分立器件
SMD分立器件包括各种分立半导体器件,有二极管、三极管、场效应管,也有由两、三只三极管、二极管组成的简单复合电路。
⑴SMD分立器件的外形尺寸
典型SMD分立器件的外形尺寸如图.所示,电极引脚数为2~个。
图.典型SMD分立器件的外形尺寸
二极管类器件一般采用二端或三端SMD封装,小功率三极管类器件一般采用三端或四端SMD封装,四端~六端SMD器件内大多封装了两只三极管或场效应管。
⑵二极管
·无引线柱形玻璃封装二极管
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。
通常用于稳压、开关和通用二极管,功耗一般为0.5~1W。
·塑封二极管
塑封二极管用塑料封装管芯,有两根翼形短引线,一般做成矩形片状,额定电流150mA~1A,耐压50~400V。
⑶三极管
三极管采用带有翼形短引线的塑料封装(SOT,ShortOut-lineTransistor),可分为SOT23、SOT89、SOT143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。
·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,两条连在一起的引脚是集电极。
各厂商产品的电极引出方式不同,在选用时必须查阅手册资料。
SMD分立器件的包装方式要便于自动化安装设备拾取,电极引脚数目较少的SMD分立器件一般采用盘状纸编带包装。
3)、SMD集成电路
SMD集成电路包括各种数字电路和模拟电路的SSI~ULSI集成器件。
由于工艺技术的进步,SMD集成电路的电气性能指标比THT集成电路更好一些。
常见SMD集成电路封装的外形如图2.7所示。
与传统的双列直插(DIP)、单列直插(SIP)式集成电路不同,商品SMD集成电路按照它们的封装方式,可以分成下列几类:
⑴SO(ShortOut-line)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、电极引脚数目少于18脚的,叫做SOP(ShortOut-linePackage)封装,见图.7(a);其中薄形封装的叫作TSOP封装;0.25in宽的、电极引脚数目在20~44以上的,叫做SOL封装,如图.7(b)所示。
SO封装的引脚采用翼形电极,引脚间距有1.27mm、1.0mm、0.8mm、0.5mm和0.5mm。
⑵QFP(QuadFlatPackage)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),薄形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形状,见图.7(c)。
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有20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。
⑶LCCC(LeadlessCeramicChipCarrier)封装——这是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18~15个,间距1.27mm,其外形如图.7(d)所示。
⑷PLCC(PlasticLeadedChipCarrier)封装——这也是一种集成电路的矩形封装,它的引脚向内钩回,叫做钩形(J形)电极,电极引脚数目为1~84个,间距为1.27mm,其外形如图所示。
PLCC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,容易取下来对它改写其中的数据;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。
常见SMD集成电路封装的外形
4)、大规模集成电路的BGA封装
BGA(BallGridArray)是大规模集成电路的一种极富生命力的封装方法。
对于大规模集成电路的封装来说,20世纪90年代前期主要采用QFP(QuadFlatPackage)方式,而90年代后期,BGA方式已经大量应用。
应该说,导致这种封装方式改变的根本原因是,集成电路的集成度迅速提高,芯片的封装尺寸必须缩小。
图.10QFP和BGA封装的集成电路比较
图.11大规模集成电路的几种BGA封装结构
3、表面安装元器件的基本要求及使用注意事项
1)、SMT元器件的基本要求
表面安装元器件应该满足以下基本要求:
⑴装配适应性——要适应各种装配设备操作和工艺流程。
·SMT元器件在焊接前要用贴装机贴放到电路板上,所以,元器件的上表面应该适用于真空吸嘴的拾取。
·表面组装元器件的下表面(不包括焊端)应保留使用胶粘剂的能力。
·尺寸、形状应该标准化,并具有良好的尺寸精度和互换性。
·包装形式适应贴装机的自动贴装。
·具有一定的机械强度,能承受贴装应力和电路基板的弯曲应力。
⑵焊接适应性——要适应各种焊接设备及相关工艺流程。
·元器件的焊端或引脚的共面性好,适应焊接条件。
再流焊235±5℃,焊接时间2±0.2S;
波峰焊20±5℃,焊接时间5±0.5S。
·可以承受焊接后采用有机溶剂进行清洗,封装材料及表面标识不得被溶解。
2)、使用SMT元器件的注意事项
⑴表面组装元器件存放的环境条件:
·环境温度库存温度<40℃;
生产现场温度<30℃;
·环境湿度<RH0%;
·环境气氛库存及使用环境中不得有影响焊接性能的硫、氯、酸等有毒气体;
·防静电措施要满足SMT元器件对防静电的要求;
·元器件的存放周期从元器件厂家的生产日期算起,库存时间不超过两年;整机厂用户购买后的库存时间一般不超过一年;假如是自然环境比较潮湿的整机厂,购入SMT元器件以后应在三个月内使用。
⑵对有防潮要求的SMD器件,开封后72小时内必须使用完毕,最长也不要超过一周。
如果不能用完,应存放在RH20%的干燥箱内,已受潮的SMD器件要按规定进行去潮烘干处理。
⑶在运输、分料、检验或手工贴装时,假如工作人员需要拿取SMD器件,应该佩带防静电腕带,尽量使用吸笔操作,并特别注意避免碰伤SOP、QFP等器件的引脚,预防引脚翘曲变形。
3)、SMT元器件的选择
选择表面安装元器件,应该根据系统和电路的要求,综合考虑市场供应商所能提供的规格、性能和价格等因素。
主要从以下两方面选择。
⑴SMT元器件类型选择
·选择元器件时要注意贴片机的精度。
·钽和铝电容器主要用于电容量大的场合。
·PLCC芯片的面积小,引脚不易变形,但维修不够方便。
·LCCC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。
·机电元件最好选用有引脚的元件。
⑵SMT元器件的包装选择
SMC/SMD元器件厂商向用户提供的包装形式有散装、盘状编带、管装和托盘,后三种包装的形式如图.12所示。
①散装。
无引线且无极性的SMC元件可以散装,例如一般矩形、圆柱形电容器和电阻器。
散装的元件成本低,但不利于自动化设备拾取和贴装。
图.12SMT元器件的包装形式
②盘状编带包装。
编带包装适用于除大尺寸QFP、PLCC、LCCC芯片以外的其他元器件,如图.12(a)所示。
SMT元器件的包装编带有纸带和塑料带两种。
纸编带主要用于包装片状电阻、片状电容、圆柱状二极管、SOT晶体管。
纸带一般宽8mm,包装元器件以后盘绕在塑料架上。
塑料编带包装的元器件种类很多,各种无引线元件、复合元件、异形元件、SOT晶体管、引线少的SOP/QFP集成电路等。
纸编带和塑料编带的一边有一排定位孔,用于贴片机在拾取元器件时引导纸带前进并定位。
定位孔的孔距为4mm(元件小于0402系列的编带孔距为2mm)。
在编带上的元件间距依元器件的长度而定,取4mm的倍数。
③管式包装。
管式包装主要用于SOP、SOJ、PLCC集成电路、PLCC插座和异形元件等,从整机产品的生产类型看,管式包装适合于品种多、批量小的产品。
④托盘包装。
四、项目考核
考核内容:
1、考核学生掌握热风枪使用的情况
2、考核学生认识SMT元器件的情况
考核方法:
教师考核各组组长技能掌握情况,打处单项成绩
各组组长考核组员操作过程中技能掌握的情况,打出单项成绩
教师抽查少数同学技能掌握情况,验证组长所打出的单项成绩是否属实。
课代表记录全部本次单项成绩。
实习报告:
按要求撰写
课
后
小
结
任务设计可行性评价:
教学不足与改进措施:
任务
布置
课后任务:
完成实习报告,预习实习指导书后续内容。