SMT實(shí)用工藝基礎(chǔ)-SMT概述
作者：博維科技 時(shí)間：2018-07-24 13:55
SMT概述
SMT（表面組裝技術(shù)）是新一代電子組裝技術(shù)。經(jīng)過20世紀(jì)80年代和90年代的迅速發(fā)展，已進(jìn)入成熟期。SMT已經(jīng)成為一個(gè)涉及面廣，內(nèi)容豐富，跨多學(xué)科的綜合性高新技術(shù)。最新幾年，SMT又進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展高潮，已經(jīng)成為電子組裝技術(shù)的主流。
1.1SMT概述
SMT是無需對(duì)印制板鉆插裝孔，直接將處式元器件或適合于表面組裝的微型元件器貼、焊到印制或其他基板表面規(guī)定位置上的裝聯(lián)技術(shù)。
由于各種片式元器件的幾何尺寸和占空間體積比插裝元器件小得多，這種組裝形式具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、耐振動(dòng)、抗沖擊、高頻特性好和生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)。采用雙面貼裝時(shí)，組裝密度的5倍以左右，從而使印制板面積節(jié)約了60％-70％，重量減輕90％以上。
SMT在投資類電子產(chǎn)品、軍事裝備領(lǐng)域、計(jì)算機(jī)、通信設(shè)備、彩電調(diào)諧器、錄像機(jī)、攝像機(jī)及袖珍式高檔多波段收音機(jī)、隨身聽、傳呼機(jī)和手機(jī)等幾乎所有的電子產(chǎn)品生產(chǎn)中都得到廣泛應(yīng)用。SMT是電子裝聯(lián)技術(shù)的發(fā)展方向，已成為世界電子整機(jī)組裝技術(shù)的主流。
SMT是從厚、薄膜混合電路演變發(fā)展而來的。
美國是世界上SMD和SMT最早起源的國家，并一直重視在投資類電子產(chǎn)品和軍事裝備領(lǐng)域發(fā)揮SMT高組裝密度和高可靠性能方面的優(yōu)勢(shì)，具有很高的水平。
日本在70年代從美國引進(jìn)SMD和SMT應(yīng)用在消費(fèi)類電子產(chǎn)品領(lǐng)域，并投入世資大力加強(qiáng)基礎(chǔ)材料、基礎(chǔ)技術(shù)和推廣應(yīng)用方面的開發(fā)研究工作，從80年代中后期起加速了SMT在產(chǎn)業(yè)電子設(shè)備領(lǐng)域中的全面推廣應(yīng)用，僅用四年時(shí)間使SMT在計(jì)算機(jī)和通信設(shè)備中的應(yīng)用數(shù)量增長(zhǎng)了近30％，在傳真機(jī)中增長(zhǎng)40％，使日本很快超過了美國，在SMT方面處于世界領(lǐng)先地位。
歐洲各國SMT的起步較晚，但他們重視發(fā)展并有較好的工業(yè)基礎(chǔ)，發(fā)展速度也很快，其發(fā)展水平和整機(jī)中SMC/SMD的使用效率僅次于日本和美國。80年代以來，新加坡、韓國、香港和臺(tái)灣省亞洲四小龍不惜投入巨資，紛紛引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)，使SMT獲得較快的發(fā)展。
據(jù)飛利浦公司預(yù)測(cè)，到2010年全球范圍插裝元器件的使用率將由目前和40％下降到10％，反之，SMC/SMD將從60％上升到90％左右。
我國SMT的應(yīng)用起步于80年代初期，最初從美、日等國成套引進(jìn)了SMT生產(chǎn)線用于彩電諧器生產(chǎn)。隨后應(yīng)用于錄像機(jī)、攝像機(jī)及袖珍式高檔多波段收音機(jī)、隨身聽等生產(chǎn)中，近幾年在計(jì)算機(jī)、通信設(shè)備、航空航天電子產(chǎn)品中也逐漸得到應(yīng)用。
據(jù)2000年不完全統(tǒng)計(jì)，我國約有40多家企業(yè)從事SMC/SMD的生產(chǎn)，全國約有300多家引進(jìn)了SMT生產(chǎn)線，不同程度的采用了SMT。全國已引進(jìn)4000-5000臺(tái)貼裝機(jī)。隨著改革 開放的深入以及加入WTO，近兩年一些美、日、新加坡、臺(tái)商已將SMT加工廠搬到了中國，僅2001-2002一年就引進(jìn)了4000余臺(tái)貼裝機(jī)。我國將成為SMT世界加工廠的基地。我國SMT發(fā)展前景是廣闊的。
1.2 SMT發(fā)展動(dòng)態(tài)
SMT總的發(fā)展趨勢(shì)是：元器件越來越小、組裝密度越來越高、組裝難度也越來越大。最近幾年SMT又進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展高潮。為了進(jìn)一步適應(yīng)電子設(shè)備向短、小、輕、薄方向發(fā)展，出現(xiàn)了0210（0.6mm＊0.3mm）的CHIP元年、BGA、CSP、FLIP、CHIP、復(fù)合化片式元件等新型封裝元器件。由于BGA等元器件技術(shù)的發(fā)展，非ODS清洗和元鉛焊料的出現(xiàn)，引起了SMT設(shè)備、焊接材料、貼裝和焊接工藝的變化，推動(dòng)電子組裝技術(shù)向更高階段發(fā)展。SMT發(fā)展速度之快，的確令人驚訝，可以說，每年、每月、每天都有變化。
一、元器件
1. SMC――片式元件向小、薄型發(fā)展。其尺寸從1206（3.2mm＊1.6mm）向0805（2.0mm＊1.25mm）－0603（1.6mm＊0.8mm）－0402（1.0mm＊0.5mm）－0201（0.6mm＊0.3mm）發(fā)展。
2. SMD――表面組裝器件向小型、薄型和窄引腳間距發(fā)展。引腳中心距從1.27向0.635mm－0.5mm－0.4mm及0.3mm發(fā)展。
3. 出現(xiàn)了新的封裝形式BGA（球柵陣列，ball grid arrag）、CSP（UBGA）和FILP CHIP（倒裝芯片）。
由于QFP（四邊扁平封裝器件受SMT工藝的限制，0.3mm的引腳間距已經(jīng)是極限值。而BGA的引腳的球形的，均勻地分布在芯片的底部。BGA和QFP相比最突出的優(yōu)點(diǎn)首先是I/O數(shù)的封裝面積比高，節(jié)省了PCB面積，提高了組裝密度。其次是引腳間距較大，有1.5mm、1.27mm和1.00mm，組裝難度下降，加工窗口更大。例：31mm *31mmR BGA 引腳間距為1.5mm時(shí)，有400個(gè)焊球（I/O）；引腳間距為1.0mm時(shí)，有900個(gè)焊球（I/O）。同樣是31mm＊31mm的QFP-208，引腳間距為0.5mm時(shí)，只有208條引腳。
BGA無論在性能和價(jià)格上都有競(jìng)爭(zhēng)力，已經(jīng)在高（I/O）數(shù)的器件封裝中起主導(dǎo)作用。
二、窄間距技術(shù)（FPT）是SMT發(fā)展的必然趨勢(shì)
FPT是指將引腳間距在0.635－0.3mm之間的SMD和長(zhǎng)＊寬小于等于1.6mm＊0.8mm的SMC組裝在PCB上的技術(shù)。
由于計(jì)算機(jī)、通信、航空航天等電子技術(shù)飛速發(fā)燕尾服，促使半導(dǎo)體集成電路的集成度越來越高，SMC越來越小，SMD的引腳間距也越來越窄。目前，0.635mm和0.5mm引腳間距的QFP已成為工業(yè)和軍用電子裝備中的通信器件。
三、無鉛焊接技術(shù)
為了防止鉛對(duì)環(huán)境和人體危害，元鉛焊接也迅速地被提到議事日程上，日本已研制出無鉛焊接并應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中，美國和歐洲也在加緊研究。由于目前無鉛焊接的焊接溫度較高，因此焊接設(shè)、PCB材料及焊盤表面鍍錫的工藝、元器件耐高溫性能及端頭電極工藝、再流焊與波峰焊接工藝等等一系列新技術(shù)有待研究和解決。
四、SMT主要設(shè)備發(fā)展情況
1.印刷機(jī)
由于新型SMD不斷出現(xiàn)、組裝密度的提高以及免清洗要求，印刷機(jī)的高密度、高精度的提高以及多功能方向發(fā)展。目前印刷機(jī)大致分為三種檔次：
（1）半自動(dòng)印刷機(jī)
（2）半自動(dòng)印刷機(jī)加視覺識(shí)別系統(tǒng)。增加了CCD圖像識(shí)別，提高了印刷精度。
（3）全自動(dòng)印刷機(jī)。全自動(dòng)印刷機(jī)除了有自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)外，還有自動(dòng)更換漏印模板、清洗網(wǎng)板、對(duì)QFP器件進(jìn)行45度角印刷、二維和三維檢查印刷結(jié)果（焊膏圖形）等功能。
目前又有PLOWER FLOWER軟料包（DEK擠壓式、MINAMI單向氣功式等）的成功開發(fā)與應(yīng)用。這種方法焊膏是密封式的，適合免清洗、元鉛焊接以及高密度、高速度印刷的要求。
1.貼片機(jī)
隨著SMC小型化、SMD多引腳窄間距化和復(fù)合式、組合式片式元器件、BGA、CSP、DCA（芯片直接貼裝技術(shù)）、以及表面組裝的接插件等新型片式元器件的不斷出現(xiàn)，對(duì)貼裝技術(shù)的要求越來越高。近年來，各類自動(dòng)化貼裝機(jī)正朝著高速、高精度和多功能方向發(fā)展。采用多貼裝頭、多吸嘴以及高分辨率視覺系統(tǒng)等先進(jìn)技術(shù)，使貼裝速度和貼裝精度大大提高。
目前最高的貼裝速度可達(dá)到0.06S/Chip元件左右；高精度貼裝機(jī)的重復(fù)貼裝精度為0.05-0.25mm; 多功能貼片機(jī)除了能貼裝0201(0.6mm*0.3mm)元件外,還能貼裝SOIC(小外型集成電路)、PLCC（塑料有引線芯片載體）、窄引線間距QFP、BGA和CSP以及長(zhǎng)接插件（150Mm長(zhǎng)）等SMD/SMC的能力。
此外，現(xiàn)代的貼片機(jī)在傳動(dòng)結(jié)構(gòu)（Y軸方向由單絲械向雙絲杠發(fā)展）；元件的對(duì)中方式（由機(jī)械向激光向全視覺發(fā)展）；圖像識(shí)別（采用高分辨CCD）；BGA和CSP的貼裝（采用反射加直射鏡技術(shù)）；采用鑄鐵機(jī)架以減少振動(dòng)，提高精度，減少磨損；以及增強(qiáng)計(jì)算機(jī)功能等方面都采用了許多新技術(shù)，使操作更加簡(jiǎn)便、迅速、直觀和易掌握。
3、再流焊爐
再流焊爐主要有熱板式、紅外、熱風(fēng)、紅外＋熱風(fēng)和氣相焊等形式。
再流焊熱傳導(dǎo)方式主要有輻射和對(duì)流兩種方式。
輻射傳導(dǎo)――主要有紅外爐。其優(yōu)點(diǎn)是熱效率高，溫度陡度大，易控制溫度曲線，雙面焊接時(shí)PCB上、下溫度易控制。其缺點(diǎn)是溫度不均勻；在同一塊PCB上由于器件的顏色和大小不同、其溫度就不同。為了使深顏色和大體積的元器件達(dá)到焊接溫度、必須提高焊接溫度，容易造成焊接不良和損壞元器件等缺陷。
對(duì)流傳導(dǎo)――主要有熱風(fēng)爐。其優(yōu)點(diǎn)是溫度均勻、焊接質(zhì)量好。缺點(diǎn)是PCB上、上溫差以及沿焊接長(zhǎng)度方向的溫度梯度不易控制。
（1）目前再流焊傾向采用熱風(fēng)小對(duì)流方式，在爐子下面采用制冷手段，以保護(hù)爐子上、下和長(zhǎng)度方向的溫度梯度，從而達(dá)到工藝曲線的要求。
（2）是否需要充N2選擇（基于免清洗要求提出的）
充 N2的主要作用是防止高溫下二次氧化，達(dá)到提高可焊性的目的。對(duì)于什么樣的產(chǎn)品需要充N2，目前還有爭(zhēng)議。總的看起來，無鉛焊接，以及高密度，特別是引腳中心距為0.5mm以下的焊接過程有必要用N2，否則沒有太大必要。另外，如果N2純度低（如普通20PPN）效果不明顯，因此要求N2純度為100PPN。
蒸 蒸汽焊爐有再次興起的趨勢(shì)。特別是對(duì)電性能要求極高的軍品。
1. 3常用基本術(shù)語
SMT――表面組裝技術(shù)；
PCB――印制電路板；
SMA――表面組裝組件；
SMC\SMD――片式元件片/片式器件
FPT――窄間距技術(shù)。FPT是指將引腳間距在0.635－0.3mm之間的SMD和長(zhǎng)＊寬小于等于1.6mm＊0.8mm的SMC組裝在PCB上的技術(shù)。
MELF――園柱形元器件
SOP――羽翼形小外形塑料封裝；
SOJ――J形小外形塑料封裝；
TSOP――薄形小小外塑料封裝；
PLCC――塑料有引線（J形）芯片載體；
QFP――四邊扁平封裝器件；
PQFP――帶角耳的四邊扁平封裝器件；
BGA――球柵陣列（ball grid array）;
DCA――芯片直接貼裝技術(shù)；
CSP――芯片級(jí)封裝（引腳也在器件底下，外形與BGA相同，封裝尺寸BGA小。芯片封裝尺寸與芯片面積比≦1.2稱為CSP）；
THC――通孔插裝元器件。
