SMT表面贴装技术

SMT表面贴装技术SMT表面贴装技术,这是一种新型的元件组装技术,SMT是英文SurfaceMountTechnology的简称,中文就是表面贴装技术了,SMT和以往的电子元件组装技术,有组装密度高、电子产品体积小、重量轻，可靠性高,抗振能力强,焊点缺陷率低,高频特性好,易于实现自动化这些特点,所以,现在越来越多的产品,都倾向于使用SMT技术了.以下,介绍一些关于SMT的基础知识,希望了解一下SMT技术的朋友们,看完后,对SMT会有一个基础的了解.一些关于SMT的基础知识◆SMT的特点组装密度高、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%。可靠性高、抗振能力强。焊点缺陷率低。高频特性好。减少了电磁和射频干扰。易于实现自动化，提高生产效率。降低成本达30%~50%。节省材料、能源、设备、人力、时间等。◆为什么要用表面贴装技术(SMT)？电子产品追求小型化，以前使用的穿孔插件元件已无法缩小电子产品功能更完整，所采用的集成电路(IC)已无穿孔元件，特别是大规模、高集成IC，不得不采用表面贴片元件产品批量化，生产自动化，厂方要以低成本高产量，出产优质产品以迎合顾客需求及加强市场竞争力电子元件的发展，集成电路(IC)的开发，半导体材料的多元应用电子科技革命势在必行，追逐国际潮流◆为什么要用表面贴装技术(SMT)？电子产品追求小型化，以前使用的穿孔插件元件已无法缩小电子产品功能更完整，所采用的集成电路(IC)已无穿孔元件，特别是大规模、高集成IC，不得不采用表面贴片元件产品批量化，生产自动化，厂方要以低成本高产量，出产优质产品以迎合顾客需求及加强市场竞争力电子元件的发展，集成电路(IC)的开发，半导体材料的多元应用电子科技革命势在必行，追逐国际潮流◆为什么在表面贴装技术中应用免清洗流程？生产过程中产品清洗后排出的废水，带来水质、大地以至动植物的污染。除了水清洗外，应用含有氯氟氢的有机溶剂(CFC&HCFC)作清洗，亦对空气、大气层进行污染、破坏。清洗剂残留在机板上带来腐蚀现象，严重影响产品质素。减低清洗工序操作及机器保养成本。免清洗可减少组板(PCBA)在移动与清洗过程中造成的伤害。仍有部分元件不堪清洗。助焊剂残留量已受控制，能配合产品外观要求使用，避免目视检查清洁状态的问题。残留的助焊剂已不断改良其电气性能，以避免成品产生漏电，导致任何伤害。免洗流程已通过国际上多项安全测试，证明助焊剂中的化学物质是稳定的、无腐蚀性的◆回流焊缺陷分析：锡珠(SolderBalls)：原因：1、丝印孔与焊盘不对位，印刷不精确，使锡膏弄脏PCB。2、锡膏在氧化环境中暴露过多、吸空气中水份太多。3、加热不精确，太慢并不均匀。4、加热速率太快并预热区间太长。5、锡膏干得太快。6、助焊剂活性不够。7、太多颗粒小的锡粉。8、回流过程中助焊剂挥发性不适当。锡球的工艺认可是：当焊盘或印制导线的之间距离为0.13mm时，锡珠直径不能超过0.13mm，或者在600mm平方范围内不能出现超过五个锡珠。锡桥(Bridging)：一般来说，造成锡桥的因素就是由于锡膏太稀，包括锡膏内金属或固体含量低、摇溶性低、锡膏容易榨开，锡膏颗粒太大、助焊剂表面张力太小。焊盘上太多锡膏，回流温度峰值太高等。开路(Open)：原因：1、锡膏量不够。2、元件引脚的共面性不够。3、锡湿不够(不够熔化、流动性不好)，锡膏太稀引起锡流失。4、引脚吸锡(象灯芯草一样)或附近有连线孔。引脚的共面性对密间距和超密间距引脚元件特别重要，一个解决方法是在焊盘上预先上锡。引脚吸锡可以通过放慢加热速度和底面加热多、上面加热少来防止。也可以用一种浸湿速度较慢、活性温度高的助焊剂或者用一种Sn/Pb不同比例的阻滞熔化的锡膏来减少引脚吸锡。◆SMT有关的技术组成电子元件、集成电路的设计制造技术电子产品的电路设计技术电路板的制造技术自动贴装设备的设计制造技术电路装配制造工艺技术装配制造中使用的辅助材料的开发生产技术◆贴片机：拱架型(Gantry)：元件送料器、基板(PCB)是固定的，贴片头(安装多个真空吸料嘴)在送料器与基板之间来回移动，将元件从送料器取出，经过对元件位置与方向的调整，然后贴放于基板上。由于贴片头是安装于拱架型的X/Y坐标移动横梁上，所以得名。对元件位置与方向的调整方法：1)、机械对中调整位置、吸嘴旋转调整方向，这种方法能达到的精度有限，较晚的机型已再不采用。2)、激光识别、X/Y坐标系统调整位置、吸嘴旋转调整方向，这种方法可实现飞行过程中的识别，但不能用于球栅列陈元件BGA。3)、相机识别、X/Y坐标系统调整位置、吸嘴旋转调整方向，一般相机固定，贴片头飞行划过相机上空，进行成像识别，比激光识别耽误一点时间，但可识别任何元件，也有实现飞行过程中的识别的相机识别系统，机械结构方面有其它牺牲。这种形式由于贴片头来回移动的距离长，所以速度受到限制。现在一般采用多个真空吸料嘴同时取料(多达上十个)和采用双梁系统来提高速度，即一个梁上的贴片头在取料的同时，另一个梁上的贴片头贴放元件，速度几乎比单梁系统快一倍。但是实际应用中，同时取料的条件较难达到，而且不同类型的元件需要换用不同的真空吸料嘴，换吸料嘴有时间上的延误。这类机型的优势在于：系统结构简单，可实现高精度，适于各种大小、形状的元件，甚至异型元件，送料器有带状、管状、托盘形式。适于中小批量生产，也可多台机组合用于大批量生产。转塔型(Turret)：元件送料器放于一个单坐标移动的料车上，基板(PCB)放于一个X/Y坐标系统移动的工作台上，贴片头安装在一个转塔上，工作时，料车将元件送料器移动到取料位置，贴片头上的真空吸料嘴在取料位置取元件，经转塔转动到贴片位置(与取料位置成180度)，在转动过程中经过对元件位置与方向的调整，将元件贴放于基板上。对元件位置与方向的调整方法：1)、机械对中调整位置、吸嘴旋转调整方向，这种方法能达到的精度有限，较晚的机型已再不采用。2)、相机识别、X/Y坐标系统调整位置、吸嘴自旋转调整方向，相机固定，贴片头飞行划过相机上空，进行成像识别。一般，转塔上安装有十几到二十几个贴片头，每个贴片头上安装2~4个真空吸嘴(较早机型)至5~6个真空吸嘴(现在机型)。由于转塔的特点，将动作细微化，选换吸嘴、送料器移动到位、取元件、元件识别、角度调整、工作台移动(包含位置调整)、贴放元件等动作都可以在同一时间周期内完成，所以实现真正意义上的高速度。目前最快的时间周期达到0.08~0.10秒钟一片元件。此机型在速度上是优越的，适于大批量生产，但其只能用带状包装的元件，如果是密脚、大型的集成电路(IC)，只有托盘包装，则无法完成，因此还有赖于其它机型来共同合作。这种设备结构复杂，造价昂贵，最新机型约在US$50万，是拱架型的三倍以上。SMT生产工艺流程SMT基本工艺构成要素SMT基本工艺构成要素包括:丝印（或点胶）,贴装（固化）,回流焊接,清洗,检测,返修    丝印：其作用是将焊膏或贴片胶漏印到PCB的焊盘上，为元器件的焊接做准备。所用设备为丝印机（丝网印刷机），位于SMT生产线的最前端。    点胶：它是将胶水滴到PCB的的固定位置上，其主要作用是将元器件固定到PCB板上。所用设备为点胶机，位于SMT生产线的最前端或检测设备的后面。贴装：其作用是将表面组装元器件准确安装到PCB的固定位置上。所用设备为贴片机，位于SMT生产线中丝印机的后面。固化：其作用是将贴片胶融化，从而使表面组装元器件与PCB板牢固粘接在一起。所用设备为固化炉，位于SMT生产线中贴片机的后面。回流焊接：其作用是将焊膏融化，使表面组装元器件与PCB板牢固粘接在一起。所用设备为回流焊炉，位于SMT生产线中贴片机的后面。    清洗：其作用是将组装好的PCB板上面的对人体有害的焊接残留物如助焊剂等除去。所用设备为清洗机，位置可以不固定，可以在线，也可不在线。    检测：其作用是对组装好的PCB板进行焊接质量和装配质量的检测。所用设备有放大镜、显微镜、在线测试仪（ICT）、飞针测试仪、自动光学检测（AOI）、X-RAY检测系统、功能测试仪等。位置根据检测的需要，可以配置在生产线合适的地方。    返修：其作用是对检测出现故障的PCB板进行返工。所用工具为烙铁、返修工作站等。配置在生产线中任意位置。一、 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=>返修二、 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）此工艺适用于在PCB两面均贴装有PLCC等较大的SMD时采用。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）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。三、 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=>返修四、 双面混装工艺：A：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=>返修先贴后插，适用于SMD元件多于分离元件的情况B：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=>返修先插后贴，适用于分离元件多于SMD元件的情况C：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A面混装，B面贴装。D：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A面混装，B面贴装。先贴两面SMD，回流焊接，后插装，波峰焊E：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A面贴装、B面混装。六  SMT工艺流程------双面组装工艺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）此工艺适用于在PCB两面均贴装有PLCC等较大的SMD时采用。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）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。表面安装印制板（SMB）的特点作为电子元器件安装和互连使用的印制电路板必须适应当前表面安装技术(SMT)的迅速发展，现已普遍地把贴装表面安装元器件(SMD)的印制板称作表面安装印制板(SMB)，它包括了较简单的单面板、较为复杂的双面印制板，也包括难度高、更为复杂的多层板。    九十年代国际PCB技术是以能生产密度愈来愈高的SMB为目标而进行变革、发展。SMB已成为当前先进PCB制造厂的主流产品，几乎100％的PCB是SMB。表面安装印制板与安装插入引线元件的印制板相比，有下面一些主要特点。采用表面安装元、器件后，印制板上的金属化孔不再作插入元、器件引线用，在金属化孔内也不再进行锡焊，金属化孔仅仅作为电气互连用，因此可尽量减小孔径，从过去O.5-1.0mm变为O.3、0.2或O.1mm，国外将孔径为0.3-0.5mm的孔径称为小孔(SmallHole)，将小于O.3mm以下的孔称为微孔(MicroHole)，SMB上主要是微孔和小孔，有人估计：直径小于0.48mm的小孔，在1984年只占5％，到1991增加到31％。SMT用的IC的引脚数已高达100一500条，MCM组件更高达1000-2000条，引脚中心距已从2.54mm缩小到1.27、0.635、O.3175mm，甚至为O.15mm，因此，SMB要求细线、窄间距，线宽从0.2-O.3mm缩小到O.15mm、O.10mm，甚至为0.05mm，从过去两个焊盘间布设两条导线增加到布设3-5条导线，如此很细的导线，要用目视来检查缺口、短路和开路是极其困难的，有人估计：线宽小于O.13mm的细线，在1984年只占4％，到1992增加到28％。由于SMB上要贴装表面安装元件，因此要求导线图形有高的精度，特别是焊盘图形精度要求+/-O.05mm，定位精度要求+/-O.05-0.075mm。由于细线、高精度对基板的表面缺陷要求严格，特别是对基板平整度要求更为严格，SMB的翘曲度要求控制在0.5％以内，而一般非SMB印制板翘曲度则要求小于l-1．5％。要求SMB尺寸稳定性要好，安装的无引线芯片载体和基板材料的热膨胀系数要匹配，以免在恶劣环境中由于热膨胀值不同产生的应力导致引线断裂，需采用膨胀系数较小的芳纶、石英纤维基，BT树脂、PI树脂覆铜箔基板，严格环境中可采用铜／因瓦／铜金属芯基板材料。SMB对焊盘上的金属镀(涂)覆层要求平整，电镀锡铅合金经热熔的印制板由于热熔过程中锡铅合金融化后表面张力的作用一般成圆弧形表面，不利于SMD准确定位贴装，垂直式热风整平涂覆焊料的印制板，由于重力的作用，一般焊盘的下部比上部较突起，不够平整，也不利于贴装SMD，而且垂直热风整平的印制板受热不均匀，板下部受热时间比上部要长，易发生翘曲，因此SMB不宜采用热熔的锡铅合金镀层和垂直式热风整平的焊料涂覆层，要求用水平式热风整平技术或其它镀(涂)覆技术。水溶性耐热预焊剂已用来替代热风整平工艺。SMB上的阻焊图形(SolderMask)也要求高精度，常用的网印阻焊图形的方法已很难满足高精度要求，因此SMB上阻焊图形大都采用液体感光阻焊剂，由于在SMB上可两面安装SMD，因此SMB还要求板两面都印有阻焊图形及标记符号。SMB上安装SMD时都采用贴装机，大都采用大拼版进行表面安装，经红外焊或汽相焊后再把SMB逐块分开，因此要求SMB以大拼版形式供应，在生产SMB拼版时要使用V形槽铣切或铣槽留节点的办法。高密度多层SMB多采用盲孔和埋孔技术。设计中除采用90度布线外，还采用45度斜向布线。埋孔是在多层板内部连接两个或两个以上内层的镀覆孔。盲孔是连接多层板外层与一个或多个内层向镀覆孔，采用埋孔和盲孔是提高多层板布线密度，减少层数和板面尺寸的有效方法，并可大大减少贯通镀覆孔的数量。安装高速电路的SMB要求控制特性阻抗，并采用更薄的材料，向薄型化发展。