先进电子制造技术表面组装技术SM介绍上

1-1表面组装技术(SMT)概述

(介绍)顾霭云内容一．SMT技术的优势二．表面组装技术介绍

SMT组成（参考：[基础与DFM]第1章）生产线及设备（参考：[基础与DFM]第1章）元器件（参考：[基础与DFM]第3章）PCB（参考：[基础与DFM]第2章）工艺材料（参考：[基础与DFM]第4章）SMT工艺介绍（参考：[工艺]第3、5、6章）三．SMT的发展动态及新技术介绍（参考：[工艺]第14章）表面组装技术（SMT）是无需对印制板钻插装孔，直接将片式元器件或适合于表面贴装的微型元器件贴、焊到印制板或其他基板表面规定位置上的装联技术。“表面组装技术”的英文“SurfaceMountTechnolog”，缩写为“SMT”。

表面组装技术SMT(SurfaceMountingTechnology)安装/组装/贴装/封装/黏著/着装/实装4THTSMT一.SMT技术的优势1结构紧凑、组装密度高、体积小、重量轻——采用双面贴装时，组装密度达到5.5—20个/cm2，为插装元器件组装密度的5倍以上，从而使印制板面积节约60%—70%以上，重量减轻90%以上。2高频特性好—无引线或短引线，寄生参数（电容、电感）小、噪声小、去偶合效果好。3耐振动抗冲击。THC1/8W电阻SMC0603电阻SMT技术的优势4有利于提高可靠性——焊点面接触，消除了元器件与PCB之间的二次互连。减少了焊接点的不可靠因素。SMT技术的优势5工序简单，焊接缺陷极少（前提：设备、PCB设计、元器件、材料、工艺）。6适合自动化生产，生产效率高、劳动强度低等优点。7降低生产成本—双面贴装起到减少PCB层数的作用、元件不需要成形、由于工序短节省了厂房、人力、材料、设备的投资。（目前阻、容元件的价格已经与插装元件合当、甚至还要便宜）二.表面组装技术介绍SMT组成生产线及设备元器件PCB工艺材料1.表面组装技术的组成

—表面组装元器件：封装技术、制造技术、包装技术；—基板技术：单、多层印制板（PCB）、陶瓷基板、金属基板；—组装材料：粘结剂、焊膏、焊丝、焊球、焊片、焊棒、阻焊剂、助焊剂、清洗剂；—组装设计：电、结构、散热、高频、布线和元器件布局、焊盘图形和工艺性设计；—组装设备：涂敷设备、贴装设备、焊接设备清洗设备、检测设备、修板工具、返修设备—组装工艺：贴装技术、焊接技术、清洗技术检测技术、返修技术、防静电技术表面组装技术1.表面面组组装装技技术术的的组组装装类类型型（1））按按焊焊接接方方式式可可分分为为再再流流焊焊和和波波峰峰焊焊两两种种类类型型a再再流流焊焊工工艺艺————在在PCB的的焊焊盘盘上上印印刷刷焊焊膏膏、、贴贴装装元元器器件件，，从从再再流流焊焊炉炉入入口口到到出出口口大大约约需需要要5~6分分钟钟就就完完成成了了干干燥燥、、预预热热、、熔熔化化、、冷冷却却全全部部焊焊接接过过程程。。→→→→印印刷刷焊焊膏膏贴贴装装元元器器件件再再流流焊焊b波波峰峰焊焊工工艺艺————用用微微量量的的贴贴片片胶胶将将片片式式元元器器件件粘粘接接在在印印制制板板上上。。然然后后插插装装分分立立元元器器件件，，最最后后与与插插装装元元器器件件同同时时进进行行波波峰峰焊焊接接。。→→→→→→→印刷刷贴贴片片胶胶贴贴装装元元器器件件胶胶固固化化插插装装元元器器件件波波峰峰焊焊（2）按按组装装方式可可分为全全表面组组装、单单面混装装、双面面混装注：A面面——主主面，又又称元件件面（传传统）；；B面———辅面面，又称称焊接面面（传统统）3SMT生产产线及SMT生生产线主主要设备备3.1SMT生产线线——按按照自动动化程度度可分为为全自动动生产线线和半自自动生产产线；按按照生产产线的规规模大小小可分为为大型、、中型和和小型生生产线。。印刷机+高高速贴片片机+泛泛用贴片片机+回流流炉DEKFUJIFUJIBTUMPMPansertPansertHeller小批量多多品种生生产线传统配置置：方式1：：1台多多功能机机（或1台复合合机）方式2：：1~2台高速速机+1台多多功能（（泛用））机中大型生生产线例例如手手机、电电脑主板板生产线线方式1：：传统配配置（1台多功功能机+2~3台高速速机）方式2：：复合式式系统。。例如Simens的的HS系系列。方式3：：平行（（模块化化）系统统。例如如PHILIPS公司司的FCM系列。。丝印机AOI高高速机机高高速机泛泛用用机AOI回流焊手机生产产线3.2SMT生产线线主要设设备SMT生生产线主主要生产产设备包包括印刷刷机、点点胶机、、贴装机机、再流流焊炉和和波峰焊焊机。辅辅助设备备有检测测设备、、返修设设备、清清洗设备备、干燥燥设备和和物料存存储设备备等。3.2.1印印刷机——用来来印刷焊焊膏或贴贴片胶的的。将焊焊膏（或或贴片胶胶）正确确地漏印印到印制制板相应应的焊盘盘（位置置）上。。3.2.1.1印刷刷机的基基本结构构a夹持持基板（（PCB）的工工作台b印刷刷头系统统c丝网网或模板板以及丝丝网或模模板的固固定机构构；d保证证印刷精精度而配配置的清清洗、二二维、三维测量量系统等等选件。。e计算算机控制制系统3.2.1.2印刷刷机的主主要技术术指标a最大大印刷面面积：根根据最大大的PCB尺寸寸确定。。b印刷刷精度：：一般要要求达到到±0.025mm。。c印刷刷速度：：根据产产量要求求确定。。3.2.2贴贴装机——相当当于机器器人，把把元器件件从包装装中取出出，并贴贴放到印印制板相相应的位位置上。。3.2.2.1贴装装机的的的基本结结构a底座座b供供料器。。c印印制电路路板传输输装置d贴装装头e对中中系统f贴装装头的X、Y轴轴定位传传输装置置g贴装装工具（（吸嘴h计算算机控制制系统贴装机顶顶视图供料器吸嘴库贴装头传送带3.2.2.2贴装装机的主主要技术术指标(a)贴贴装精精度：包包括三个个内容：：贴装精精度、分分辨率、、重复精精度。贴装精度度——是是指元器器件贴装装后相对对于印制制板标准准贴装位位置的偏偏移量，，一般来来讲，贴贴装Chip元元件要求求达到±±0.1mm，，贴装高高密度窄窄间距的的SMD至少要要求达到到±0.06mm。分辨率———分辨辨率是贴贴装机运运行时每每个步进进的最小小增量。。重复精度度——重重复精度度是指贴贴装头重重复返回回标定点点的能力力(b)贴贴片速速度：一一般高速速机0.2S/Chip以以内，多多功能机机0.3~0.6S/Chip左右。。(c)对对中方方式：机机械、激激光、全全视觉、、激光/视觉混混合对中中。(d)贴贴装面面积：可可贴装PCB尺尺寸，最最大PCB尺寸寸应大于于250×300mm。(e)贴贴装功功能：是是指贴装装元器件件的能力力。一般般高速机机只能贴贴装较小小的元器器件；多多功能机机可贴装装最大60×60mm器件件，及异异形元器器件。(f)可可贴装装元件种种类数：：是指贴贴装机料料站位置置的多少少（以能能容纳8mm编带供供料器的的数量来来衡量））(g)编编程功功能：是是指在线线和离线线编程优优化功能能。SMT贴贴片机器器的类型型基本型１１.动动臂式拱拱架型分为单臂臂式和多多臂式多臂式贴贴片机可可将工作作效率成成倍提高高基本型２２.转转塔型TCM-200超高速速贴装机机的塔塔转式贴贴装头复合式复合式机机器是从从动臂式式机器发发展而来来，它集集合了转转盘式和和动臂式式的特点点，在动动臂上安安装有转转盘。例如Simens的Siplace80S系列贴贴片机，，有两个个带有12个吸吸嘴的转转盘。由由于复合合式机器器可通过过增加动动臂数量量来提高高速度，，具有较较大灵活活性，Simens的的HS50机器器安装有有4个这这样的旋旋转头，，贴装速速度可达达每小时时5万片片。平行系统统

（模模块式））平行系统统由一系系列的小小型独立立贴装机机组成。。各自有有定位系系统、摄摄像系统统、若干干个带式式送料器器。能为为多块电电路板、、分区贴贴装。例如PHILIPS公公司的FCM机机器有16个贴贴装头，，贴装速速度达到到0.03秒／／Chip，每个头头的贴装装速度在在1秒／／Chip左右FUJI的ＮＸＸＴQP132等富士NXT模模组型型高速多多功能贴贴片机该贴片机机有8模组组和4模组组两种基基座，M6和和M3两两种模组组，8吸嘴嘴,4吸吸嘴和和单吸嘴嘴三种贴贴片头，，可通过过灵活组组合满足足不同产产量要求求。单台产量量最高可可达40000芯芯片/小小时单台机器器可完成成从微型型0201到到74××74mm的的大型型器件（（甚至大大到32××180mm的连连接件））的贴装装。水平旋转转贴装头头Simens垂直旋旋转贴装头头日本SONY公司的SI-E1000MKⅢ高速贴贴装机的45°旋旋转贴装头头3.2.3再流焊焊炉再流焊炉是是焊接表面面贴装元器器件的设备备。再流焊焊炉主要有有红外炉、、热风炉、、红外加热热风炉、蒸蒸汽焊炉等等。目前最最流行的是是全热风炉炉。3.2.3.1热热风、红外外再流焊炉炉的基本结结构炉体上下加热源源PCB传输输装置空气循环装装置冷却装置排风装置温度控制装装置以及计算机机控制系统统3.2.3.2再再流焊炉的的主要技术术指标a温度控控制精度：：应达到±±0.1~0.2℃；；b传输带带横向温差差：要求±±5℃以下下,无铅要要求±2℃℃以下；c温度曲曲线测试功功能：如果果设备无此此配置，应应外购温度度曲线采集集器；d最高加加热温度：：一般为300~350℃，，如果考虑虑无铅焊料料或金属基基板，应选选择350℃以上。。e加热区区数量和长长度：加热热区数量越越多、加热热区长度越越长，越容容易调整和和控制温度度曲线。一一般中小批批量生产选选择4~5温区，加加热区长度度1.8m左右即能能满足要求求，无铅要要求7温区区以上。f传送带带宽度：应应根据最大大和最PCB尺寸确确定。3.2.4检测设备自动光学检检测AOI焊端自动光学检检测（AOI）随着元器件件小型化、、SMT的的高密度化化，人工目目视检验的的难度和工工作量越来来越大，而而且检验人人员的判断断标准也不不统一。为为了SMT配合自动动生产线高高速度、大大生产，以以及保证组组装质量的的稳定性。。AOI越越来越被广广泛应用。。AOI的应应用主要有三个个放置位置置：（1）锡膏膏印刷之后后（2）回流流焊前（3）回流流焊后多品种、小小批量生产产时可以不不连线。（1）AOI置于于锡膏印刷刷之后可检查：焊膏量不足足。焊膏量过多多。焊膏图形对对焊盘的重重合不良。。焊膏图形之之间的粘连连。PCB焊盘盘以外处的的焊膏污染染（2）AOI置于于回流焊前前可检查：是否缺件元件是否贴贴错极性方向是是否正确有无翻面和和侧立元件位置的的偏移量焊膏压入量量的多少。。（3）AOI置于于回流焊后后可检查：是否缺件元件是否贴贴错极性方向是是否正确有无翻面、、侧立和立立碑元件位置的的偏移量焊点质量：：锡量过多多、过少（（缺锡））、焊点错错位焊点桥接AOI有待待改进的问问题(1)只只能作外观观检测，不不能完全替替代在线测测（ICT）。(2)如如无法对BGA、CSP、FlipChip等不可见见的焊点进进行检测。。(3)对对PLCC也要采用用侧面的CCD才能能较准确的的检测。BGA/CSP焊点点检测x-rayX光检测BGA、CSP、FlipChip的焊点点在器件的的底部，用用肉眼和AOI都不不能检测，，因此，X光检测就就成了BGA、CSP器件的的主要检测测设备。目前X光检检测设备大大致有三种种档次：①传输X射线测试试系统———适用于单单面贴装BGA的板板以及SOJ、PLCC的检检测。缺点点是对垂直直重叠的焊焊点不能区区分。②断面面X射线、、或三维X射线测试试系统———克服了传传输X射线线测试系统统的缺点，，该系统可可以做分层层断面检测测，相当于于工业CT。③目前前又推出X光/ICT结合的的检测设备备——用ICT可可以补偿X光检测的的不足。适适用于高密密度、双面面贴装BGA的板。。在线测在线测试设设备采用专专门的隔离离技术可以以测试电阻阻器的阻值值、电容器器的电容值值、电感器器的电感值值、器件的的极性、以以及短路（（桥接）、、开路（断断路）等参参数，自动动诊断错误误和故障，，并可把错错误和故障障显示、打打印出来，，可直接根根据错误和和故障进行行修板或返返修，在线线测的检测测正确率和和效率较高高。功能测功能测用于于表面组装装板的电功功能测试和和检验。功功能测就是是将表面组组装板或表表面组装板板上的被测测单元作为为一个功能能体输入电电信号，然然后按照功功能体的设设计要求检检测输出信信号，大多多数功能测测都有诊断断程序，可可以鉴别和和确定故障障。但功能能测的设备备价格都比比较昂贵。。最简单的功功能测是将将表面组装装板连接到到该设备的的相应的电电路上进行行加电，看看设备能否否正常运行行，这种方方法简单、、投资少，，但不能自自动诊断故故障。4.表面面组装元器器件（SMC/SMD）介绍绍

4.1表面组装元元器件基本要求a元器器件的外形形适合自动动化表面贴贴装；b尺寸寸、形状标标准化、并并具有良好好的尺寸精精度；c包装装形式适合合贴装机自自动贴装要要求；d具有有一定的机机械强度；；e元元器件焊焊端或引脚脚可焊性要要求235℃±5℃，2±0.2s或230℃℃±5℃，，3±0.5s，焊焊端90%沾锡(无铅250～255℃，，2～3s)f再流流焊耐高温温焊接要求求：235℃±5℃℃，2±0.2s；波峰焊：260℃±±5℃，5±0.5s(无铅265～270℃，，10～15s)；g可承承受有机溶溶剂的洗涤涤。4.2表表面组装元元件（SMC）的外外形封装、、尺寸、主主要参数及及包装方式式(a)表表面组装装元件（SMC）封封装命名方方法：SMC常用用外形尺寸寸长度和宽宽度命名，，来标志其其外形大小小，通常有有公制(mm)和和英制(inch)两种表示示方法，如如英制0805表示示元件的长长为0.08英寸，，宽为0.05英寸寸，其公制制表示为2012（（或2125），即即长2.0毫米，宽宽1.25毫米。(b)公公制(mm)/英制(inch)转换公式式：25.4mm×英英制(inch)尺尺寸=公公制(mm)尺寸举例：将0402（0.04inch×0.02inch）英制表表示法转换换为公制表表示法元元件长长度=25.4mm×0.04=1.016≈1.0mm；；元件宽度=25.4mm××0.02=0.508≈0.5mm0402的公制表表示法为：：1005(1.0mm××0.5mm)(C)表表面组装元元件（SMC）常用用的公制和和英制的封封装尺寸以以及包装编编带宽度如如下：英制(inch)公公制(mm)编编带宽宽（mm））182545641218124532121210322581206（（3216）80805（（2012）80603（1608）80402（（1005）80201（0603）801005最新推出（0402）8(01005C、01005R已经在在模块工艺艺中应用)(d)表面组装电电阻、电容容标称值表表示方法举举102十位和百位位表示数值值个个位位表示0的的个数a片式电电阻举例（（片式电阻阻表面有标标称值）102———表示1KΩ；471——表表示470Ω；105——表表示1MΩΩ。b片式电电容举例（（片式电容容表面没有有标称值））102———表示1000Pf；471——表示示470Pf；105——表表示1uf。(e）表面组装电电阻、电容容的阻值、、容值误差差表示方法法①阻值误误差表示方方法J———±±5%K———±10%M———±20%②②容值值误差表示示方法C——0.25PfD———±0.5PfF———±1.0PfJ———±±5%K———±±10%M———±20%4.3表面贴装装电阻器器、电容容器的命命名①电阻器：：不同厂家家的电阻阻型号、、规格、、表示方方法均有有不同，，但是最最基本要要标注的的有：标标称阻值值、额定定功率、、阻值公公差、封封装尺寸寸、包装装形式等等。例如如：a）KOA公司司的标注注方法。。b)日日本村田田公司RX391G561JTA种类尺尺寸外外观特特性标标称称阻值阻阻值值误差包包装装形式c)成成都无线线电四厂厂RI111/8561J种类尺尺寸额额定定功耗标标称阻阻值阻阻值误误差②多层片状状瓷介电电容器命命名a)日日本村村田公司司GRM4F6COG101J50PT电极结构构尺尺寸寸温温度特特性标标称容容值容容量误误差耐耐压包包装装形式b)成成都无无线电四四厂CC4103CH101J50T瓷料类型型尺尺寸寸温温度特特性标标称容容值容容量误误差耐耐压包包装装形式4.4表表面组组装器件件（SMD）的的外形封封装、引引脚参数数及包装装方式4.5表表面组组装元器器件的焊焊端结构构4.5.1表表面组装装元件（（SMC）的焊焊端结构构无引线片片式元件件焊接端端头电极极一般为为三层金金属电极极，见图图1。其内部电电极一般般为厚膜膜钯银电电极，由由于钯银银电极直直接与铅铅锡焊料料焊接时时，在高高温下，，熔融的的铅锡焊焊料中的的焊锡会会将厚膜膜钯银电电极中的的银食蚀蚀掉，这这样会造造成虚焊焊或脱焊焊，俗称称“脱帽帽”现象象。因此此在钯银银电极外外面镀一一层镍，，镍的耐耐焊性比比较好，，而且比比较稳定定，用镍镍作中间间电极可可起到阻阻挡层的的作用。。但是镍镍的可焊焊性不好好，因此此还要在在最外面面镀一层层铅锡，，以提高高可焊性性。无引线片片式元件件端头三三层金属属电极示示意图外部电极极（镀铅铅锡）中间电极极（镍阻阻挡层））内部电极极（一般般为钯银银电极））Chip元件的的发展动动态4.5.2表表面组装装器件（（SMD）的焊焊端结构构表面组装装器件的的焊端结结构可分分为羽翼翼形、J形和球球形。羽翼形J形形球球形新新动态表面组装装器件（（SMD）的焊焊端结构构示意图图羽翼形的的器件封封装类型型有：SOT、、SOP、QFP。。J形的器器件封装装类型有有：SOJ、PLCC。球形的器器件封装装类型有有：BGA、CSP、、FlipChip。新焊端结结构:LLP（（LeadlessLeadframepackage））MLF（（MicroLeadlessFrame））QFN(QuadFlatNo-lead)新型元器器件表面贴装装电阻器器矩形片式式电阻器器、圆柱柱形片式式电阻器器、电阻阻网络和和电位器器表面贴装装电容器器多层片状状瓷介电电容器钽电解电电容器云母电容容器铝电解电电容器可调电容容器机