第二章表面组装元器件

第二章、表面组装元器件2.1表面组装元器件的特点、种类和规格2.1.1特点1、定义:表面组装元器件是指无引脚元器件。SMC:指表面组装无源元件，如片式电阻、电容、电感称为。SMD:指有源器件，如小外形晶体管(SOT)及四方扁平组件(QFP)。2、特点：(1)在表面组装器件的电极上，完全没有引线，或只有非常短小的引线，引线间距小。(2)表面组装元器件直接贴装在PCB的表面，将电极焊接在与元器件同一面的焊盘上。2.1.2种类和规格1、按结构形状分：薄片矩形、圆柱形、扁平异形。2、按功能分：无源元件SMC、有源器件SMD和机电元件。3、按使用环境分：非气密性封装器件和气密性封装器件。§2.2表面组装无源元件(SMC)2.2.1SMC的外形尺寸表示及技术参数1、外形尺寸矩形六面体、圆柱体、异形矩形SMC系列型号的表示方法:前两位表示长度、后两位表示宽度如3216矩形贴片元件，长=3.2mm，宽=1.6mm2、标称数值的表示SMC元件种类用型号加后缀的方法表示:如3216C、2012R(1)片式元件标称数值表示方法:3216、2012、1608系列片状SMC的标称数值用标在元件上的三位数字表示，前两位是有效数，第三位是倍率成数。如电阻器表面印有114，表示阻值110kΩ(2)圆柱型电阻器三色环四色环五色环精度为±1％的精密电阻器还可以用两位数字代码加一位字母代码表示。（查表）普通电阻器标注精密电阻器标注2.2.2表面组装电阻器1、普通表面组装电阻器(图)按制造工艺分为:厚膜薄膜按封装外形分为:片状采用厚膜工艺制造圆柱形(MELF)采用薄膜工艺2、表面组装电阻排(图)是电阻网络的表面组装形式按结构分为SOP型、芯片功率型、芯片载体型、芯片阵列3、表面组装电位器(片式电位器)(1)敞开式结构:无外壳保护，适用于消费类产品而且只能用于再流焊工艺(2)防尘式结构:有外壳保护，性能好，适用于高档消费电子产品(3)微调式结构:精细调节，性能好，价格昂贵，适用于投资类电子整机中(4)全密封式结构:调节方便、可靠、寿命长2.2.3表面组装电容器1、陶瓷系列电容器(MLC)以陶瓷材料为电容介质，通常是无引脚结构可靠性高，用于汽车、军事和航空航天产品。2、电解电容器铝电解电容器:异型结构/钽电解电容器:片状矩形3、云母电容器以天然云母为电介质，一般为矩形片状耐热性好、损耗低，用于无线通信和硬盘系统中2.2.4表面组装电感器1、绕线型表面组装电感器：工字形(开磁路、闭磁路)、槽形、棒形、腔体。2、多层型表面组装电感器(MLCI)特点:(1)可靠性高(2)磁路闭合，不干扰也不受干扰，适宜高密度组装(3)无引线，小型化3、卷绕型表面组装电感器优点:尺寸较小、成本低缺点:圆柱形故接触面积小，因此组装性不好2.2.5其他表面组装元件1、片式滤波器(1)片式抗干扰滤波器(EMI滤波器)作用:抑制同步信号中的高次谐波噪声，防止信号失真(2)片式LC滤波器(3)片式表面波滤波器(晶体滤波器)2、片式振荡器:陶瓷、晶体、LC2.2.6SMC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：内部是钯银合金电极中间是镍阻挡层:避免高温焊接时元件厚膜电极脱帽导致虚焊或脱焊；对内部电极起保护阻挡作用。外部是铅锡合金:提高可焊接性2.2.7SMC元件的规格型号的表示方法容量误差J表示±5％G表示±2％F表示±1％包装形式T表示编带包装B表示散装§2.3表面组装器件(SMD)2.3.1表面组装分立器件包括各种分立半导体，有二极管、晶体管、场效应管，也有由2、3支晶体管、二极管组成的简单复合电路。1、表面组装分立器件的外形电极引脚数为2~6个二极管:2端或3端封装；小功率晶体管:3端或4端封装；4~6端SMD内大多封装两支晶体管或场效应管。2、表面组装元件(SMD)引脚形状翼形钩形球形I形针形2、表面组装二极管无引线柱形玻璃封装二极管:稳压开关、通用二极管片状塑料封装二极管:矩形片状3、小外形塑封晶体管(SOT)采用带翼形短脚引线的塑料封装2.3.2表面组装集成电路1、集成电路的封装定义：是指安装半导体集成电路芯片用的外壳，它不仅起着安放、固定、密封、保护芯片和增强电热性能的作用，而且还是沟通芯片内部与外部电路的桥梁，芯片上的接点用导线连接到封装外壳的引脚上，这些引脚又通过印制电路板上的导线与其他元器件建立连接。2、封装方式(1)SO封装:引线比较少的小规模集成电路一般采用这种小型封装。大多采用翼形引脚SOP封装:芯片宽度小于0.15in，引脚在8～40之间SOL封装:芯片宽度在0.25in以上，引脚在44以上SOW封装:芯片宽度在0.6in以上，引脚在44以上(2)QFP封装(20世纪90年代主要采用的方式)定义:矩形四面都有电极引脚的表面组装集成电路称作QFP封装。封装的芯片一般是大规模集成电路。采用翼形引脚PQFP:封装的芯片四角有突出TQFP:薄型封装，厚度小于1.0mm或0.5mm(3)LCCC封装是陶瓷芯片载体封装的表面组装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。优点:全封闭式、可靠性高主要用于军用产品中(4)PLCC封装PLCC是集成电路的有引脚塑封芯片载体封装，引脚采用钩形引脚，大多用于可编程存储器。(5)PGA封装(大规模集成电路的封装，BGA前身)CPU集成度增加和个人用户更换更方便PGA封装:将CPU引脚由翼形引脚改成针形引脚缺点:必须配合专用插座、封装成本高(5)大规模集成电路的BGA封装发展缘由:集成电路的集成度迅速提高，封装尺寸必须缩小。电极采用球形引脚球形引脚优点:尺寸小利于高密度组装；再流焊时有自校准效应，降低了贴片精度，提高组装可靠性。BGA品种:陶瓷BGA(CBGA)、塑料BGA(PBGA)、微型BGA(Micro-BGA、μBGA、CSP)2.3.4集成电路封装形式的比较与发展1、封装比概念=芯片面积/封装面积比值越接近1，封装面积越接近芯片本身面积2、封装形式的发展过程与比较：DIP、SIP:20世纪70年代的直插封装SO、LCCC、PLCC、QFP:20世纪80年代的芯片载体封装BGA:20世纪90年代μBGACSP(封装比为1：1.1，芯片尺寸封装)MCM(多芯片组件)§2.4表面组装元器件的包装方式与使用要求2.4.1表面组装元器件的包装包装方式分为：1、散装:无引线且无极性的表面组装元器件2、盘状编带包装：纸编带、塑料编带3、管式包装：SOP、SOJ、PLCC4、托盘包装：QFP、SOP、PLCC、BGA2.4.2表面组装元器件的要求1、装配适应性:要适应各种装配设备操作和工艺流程。(1)对元器件上表面的要求(2)对元器件下表面的要求(3)对元器件尺寸、形状的要求(4)对元器件包装形式的要求(5)对元器件机械强度的要求2、焊接适应性:适应各种焊接设备及相关工艺流程。(1)对元器件焊端和引脚的要求(2)对元器件耐高温性能的要求(3)焊接后清洗工艺对元器件的要求2.4.3表面组装元器件使用注意事项1、表面组装元器件存放的环境条件2、有防潮要求的表面组装器件3、运输、分料、检验或手工贴装时，操作工人应带防静电腕带，使用吸笔4、剩余表面组装器件的保存方法2.4.4表面组装元器件的选择1、选择元器件时要注意贴片机的贴装精度水平。2、钽铝电解电容器主要用于电容量大的场合。3、集成电路的引脚形式与焊接设备及工作条件有关，是必须考虑的问题。4、机电元件大多由塑料构成骨架，塑料骨架容易在焊接时受热变形，最好选用有引脚露在外面的机电元件。第三章、表面组装印制板的设计与制造印制电路：是一种附着于绝缘基材表面，用于连接电子元器件的导电图形。印制电路板：简称印制板或PCB(PrintedCircuitBoard),是指印制电路的成品板。为了区别THT与SMT所用基板不同：通孔插装元器件所用的PCB称为插装印制板表面贴装元器件所用的印制板称为SMB§3.1SMT印制电路板的特点和材料3.1.1SMT印制电路板的特点SMB与传统插装印制电路板相比，特点如下：(1)高密度:间距小、引脚多(100～500)(2)小孔径:金属化孔、盲孔、埋孔(3)热膨胀系数低:以适应与器件的匹配性(4)耐高温性能好:双面贴装元器件两次再流焊(5)平整度高:元器件引脚与焊盘密切配合3.1.2基板材料1、有机类基板材料——CCL用增强材料浸以树脂粘合剂，然后烘干成坯料，而后覆上铜箔，最后经高温高压而制成，因此也称为覆铜箔层压板(CCL),即覆铜板。2、无机类基板材料主要是指陶瓷板和瓷釉包覆钢基板1、环氧玻璃纤维电路基板(1)组成:环氧树脂和玻璃纤维(2)优点:具有良好的延展性和强度，既可作单面、也可作双面和多层PCB。(3)制作过程:将玻璃纤维布浸入到环氧树脂中制成层板在层板的单面或双面粘压铜箔(4)常用层板2、陶瓷电路基板(1)基板材料:96％氧化铝(2)优点:①热膨胀系数和PLCC匹配，所以可以获得良好的焊点可靠性②适用于芯片制造过程中的真空蒸发工艺③耐高温、表面光洁度好、化学稳定性高(3)缺点:无法适应自动化生产需求，价格昂贵3、组合结构的电路基板(1)瓷釉包覆钢基板优点:克服陶瓷基板外形受限和介电常数高的缺点缺点:热膨胀系数较高瓷釉覆盖的铜-殷钢电路基板:热膨胀系数可调整到与LCCC匹配，介电常数也低，适合高速电路基板(2)金属板支撑的薄电路基板组成结构:在一般电路板的制造工艺上把电路板经绝缘体后粘贴在金属支撑板上。也可在金属支撑板的两面都贴上覆铜电路板，此时相当于多层电路板。优点:①支撑板可作为接地和散热用②机械支撑作用大大增强，从而保持尺寸稳定性(3)柔性层结构的电路基板定义:将多片未加固的树脂片层压而成的树脂层。优点:吸收焊点部分应力，提高焊点可靠性(4)约束芯板结构的电路基板分类:金属金属芯基板，非金属铜-铟瓦-铜多层印制板——结构，优点3.1.3SMB基材的相关参数(1)玻璃化转变温度(Tg)定义:聚合物(有机材料)的特点是在一定温度下基材形态会发生变化，这个临界温度被称为玻璃化转变温度。选择基板材料时，Tg要比电路的工作温度高，尽可能接近工艺中的最高温度，否则电路板的热应力会使SMT元器件引脚损坏。(2)热膨胀系数:是指每单位温度变化引起材料尺寸的线性变化量。膨胀应力在X、Y方向与Z方向的差异导致金属化孔的损坏，应尽量选择热膨胀系数低的电路板。采取措施:凹蚀工艺；控制多层板层数(径深比)；使用CET小的材料；采用盲孔、埋孔技术(3)耐热性:一般要求具有250ºС/50s的耐热性(4)电气性能:电路信号的传输速率υ(m/s)υ=kc/ε,ε为介电常数衡量电气性能主要指标:ε和tgδ，ε越大，信号传输速率越低；tgδ越大，信号损失越大(5)平整度采取措施:锡铅合金热风整平工艺、镀金工艺、涂敷有机耐热预焊剂(6)特性阻抗Zo定义:印制线路传输中遭遇的阻力称为特性阻抗，简称Zo。传输线的负载阻抗等于传输线的特性阻抗，此时信号在传输过程中能量损失最小，此时信号能得到完整的传输。采取措施:提高半固化片厚度的精度、控制铜箔厚度、控制导线宽度、选择合适的介电常数3.1.4CCL常用的字符代号国标GB/T4721-1992中规定用几个英文字母和两位阿拉伯数字表示。(1)第一个字母C表示铜箔(2)第二三个字母表示基材所用的树脂(3)第四五个字母表示增强材料特殊情况:后面加“G”的意义(4)字母末尾用一短横线连接两位数字表示同类不同性能的产品编号特殊情况:后面加“F”的意义3.1.5CCL的铜箔种类与厚度铜箔按制造方法分