smt表面貼裝技術(shù)

smt表面貼裝技術(shù)

表面安裝技術(shù)，英文稱之為“Surface Mount Technology”,簡稱SMT，它是將表面貼裝元器件貼、焊到印制電路板表面規(guī)定位置上的電路裝聯(lián)技術(shù)，所用的負(fù)責(zé)制電路板無無原則鉆孔。具體地說，就是首先在印制板電路盤上涂布焊錫膏，再將表面貼裝元器件準(zhǔn)確地放到涂有焊錫膏的焊盤上，通過加熱印制電路板直至焊錫膏熔化，冷卻后便實現(xiàn)了元器與印制板之間的互聯(lián)。20世紀(jì)80年代，SMT生產(chǎn)技術(shù)日趨完善，用于表面安裝技術(shù)的元器件大量生產(chǎn)，價格大幅度下降，各種技術(shù)性能好，價格低的設(shè)備紛紛面世，用SMT組裝的電子產(chǎn)品具有體積小，性能好、功能全、價位低的優(yōu)勢，故SMT作為新一代電子裝聯(lián)技術(shù)，被廣泛地應(yīng)用于航空、航天、通信、計算機(jī)、醫(yī)療電子、汽車、辦公自動化、家用電器等各個領(lǐng)域的電子產(chǎn)品裝聯(lián)中。到了20世紀(jì)90年代，SMT關(guān)產(chǎn)業(yè)更是發(fā)生了驚人的變化，片式阻容元件自20世紀(jì)70年代工業(yè)人生產(chǎn)以來，尺寸從最初的3.2mm×1.6mm×1.2mm已以展到現(xiàn)在的0.6mm×0.3mm×0.3mm，體積從最初的6.014mm3,其體積縮到原來的0.88%.片式元器的發(fā)展還可以從IC外形封裝尺寸的演變過程看，IC端子中心距已從最初的1. 27mm快速過渡到0.65mm、0.5mm和0.4mm。如今IC封裝形式又以嶄新的面貌出現(xiàn)在人們面前，繼PLCC(Plastic Leadless Chip Carrier)和QFP(Quad Flat Package)之后出現(xiàn)了BGA、(Ball Grid Array)、CSP(Chip Scale Package)等，令人目不暇接。與元件相匹配的印制電路板從早期的雙面板發(fā)展為多層板，最多可達(dá)50多，板面上線寬已從0.2~0.3mm，縮小到0.15mm甚至到0.05mm。
　　用于SMT大生產(chǎn)的主要設(shè)備-----貼片機(jī)也從早期的低速(1s/片)、機(jī)械對中，發(fā)展為高速(0.06s/片)、光學(xué)對中，并向多功能，柔性連接模塊化發(fā)展，再流焊爐也由最初的熱板式加熱發(fā)展為氮?dú)鉄犸L(fēng)紅外式加熱，能適應(yīng)通孔元件再流且?guī)Ь植繌?qiáng)制冷卻的再流焊爐也已實現(xiàn)用化，再流焊的不良焊點(diǎn)率已下降到百分之十發(fā)下，幾乎接近無缺陷焊接。
　　SMT技術(shù)作為新一代裝聯(lián)技術(shù)，僅有40年的歷史，但卻顯示出其強(qiáng)大的生命力，它以非凡的速度，走完了從誕生，完善直到成熟的路程，邁入了大范圍工業(yè)應(yīng)用的旺盛期。

　　SMT技術(shù)的特點(diǎn)

　　(1)組裝密度高
　　SMT片式元器件比傳統(tǒng)穿孔元器所占面積和重量都大為減小，一般來說，采用SMT可使電子產(chǎn)品體積縮小60%，重量減輕75%。通孔安裝技術(shù)元器件，它們按2. 54mm網(wǎng)格安裝元件，而SMT組裝元件網(wǎng)格從1.27mm發(fā)展到目前0.63mm網(wǎng)格，個別達(dá)0.5mm網(wǎng)格的安裝元件，密度更高。例如一個64端子的DIP集成塊，它的組裝面積為25mm×75mm，而同樣端子采用引線間距為0.63mm的方形扁平封裝集成塊(QFP)它的組裝面積僅為12mm×12mm。
　　(2)可靠性高
　　由于片式元器件小而輕，抗振動能力強(qiáng)，自動化生產(chǎn)程度高，故貼裝可靠性高，一 般不良焊點(diǎn)率小于百分之十，比通孔插裝元件波峰接技術(shù)低一個數(shù)量級，用SMT組裝的電子產(chǎn)品平均無故障時間(MTBF)為2.5×105h,目前幾乎有90%的電子產(chǎn)品采用SMT工藝。
　　(3)高頻特性好
　　由于片式元器件貼裝牢固，器件通常為無引線或短引線，降低了寄生電容的影響，提高了電路的高頻特性。采用片式元器件設(shè)計的電路最高率達(dá)3GHZ。而采用通孔元件僅僅為500mhZ。采用SMT也可縮短傳輸延遲時間，可用于時鐘頻率為16MHZ以上的電路。若使用多芯模塊MCM技術(shù)，計算機(jī)工作站的端時鐘可達(dá)100MHZ，由寄生電抗引起的附加功耗可降低2-3倍。
　　(4) 降低成本
　　1、印制使用面積減小，面積為采用通孔面積的1/12，若采用CSP安裝，則面積還可大幅度下降。
　　2、頻率特性提高，減少了電路調(diào)試費(fèi)用
　　3、片式元器體積小，重量輕，減少了包裝，運(yùn)輸和儲存費(fèi)用。
　　4、片式元器件發(fā)展快，成本迅速下降，一個片式電阻已同通孔電阻價格相當(dāng)，約0.3美分，合2分人民幣。
　　(5)便于自動化生產(chǎn)
　　目前穿孔安裝印制板要實現(xiàn)完全自動化，還需擴(kuò)大40%原印制板面積，這樣才能使自動插件的插裝頭將元件插入，若沒有足夠的空間間隙，將碰壞零件。而自動貼片機(jī)采用真空吸嘴吸放元件，真空吸嘴小于元件外形，可提高安裝密度，事實上小元件及細(xì)間距器件均采用自動貼片機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)，也實現(xiàn)全線自動化。
　　當(dāng)然，SMT大生產(chǎn)中也存一些問題。
　　!、元器件上的標(biāo)稱數(shù)值看不清楚，維修工作困難。
　　2、維修調(diào)換器件困難，并需專用工具。
　　3、元器件與印制板之間熱 膨脹系數(shù)(CTE)一致性差。
　　4、初始投資大，生產(chǎn)設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，涉及技術(shù)面寬，費(fèi)用昂貴。
　　隨著專用拆裝及新型的低膨脹系數(shù)印制板的出現(xiàn)，它們已不再成為阻礙SMT深入發(fā)展的障礙。

　　元器件安裝技術(shù)與時代劃分

　　電子產(chǎn)品安裝技術(shù)是現(xiàn)代發(fā)展最快的制造技術(shù)，從安裝工藝特點(diǎn)可將迄伉今為止安裝技術(shù)的發(fā)展分為五代，如表6-1所示。

　　表6—1安裝技術(shù)時代劃分

　　由表6-1可以看出，第二代與第三代安裝技術(shù)，代表元器件特征明顯，而安裝方法并沒有根本改變，都是以長元器穿過印制板上通孔的安裝方式，一般稱為通安裝THT( through hole mounting technology)。第四代技術(shù)則發(fā)生根本性變革，從元器到安裝方式，從PCB設(shè)計到連接方法都以全新面貌出現(xiàn)，它使電子產(chǎn)品體積縮小，重量變輕，功能增強(qiáng)、可靠性提高、推動了信息產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展。SMT已經(jīng)在很多領(lǐng)域取了THT，并且這種趨勢還在發(fā)展，預(yù)計未來90%以上產(chǎn)品采用SMT。第五代安裝技術(shù)，從技術(shù)式藝講，仍屬于“安裝”范疇，但與通常所說的安裝相差甚遠(yuǎn)，使用一般工具，設(shè)備和工藝是無法完成的，目前還處于技術(shù)發(fā)展和局部領(lǐng)域應(yīng)用的階段，但它代表了當(dāng)前電子系統(tǒng)安裝技術(shù)發(fā)展的方向。
　　表面安裝技術(shù)的組成

　　表面安裝技術(shù)通常包括：表面安裝元器件，表面安裝電路板及圖形設(shè)計、表面安裝專用輔料(焊錫膏及貼片膠)、表面安裝設(shè)備，表面安裝焊接技術(shù)(包括雙波峰焊、氣相焊)表面安裝測試技術(shù)，清洗技術(shù)以及表面組成大生產(chǎn)管理等多方面內(nèi)容。這些內(nèi)容可以歸納為三個方面：一是設(shè)備，人們稱它為SMT的硬件；二是裝聯(lián)工藝，人們稱它為SMT的軟件；三是電子元器件，它即是SMT的基礎(chǔ)，又是SMT發(fā)展的動力，它推動著SMT專用設(shè)備和裝聯(lián)工藝不斷更新和深化。

　　SMC、SMD的貼裝方法

　　SMC、SMD貼是SMT產(chǎn)品生產(chǎn)中的關(guān)鍵工序。SMC、SMD貼裝一般采用貼裝機(jī)(亦稱貼片機(jī)) 自動進(jìn)行，可采用工作借助輔助工具時行。手工貼裝只有在非生產(chǎn)線自動組裝的單件研制或試驗，返修過程中的元器更換等特殊情況下采用，而且一般也只能適用于元器件端子類型簡單，組裝密度不高，同一PCB上SMC、SMD數(shù)量較少等有限場合。
　　隨著SMC、SMD的不斷微型化和端子細(xì)間距化，以及柵格陣列芯片，倒裝芯片等焊點(diǎn)不可直觀芯片的發(fā)展，不借助于專用設(shè)備的SMC、SMD手工貼裝已很困難，實際上，目前的SMC、SMD手工貼裝也已演化為借助返修裝置專用和工具的半自動化貼裝。
　　自動貼裝是SMC、SMD貼裝的主要手段，貼裝機(jī)是SMT產(chǎn)品組裝生產(chǎn)中的核心設(shè)備，也是SMT的關(guān)鍵設(shè)備，是決定SMT產(chǎn)品線裝的自動化程度，組裝清度和生產(chǎn)效率的重要因素。

SMT表面安裝技術(shù)系列之２表面安裝元器件（電阻）

　　表面安裝元器件稱無端子元器件，問世于20世紀(jì)60年代，習(xí)慣上人們把表面安裝無源元器件，如片式電阻、電容、電感稱之為SMC(Surface Mounted Component)，而將有源器件，如小外形晶體SOT及四方扁平組件(QFT)稱之為SMD(Surface Mounted De-Vices)。無論是SMC還是SMD，在功能上都與傳統(tǒng)的通孔安裝元件相同，最初是為了減小體積而制造，最點(diǎn)出現(xiàn)在電子表中，使電子表微型化成為可能。然而，它們一經(jīng)問世，就表現(xiàn)出強(qiáng)大的生命力，體積明顯減小，高頻特性提高、耐振動、安裝緊湊等優(yōu)點(diǎn)是傳統(tǒng)通孔元器件所無法比擬的，從而極大地刺激了電子產(chǎn)品向多功能、高性能、微型化、低成本的方向發(fā)展。例如，片式器件組裝的手提攝 像機(jī)，掌上電腦和手機(jī)等，不僅功能齊全，而且低，現(xiàn)已在人們?nèi)粘Ｉ钪袕V泛使用。同時，這些微型電子產(chǎn)品又促進(jìn)了SMC和SMD向微型發(fā)展。片式電阻電容已由早期的3.2mm×1.6mm縮小到0.2mm×0.3mm,IC的端子中心距已由1.27mm減小到0.3mm，且隨著裸芯片技術(shù)的發(fā)展，BGA和CSP類高端子數(shù)器件已廣泛應(yīng)用到生產(chǎn)中。此外，一些機(jī)電元件，如開關(guān)、繼電器、延遲線、熱敏和壓敏電阻，也都實現(xiàn)了片式化。如今，表面安裝元器件品種繁多、功能各異，然而器件的片式化發(fā)展卻不平衡，阻容器件，三極管，IC發(fā)展快，異型器件，插座，振蕩器發(fā)展遲緩，并且片式化的元器件，又未能標(biāo)準(zhǔn)化，不同國家以至不同廠家均有不同的差異，因此，在設(shè)計選用元器件時，一定要弄清楚元器的型號、廠家及性能等，以避免出現(xiàn)互換性差的缺陷。
　　當(dāng)然，表面安裝元器件也存在著不足之處，例如，元器件與PCB表面非常貼近，與基板間隙小，給清洗造成困難，元器體積小，電阻、電容一般不設(shè)標(biāo)記，一旦弄亂就不易搞清楚，特別是元器件與PCB之間熱膨脹系數(shù)的差異也是SMT產(chǎn)品中應(yīng)注意的問題。

　　表面安裝電阻

　　表面安裝電阻最初為矩形片狀，20世紀(jì)80年代初出現(xiàn)了圓柱形，隨著表面安裝器件(SMD)和機(jī)電元件等向集成化，多功能化方向發(fā)展，又出現(xiàn)了電阻網(wǎng)絡(luò)(Resistor Net-works)、電容網(wǎng)絡(luò)(Capacitor Networks)、阻溶混合網(wǎng)絡(luò)、混合集成電路(Hybrid IC)等短小，扁平端子的復(fù)合器件，它與分立元器件相比，具有小型化，無端子(或扁平、短小端子)、尺寸標(biāo)準(zhǔn)化、特別適合在印制電路板上進(jìn)行表面安裝等特點(diǎn)。
　　(1)矩形片式電阻
　　1、結(jié)構(gòu) 矩形片式電阻由于制造工藝不同有兩種類型， 一類是膜型(RN型)，另一類是薄膜型(RK型)。厚膜型是在扁平的高純度Al2O3基板上印一層二氧化釕基漿料，燒結(jié)后經(jīng)光刻而成；薄膜型電阻 是在基體上噴射一層鎳鉻合金而成，性能穩(wěn)定，阻值精度高，但價錢較貴，由于在電阻層上涂覆特殊的玻璃釉涂層，故電阻在高溫，高濕下性能非常穩(wěn)定。
　　片式電阻有三層端焊，俗稱三層端電極，最內(nèi)層為銀鈀合金，它與陶瓷基 有良好的結(jié)合力，中間為鎳層，它是防止在焊接期間銀層的浸析，最外層為端焊，不同的國家采用不同的材料，日本通常采用Sn-Pb合金，厚度為1mil，美國則采用Ag-Pd合金。
　　2、性能 國產(chǎn)RI11型片式電阻的技術(shù)特性如表6-2所示

　　表6-2 RI11型片式電阻的技術(shù)特征

　　表6-3 不同的外形尺寸對應(yīng)的額定功率