表面贴装技术(SMT)组件的考虑因素

外表贴装技术〔SMT〕组件的考虑因素较小的外表贴装元件以及选择将其贴装在互连封装构造的一面或两面能显著削减基板材料。SMT组件的类型根本取决于要使用外表贴装元件类型，见章节3.6.1.5中有关类型和级别的描述。本节将简要争论SMT组件组装过程中的问题。其它信息可参看IPC-SM-780和IPC-CM-770。读者也可从IPC-9191中获得后续的过程改进。SMT装配流程依据外表贴装和通孔安装元件的混和状况，SMT组件安装承受回流焊〔气态、红外线、热风、对流、激光、导热带〕和/或波峰焊。图7-1是2c型SMT的工艺流程。自动或手工插入有引脚元件。翻转组件并粘合。然后，用拾放机拾取、放置外表贴装元件。粘合剂硬化后，再次翻转组件，并用波峰焊将有引脚元件和表面贴装元件一次性焊接结实。最终，清洗、检验组件，如有必要则进展修复，并测试。图7-2是1b型SMT的工艺流程。放置好元件，使用焊料，对组件进展回流焊接与清洗。对于2b型SMT组件。要将板翻转，并重复上述流程。如图7-3所示，2c型简洁SMT的工艺流程是将各种SMT流程简洁组合在一起。图7-1底部贴装2c型〔简洁〕SMT的典型工艺流程图7-2外表1b和1b型SMT的典型工艺流程图7-3混和技术2c型〔简洁〕SMT的典型工艺流程底材的粘合剂、焊料处理粘合剂应用在SMT波峰焊中，选择与应用适宜的粘合剂格外重要。粘合剂过多会沾在焊盘上，使焊条性能恶化。粘合剂过少则波峰焊时元件难以保持在基板底部。良好的粘合剂应具有以下性能：无须调配、有色、长保质期、使用便利，有足够的结合强度且硬化时间短。此外，在硬化和焊接后，粘合剂应能保持防潮、绝缘、防腐蚀，并且可修复。有很多公司供给SMT专用粘合剂。其中有些粘合剂需要在红外线硬化处理后再用紫外线硬化，其它用红外线或在一般烤炉内就可硬化。对于粘合剂硬化，温度比时间更重要。在温度变化超过推举温度的10°C以上就可能造成芯片在波峰焊时脱落〔硬化缺乏〕，或难以修复〔硬化过度〕。导电环氧导电环氧在某些SMT贴装中被用作联结材料。焊盘处的导电环氧必需有足够的量。焊料在回流焊时会重分布，而导电环氧必需得到完全把握，以保证焊点有足够的强度。同时也必需把握元件的放置，以防环氧挤出而可能造成四周的焊盘短路。焊接、焊料和预处理焊料对回流焊的影响很大。回流焊前，焊料作为一种粘合剂。焊料包括焊剂、溶剂、悬浮添加剂和特定成分的合金。选择某种焊料时，其流变性能很重要，如粘度、剂量、丝网或版膜、流淌性及延展性等。焊料对锡球形态和熔湿性的敏感程度也很重要。无论承受丝网、版膜或注射器，焊料都要在元件放置之前施用到焊盘上。丝网用不锈钢或聚酯线网制成，版膜用不锈钢、黄铜片或其它性能稳定的合金蚀刻而成。版膜适用于大批量生产。版膜比丝网耐用，简洁对齐，并可施用较厚的焊料。预焊料有时用于安装贯穿基板的元件。预焊料按所需的尺寸和成分制成，内含、外覆或不含焊剂。假设板上仅有个别有引脚元件，用预焊料可以避开使用波峰焊接，从而可能获得较好的本钱效率。固态焊料淀积元件放置精度要求几乎强制要求使用自动贴装机来往板上放置外表贴装元件。自动贴装机的选择由元件类型及其体积所打算。自动贴装机主要有四种：流水线贴装同时贴装挨次贴装挨次/同时贴装流水线贴装设备〔图7-4〕使用一系列固定位置贴装饰。当印制板在流水线上移动时，每个点贴装各自的元件。每块板的周期时间为1.8～4.5秒。同时贴装设备〔图7-5〕一次性将整批元件贴装到印制板上。每块板典型的周期时间为7～10秒。挨次贴装设备〔图7-6〕通常使用一个软件把握X-Y平面移动的工作台系统。元件单独连续地被贴装到印制板上。每个元件典型的周期时间为0.3～1.8秒。挨次/同时贴装设备〔图7-7〕的特点是一个软件把握X-Y平面移动的工作台系统。元件从多0.2秒。要贴装哪类元件？这些元件是散装、库装还是卷带装？将来卷带的尺寸转变，所选的机器是否还能适用？为了与所选的机器兼容，选择和评价来自不同供方的卷带是很重要的。伴同计算机关心设计/计算机关心制造〔CAD/CAM〕一起的离线编程、示教模式和可修改性格外必要，特别是对于一家已经开发了一个CAD/CAM数据库的公司。一台机器可扩展的特点如粘合剂使用、元件测试、基板输送和力气贮存可使其应用于不同的场合。对全部的用户而言，牢靠性、贴装精度和易维护性都是重要因素。图7-4流水线贴装设备 图7-5同时贴装设备图7-6挨次贴装设备 图7-7挨次/同时贴装设备焊接和选择自动贴装机一样，焊接工艺选择取决于元件类型以及与这些元件一起组装的是否还有有引脚元件组合。例如，假设全部的元件都是外表贴装型，最好用回流焊接法〔气相、热风对流或红外线〕。但对通孔和外表贴装元件的组合，可组合使用波峰焊和回流焊。没有一种对各有焊接任务都是最好的工艺。此外，以下所争论的并不包括全部的焊接工艺。波峰焊波峰焊是一种焊接大端子的经济的方法。波峰焊必需把握四个主要的工艺变量：预热、加助焊剂、速度和焊接波峰。传送装置必需为基板的热膨胀留有余量，以防在预热和焊接过程中基板发生热变形。/波峰高度。系统必需在适当的位置测定什么时候助焊剂活性下降，以及什么时候该用的助焊剂替换旧的。速度是焊接各个步骤的时间挨次和持续时间。进展速度把握可获得规格统一、质量更好的焊点。通过把握传送带速度，将互连封装组件的预热分两到三步完成可使热冲击降至最低，从而延长组件的使用寿命。要使预热统一，可制定一张焊接进度表，详述每一种印制板的预热参数设置和传送带速度。焊接波峰是重要变量，波峰几何尺寸对获得外表贴装元件的抱负焊接、防止锡尖和桥焊尤其重要。波峰几何尺寸有单向和双向；单个和成双；粗糙、光滑和死区；混油、枯燥和起泡；含有或没有热风刀。也可使用外表贴装元件的专用焊接波峰。外表贴装元件波峰焊关注的主要问题是当元件经过260°C[500°F]的焊接波峰时是否会受到损坏。电阻和电容的公差最大变化为0.2%，而常用元件的公差变化为+5～20%，因此这个数值可以无视不计。元件通常要处于焊接波峰约3秒，但它们的设计是能够在260°C[500°F]经受10秒。波峰焊接中，脱气和漏焊是两大问题。脱气易发生在芯片电阻和电容的下垂终端。一般认为这种现象是由焊接烘干缺乏造成的，可通过提高组件的预热温度或增加预热时间来矫正。漏焊问题通常由下垂终端的元件体的遮挡效应造成。将部件摆放在两个终端可同时焊接的位置上就能解决大局部遮挡效应的问题。一些厂家对有源元件承受一个额外的焊盘来获得焊料。同时解决脱气和遮挡效应问题最常用的方法是切换到双波峰系统。该系统中，第一个波峰是紊乱的，其次个是层状的。紊乱波峰经过互联封装构造外表时供给足够的焊料，以消退脱气和漏焊。层状波峰有助于消退锡尖与桥焊。气相焊接气相焊接又称凝热焊接，是利用惰性液体的蒸发潜热进展焊接。潜热以蒸汽形式释放，并分散要焊接的元件上。气相焊接的焊接温度恒定，并可通过惰性液体的种类来把握。因此，与波峰焊、红外焊、对流焊和激光焊不同，气相焊不需要把握传递到焊点或印制板上的热量。加热过程与元件尺寸无关，加热均匀，并且不会超过焊锡的沸点。气相焊接也适用于焊接特别外形的元件、柔性电路、针脚与连接器，以及锡引脚电镀板和外表贴装封装的回流焊。由于加热是通过冷凝获得的，温升率取决于元件质量。因此，与封装互连构造接触的封装体引脚要比元件体的加热更快，这样就能使焊料掩盖到引脚上。全部这些特征使气相焊接成为一种简洁的自动化工艺。尽管建议进展预烘干、预热以去除潮湿并削减对板的热冲击，但气相焊接可免除施加焊料、预热和焊接调整这方面的要求是很高的。虽然实践证明气相焊接适合自动化生产，但仍存在一些工艺方面的问题，如消灭锡球的概率较高、元件移动，这些问题不利于对齐排列，并可能损坏对温度敏感的器件。直列式或成批式系统都可使用。直列式系统适合进展大规模生产。对小批量生产或研发，通常承受成批式工艺。这两种方式的主要缺点是因蒸发损失而增加液体本钱。成批式工艺承受将一种较廉价的次液掩盖在主液上面的方法将蒸发损失减至最低。蒸发损失照旧存在，但损失的是那种廉价的液体。也可使用冷却镀锡卷板降低蒸发损失。红外回流红外〔IR〕回流焊接将能量以辐射或传导的形式加热组件。IR回流焊工艺主要有两类——聚焦〔辐射〕和非聚焦〔传导〕。实践证明后者更适合SMT。聚焦的IR直接将热能辐射到元件IR的导热介质可以是空气、某种惰性气体、或仅仅是对流的能量。渐进的组件加热过程是必要的，它能消退焊料的不稳定因素。经过一段适宜的时间预热，组件上升到可以进展回流焊的温度，然后再进展冷却。热风激光回流焊接激光焊接是一种比较的焊接技术。它能作为其它焊接工艺的补充，而非取代它们。在直列式回流焊中，激光焊接有利于自动化生产。激光焊接的速度比手工焊接快，但比波峰、气相、IR焊接或热风对流要慢。可能在回流焊中被损坏的对温度敏感的器件可以用激光焊接。工艺问题是高温对四周区域的损害和形成锡球。清洗间的狭缝更小，而且残留在组件上和元件下的焊料状况更为简洁。假设封装与互连组件没有被完全清洗，狭缝可能夹杂焊剂，从而引发潜在的牢靠性问题。因此，选用哪种清洗工艺取决于元件引脚的间距、元件和基板的间距、剩余焊剂的来源、以及焊接工艺。焊剂需要用溶剂来清洗——合成焊剂或松香基焊剂通常被分为合成活化〔SA〕，合成微活化〔SMA〕，松香活化〔RA〕或松香微活化〔RMA〕。稳定的卤代烃/酒精共沸混和液是去除合成焊剂或松香基焊剂剩余的抱负溶剂。焊剂需要一道水清洗工序——假设在回流焊或波峰焊中使用了有机酸〔OA〕焊剂，在进入下一道工序之前，必需先用水来过滤剩余物质。OA焊剂的剩余物质通常可以用水来去除。清洗要求取决于章节1.3中归纳的设备类型。个别厂家不清洗组件，但组件性能可以依据焊接操作中所用的焊剂种类来推想。ANSI/J-STD-001供给了各种不同焊剂与清洗工艺有关的性能。依据最终产品在设备中的工作环境，厂家可打算是否要进展清洗，但在这之前，必需彻底把握焊剂及焊剂剩余腐蚀性和导电性。修复/返工外表贴装组件的修复/返工要特别慎重。由于焊盘的尺寸很小，施加在板上的热量应尽可能少。/气和IR系统也可用于移除外表贴装元件。使用热风/气装置的主要问题之一是要留意保护邻近的元件不受损坏。不管承受何种系统工具，必需明确全部解焊/焊接的把握参数，如一个元件可被拆下和重装的次数、解焊温度与时间、以及封装/互连组件的损坏条件。焊盘图形具体资料以下章节的内容介绍了各类外表贴装元件的根本要求〔如EIAJEDECEIAJ等并指明白分析和改进的标准，从而使制造过程尽可能牢靠。每一类元件都用一份四页的文件进展组织，每一份都有自己的号码标识〔IPC-SM-782的章节名〕及修订状态。由于难免要进展修改〔增删内容、校正文字或数据〕，一份四页文件将会作为一个整体重编号，取代本手册中的旧版本。在该说明的总结局部给出了修订状态的概要。引言每一份文件〔四页〕1页给出该元件的主要信息、用途或性能要求，以及元件附件的操作技术。任何有关该元件的有用信息都详述在这一页中。元件尺寸ComponentDimensions每一份文件〔四页〕2页描述了元件的关键尺寸，这些尺寸是设计牢靠贴装时所必需的。标准化组织还供给了其余很多尺寸，具体说明白一个元件族中某一个具体元件的制造要求。全部的实践尝试都将实际使用的尺寸对公布的标准进展了检验和联系。不幸的是，标准并不总能供给关于最多和最少材料状态下元件尺寸的足够信息，这些尺寸是焊盘开发所需的。有时，文件中的数值是经过处理的〔将标称尺寸转换成最大/最小尺寸〕，有时这些数值是推导出来的〔最终尺寸由总体尺寸减去RMS条件下固有公差得到〕，有时通过尺寸调整〔将分布在最大/最小极限之间的总体公差减小到合理的大小〕来改善焊盘和组件的可生产性。2用于第3节3.3中注册焊盘图形的尺寸体系原则修改焊盘。假设行业标准本身不全都，请填写本节末尾处的表格，通知IPC修订标准。焊盘尺寸第3图形的尺寸都以材料最多状态〔MMC〕表示。这是印制板厂家的“目标值”。随着从MMC转到材料最少状态〔LMC〕，形成良好焊点的几率也随之减小。LMC尺寸不应超过在第4也中描述的制造公差〔F〕。LMC和MMC限制着每一个尺寸。此外，合成焊盘宽度可作为确定最大和最小极限尺寸的参照〔尺寸“Y”〕。我们鼓舞设计者将MMCMMC。应避开将确定最小导线宽度作为制造目标，由于厂家会补偿和调整数据以适合底片的处理过程MMC制造焊盘是为了获得结实的焊盘，而导线的状况与焊盘正好相反。第3页还供给了有关焊盘四周空间的信息。表述基于0.05mm的国际标准栅格。一块面积以4×6表示，等于2.00mm×3.00mm。当这些空间的边界接触时，可在印制板上获得最高的元件放置密度。空间应能包围整个焊盘及位于该焊盘中心的元件壳体。公差分析第4盘中心为原点，用DTP〔与抱负位置偏差的直径〕表示贴装精度。表格剩下的局局部布表示焊趾圆角、焊跟圆角和侧边圆角的信息。第一局部是最大和最小元件尺寸差值的范围，有：以“C”表示的总体尺寸〔通常为“L”〕，三个一组的表格的其次列和第三列w〔SPC〕的上下限。假设不能满足这些条件，元件贴装的过程就会有所变化。修订状态以下是IPC-SM-782A中元件族数据集的修订状态。短横〔“－”〕表示该节为原始发行状态，章节号后面的字母“A”表示四页一组文件的第一次修订，字母“B”表示其次次修订等。修订章节修订次数章节标题8.0－分立元件8.1A芯片电阻8.2A芯片电容8.3－电感8.4A钽电容8.5A金属电极外表组装元件〔MELF〕8.6－小外形晶体管〔S