电路组装技术.docx

1、电路组装技术 电路组装技术概述电子组件是构成电子装备的细胞随着电子元器件的发展和更新换代电子电路装联技术出向着更高一级技术阶段发展从而导致新一代电子装备的诞生。概括起来电子电路装联技术的发展分为五个阶段或称五代现在已进入第五代发展时期如表1-1所示。表1-1 电子元器件和电子电路装联技术的发展项目第一代(1950- )第二代(1960- )第三代(1970-)第四代(1980-)第五代(1985-)代表产品真空管收音机品体管彩色电视机录象机整体型录象机有源组件真空管轴向引线组件集成电路大规模集成电路超大概模集电路无源组件带长管脚的大型电压元器件半自动插装径向引线组件表面贴装元器件异形组件复合表

2、面贴装组件三维结构装联技术手工焊接浸焊自动插装自动表面贴装机器人CAD/CAM多层混合贴装单面酚醛纸板浸焊熔焊再流焊微电子焊接电路板金属底盘双面异通孔柔性两面组装陶瓷基板金属蕊基板高密度多层(通孔)陶瓷多层金属初总之电子电路装联技术的发展受元器件所支配一种新型元器件的诞生总是要导致装联技术的一场革命。展望21世纪随着硅微技术的发展电路装联技术将向”高密度集成”方向大踏步前进从而使电子装备大缩小体积减轻重量降低功耗。提高可靠性使21世纪的”灵巧电子装备”机器人”等智能电子系统成为现实。表面组装技术概述 表面组装技术国外叫 Surface Mount Technology,简称SMT国内有多种译名

3、根据电子行业标准我们将SMT叫表面组装技术。1. 表面组装技术定义 表面组装技术是一种无需在印制板上钻插装孔直接将表面组装元器件贴焊到印制电路板表面规定位置上的电路装联技术。 具体的说表面组装技术就是一定的工具将表面组装元器件引脚对准预先涂覆了了粘剂接剂和焊膏的焊盘图形上把表面组装组件贴装元器件贴装到未钻安装孔的PCB表面上然后经过波峰焊或再流焊使表面组装元器件和电路之间建立可可靠的机械和电气连接元器件各焊点在电路路基板一侧如图2.所示 二表面组装技术的组成 1.1 表面组装技术的组成如图2.2所示。 封装设计结构尺寸端子形式耐焊性等 表面组装元器件 制造技术 包装编带式棒式托盘散装等 表电路

4、基板枝术 单(多)层PCB陶瓷基板瓷釉金属基板等 组装设计 电设计热设计元器件布局和电路布线设计焊盘图形设计 组装方式和工艺流程 组装材料 组装工艺技术 组装技术 组装设术 1.2 表面组装工艺概要三表面组装工艺技术的组成 图2-3列出表面组装工艺技术的组成。 涂敷材料 粘接剂焊料焊膏 组装材料 工艺材料 焊剂清洗剂热转换介质 涂敷技术 点涂针转印印(丝网印刷模板印) 贴装技术 顺序式在线式同时代 焊接方法 双波峰喷射波峰等 流动焊接 粘接剂涂敷 点涂针转印 粘接剂固化 紫外红外激光等 焊接技术 组装技术 焊接方法 焊膏法预置焊料法 表 再流焊接 焊膏涂敷 印刷 面 加热方法 气相红外激光等

5、组 清洗技术 溶剂清洗水清洗 装 检测技术 非接触式检测接触式测试 工 返修技术 执空气对流传导加热 艺 涂敷设备 点涂器印刷机针式转印机 技 贴装机 顺序式贴装机同时式贴装机以线式贴装系统 术 焊接设备 双波峰焊接设备喷射式波峰焊接设备各种再流焊接设备 组装设备 清洗设备 溶剂清洗机水清洗机 测试设备 各种外观检测设备在线测试仪功能测试仪 返修设备 热空气对流返修工具和设备传导加热返修设备和工具 四表面组装和通孔插装的比较 从PCB元器件和组件形态等方面进行比较都可以发现SMT和THT存在有许多差异但从组装工艺角度分析SMT和THT的根本区别是”插”和”贴”的区别这两种截然不同的电路组装技术

6、用了外形结构完全不同的两种类型的电子元器件。电子电路装联技术的发展主要受元器件类型所支配一块PCB或陶瓷基板电路组件的功能主要来源于电子元器件和互连导体组成的电路组件。通孔插装技术是在PCB的背面从安装插入元器件而在电器面(正面)进行焊接元器件主体和焊接接头分别在电路板两侧面SMT是在基板的同一侧进行元器件贴装和焊接元器件主体和焊接接头同在电路板一侧。工艺上的这个特征反映了这两类元器件及其包装形式的差异并决定了工艺工艺装备的结构和性能都存在很大差别。 五表面组装方式 组装了SMC/SMD的电路基板叫做表面组装组件(简称SMA), 他集中体现了SMT的特征。在不同的应用场合对SMA的高密度高功能

7、和高可靠性有不同的要求只有采用不同的方式进行组装才能满足之些要求。根据电子设备对SMA的形态结构功能要求组装特点和所用电路基板类型(单面和双面板)将表面组装分为三类六种组装方式如表2-1所示更全面的分类将在高级教材中介绍。 六表面组装工艺流程 表面组装方式确定后就可以根据需要和具体条件(或可能)选择合理的工艺流程不同的组装方式有不同的工艺流程。同一种组装方式出可以有不同的工艺流程这主要取决于所用元器件的类型和电子装备对电路组件的要求以及生产的实际条件。不同组装方式的典型流程有十几种在实际生产中具体应用的工艺流程则更多这里就不一一列举了图2-4仅列出单面表面组装工艺流程这是最简单的全表面组装典型

8、工艺流程。貼裝SMC涂敷焊膏組裝開始來料檢測 涂敷粘接劑(遷用)焊膏烘干粘接劑固化最終 檢測再流焊清洗图2-4 单面板全表面组装典型工艺流程 七什么是表面组装元器件 表面组装元器件是60年代开发70年代后期在国际市场上流行的新型电子元器件国际上简称为表面组装元器件Surface Mount Components(简称SMC)或Surface Mount Devices(简称SMD)。最初的表面组装元器件是用于厚膜 混合集成电路的外贴元器件主要是无引线矩形片式电阻器和陶器独石电容器国外把这些组件叫做”Chip Components”,国内曾叫做”片式组件”。后来(80年代初)又出现了圆柱形立方体

9、和异形结构的无引线元器件它们已超越了”片状”片式”和”无引线”等说法都不能确切的反映表面组装元器件。其具体定义是表面组装元器件是外形为矩形片状圆柱形立方体或异形其焊端或引脚制作在同一平面内并适合于表面组装工艺的电子元器件。目前电子元器件的发展日新月异正向0603或更小化微型化发展日东公司推出的贴片机(CP40L/LVCP45FV)均能适应其发展。图3-1示出表面元器件的类型。 类别封装形式种类无源表面组装组件矩形片式厚膜和薄膜电阻器独石陶瓷电容器单层陶瓷电容器热敏电阻等圆柱形碳膜电阻器金属膜电阻器MELF陶瓷电容器热敏电容器异形半固定电阻器电位器钽电解电容器微调电容器线绕电感器等有源表面组装器

10、件陶瓷组件(扁平封装)无引线陶瓷蕊片载体(LCCC)有引线陶瓷蕊片载体塑料组件(扁平封装)小型模塑二极管(SOD)小型模塑晶体管(SOT)/小型模塑集成电路(SOIC)有引线塑封蕊片载体(PLCC)小型J型组件(SOJ)/四方扁平封装(QFP)/BGA和CSP.机电表面组装组件异型连接器变压器延迟器振荡器薄型微电机等二表面组装元器件的引线结构 按照元器件的端子结构表面组装元器件可分为有引线和无引线两种类型。无引线的以无源组件居多有引线的都是特殊短引线结构以有源器件和机电组件为主。表3.2列出了引线结构类型和特征。翼形和”J”形引线是已经使用的两种主要引线结构形式翼形引 于SOIC,”J”形引脚

11、用于PLCC.对接引脚是工业界通过剪切DIP(双列直插封装)得到的。翼形引线的主要优点是能适应薄小间距组件的发展趋势并能使用各种焊接艺进行焊接。这种引线结构比”J”形引线有较低的封装外形。其主要缺点是对于没有角垫的细间距组件来说在货运和使用过程中易使引脚受到损坏。“J”形引线比翼形引线有较大的空间利用系数虽然对焊接工艺的适应性不及翼形引线但引线较硬在货运和使用过程中不易损坏。 人们对对接引线存在异议日本的一些公司对这种引线组件感兴趣但是一般认为对接引线的剪切强度只有”J”形引线和翼形引线的65%并且对贴装和焊接等因素更为敏感。所以对接引线的推广应用尚需经历一段时间。 球栅数组封装是适全表面组装

12、工艺的面数组封装它是装蕊片封装的引出端呈数组式分布在器件体底面上引出端呈球形是适合于高引线数器件的封装现在主要有BGA(球栅数组)和CSP(蕊片规模封装)。三.表面组装元器件的封装技术 上面介绍的无源表面组装组件一般呈片式贺柱形和异表片式和圆柱形阻容组件基本上是无引线封装异形组件采用特殊封装无源表面组装组件都采用了扁平短引线封装形式。基本上有两种类型的封装大多数采用模压塑料封装成本较低另一种是用陶瓷片作载体的封装叫陶瓷封装。除了这两种封装类型外还有金属外壳封装但成本较高。表3.2 表面组装元器件的引线结构类型和特征 研制最早和较成熟的封装是小形模塑封装如小型晶体管(SOT)和小形二极管(SOD

13、)。随着集成电路在消费类电子设备中的应用就把SOT的封装设计概念扩大到14和16引脚的封装出现了小形集成电路(SOIC)大多数是双极逻辑电路这种结构在70年代初大量用于计算器电子表和袖珍收音机。当引脚数超过28根时。SOIC封装失去了真实成本效益于是在70年代末期研制出陶瓷无引线蕊片载体(LCCC),成为广泛应用的表面组装器件的封装。为了降低成本又发展了塑料有引线蕊片载体(PLCC)其引线一般都是”J”形引线。PLCC封装已被定为工业标准封装它出适用于甚大规模集成电路蕊片和多引脚数器件的封装。目前SOIC将逐步变成引脚数少于20的普通封装而引脚数在28根以上的器件采用PLCC封装引脚数为20.

14、22和24的器件这两种封装均可采用。四方扁平封装(QFP)是日本开发的一种PLCC它用于小间距件的封装。BGA是60年代开始研制80年代后期实用化的适全于高引出端的面数组封装CSP是与蕊片尺寸相同或略大的IC封装的总称将成为高I/O端子数IC封装的主流主要用于高档电子产品领域的MCM(多蕊片组件)和超高密度超小型化的消费类电子产品领域特别是I/O端子数在2000以上的高性能电子产品中。另外表面组装薄膜电容器电感器和LC滤波器等分别采用或金属外壳封装。表面组件元器件封装的关键是精密模具没有先进的精密模具制造设备和高超的加工技术这种精密模具就很难制造出来。五.主要表面组装元器件的技术状况 关于无源表面组装元器件和表面组装有源器件由于涉及元器件制造技术的诸多方面超出了中级教材的要求因此这部分内容将在高级教材中专门介绍。 1.表面且装元器件采购准则 关于无源表面组装元器件我国正处于发展阶段随着改革开放的深入发展表面组装元器件在我国将不断扩大其应用领域所以了解其采购准则对正确迁用元器件和确保电路组件的可靠性是非常重要的。下面概括介绍表面组装元器件的采购准则供读者参考。 1.1 首先要广泛了解国内外表面组装元器件制造 厂家的情况优选有限的制造 厂家进