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1.smt概述和smt工艺流程


表面安装技术
SMT-surface mount technology

第一讲 SMT概述及工艺流程

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基本术语
? ? ? ? ? ? ? SMT :surface mount te

chnology PTH: pin through the hole SMB :surface mount printed circuit board SMC :surface mount component SMD: surface mount device SMA:surface mount Assembly 表面安装组件 CTE:coefficient of thermal expansion 热膨胀系数

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基本术语
In-circuit test(在线测试) Lead configuration(引脚外形) Placement equipment(贴装设备) Reflow soldering( soldering(回流焊接) ) Repair(修理) Rework(返工) Solderability(可焊性) Soldermask(阻焊) Yield(产出率)

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基本术语
DIP(双列直插) SOP(小外型封装) PLCC(塑型有引脚芯片载体) QFP(多引脚方形扁平封装) QFP( ) BGA(球栅阵列修理) CSP(Chip Scale Package)

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基本概念
电子组装技术发展的历史与变迁

第一阶段(代)

第二阶段 (代)

第三阶段(代)

第四阶段 (代)

第五阶段 (代)

组装形态 组装 技术

端子式插装 手工插装 手工焊接

插装 半自动插装 浸锡焊接

自动插装 插件机自动插装 波峰焊

表面安装 自动插件、自动表面贴装混装 波峰焊、回流焊

复合(裸芯片)组装 CAD、CAM多层混合贴装 空气回流焊、氮气回流焊、微电子焊接

代表性产品

电子管收音机

无线电接收机黑白电视 机

彩电、磁 收录机 DIP集成电路

VCD、计算机、便携式收录机、一 体化的摄像机 SOP、PLCC[5]、QFP大规模集成电 路 表面贴装元件、异形元件

移动电话、笔记本电脑、液晶显示电视 机及电脑等 PLCC、QFP、BGA、CSP等超大规模 集成电路 片式元件 SMT连接件、薄膜元件 多层PCB

有源元件

电子管

晶体管

无源元件

大型元器件

轴向引线元件 单面PCB[2]

径向引线元件

电路板

金属底板

双面PCB

多层PCB

焊接材料

焊锡丝

棒状焊料

高纯度焊锡

适合表面安装的焊锡膏

低熔点焊料、无铅焊料

测试技术

通用仪器仪表 人工测试

通用仪器仪表 人工测试

数字式仪表,在线 测试 自动测试

在线测试 功能测试测试、飞针测试系统、基 于计算机的自动测试系统

在线测试 功能测试测试 飞针测试系统 基于计算机的自动测试

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基本概念

PTH
? 穿孔安装(PTH) 方式
? 单层、 双层PCB ? 穿孔元件 ? 穿孔器件

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基本概念

SMD

? 表面安装(SMT) 方式 ? 元件安装在PCB的 表面
? PCB多层 ? SMC ? SMD

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基本概念

SMT的 构成

表 面 组 装 技 术
PCB 基 基

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基本概念

SMT的优越性
通 孔 DIP 封 装 贴 片 PLCC 封 装

DIP引脚间距=100mil =2.54mm 1mil=25.4um SMD引脚间距=50mil 、33mil、 25mil
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基本概念

SMT的优越性
通 孔 芯 片 和 SMT 芯 片 的 重 量 与 管 脚 数 量 对 比 图

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基本概念

SMT的优越性
元件安装密度高、电子产品体积小、重量轻。

通孔元件和贴片元件所占电路板面积比较

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SMT的优越性
? ? ? ? 可靠性高、抗振能力强 高频特性好 易于实现自动化、提高生产率 可以降低成本

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SMT的优越性
? 可靠性高、抗振能力强。焊点缺陷率低 由于片式元器件的可靠性高,器件小而轻,故抗震动能力 强,自动化生产程度高。贴装可靠性高,焊点不良率小于 百万分之一以下,比通孔插元件波峰焊接技术低1个数量 级,用SMT组装的电子产品平均无故障时间(MTBF)为25 万小时,目前几乎有90%的电子产品采用SMT工艺。

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SMT的优越性
? 高频特性好。减少了电磁和射频干扰。 由于片式元器件贴装牢固,器件通常为无引线或短引线, 降低了寄生电感和寄生电容的影响,提高了电路的高频特 性。采用SMC及SMD设计的电路最高频率达3GHz,而采 用通孔元件仅为500MHz。采用SMT也可缩短传输延迟时 间,可用于时钟频率为16MHz以上的电路。若使用多芯片 模块MCM技术,计算机工作站的高端时钟频率可达 100MHz,由寄生电抗引起的附加功耗可降低2至3倍

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SMT的优越性
? 降低成本 印制板使用面积减小,面积为采用通孔技术面积的1/12,若采用 CSP安装,则其面积还可大幅度下降; 印制板上钻孔数量减少,节约返修费用; 频率特性提高,减少了电路调试费用; 片式元器件体积小、重量轻,减少了包装、运输和储存费用; 片式之器件(SMC/SMD)发展快,成本迅速下降,一个片式电阻同 通孔电阻价格相当 .

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SMT的优越性
? 便于自动化生产 目前穿孔安装PCB要实现完全自动化,还需在原印制板面 积的基础上扩大40%,这样才能使自动插件的插装头将元 件插入,若没有足够的空间间隙,将碰坏零件。而自动贴 片机采用真空吸嘴吸安装元件,真空吸嘴小于元件外形, 可提高安装密度。事实上,小元件及细间距QFP器件均采 用自动贴片机进行生产,可以实现全线自动化生产。

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SMT存在问题 存在问题
? 元器件上的标称数值看不清,维修工作困难; ? 维修调换器件困难,并需专用工具; ? 元器件与印制板之间热膨胀系数(CTE)一致性差。

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相关术语
? ? ? 精度 :Accuracy, 测量结果与目标值之间的差额。 AOI自动光学检查:Automatic optical inspection ,在自动 系统上,用相机来检查模型或物体。 BGA球栅列阵:Ball grid array,集成电路的包装形式, 其输入输出点是在元件底面上按栅格样式排列的锡球。

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相关术语
? ? 锡桥:Bridge,把两个应该导电连接的导体连接起来的 焊锡,引起短路。 CTE温度膨胀系数:Coefficient of the thermal expansion, 当材料的表面温度增加时,测量到的每度温度材料膨胀 百万分率(ppm)。 冷焊锡点:Cold solder joint,一种反映湿润作用不够的 焊接点,其特征是,由于加热不足或清洗不当,外表灰 色、多孔。 元件密度:Component density,PCB上的元件数量除以 板的面积。
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?

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相关术语
? ? ? 卸焊:Desoldering,把焊接元件拆卸来修理或更换,方 法包括:用吸锡带吸锡、真空(焊锡吸管)和热拔。 停机时间:Downtime,设备由于维护或失效而不生产产 品的时间。 FPT密脚距技术:Fine-pitch technology ,表面贴片元件 包装的引脚中心间隔距离为 0.025"(0.635mm)或更少。

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相关术语
? 倒装芯片:Flip chip,一种无引脚结构,一般含有电路单 元。 设计用于通过适当数量的位于其面上的锡球(导电性 粘合剂所覆盖),在电气上和机械上连接于电路。 功能测试:Functional test,模拟其预期的操作环境,对 整个装配的电器测试。 金样:Golden boy,一个元件或电路装配,已经测试并 知道功能达到技术规格,用来通过比较测试其它单元。

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相关术语
? ? ? 在线测试:In-circuit test,一种逐个元件的测试,以检验 元件的放置位置和方向。 JIT刚好准时:Just-in-time,通过直接在投入生产前供应 材料和元件到生产线,以把库存降到最少。 引脚外形:Lead configuration,从元件延伸出的导体,起 机械与电气两种连接点的作用

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相关术语
? 回流焊接:Reflow soldering,通过各个阶段,包括:预 热、稳定/干燥、回流峰值和冷却,把表面贴装元件放入 锡膏中以达到永久连接的工艺过程。 焊锡球:Solder bump,球状的焊锡材料粘合在无源或有 源元件的接触区,起到与电路焊盘连接的作用。 可焊性:Solderability,为了形成很强的连接,导体(引脚、 焊盘或迹线)熔湿的(变成可焊接的)能力

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相关术语
? ? 阻焊:Soldermask,印刷电路板的处理技术,除了要焊 接的连接点之外的所有表面由塑料涂层覆盖住。 带和盘:Tape-and-reel,贴片用的元件包装,在连续的条 带上,把元件装入凹坑内,凹坑由塑料带盖住,以便卷 到盘上,供元件贴片机用。 元件立起:Tombstoning,一种焊接缺陷,片状元件被拉 到垂直位置,使另一端不焊。

?

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相关术语
? ? 超密脚距:Ultra-fine-pitch,引脚的中心对中心距离和导 体间距为0.010”(0.25mm)或更小。 产出率:Yield,制造过程结束时使用的元件和提交生产 的元件数量比率。

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第二讲

表面组装工艺流程

SMT安装形式 表面组装类型-I 表面组装类型- III 表面组装类型- II

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SMT的安装形式

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表面组装类型
当把有源和无源元件贴装在基板上时,就会形成三 种主要的类型SMT—I、II、III。每种类型的工艺流 程不同,并且需要不同的设备。 将SMT分成I、II、III并不是普遍适用的,但在工业 界应用的最普遍,本讲义通篇采用这种分法。

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表面组装类型-I
I型SMT组件只含有表面组装元器件.它们可以是单 而组装,也可以是双面组装。

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类型I焊接流程

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SMT 组装 类型 III

III型SMT组件只包含粘贴在底面的分立的表面组 装元件(一般是电阻、电容等)

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类型 III 焊 接 流 程

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SMT组装 类型 TYPE II

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TYPE II 焊 接 流 程

II型组件则是III型与I型相结合的结果。一般来说,在基板底而 不包含任何表面组装的有源元件、但在底面可贴有分立的表面 组装无源元件。
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单面组装

来料检测 => 丝印焊膏(点贴片胶)=> 贴片 => 烘干(固化)=> 回流焊接=> 清洗 => 检测 => 返修

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双面组装

A:来料检测 => PCB的A面丝印焊膏(点贴片胶)=> 贴片 => 烘干(固化)=> A面回流焊接 => 清洗 =>翻板=> PCB的B面丝印焊膏(点贴片胶)=> 贴片 => 烘干 => 回流焊接 (最好仅对B面 => 清洗 =>检测 => 返修) 说明:此工艺适用于在PCB两面均贴装有PLCC等较大的 SMD时采用。

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双面组装
B:来料检测 => PCB的A面丝印焊膏(点贴片胶)=> 贴片 => 烘干(固化)=> A面回流焊接 => 清洗 => 翻板=> PCB 的B面点贴片胶 => 贴片 => 固化 => B面波峰焊 => 清洗 => 检测 => 返修) 说明: 此工艺适用于在PCB的A面回流焊,B面波峰焊。在PCB的
B面组装的SMD中,只有SOT或SOIC(28)引脚以下时,宜采用此 工艺。

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单面混装工艺

来料检测 => PCB的A面丝印焊膏(点贴片胶)=> 贴片 => 烘干(固化)=>回流焊接 => 清洗 => 插件 => 波峰焊 =>清 洗 => 检测 => 返修

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双面混装工艺A 双面混装工艺

来料检测 => PCB的B面点贴片胶 => 贴片 => 固化 => 翻板 => PCB的A面插件 => 波 峰焊 => 清洗 => 检测 => 返修 说明:先贴后插,适用于SMD元件多于分离元件的情况

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双面混装工艺B 双面混装工艺
来料检测 => PCB的A面插件(引脚打弯)=> 翻板 => PCB的 B面点贴片胶 => 贴片 => 固化 => 翻板 => 波峰焊 => 清洗 =>检测 => 返修 说明:先插后贴,适用于分离元件多于SMD元件的情况

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双面混装工艺C 双面混装工艺
来料检测 => PCB的A面丝印焊膏 => 贴片 => 烘干 => 回流焊 接 =>插件,引脚打弯 => 翻板 =>PCB的B面点贴片胶 => 贴片 => 固化 =>翻板 => 波峰焊 => 清洗 => 检测 => 返修 说明:A面混装,B面贴装。

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双面混装工艺D 双面混装工艺
? 来料检测 => PCB的B面点贴片胶 => 贴片 => 固化 => 翻板 => PCB的A面 丝印焊膏 => 贴片 => A面回流焊接 => 插件 => B面波峰焊 => 清洗 => 检测 => 返修 说明:A面混装,B面贴装。先贴两面SMD,回流焊接, 后插装,波峰焊

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双面混装工艺E 双面混装工艺
来料检测 => PCB的B面丝印焊膏(点贴片胶)=> 贴片 => 烘 干(固化)=> 回流焊接 => 翻板 => PCB的A面丝印焊膏 => 贴片 => 烘干 => 回流焊接1(可采用局部焊接)=> 插 件 => 波峰焊2 (如插装元件少,可使用手工焊接)=> 清洗 => 检测 => 返 修 说明:A面混装、B面贴装。

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焊接过程考虑
选购设备考虑到 需组装何种芯片的电 路 板, 没 有 一 种 焊 接 方 法 适 用于 所 有 焊 接 任 务。 全 部 通 孔-- 波 峰 焊, 手 焊 全 部SMT-- 相 位蒸 发,回 流 焊 混 合 芯 片-- 回 流 焊 + 波 峰 焊

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