第1章--SMT與SMT工藝

1、SMT基礎(chǔ)與設(shè)備第2版電子工業(yè)出版社同名教材何麗梅 主編第1章 SMT與SMT工藝 o1.2 1.2 表面組裝技術(shù)的優(yōu)越性表面組裝技術(shù)的優(yōu)越性o1.2.1 SMT1.2.1 SMT的優(yōu)點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)o 1.組裝密度高o 片式元器件比傳統(tǒng)穿孔元件所占面積和質(zhì)量大為減少。采用片式元器件比傳統(tǒng)穿孔元件所占面積和質(zhì)量大為減少。采用SMTSMT可使電子產(chǎn)品體積縮小可使電子產(chǎn)品體積縮小60%60%，質(zhì)量減輕，質(zhì)量減輕75%75%。通孔插裝元器件。通孔插裝元器件按按2.54mm2.54mm網(wǎng)格安裝元件，而網(wǎng)格安裝元件，而SMTSMT組裝元件網(wǎng)格從組裝元件網(wǎng)格從1.27mm1.27mm發(fā)展到目發(fā)展到目前前0.63m

2、m0.63mm網(wǎng)格，個(gè)別達(dá)網(wǎng)格，個(gè)別達(dá)0.5mm0.5mm網(wǎng)格安裝元件，密度更高。例如一網(wǎng)格安裝元件，密度更高。例如一個(gè)個(gè)6464引腳的引腳的DIPDIP集成電路，它的組裝面積為集成電路，它的組裝面積為25mm25mm75mm75mm，而采用，而采用引線間距為引線間距為0.63mm0.63mm的的QFPQFP，同樣引線數(shù)量的組裝面積為，同樣引線數(shù)量的組裝面積為12mm12mml2mml2mm，僅為通孔技術(shù)的，僅為通孔技術(shù)的1/121/12。 裝有裝有2424個(gè)元器件的電路板個(gè)元器件的電路板與一角硬幣的比較與一角硬幣的比較貼片電阻與螞蟻的比較貼片電阻與螞蟻的比較o 片式元器件的可靠性高；器件小而

3、輕，故抗震能力強(qiáng)；采用自動化生片式元器件的可靠性高；器件小而輕，故抗震能力強(qiáng)；采用自動化生產(chǎn)，貼裝與焊接可靠性高，一般不良焊點(diǎn)率小于百萬分之十，比通孔插裝產(chǎn)，貼裝與焊接可靠性高，一般不良焊點(diǎn)率小于百萬分之十，比通孔插裝元件波峰焊接技術(shù)低一個(gè)數(shù)量級，用元件波峰焊接技術(shù)低一個(gè)數(shù)量級，用SMTSMT組裝的電子產(chǎn)品組裝的電子產(chǎn)品MTBFMTBF平均為平均為2525萬萬小時(shí)，目前幾乎有小時(shí)，目前幾乎有90%90%的電子產(chǎn)品采用的電子產(chǎn)品采用SMTSMT工藝。工藝。o2.可靠性高 3.高頻特性好o 由于片式元器件貼裝牢固，器件通常為無引線或短引線，降低了寄由于片式元器件貼裝牢固，器件通常為無引線或短引線，

4、降低了寄生電感和寄生電容的影響，提高了電路的高頻特性，采用片式元器件設(shè)生電感和寄生電容的影響，提高了電路的高頻特性，采用片式元器件設(shè)計(jì)的電路最高頻率達(dá)計(jì)的電路最高頻率達(dá)3GHz3GHz，而采用通孔元件僅為，而采用通孔元件僅為500MHz500MHz。采用。采用SMTSMT也可也可縮短傳輸延遲時(shí)間，可用于時(shí)鐘頻率為縮短傳輸延遲時(shí)間，可用于時(shí)鐘頻率為16MHz16MHz以上的電路。若使用以上的電路。若使用MCMMCM技技術(shù)，計(jì)算機(jī)的高端時(shí)鐘頻率可達(dá)術(shù)，計(jì)算機(jī)的高端時(shí)鐘頻率可達(dá)100MHz100MHz，由寄生電抗引起的附加功耗可，由寄生電抗引起的附加功耗可降低降低2 23 3倍。倍。 4.降低成本o

5、 片式元器件發(fā)展很快，促使成本迅速下降，一個(gè)片式電阻已同通孔片式元器件發(fā)展很快，促使成本迅速下降，一個(gè)片式電阻已同通孔電阻價(jià)格相當(dāng)，約合人民幣電阻價(jià)格相當(dāng)，約合人民幣1 1分左右。分左右。SMTSMT技術(shù)簡化了電子整機(jī)產(chǎn)品的生技術(shù)簡化了電子整機(jī)產(chǎn)品的生產(chǎn)工序，降低了生產(chǎn)成本。在印制板上安裝時(shí)，元器件的引線不用整形、產(chǎn)工序，降低了生產(chǎn)成本。在印制板上安裝時(shí)，元器件的引線不用整形、打彎、剪短，因而使整個(gè)生產(chǎn)過程縮短，生產(chǎn)效率得到提高。同樣功能打彎、剪短，因而使整個(gè)生產(chǎn)過程縮短，生產(chǎn)效率得到提高。同樣功能電路的加工成本低于通孔插裝方式，一般可使生產(chǎn)總成本降低電路的加工成本低于通孔插裝方式，一般可使生

6、產(chǎn)總成本降低30%30%50%50%。以下幾點(diǎn)也是促使以下幾點(diǎn)也是促使SMTSMT生產(chǎn)成本下降的因素。生產(chǎn)成本下降的因素。o 印制板上鉆孔數(shù)量減少，節(jié)約返修費(fèi)用；印制板上鉆孔數(shù)量減少，節(jié)約返修費(fèi)用；o 由于頻率特性提高，減少了電路調(diào)試費(fèi)用；由于頻率特性提高，減少了電路調(diào)試費(fèi)用；o 由于片式元器件體積小、質(zhì)量輕，減少了包裝、運(yùn)輸和儲存費(fèi)由于片式元器件體積小、質(zhì)量輕，減少了包裝、運(yùn)輸和儲存費(fèi)用。用。 5.便于自動化生產(chǎn)o 目前穿孔安裝印制板要實(shí)現(xiàn)完全自動化，還需擴(kuò)大目前穿孔安裝印制板要實(shí)現(xiàn)完全自動化，還需擴(kuò)大40%40%原印制原印制板面積，這樣才能使自動插件的插裝頭將元件插入，否則沒有足板面積，這

7、樣才能使自動插件的插裝頭將元件插入，否則沒有足夠的空間間隙，將碰壞零件。自動貼片機(jī)采用真空吸嘴吸放元件，夠的空間間隙，將碰壞零件。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，有利提高安裝密度。真空吸嘴小于元件外形，有利提高安裝密度。 o SMTSMT大生產(chǎn)中也存在一些問題，如：元器件上的標(biāo)稱數(shù)值看大生產(chǎn)中也存在一些問題，如：元器件上的標(biāo)稱數(shù)值看不清，維修工作困難；維修調(diào)換器件需要專用工具；元器件與印不清，維修工作困難；維修調(diào)換器件需要專用工具；元器件與印制板之間熱膨脹系數(shù)一致性差。但這些問題均是發(fā)展中的問題，制板之間熱膨脹系數(shù)一致性差。但這些問題均是發(fā)展中的問題，隨著專用拆裝設(shè)備的出

8、現(xiàn)，以及新型低膨脹系數(shù)印制板的出現(xiàn)，隨著專用拆裝設(shè)備的出現(xiàn)，以及新型低膨脹系數(shù)印制板的出現(xiàn)，均已不再成為阻礙均已不再成為阻礙SMTSMT深入發(fā)展的障礙。深入發(fā)展的障礙。1.2.2 SMT1.2.2 SMT和通孔插裝技術(shù)的比較和通孔插裝技術(shù)的比較o SMT SMT工藝技術(shù)的特點(diǎn)可以通過其與傳統(tǒng)通孔插裝技術(shù)工藝技術(shù)的特點(diǎn)可以通過其與傳統(tǒng)通孔插裝技術(shù)(THT)(THT)的差別比較的差別比較體現(xiàn)。從組裝工藝技術(shù)的角度分析，體現(xiàn)。從組裝工藝技術(shù)的角度分析，SMTSMT和和THTTHT的根本區(qū)別是的根本區(qū)別是“貼貼”和和“插插”。二者的差別還體現(xiàn)在基板、元器件、組件形態(tài)、焊點(diǎn)形態(tài)和組裝。二者的差別還體現(xiàn)在

9、基板、元器件、組件形態(tài)、焊點(diǎn)形態(tài)和組裝工藝方法各個(gè)方面。工藝方法各個(gè)方面。o 電子電路聯(lián)裝技術(shù)的發(fā)展主要受元器件類型的支配，之所以出現(xiàn)電子電路聯(lián)裝技術(shù)的發(fā)展主要受元器件類型的支配，之所以出現(xiàn)“插插”和和“貼貼”這兩種截然不同的電路模塊組裝技術(shù)，是由于采用了外形結(jié)構(gòu)和這兩種截然不同的電路模塊組裝技術(shù)，是由于采用了外形結(jié)構(gòu)和引腳形式完全不同的兩種類型的電子元器件。由于引腳形式完全不同的兩種類型的電子元器件。由于SMTSMT生產(chǎn)中采用生產(chǎn)中采用“無引線無引線或短引線或短引線”的元器件，故從組裝工藝角度分析，表面組裝和通孔插裝的元器件，故從組裝工藝角度分析，表面組裝和通孔插裝(THT)(THT)技術(shù)的

10、根本區(qū)別一是所用元器件、技術(shù)的根本區(qū)別一是所用元器件、PCBPCB的外形不完全相同；二是前者是的外形不完全相同；二是前者是“貼貼裝裝”，即將元器件貼裝在，即將元器件貼裝在PCBPCB焊盤表面，而后者則是焊盤表面，而后者則是“插裝插裝”，即將長引腳，即將長引腳元器件插入元器件插入PCBPCB焊盤孔內(nèi)。焊盤孔內(nèi)。THTTHT與與SMTSMT的區(qū)別如表的區(qū)別如表1-21-2所示。所示。 表1-2 THT與SMT的區(qū)別 類類 型型 THT SMT元器件元器件雙列直插或雙列直插或DIPDIP針陣列針陣列PGAPGA有引線電阻、電容有引線電阻、電容 SOICSOIC，SOTSOT，LCCCPLCCCP，L

11、CCLCC，QFP,BGAQFP,BGA，CSRCSR，片式電阻、，片式電阻、電容電容 基板基板印制電路板采用印制電路板采用2.54mm2.54mm網(wǎng)格網(wǎng)格設(shè)計(jì)，通孔孔徑為設(shè)計(jì)，通孔孔徑為0.80.80.9mm 0.9mm 印制電路板采用印制電路板采用1.27mm1.27mm網(wǎng)格網(wǎng)格或更細(xì)設(shè)計(jì)，通孔孔徑為或更細(xì)設(shè)計(jì)，通孔孔徑為0.30.30.5mm0.5mm焊接方法焊接方法波峰焊波峰焊再流焊再流焊 面積面積大大小，縮小比約為小，縮小比約為1 1：3 31 1：1010 組裝方法組裝方法穿孔插入穿孔插入表面安裝表面安裝( (貼裝貼裝) ) 自動化程度自動化程度自動插裝機(jī)自動插裝機(jī)自動貼片機(jī)，生產(chǎn)

12、效率高于自動貼片機(jī)，生產(chǎn)效率高于自動插裝機(jī)自動插裝機(jī) 1.3.1 SMT1.3.1 SMT的組成的組成o 表面組裝技術(shù)通常包括表面組裝元器件、表面組裝電路板及表面組裝技術(shù)通常包括表面組裝元器件、表面組裝電路板及圖形設(shè)計(jì)、表面組裝工藝材料圖形設(shè)計(jì)、表面組裝工藝材料焊錫膏及貼片膠、表面組裝設(shè)焊錫膏及貼片膠、表面組裝設(shè)備、表面組裝焊接技術(shù)備、表面組裝焊接技術(shù)( (包括波峰焊、再流焊、氣相焊、激光焊包括波峰焊、再流焊、氣相焊、激光焊) )、表面組裝測試技術(shù)、清洗技術(shù)以及表面組裝大生產(chǎn)管理等多方面表面組裝測試技術(shù)、清洗技術(shù)以及表面組裝大生產(chǎn)管理等多方面內(nèi)容。這些內(nèi)容可以歸納為三個(gè)方面：一是設(shè)備，人們稱它

13、為內(nèi)容。這些內(nèi)容可以歸納為三個(gè)方面：一是設(shè)備，人們稱它為SMTSMT的硬件；二是裝聯(lián)工藝，人們稱它為的硬件；二是裝聯(lián)工藝，人們稱它為SMTSMT的軟件；三是電子元器件，的軟件；三是電子元器件，它既是它既是SMTSMT的基礎(chǔ)，又是的基礎(chǔ)，又是SMTSMT發(fā)展的動力，它推動著發(fā)展的動力，它推動著SMTSMT專用設(shè)備和專用設(shè)備和裝聯(lián)工藝不斷更新和深化。裝聯(lián)工藝不斷更新和深化。1.3 SMT 的組成與的組成與SMT工藝的主要內(nèi)容工藝的主要內(nèi)容SMT的組成1.3.2 SMT1.3.2 SMT工藝的主要內(nèi)容工藝的主要內(nèi)容o SMT SMT工藝技術(shù)的主要內(nèi)容可分為組裝材料選擇、組裝工藝設(shè)計(jì)、工藝技術(shù)的主要內(nèi)

14、容可分為組裝材料選擇、組裝工藝設(shè)計(jì)、組裝技術(shù)和組裝設(shè)備應(yīng)用四大部分。組裝技術(shù)和組裝設(shè)備應(yīng)用四大部分。o SMTSMT工藝技術(shù)涉及化工與材料技術(shù)（如各種焊錫膏、焊劑、清工藝技術(shù)涉及化工與材料技術(shù)（如各種焊錫膏、焊劑、清洗劑）、涂敷技術(shù)（如焊錫膏印刷）、精密機(jī)械加工技術(shù)（如絲洗劑）、涂敷技術(shù)（如焊錫膏印刷）、精密機(jī)械加工技術(shù)（如絲網(wǎng)制作）、自動控制技術(shù)（如設(shè)備及生產(chǎn)線控制）、焊接技術(shù)和網(wǎng)制作）、自動控制技術(shù)（如設(shè)備及生產(chǎn)線控制）、焊接技術(shù)和測試、檢驗(yàn)技術(shù)、組裝設(shè)備應(yīng)用技術(shù)等諸多技術(shù)。測試、檢驗(yàn)技術(shù)、組裝設(shè)備應(yīng)用技術(shù)等諸多技術(shù)。1.4.1 SMT1.4.1 SMT的兩類基本工藝流程的兩類基本工藝流程

15、o 1. 1.焊錫膏焊錫膏再流焊工藝再流焊工藝o 焊錫膏焊錫膏- -再流焊的工藝流程是：焊錫膏印刷再流焊的工藝流程是：焊錫膏印刷貼片貼片再流焊再流焊檢驗(yàn)、清洗，如圖檢驗(yàn)、清洗，如圖1-31-3所示。該工藝流程的特點(diǎn)是簡單、快捷，有所示。該工藝流程的特點(diǎn)是簡單、快捷，有利于產(chǎn)品體積的減小，該工藝流程在無鉛焊接工藝中更顯示出優(yōu)利于產(chǎn)品體積的減小，該工藝流程在無鉛焊接工藝中更顯示出優(yōu)越性。越性。圖圖1-3 1-3 焊錫膏焊錫膏再流焊工藝流程再流焊工藝流程1.4 SMT1.4 SMT的生產(chǎn)系統(tǒng)的生產(chǎn)系統(tǒng)o 2.貼片波峰焊工藝o 貼片一波峰焊的工藝流程是：貼片膠涂敷貼片一波峰焊的工藝流程是：貼片膠涂敷貼

16、片貼片固化固化翻翻轉(zhuǎn)電路板、插裝通孔元器件轉(zhuǎn)電路板、插裝通孔元器件波峰焊波峰焊檢驗(yàn)、清洗，如圖檢驗(yàn)、清洗，如圖1-41-4所示。所示。該工藝流程的特點(diǎn)：利用雙面板空間，電子產(chǎn)品的體積可以進(jìn)一該工藝流程的特點(diǎn)：利用雙面板空間，電子產(chǎn)品的體積可以進(jìn)一步做小，并部分使用通孔元件，價(jià)格低廉。但設(shè)備要求增多，波步做小，并部分使用通孔元件，價(jià)格低廉。但設(shè)備要求增多，波峰焊過程中易出現(xiàn)焊接缺陷，難以實(shí)現(xiàn)高密度組裝。峰焊過程中易出現(xiàn)焊接缺陷，難以實(shí)現(xiàn)高密度組裝。o 若將上述兩種工藝流程混合與重復(fù)使用，則可以演變成多種工若將上述兩種工藝流程混合與重復(fù)使用，則可以演變成多種工藝流程。藝流程。 圖圖1-4 1-4

17、貼片貼片波峰焊工藝流程波峰焊工藝流程 組組裝裝方方式式示示意意圖圖電電路路基基板板焊焊接接方方式式特特征征單單面面表表面面組組裝裝 A A B B單單面面P PC CB B陶陶瓷瓷基基板板單單面面再再流流焊焊工工藝藝簡簡單單，適適用用于于小小型型、薄薄型型簡簡單單電電路路全全表表面面組組裝裝雙雙面面表表面面組組裝裝 A A B B雙雙面面P PC CB B陶陶瓷瓷基基板板雙雙面面再再流流焊焊高高密密度度組組裝裝、薄薄型型化化S SM MD D 和和T TH HC C都都在在A A 面面 A A B B雙雙面面P PC CB B先先A A 面面再再流流焊焊，后后B B 面面波波峰峰焊焊一一般般采

18、采用用先先貼貼后后插插，工工藝藝簡簡單單單單面面混混裝裝 T TH HC C 在在A A 面面，S SM MD D 在在B B 面面 A A B B單單面面P PC CB BB B 面面波波峰峰焊焊P PC CB B 成成本本低低，工工藝藝簡簡單單，先先貼貼后后插插。如如采采用用先先插插后后貼貼，工工藝藝復(fù)復(fù)雜雜。T TH HC C 在在A A 面面，A A、B B 兩兩面面都都有有S SM MD D A A B B雙雙面面P PC CB B先先A A 面面再再流流焊焊，后后B B 面面波波峰峰焊焊適適合合高高密密度度組組裝裝雙雙面面混混裝裝A A、B B 兩兩面面都都有有S SM MD D

19、和和T TH HC C A A B B雙雙面面P PC CB B先先A A 面面再再流流焊焊，后后B B 面面波波峰峰焊焊，B B 面面插插裝裝件件后后附附工工藝藝復(fù)復(fù)雜雜，很很少少采采用用1.4.2 SMT1.4.2 SMT的元器件安裝方式的元器件安裝方式o SMT SMT的組裝方式大體上可分為單面混裝、雙面混裝和全表面組的組裝方式大體上可分為單面混裝、雙面混裝和全表面組裝裝3 3種類型共種類型共6 6種組裝方式。種組裝方式。o 1.單面混合組裝o 第一類是單面混合組裝，即第一類是單面混合組裝，即SMCSMCSMDSMD與通孔插裝元件與通孔插裝元件(THC)(THC)分分布在布在PCBPCB

20、不同的兩個(gè)面上混裝，但其焊接面僅為單面。這一類組裝不同的兩個(gè)面上混裝，但其焊接面僅為單面。這一類組裝方式均采用單面方式均采用單面PCBPCB和波峰焊接工藝，具體有兩種組裝方式。和波峰焊接工藝，具體有兩種組裝方式。o 先貼法。第一種組裝方式稱為先貼法，即在先貼法。第一種組裝方式稱為先貼法，即在PCBPCB的的B B面面( (焊接焊接面面) )先貼裝先貼裝SMCSMCSMDSMD，而后在，而后在A A面插裝面插裝THCTHC。o 后貼法。第二種組裝方式稱為后貼法，是先在后貼法。第二種組裝方式稱為后貼法，是先在PCBPCB的的A A面插面插裝裝THCTHC，后在，后在B B面貼裝面貼裝SMCSMCS

21、MDSMD。o 2.雙面混合組裝o 第二類是雙面混合組裝，第二類是雙面混合組裝，SMCSMCSMDSMD和和THCTHC可混合分布在可混合分布在PCBPCB的的同一面，同時(shí)，同一面，同時(shí)，SMCSMCSMDSMD也可分布在也可分布在PCBPCB的雙面。雙面混合組裝采的雙面。雙面混合組裝采用雙面用雙面PCBPCB、雙波峰焊接或再流焊接。在這一類組裝方式中也有先、雙波峰焊接或再流焊接。在這一類組裝方式中也有先貼還是后貼貼還是后貼SMCSMCSMDSMD的區(qū)別，一般根據(jù)的區(qū)別，一般根據(jù)SMCSMCSMDSMD的類型和的類型和PCBPCB的大的大小合理選擇，通常采用先貼法較多。該類組裝常用兩種組裝方式。小合理選擇，通常采用先貼法較多。該類組裝常用兩種組裝方式。o SMC SMCSMOSMO和和THCTHC同側(cè)方式。同側(cè)方式。SMCSMCSMDSMD和和THCTHC同在同在PCBPCB的同的同一側(cè)。一側(cè)。o SMC SMCSMDSMD和和THCTHC不同側(cè)方式。把表面組裝集成芯片不同側(cè)方式。把表面組裝集成芯片(SMIC)(SMIC)和和THCTHC放在放在PCBPCB的的A A面，而把面，而把SMCSMC和小外