第4章表面组装技术(SMT)

第4章表面组装技术(SMT)一.表面组装技术概述二.表面装配元器件三.SMT组装工艺方案四.电路板组装工艺及设备五.SMT工艺品质分析一.表面组装技术概述1.表面组装技术的发展过程2.SMT的装配技术特点1.表面组装技术的发展过程表面组装技术：SMT，SurfaceMountingTechnology，也称表面装配技术、表面组装技术。它是一种直接将表面组装技术（SMT）元器件贴装、焊接到印制电路板表面规定位置，而无需在板上钻插通孔的电路装联技术。通孔插装技术：THT，Through-HolemountingTechnology。1957年，美国就制成被称为片状元件（ChipComponents）的微型电子组件；60年代中期，荷兰飞利浦公司开发研究表面组装技术（SMT）获得成功。SMT的发展历经了三个阶段：⑴第一阶段（1970～1975年）这一阶段把小型化的片状元件应用在混合电路（我国称为厚膜电路）的生产制造之中。⑵第二阶段（1976～1985年）这一阶段促使了电子产品迅速小型化、多功能化；SMT自动化设备大量研制开发出来。⑶第三阶段（1986～现在）主要目标是降低成本，进一步改善电子产品的性能-价格比；SMT工艺可靠性提高。2.SMT的装配技术特点传统的通孔基板式印制装配技术，主要特点是在印制板上设计好电路连接导线和安装孔，将元器件的引线插进电路板的通孔，在印制板的另一面进行焊接，装配成所需要的电路产品。所谓的表面组装技术，是指把片状结构的元器件或适合于表面组装的小型化元器件，按照电路要求放置在印制板的表面上，用再流焊或波峰焊等焊接工艺装配起来，构成具有一定功能的电子部件的组装技术。１.SMT与通孔基板式PCB安装的差别表面安装技术和通孔插装元器件的方式相比，具有以下优越性：⑴实现微型化。⑵信号传输速度高。⑶高频特性好。(5)有利于自动化生产，提高成品率和生产效率。(4)材料成本低。⑹SMT技术简化了电子整机产品的生产工序，降低了生产成本。２.SMT的发展动态表面组装技术总的发展趋势是：元器件越来越小，安装密度越来越高，安装难度也越来越大。当前，SMT正在以下四个方面取得新的技术进展：（1）元器件体积进一步小型化（2）进一步提高SMT产品的可靠性（3）新型生产设备的研制（4）柔性PCB的表面组装技术二.SMT元器件1.SMT元器件的特点2.SMT元器件的种类和规格(1)SMT元件引脚距离短，目前引脚中心间距最小的已经达到0.3mm。(2)SMT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。1.表面装配元器件的特点2.表面装配元器件的种类和规格SMT元器件基本上都是片状结构。从结构形状分类，有薄片矩形、圆柱形、扁平异形等；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。类别封装形式种类矩形片式厚膜和薄膜电阻器、热敏电阻、压敏电阻、单层或多层陶瓷电容器、钽电解电容器、片式电感器、磁珠等圆柱形炭膜电阻器、金属膜电阻器、陶瓷电容器、热敏电容器、陶瓷晶体等异形电位器、微调电位器、铝电解电容器、微调电容器、线绕电感器、晶体振荡器、变压器等无源表面安装元件SMC复合片式电阻网络、电容网络、滤波器等SMT元器件的分类表1类别封装形式种类圆柱形二极管陶瓷组件（扁平）无引脚陶瓷芯片载体LCCC、有引脚陶瓷芯片载体CBGA有源表面安装器件SMD塑料组件（扁平）SOT、SOP、SOJ、PLCC、QFP、BGA、CSP等机电元件异形继电器、开关、连接器、延迟器、薄型微电机等SMT元器件的分类表21.无源元件SMCSMC包括片状电阻器、电容器、电感器、滤波器和陶瓷振荡器等。长方体SMC是根据其外形尺寸的大小划分成几个系列型号。欧美产品大多采用英制系列，日本产品大多采用公制系列，我国还没有统一标准，两种系列都可以使用。典型SMC系列的外形尺寸（单位：mm/inch）公制/英制型号LWabT3216/12063.2/0.121.6/0.060.5/0.020.5/0.020.6/0.0242012/08052.0/0.081.25/0.050.4/0.0160.4/0.0160.6/0.0161608/06031.6/0.060.8/0.030.3/0.0120.3/0.0120.45/0.0181005/04021.0/0.040.5/0.020.2/0.0080.25/0.010.35/0.0140603/02010.6/0.020.3/0.010.2/0.0050.2/0.0060.25/0.011inch=1000mil；1inch=25.4mm，1mm≈40mil。常用典型SMC电阻器的主要技术参数系列型号3216201216081005阻值范围（Ω）0.39~10M2.2~10M1~10M10~10M允许偏差（％）±1，±2，±5±1，±2，±5±2，±5±2，±5额定功率（W）1/4，1/81/101/161/16最大工作电压（V）2001505050工作温度范围/额定温度（℃）-55~+125/7055~+125/70-55~+125/70-55~+125/70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。⑴表面安装电阻器二种封装外形电阻排SOP（SmallOutlinePackage）封装⑵表面安装电阻排（电阻网络）常见封装外形有：0.150英寸宽外壳形式（称为SOP封装）有8、14和16根引脚；0.220英寸宽外壳形式（称为SOMC封装）有14和16根引脚；0.295英寸宽外壳形式（称为SOL封装件）有16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②表面安装钽电容器钽质电容(TantalumCapacitor)钽质电容(TantalumCapacitor)正极正极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。⑷表面安装电感器贴片电感排贴片电感表面安装电感器⑸SMC的焊端结构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；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SMT元件的规格型号表示方法因生产厂商而不同。如1/8W，470Ω，±5%的陶瓷电阻器：日本某公司生产：RX391G471JTA种类尺寸外形温度特性标称阻值阻值误差包装形式国内某企业生产：RI111/8471J种类尺寸额定功耗标称阻值阻值误差GRM4F6COG102J50PT1000pF，±5%，50V的瓷介电容器:日本某公司生产：材料种类尺寸温度特性标称容量容量误差耐压包装形式国内某企业生产：CC4103CH102J50T材料种类尺寸温度特性标称容量容量误差耐压包装形式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SMD分立器件的外形尺寸⑵二极管•无引线柱形玻璃封装二极管•塑封二极管（a)柱形玻璃封装普通二极管(b)柱形玻璃封装稳压二极管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。MOSFET3.SMD集成电路IC的主要封装形式有QFP，TQFP，PLCC，SOT，SSOP，BGA等。SOP---SmallOutlinePackage.小型封装SSOP---ShrinkSmallOutlinePackage.缩小型封装TQFP---ThinQuadPlatPackage.薄四方型封装QFP---QuadPlatPackage.四方型封装TSSOP---ThinShrinkSmallOutlinePackage.薄缩小型封装PLCC---PlasticLeadedChipCarrie.宽脚距塑料封装SOT---SmallOutlineTransistor.小型晶体管DIP---DualIn-LinePackage.双列直插封装BGA---BallGridArray.球状栅阵列SIP---SingleIn-LinePackage.单列直插封装SOJ---SmallOutlineJ.J形脚封装CLCC---CeramicLeadedChipCarrie.宽脚距陶瓷封装PGA---PinGridArray.针状栅阵列Outline（表面粘贴类）小型三极管类SOTSOPQFPSSOPTQFPTSSOPPQFP两边四边鸥翼型脚Outline（表面粘贴类）BGASOJLCCPLCCCLCC两边四边J型脚球形引脚焊点在元件底部DIPSIPTOPGAIn-line（通孔插装类）有引脚双边单边不规则直线型脚焊点在元件底部三.SMT组装工艺方案1.三种SMT组装结构及装焊工艺流程2.SMT印制板波峰焊工艺流程3.SMT印制板再流焊工艺流程1SMT电路板安装方案（1）三种SMT安装结构及装配焊接工艺流程①第一种装配结构：全部采用表面安装(SMT）工艺印制板上没有THT元器件,各种SMD和SMC被粘装在电路板的一面或者两侧,如下图所示。双面单面②第二种装配结构：双面混合安装在印制板的A面（元件面）既有THT元器件，又有各种SMT；在B面（焊接面）上，只装配体积较小的SMD晶体管和SMC元件。见下图：③第三种装配结构：两面分别安装在印制板的A面只安装THT元器件，而小型的SMT元器件贴装在印制板的B面。见下图：（2）SMT印制板波峰焊接工艺流程①制作粘合剂丝网②丝网漏印粘合剂按照SMT元器件在印制板上的位置，制作用于漏印粘合剂的丝网或模板。现用薄钢板或薄铜板制作的刚性模板较多被采用。把丝网或模板覆盖在电路板上，漏印粘合剂。要确保粘合剂漏印在元器件的中心，尤其要避免粘合剂污染元器件的焊盘。③贴装SMT元器件小型贴片机录像1④固化粘合剂用加热或紫外线照射的方法，使粘合剂烘干、固化，把SMT元器件比较牢固地固定在印制板上。⑤插装THT元器件录像1插件机把印制电路板翻转180°，在另一面插装传统的THT引线元器件。正在插件THT插件机背面⑥波峰焊预热焊接与普通印制板的焊接工艺相同，用波峰焊进行焊接。在印制板焊接过程中，SMT元器件浸没在熔融的锡液中。⑦印制板（清洗）测试对经过焊接的印制板进行清洗，去除残留的助焊剂残渣。最后进行电路检验测试。测试中……(3)SMT印制板再流焊接工艺流程①制作焊锡膏丝网②丝网漏印焊锡膏手动刮锡膏自动刮锡膏自动刮锡膏③贴装SMT元器件小型贴片机录像1④再流焊用再流焊设备进行焊接，有关概念在第5章进行介绍。⑤印制板清洗及测试根据产品要求和工艺材料的性质，选择印制板清洗工艺或者免清洗工艺，最后对电路板进行检查测试。四.SMT电路板组装工艺及设备1.锡膏涂敷工艺和锡膏印刷机2.SMT元器件贴片工艺和贴片机3.SMT涂敷贴片胶工艺和点胶机4.SMT生产线的设备组合(1)锡膏印刷机和网板高档锡膏印刷机网板(2)SMT元器件贴装机(3)SMT点胶机点胶机正在点胶(4)SMT焊接设备再流焊(5)SMT电路板的焊接检测设备AOI自动光学检测系统(6)清洗工艺、设备和免清洗焊接工艺(7)SMT电路板维修工作站德国ERSA公司IR-550维修工作站(8)SMT自动生产线的组合上板贴片焊接大型SMT生产线五.SMT工艺品质分析1.锡膏印刷品质分析2.贴片品质分析SMT工艺品质，主要是以元器件贴装的正确性、准确性、完好性以及焊接完成之后元器件焊点的外观与焊接可靠性来衡量。SMT工艺品质与整个生产过程有密切关联。例如，SMT生产工艺流程的设置、生产设备的状况、生产操作人员的技能与责任心、元器件的质量、电路板的设计与制造质量、锡膏与粘合剂等工艺材料的质量、生产环境（温湿度、尘埃、静电防护）等等，都会影响SMT工艺品质的水平。分析SMT的工艺品质，要用系统的眼光，可采用因果分析法。由锡膏印刷不良导致的品质问题常见有以下几种：（1）锡膏不足（局部