《电子产品生产工艺》第五章

机械工业出版社电子产品生产工艺主编：李宗宝第五章表面贴装元件电子产品的手工装接电子产品生产工艺5.1任务驱动：表面贴装元件电子产品的手工装接5.1.1任务描述表面贴装技术，SMT是目前十分流行的组装技术，SMT大部分采用自动化的生产线进行生产，但在产品研制、产品返修，以及一些小规模、小型电子产品的生产中，仍应用手工贴装及手工焊接。因此对于元器件的手工贴装及焊接，是从事电子技术工作人员所必须掌握的技能。通过2031贴片电调收音机的装焊工作任务，引出SMC及SMD电子元器件的手工装配焊接工艺。通过实际对2031贴片电调收音机装配焊接任务的实施完成，使学生掌握焊接的基本理论知识和技能知识，能够熟练规范地进SMC及SMD元器件的手工装配焊接，掌握手工焊接的技巧和方法。5.1任务驱动：表面贴装元件电子产品的手工装接5.1.2任务目标1．知识目标：1）掌握SMC及SMD的特点及安装要求；2）掌握SMD设计及检验；3）掌握SMT工艺过程；4）掌握调频收音机产品的简单原理；5）掌握调频收音机产品结构及安装要求。2．技能目标：1）能正确使用工具进行表面贴装元器件的贴装；2）能使用手动工具进行表面贴装元器件的焊接；3）能遵守焊接安全操作规范，正确选择手工焊接工具和焊料，进行手工焊接与拆焊，掌握焊接与拆焊技巧。5.1任务驱动：表面贴装元件电子产品的手工装接5.1.3任务要求1）根据印制电路板及元件装配图对照电原理图和材料清单，对已经检测好的元器件进行成型加工处理。2）对照印制电路板及元件装配图按照正确装配顺序进行元器件的插装及贴装，用25W内热式电烙铁进行手工焊接。3）装配焊接后进行检查，无误后装入机壳通电试机。5.2任务资讯5.2.1表面贴装技术表面贴装技术SMT（SurfaceMountTechnology）有以下特点：1）贴装密度高、电子产品体积小、重量轻，贴片元件的体积和重量只有传统插装元件的1/10左右，一般采用SMT之后，电子产品体积缩小40%-60%，重量减轻60%-80%。2）可靠性高、抗振能力强。焊点缺陷率低。3）高频特性好。减少了电磁和射频干扰。4）易于实现自动化，提高生产效率。降低成本达30%-50%。5.2任务资讯5.2.2表面贴装元器件表面组装元器件主要分为片式无源元件和有源器件两大类。它们的主要特点是：微型化、无引线（扁平或短引线），适合在PCB上进行表面组装。同时，一些机电元件，如开关、继电器、滤波器、延迟线、热敏和压敏电阻，也都实现了片式化。5.2任务资讯5.2.2表面贴装元器件1．表面组装元器件的特点与优势5.2任务资讯5.2.2表面贴装元器件2．表面组装元器件分类从结构形状说，包括薄片矩形、圆柱形、扁平形等；从功能上分类为无源器件、有源器件和机电器件三类，见表5-2。5.2.2表面贴装元器件5.2任务资讯表5-2面组装元器件按功能分类5.2任务资讯5.2.2表面贴装元器件3．片式无源元件（SMC）片式无源元件SMC包括片状电阻器、电容器、滤波器和陶瓷振荡器等。（1）电阻器表面组装电阻器最初为矩形片状，20世纪80年代初出现了圆柱形。随着表面组装器件（SMD）和机电元件等向集成化、多功能化方向发展，又出现了电阻网络、阻容混合网络、混合集成电路等短小、扁平引脚的复合元器件。3．片式无源元件（SMC）5.2.2表面贴装元器件5.2任务资讯1）矩形片式电阻器。片式电阻根据制造工艺不同可分为两种类型，一类是厚膜型（RN型），另一类是薄膜型（RK型），其电阻温度系数分F、G、H、K、M五级。厚膜型是在扁平的高纯度Al2O3基板上网印电阻膜层，烧结后经光刻而成，精度高、温度系数小、稳定性好，但阻值范围较窄，适用精密和高频领域。薄膜电阻是在基体上喷射一层镍铬合金而成，性能稳定，阻值精度高，但价格较贵。5.2任务资讯3．片式无源元件（SMC）5.2.2表面贴装元器件基本结构如图5-3所示。电极一般采用三层电极结构：内层电极、中间电极和外层电极。内层为钯银（Pd-Ag）合金（0．5mil），它与陶瓷基板有良好的结合力。中间为镍层（0．5mil），它是防止在焊接期间银层的浸析。最外层为端焊头，不同的国家采用不同的材料，日本通常采用Sn-Pb合金，厚度为1mil，美国则采用Ag或Pd-Ag合金。3．片式无源元件（SMC）5.2任务资讯5.2.2表面贴装元器件a）电阻器结构b）电阻器外型图5-3表贴电阻器基本结构5.2任务资讯3．片式无源元件（SMC）5.2.2表面贴装元器件2）圆柱形片式电阻器。圆柱形片式电阻器的结构形状和制造方法基本上与带引脚电阻器相同，只是去掉了原来电阻器的轴向引脚，做成无引脚形式，因而也称为金属电极无引脚面接合MELF（MetalElectrodeLeadlessFace）。MELF主要有碳膜ERD型、高性能金属膜ERO型及跨接用的0Ω电阻器3种，它是由传统的插装电阻器改型而来。电极不用插装焊接用的引线，而是要使电极金属化和涂覆焊料，以用于表面贴装。MELF吸取了现代制造技术的优点，因而其成本稍低于矩形片式电阻器。5.2任务资讯3．片式无源元件（SMC）5.2.2表面贴装元器件与矩形片式电阻器相比，MELF电阻器无方向性和正反面性，包装使用方便，装配密度高，固定到PCB上有较高的抗弯曲能力，特别是噪声电平和3次谐波失真都比较低，常用与高档音响电器产品中。5.2任务资讯3．片式无源元件（SMC）5.2.2表面贴装元器件3）标识方法。片状电阻器的阻值和一般电阻器一样，标称法就是在电阻体上，用三位数字来标明其阻值。它的第一位和第二位为有数字，第三位表示在有效数字后面所加“0”的个数，这一位不会出现字母。例如：“472”表示“4700”，“151”表示“150Ω”。如果是小数，则用“r”表示小数点，并占用一位有效数字，其余两位是有效数字。例如：“2r4”表示“2.4Ω”，“r15”表示“0.15Ω”。5.2任务资讯3．片式无源元件（SMC）5.2.2表面贴装元器件（2）电容器电容器的基本结构十分简单，它是由两块平行金属极板以及极板之间的绝缘电介质组成。绝缘电介质的绝缘强度（V/mil，伏特/密耳，1密耳=0.001英寸）和厚度决定了电容器的最高直流耐压。5.2任务资讯3．片式无源元件（SMC）5.2.2表面贴装元器件1）瓷介质电容器。片式瓷介电容器有矩形和圆柱性两种。圆柱形是单层结构，生产量很少；矩形则少数为单层结构，大多数为多层叠层结构，又称MLC，有时也称独石电容器。5.2.2表面贴装元器件3．片式无源元件（SMC）5.2任务资讯①矩形瓷介质电容器。单层盘形电容器为当今多层单片陶瓷电容器的基础，因为它改善了组装效率。在多层陶瓷电容器上，电极位于内部且与陶瓷介质交错放置。同时，两个电极在两端处裸露并连在电容器的端片上。a）电容器结构b）陶瓷电容器外形5.2任务资讯3．片式无源元件（SMC）5.2.2表面贴装元器件②圆柱形瓷介质电容器。圆柱形瓷介质电容器的主体是一个被覆盖有金属内表面电极和外表面电极的陶瓷管。瓷管的外表面再涂覆一层树脂，在树脂上打印有关标记，这样就构成了圆柱形瓷介质电容器。5.2任务资讯3．片式无源元件（SMC）5.2.2表面贴装元器件2）片式钽电解电容器。钽电解电容器具有最大的单位体积容量，因而容量超过0.33μF的表面组装元器件通常要使用钽电容器。钽电解电容器的电解质响应速度快，由于价格上的优势，适合在消费类电子设备中应用。片式钽电解电容器有矩形和圆柱形两大类。5.2任务资讯3．片式无源元件（SMC）5.2.2表面贴装元器件①矩形钽电解电容器。固体钽电解电容器的结构如图5-5所示图5-6为钽电解电容实物。矩形钽电容外壳为有色塑料封装，一端印有深色标记线，为正极。在封面上有电容的容值及耐压值，一般有醒目的标志，以防用错。5.2任务资讯5.2.2表面贴装元器件图5-5钽电解电容结构示意图图5-6钽电解电容5.2任务资讯3．片式无源元件（SMC）5.2.2表面贴装元器件②圆柱形钽电解电容器。圆柱形钽电解电容器由阳极、固体半导体阴极组成，采用环氧树脂封装。钽电解电容器主要用于铝电解电容器性能参数难以满足要求的场合，如要求电容器体积小、上下限温度范围宽、频率特性及阻抗特性好、产品稳定性高的军用和民用整机电路。5.2任务资讯3．片式无源元件（SMC）5.2.2表面贴装元器件3）铝电解电容器。如图5-7a所示。将正、负极按其中心轴卷绕，便构成了铝电解电容器的芯子，然后将芯子放大铝外壳封装，便构成了铝电解电容器。为了保持电解质溶液不泄漏、不干涸，在铝外壳的口部用橡胶塞进行密封，如图5-7b所示。5.2任务资讯5.2.2表面贴装元器件图5-7铝电解电容器的构造5.2任务资讯3．片式无源元件（SMC）5.2.2表面贴装元器件表面贴装铝电解电容器实物如图5-8所示，在铝电解电容器外壳上的深色标记代表负极，容量值及耐压值在外壳上也有标注。铝电解电容器适合在直流或脉动电路中作整流、滤波和音频旁路使用。图5-8表贴铝电解电容器4）标识方法。片式电容表面印有英文字母及数字，它们均代表特定的数值，只要查到表格就可以估算出电容的容值，见表5-3。5.2任务资讯3．片式无源元件（SMC）5.2.2表面贴装元器件5.2.2表面贴装元器件5.2任务资讯表5-3片式电容容值系数5.2.2表面贴装元器件3．片式无源元件（SMC）5.2任务资讯（3）电感器片式电感器亦称表面贴装电感器，它与其他片式元器件（SMC及SMD）一样，是适用于表面贴装技术（SMT）的新一代无引线或短引线微型电子元件。其引出端的焊接面在同一平面上。5.2.2表面贴装元器件3．片式无源元件（SMC）5.2任务资讯从制造工艺来分，片式电感器主要有4种类型，即绕线型、叠层型、编织型和薄膜片式电感器。常用的是绕线式和叠层式两种类型。前者是传统绕线电感器小型化的产物；后者则采用多层印刷技术和叠层生产工艺制作，体积比绕线型片式电感器还要小，是电感元件领域重点开发的产品。5.2任务资讯5.2.2表面贴装元器件5.2任务资讯4．片式有源器件（SMD）5.2.2表面贴装元器件为适应SMT的发展，各类半导体器件，包括分立器件中的二极管、晶体管、场效应管，集成电路的小规模、中规模、大规模、超大规模、甚大规模集成电路及各种半导体器件，如气敏、色敏、压敏、磁敏和离子敏等器件，正迅速地向表面组装化发展，成为新型的表面组装器件（SMD）。5.2任务资讯5.2.2表面贴装元器件4．片式有源器件（SMD）（1）片状分立器件大多数表面组装分立组件都是塑料封装。功耗在几瓦以下的功率器件的封装外形已经标准化。目前常用的分立组件包括二极管、晶体管、小外形晶体管和片式振荡器等。对于SMD分立元件，典型SMD分立元件的外形如图5-10分立引脚外形示意图所示。4．片式有源器件（SMD）5.2.2表面贴装元器件5.2任务资讯二端SMD有二极管和少数晶体管器件，三端SMD一般为晶体管类器件，四至六端SMD大多封装了两只晶体管或场效应管。a）2引脚b）3引脚c）4引脚d）5引脚e）6引脚图5-10分立引脚外形示意图5.2任务资讯4．片式有源器件（SMD）5.2.2表面贴装元器件1）二极管。其外壳有的用玻璃封装，塑料封装等。用于表面组装的二极管有3种封装形式。如图5-11所示。第一种是圆柱形的无引脚二极管，其封装结构是将二级管芯片装在具有内部电极的细玻璃管中，玻璃管两端装上金属帽作正负电极。外形尺寸有1.5mm×3.5mm和2.7mm×5.2mm两种。5.2任务资讯5.2.2表面贴装元器件a）圆柱形二极管b）塑料矩形薄片c）SOT-23封装二极管图5-11二极管封装形式4．片式有源器件（SMD）5.2任务资讯5.2.2表面贴装元器件第二种片状二极管为塑料封装矩形薄片，外形尺寸为3.8mm×1.5mm×1.1mm，可用在VHF（VeryHighFrequency，甚高频）频段到S频段，采用塑料编带包装。第3种是SOT23封装形式的片状二极管，多用于封装复合二极管，也用于封装高速开关二极管和高压二极管