1-1-先進(jìn)電子制造技術(shù)表面組裝技術(shù)(SMT)介紹

1、1-1 外表組裝技術(shù)(SMT)概述(介紹)1內(nèi)容一SMT技術(shù)的優(yōu)勢二外表組裝技術(shù)介紹 SMT組成（參考： 基礎(chǔ)與DFM 第1章 ） 生產(chǎn)線及設(shè)備（參考： 基礎(chǔ)與DFM 第1章 ） 元器件（參考： 基礎(chǔ)與DFM 第3章 ） PCB（參考： 基礎(chǔ)與DFM 第2章 ） 工藝材料（參考： 基礎(chǔ)與DFM 第4章 ） SMT工藝介紹（參考：工藝 第3、5、6章 ）三 SMT的開展動態(tài)及新技術(shù)介紹2 外表組裝技術(shù)（SMT）是無需對印制板鉆插裝孔，直接將片式元器件或適合于外表貼裝的微型元器件貼、焊到印制板或其他基板外表規(guī)定位置上的裝聯(lián)技術(shù)。 “外表組裝技術(shù)的英文“Surface Mount Technolog

2、，縮寫為“SMT。3 外表組裝技術(shù) SMT(Surface Mounting Technology) 安裝/組裝/貼裝/封裝/黏著/著裝/實裝4THT SMT一. SMT技術(shù)的優(yōu)勢1 結(jié)構(gòu)緊湊、組裝密度高、體積小、重量輕采用雙面貼裝時，組裝密度到達(dá)5.520個/cm2，為插裝元器件組裝密度的5倍以上，從而使印制板面積節(jié)約60%70%以上，重量減輕90%以上。2 高頻特性好無引線或短引線，寄生參數(shù)（電容、電感）小、噪聲小、去偶合效果好。3 耐振動抗沖擊。THC 1/8W電阻SMC 0603電阻5 SMT技術(shù)的優(yōu)勢4 有利于提高可靠性焊點面接觸，消除了元器件與PCB之間的二次互連。減少了焊接點的不

3、可靠因素。6SMT技術(shù)的優(yōu)勢5 工序簡單，焊接缺陷極少（前提：設(shè)備、PCB設(shè)計、元器件、材料、工藝）。6 適合自動化生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高、勞動強(qiáng)度低等優(yōu)點。7 降低生產(chǎn)本錢雙面貼裝起到減少PCB層數(shù)的作用、元件不需要成形、由于工序短節(jié)省了廠房、人力、材料、設(shè)備的投資。（目前阻、容元件的價格已經(jīng)與插裝元件合當(dāng)、甚至還要廉價）7二. 外表組裝技術(shù)介紹SMT組成生產(chǎn)線及設(shè)備元器件PCB工藝材料81. 外表組裝技術(shù)的組成9 外表組裝元器件：封裝技術(shù)、制造技術(shù)、包裝技術(shù)； 基板技術(shù)：單、多層印制板（PCB）、陶瓷基板、金屬基板； 組裝材料：粘結(jié)劑、焊膏、焊絲、焊球、焊片、焊棒、 阻焊劑、助焊劑、清洗劑； 組

4、裝設(shè)計：電、結(jié)構(gòu)、散熱、高頻、布線和元器件布局、 焊盤圖形和工藝性設(shè)計； 組裝設(shè)備：涂敷設(shè)備、貼裝設(shè)備、焊接設(shè)備 清洗設(shè)備、檢測設(shè)備、 修板工具、返修設(shè)備 組裝工藝：貼裝技術(shù)、焊接技術(shù)、清洗技術(shù) 檢測技術(shù)、返修技術(shù)、防靜電技術(shù)外表組裝技術(shù)10 1. 外表組裝技術(shù)的組裝類型（1） 按焊接方式可分為再流焊和波峰焊兩種類型 a 再流焊工藝在PCB的焊盤上印刷焊膏、貼裝元器件，從再流焊爐入口到出口大約需要56分鐘就完成了枯燥、預(yù)熱、熔化、冷卻全部焊接過程。 印刷焊膏 貼裝元器件 再流焊 b 波峰焊工藝用微量的貼片膠將片式元器件粘接在印制板上。然后插裝分立元器件，最后與插裝元器件同時進(jìn)行波峰焊接。 印刷

5、貼片膠 貼裝元器件 膠固化 插裝元器件 波峰焊11（2） 按組裝方式可分為全外表組裝、單面混裝、雙面混裝注：A面主面，又稱元件面（傳統(tǒng)）；B面輔面，又稱焊接面（傳統(tǒng)）123 SMT生產(chǎn)線及SMT生產(chǎn)線主要設(shè)備 3.1 SMT生產(chǎn)線 按照自動化程度可分為全自動生產(chǎn)線和半自動生產(chǎn)線；按照生產(chǎn)線的規(guī)模大小可分為大型、中型和小型生產(chǎn)線。印刷機(jī) + 高速貼片機(jī)+泛用貼片機(jī) + 回流爐DEK FUJI FUJI BTUMPM Pansert Pansert Heller13小批量多品種生產(chǎn)線 傳統(tǒng)配置：方式1：1臺多功能機(jī)（或1臺復(fù)合機(jī)）方式2：12臺高速機(jī)+ 1臺多功能（泛用）機(jī)14中大型生產(chǎn)線例如手機(jī)

6、、電腦主板生產(chǎn)線方式1：傳統(tǒng)配置（1臺多功能機(jī)+23臺高速機(jī)）方式2：復(fù)合式系統(tǒng)。例如Simens的HS系列。方式3：平行（模塊化）系統(tǒng)。例如PHILIPS公司 的FCM系列。15 絲印機(jī) AOI 高速機(jī) 高速機(jī) 泛用機(jī) AOI 回流焊手機(jī)生產(chǎn)線16173.2 SMT生產(chǎn)線主要設(shè)備 SMT生產(chǎn)線主要生產(chǎn)設(shè)備包括印刷機(jī)、點膠機(jī)、貼裝機(jī)、再流焊爐和波峰焊機(jī)。輔助設(shè)備有檢測設(shè)備、返修設(shè)備、清洗設(shè)備、枯燥設(shè)備和物料存儲設(shè)備等。183.2.1 印刷機(jī)用來印刷焊膏或貼片膠的。將焊膏（或貼片膠）正確地漏印到印制板相應(yīng)的焊盤（位置）上。3.2.1.1 印刷機(jī)的根本結(jié)構(gòu)a 夾持基板（PCB）的工作臺b 印刷頭系

7、統(tǒng)c 絲網(wǎng)或模板以及絲網(wǎng)或模板的固定機(jī)構(gòu)；d 保證印刷精度而配置的清洗、二維、 三維測量系統(tǒng)等選件。e 計算機(jī)控制系統(tǒng)3.2.1.2 印刷機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)a 最大印刷面積：根據(jù)最大的PCB尺寸確定。b 印刷精度：一般要求到達(dá)0.025mm。c 印刷速度：根據(jù)產(chǎn)量要求確定。 193.2.2 貼裝機(jī)相當(dāng)于機(jī)器人，把元器件從包裝中取出，并貼放到印制板相應(yīng)的位置上。3.2.2.1 貼裝機(jī)的的根本結(jié)構(gòu) a 底座 b 供料器。 c 印制電路板傳輸裝置 d 貼裝頭 e 對中系統(tǒng) f 貼裝頭的X、Y軸定位傳輸裝置 g 貼裝工具（吸嘴 h 計算機(jī)控制系統(tǒng)20貼裝機(jī)頂視圖供料器吸嘴庫貼裝頭傳送帶213.2.2.2

8、 貼裝機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)(a) 貼裝精度：包括三個內(nèi)容：貼裝精度、分辨率、重復(fù)精度。貼裝精度是指元器件貼裝后相對于印制板標(biāo)準(zhǔn)貼裝位置的偏移量，一般來講，貼裝Chip元件要求到達(dá)0.1mm，貼裝高密度窄間距的SMD至少要求到達(dá)0.06mm。分辨率分辨率是貼裝機(jī)運(yùn)行時每個步進(jìn)的最小增量。重復(fù)精度重復(fù)精度是指貼裝頭重復(fù)返回標(biāo)定點的能力(b) 貼片速度：一般高速機(jī)0.2S/ Chip以內(nèi)，多功能機(jī)0.30.6S/ Chip左右。22(c) 對中方式：機(jī)械、激光、全視覺、激光/視覺混合對中。(d) 貼裝面積：可貼裝PCB尺寸，最大PCB尺寸應(yīng)大于250300 mm。(e) 貼裝功能：是指貼裝元器件的能力。

9、一般高速機(jī)只能貼裝較小的元器件；多功能機(jī)可貼裝最大6060 mm器件，及異形元器件。(f) 可貼裝元件種類數(shù)：是指貼裝機(jī)料站位置的多少（以能容納8 mm編帶供料器的數(shù)量來衡量） (g) 編程功能：是指在線和離線編程優(yōu)化功能。23SMT貼片機(jī)器的類型根本型. 動臂式拱架型分為單臂式和多臂式多臂式貼片機(jī)可將工作效率成倍提高24根本型. 轉(zhuǎn)塔型TCM-200超高速貼裝機(jī)的塔轉(zhuǎn)式貼裝頭25復(fù)合式復(fù)合式機(jī)器是從動臂式機(jī)器開展而來，它集合了轉(zhuǎn)盤式和動臂式的特點，在動臂上安裝有轉(zhuǎn)盤。例如Simens的Siplace80S系列貼片機(jī)，有兩個帶有12個吸嘴的轉(zhuǎn)盤。由于復(fù)合式機(jī)器可通過增加動臂數(shù)量來提高速度，具有

10、較大靈活性，Simens的HS50機(jī)器安裝有4個這樣的旋轉(zhuǎn)頭，貼裝速度可達(dá)每小時5萬片。26平行系統(tǒng)（模塊式）平行系統(tǒng)由一系列的小型獨(dú)立貼裝機(jī)組成。各自有定位系統(tǒng)、攝像系統(tǒng)、若干個帶式送料器。能為多塊電路板、分區(qū)貼裝。例如PHILIPS公司的FCM機(jī)器有16個貼裝頭，貼裝速度到達(dá)0.03秒Chip，每個頭的貼裝速度在1秒Chip左右FUJI的 QP132等27富士 NXT 模組型高速多功能貼片機(jī)該貼片機(jī)有 8 模組和 4 模組兩種基座， M6 和 M3 兩種模組， 8 吸嘴,4 吸嘴和單吸嘴三種貼片頭，可通過靈活組合滿足不同產(chǎn)量要求。單臺產(chǎn)量最高可達(dá) 40000 芯片/小時單臺機(jī)器可完成從微型

11、 0201 到 74 74mm 的大型器件（甚至大到 32 180mm 的連接件）的貼裝。2829水平旋轉(zhuǎn)貼裝頭30Simens垂直旋轉(zhuǎn)貼裝頭31日本SONY公司的SI-E1000MK高速貼裝機(jī)的45旋轉(zhuǎn)貼裝頭323.2.3 再流焊爐再流焊爐是焊接外表貼裝元器件的設(shè)備。再流焊爐主要有紅外爐、熱風(fēng)爐、紅外加熱風(fēng)爐、蒸汽焊爐等。目前最流行的是全熱風(fēng)爐。3.2.3.1 熱風(fēng)、紅外再流焊爐的根本結(jié)構(gòu)爐體上下加熱源PCB傳輸裝置空氣循環(huán)裝置冷卻裝置排風(fēng)裝置溫度控制裝置以及計算機(jī)控制系統(tǒng)333.2.3.2 再流焊爐的主要技術(shù)指標(biāo)a 溫度控制精度：應(yīng)到達(dá)0.10.2；b 傳輸帶橫向溫差：要求5以下,無鉛要求

12、2以下；c 溫度曲線測試功能：如果設(shè)備無此配置，應(yīng)外購溫度曲線采集器；d 最高加熱溫度：一般為300350，如果考慮無鉛焊料或金屬基板，應(yīng)選擇350以上。e 加熱區(qū)數(shù)量和長度：加熱區(qū)數(shù)量越多、加熱區(qū)長度越長，越容易調(diào)整和控制溫度曲線。一般中小批量生產(chǎn)選擇45溫區(qū)，加熱區(qū)長度1.8m左右即能滿足要求，無鉛要求7溫區(qū)以上。f 傳送帶寬度：應(yīng)根據(jù)最大和最PCB尺寸確定。343.2.4 檢測設(shè)備自動光學(xué)檢測 AOI焊端35 自動光學(xué)檢測（AOI） 隨著元器件小型化、SMT的高密度化，人工目視檢驗的難度和工作量越來越大，而且檢驗人員的判斷標(biāo)準(zhǔn)也不統(tǒng)一。為了SMT配合自動生產(chǎn)線高速度、大生產(chǎn)，以及保證組裝

13、質(zhì)量的穩(wěn)定性。AOI越來越被廣泛應(yīng)用。36AOI的應(yīng)用主要有三個放置位置： （1）錫膏印刷之后 （2）回流焊前 （3）回流焊后多品種、小批量生產(chǎn)時可以不連線。37（1） AOI置于錫膏印刷之后可檢查：焊膏量缺乏。 焊膏量過多。 焊膏圖形對焊盤的重合不良。 焊膏圖形之間的粘連。PCB焊盤以外處的焊膏污染38（2） AOI置于回流焊前可檢查：是否缺件元件是否貼錯極性方向是否正確有無翻面和側(cè)立元件位置的偏移量焊膏壓入量的多少。39（3） AOI置于回流焊后可檢查：是否缺件元件是否貼錯極性方向是否正確有無翻面、側(cè)立和立碑元件位置的偏移量焊點質(zhì)量：錫量過多、過少 （缺錫）、焊點錯位焊點橋接40AOI有待

14、改進(jìn)的問題(1) 只能作外觀檢測，不能完全替代在線測（ICT）。(2) 如無法對BGA、CSP、Flip Chip等不可見的焊點進(jìn)行檢測。(3) 對PLCC也要采用側(cè)面的CCD才能較準(zhǔn)確的檢測。41BGA/CSP焊點檢測 x-ray42X光檢測BGA、CSP、Flip Chip 的焊點在器件的底部，用肉眼和AOI都不能檢測，因此，X光檢測就成了BGA、CSP器件的主要檢測設(shè)備。目前X光檢測設(shè)備大致有三種檔次： 傳輸X射線測試系統(tǒng)適用于單面貼裝BGA的板以及SOJ、PLCC的檢測。缺點是對垂直重疊的焊點不能區(qū)分。 斷面X射線、或三維X射線測試系統(tǒng)克服了傳輸X射線測試系統(tǒng)的缺點，該系統(tǒng)可以做分層斷

15、面檢測，相當(dāng)于工業(yè)CT。 目前又推出X光/ICT結(jié)合的檢測設(shè)備用 ICT可以補(bǔ)償X光檢測的缺乏。適用于高密度、雙面貼裝BGA的板。43在線測44在線測試設(shè)備采用專門的隔離技術(shù)可以測試電阻器的阻值、電容器的電容值、電感器的電感值、器件的極性、以及短路（橋接）、開路（斷路）等參數(shù)，自動診斷錯誤和故障，并可把錯誤和故障顯示、打印出來，可直接根據(jù)錯誤和故障進(jìn)行修板或返修，在線測的檢測正確率和效率較高。45功能測功能測用于外表組裝板的電功能測試和檢驗。功能測就是將外表組裝板或外表組裝板上的被測單元作為一個功能體輸入電信號，然后按照功能體的設(shè)計要求檢測輸出信號，大多數(shù)功能測都有診斷程序，可以鑒別和確定故障

16、。但功能測的設(shè)備價格都比較昂貴。最簡單的功能測是將外表組裝板連接到該設(shè)備的相應(yīng)的電路上進(jìn)行加電，看設(shè)備能否正常運(yùn)行，這種方法簡單、投資少，但不能自動診斷故障。46 4. 外表組裝元器件（SMC/SMD）介紹4.1 外表組裝元器件根本要求 a 元器件的外形適合自動化外表貼裝； b 尺寸、形狀標(biāo)準(zhǔn)化、并具有良好的尺寸精度； c 包裝形式適合貼裝機(jī)自動貼裝要求； d 具有一定的機(jī)械強(qiáng)度； e 元器件焊端或引腳可焊性要求 2355，20.2s 或2305，30.5s，焊端90%沾錫(無鉛250255，23s) f 再流焊耐高溫焊接要求：2355，20.2s；波峰焊：2605，50.5s(無鉛26527

17、0，1015s) ； g 可承受有機(jī)溶劑的洗滌。474.2 外表組裝元件（SMC）的外形封裝、尺寸、主要參數(shù)及包裝方式48(a) 外表組裝元件（SMC）封裝命名方法：SMC常用外形尺寸長度和寬度命名，來標(biāo)志其外形大小，通常有公制(mm) 和英制(inch)兩種表示方法，如英制0805表示元件的長為0.08英寸，寬為0.05英寸，其公制表示為2012（或2125），即長2.0毫米，寬1.25毫米。(b) 公制(mm) /英制(inch)轉(zhuǎn)換公式： 25.4 mm英制(inch) 尺寸=公制(mm)尺寸 舉例：將0402（0.04 inch0.02 inch）英制表示法轉(zhuǎn)換為公制表示法 元件長度=

18、25.4 mm0.04=1.0161.0 mm； 元件寬度=25.4 mm0.02=0.5080.5 mm 0402的公制表示法為：1005(1.0 mm0.5 mm)49(C) 外表組裝元件（SMC）常用的公制和英制的封裝尺寸以及包裝編帶寬度如下： 英制 (inch) 公制 (mm) 編帶寬（mm） 1825 4564 12 1812 4532 121210 3225 81206 （3216） 8 0805 （2012） 8 0603 （1608） 80402 （1005） 8 0201 （0603） 801005 最新推出（0402） 8(01005C、01005R已經(jīng)在模塊工藝中應(yīng)用 )

19、50(d) 外表組裝電阻、電容標(biāo)稱值表示方法舉 1 0 2 十位和百位表示數(shù)值 個位表示0的個數(shù) a 片式電阻舉例（片式電阻外表有標(biāo)稱值） 102表示1K；471表示470；105表示1M。 b 片式電容舉例（片式電容外表沒有標(biāo)稱值） 102表示1000Pf；471表示470Pf；105表示1uf。51(e） 外表組裝電阻、電容的阻值、容值誤差表示方法 阻值誤差表示方法 J 5% K 10% M 20% 容值誤差表示方法 C 0.25Pf D 0.5Pf F 1.0Pf J 5% K 10% M 20%524.3 外表貼裝電阻器、電容器的命名 電阻器：不同廠家的電阻型號、規(guī)格、表示方法均有不同

20、，但是最根本要標(biāo)注的有：標(biāo)稱阻值、額定功率、阻值公差、封裝尺寸、包裝形式等。例如：a）KOA公司的標(biāo)注方法。b) 日本村田公司 RX 39 1 G 561 J TA 種 類 尺寸 外觀 特性 標(biāo)稱阻值 阻值誤差 包裝形式c) 成都無線電四廠 RI 11 1/8 561 J 種類 尺寸 額定功耗 標(biāo)稱阻值 阻值誤差53多層片狀瓷介電容器命名a) 日本村田公司 GRM 4F6 CO G 101 J 50P T 電極結(jié)構(gòu) 尺寸 溫度特性 標(biāo)稱容值 容量誤差 耐壓 包裝形式 b) 成都無線電四廠 CC41 03 CH 101 J 50 T 瓷料類型 尺寸 溫度特性 標(biāo)稱容值 容量誤差 耐壓 包裝形式5

21、44.4 外表組裝器件（SMD）的外形封裝、引腳參數(shù)及包裝方式554.5 外表組裝元器件的焊端結(jié)構(gòu)4.5.1 外表組裝元件（SMC）的焊端結(jié)構(gòu)無引線片式元件焊接端頭電極一般為三層金屬電極，見圖1。其內(nèi)部電極一般為厚膜鈀銀電極，由于鈀銀電極直接與鉛錫焊料焊接時，在高溫下，熔融的鉛錫焊料中的焊錫會將厚膜鈀銀電極中的銀食蝕掉，這樣會造成虛焊或脫焊，俗稱“脫帽現(xiàn)象。因此在鈀銀電極外面鍍一層鎳，鎳的耐焊性比較好，而且比較穩(wěn)定，用鎳作中間電極可起到阻擋層的作用。但是鎳的可焊性不好，因此還要在最外面鍍一層鉛錫，以提高可焊性。56 無引線片式元件端頭三層金屬電極示意圖外部電極（鍍鉛錫）中間電極（鎳阻擋層）內(nèi)部

22、電極（一般為鈀銀電極）Chip元件的開展動態(tài) 574.5.2 外表組裝器件（SMD）的焊端結(jié)構(gòu) 外表組裝器件的焊端結(jié)構(gòu)可分為羽翼形、J形和球形。 羽翼形 J形 球形 新動態(tài) 外表組裝器件（SMD）的焊端結(jié)構(gòu)示意圖羽翼形的器件封裝類型有：SOT、SOP、QFP 。J形的器件封裝類型有：SOJ、PLCC 。球形的器件封裝類型有：BGA、CSP、Flip Chip 。新焊端結(jié)構(gòu):LLP（Leadless Leadframe package ） MLF（Micro Leadless Frame ） QFN(Quad Flat No-lead)58新型元器件59 外表貼裝電阻器矩形片式電阻器、圓柱形片式

23、電阻器、電阻網(wǎng)絡(luò)和電位器60外表貼裝電容器多層片狀瓷介電容器鉭電解電容器云母電容器鋁電解電容器可調(diào)電容器61機(jī)電元件機(jī)電元件通常包括開關(guān)、連接器、繼電器等62 晶體管SOT-143SOT-89SOT-23SOT223 二極管63翼形小外形IC和小外形封裝（SOP） SOP SSOP TSOP CFP64翼形四邊扁平封裝器件（QFP） PQFP SQFP/QFP(TQFP)(方形、矩形) CQFP65J形引腳小外形集成電路（SOJ）和塑封有引腳芯片載體（PLCC） SOJ PLCC(方形) PLCC(矩形)66BGA/CSP的分類 PBGA：plastic BGA塑料封裝的BGACBGA：cer

24、amic BGA ,陶瓷封裝的BGA CCGA ：ceramic column BGA陶瓷柱狀封裝的BGATBGA ：tape BGA載帶球柵陣列CSP ： Chip Scale Packaging芯片級封裝（又稱BGA）（封裝尺寸裸芯片.：）67PBGA結(jié)構(gòu)68CSP結(jié)構(gòu)片基（載體）形式載帶形式69BGA的優(yōu)點BGA與QFP相比較，同樣的引腳情況下，其占用面積小，高度低。如BGA313和QFP304元件相比。少34%面積。高度BGA2.1mm/QFP3.1mm.I/O引線間距大，可容納的I/O數(shù)目大。封裝可靠性高元件設(shè)計和制造、裝配相對容易。與原有的SMT設(shè)備兼容再流焊，焊點之間的張力產(chǎn)生良

25、好的自對中效果，允許有50%的貼片精度誤差。70 BGA的優(yōu)點散熱特性好，芯片工作溫度低。BGA比PQFP更接近于環(huán)境溫度。BGA：15-20，QFP20-25。引線短，導(dǎo)線的自感和互感很低，引腳之間信號干擾小，高頻特性好。71BGA的缺點印制電路板的本錢增加。焊后檢測困難、返修困難PBGA對潮濕很敏感。封裝件和襯底裂開。724.6 外表組裝元器件（SMC/SMD）的包裝類型編帶、散裝、管裝和托盤735 外表組裝的PCBSMT對PCB的要求 外觀要求高 熱膨脹系數(shù)小，導(dǎo)熱系數(shù)高 耐熱性要求 銅箔的附著強(qiáng)度高 抗彎曲強(qiáng)度 電性能要求：介電常數(shù)，絕緣性能 耐清洗74高性能玻璃布基覆銅板開展趨勢耐高

26、熱性：FR-4 FR-5低本錢：FR-4 CEMn（外表和芯部由不同材料構(gòu)成的剛性復(fù)合基CCL，簡稱CEM）積層多層板制造技術(shù)含納米材料的覆銅箔板75印制電路板（PCB）的開展趨勢高精度高密度：當(dāng)前世界先進(jìn)水平線寬0.06 mm間距0.08 mm，最小孔徑0.1mm。超薄型多層印制電路板，介質(zhì)層厚度僅0.06mm（6層板的厚度只有0.450.6mm）積層式多層板（BUM）。它是一種具有埋孔和盲孔，孔徑0.10mm、孔環(huán)寬0.25mm，導(dǎo)線寬度和間距為0.1mm或更小的積層式薄型高密度互連的多層板。當(dāng)前世界先進(jìn)水平達(dá)3050層。 撓性板的應(yīng)用不斷增加陶瓷基板在MCM和系統(tǒng)級封裝（SIP）中被廣泛

27、應(yīng)用。隨著電子產(chǎn)品向短、小、輕、薄和多功能方向開展，PCB的尺寸不斷縮小、厚度越來越薄、層數(shù)不斷增加、布線密度越來越高，使PCB制造難度也與日俱增。外表涂（鍍）層要滿足高密度、無鉛要求。766 外表組裝焊接材料焊膏 焊膏是再流焊工藝必需材料。焊膏是由合金粉末、糊狀助焊劑載體均勻混合成的膏狀焊料。77（1） 焊膏的分類a 按合金粉末的成分分：有鉛和無鉛，含銀和不含銀；b 按合金熔點分：高溫、中溫和低溫；c 按合金粉末的顆粒度可分為：一般間距和窄間距用；d 按焊劑的成分分：免清洗、有機(jī)溶劑清洗和水清洗e 按焊劑活性可分為：R（非活性）、RMA（中等活性）、RA（全活性）。f 按黏度可分為：印刷用和

28、滴涂用。78（2） 焊膏的組成 焊膏是由合金焊料粉、糊狀焊劑和一些添加劑混合而成的具有一定粘性和良好觸變特性的膏狀焊料。 合金粉末 合金粉末是形成焊點的主要成分。目前最常用焊膏的金屬組分為:Sn63/Pb37 Sn62/Pb36/Ag2 Sn95.8Ag3.5Cu 0.779常用焊膏的金屬成分、熔點范圍、性質(zhì)和用途共晶低溫焊料，適用于熱敏元器件及需要兩次再流焊的表面組裝組件的第二次再流焊 138138Sn42Bi58 是目前最常用的近共晶無鉛焊料，性能比較穩(wěn)定，各種焊接參數(shù)接近有鉛焊料。220216Sn95.8Ag3.5Cu 0.7近共晶高溫焊料，適用于耐高溫元器件及需要兩次再流焊的表面組裝組

29、件的第一次再流焊（不適用于水金板） 290268Sn10Pb88Ag2 共晶中溫焊料，易于減少Ag、Ag/Pa電極的浸析，廣泛用于SMT焊接（不適用于水金板） 189179Sn62Pb36Ag2 近共晶中溫焊料，易制造，用途同上 188183 Sn60Pb40 共晶中溫焊料，適用于普通表面組裝組件，不適用于含Ag、Ag/Pa材料電極的元器件 183 183 Sn63Pb37 液相線固相線性質(zhì)與用途熔化溫度合金成份80 焊劑 焊膏焊劑是凈化焊接外表，提高潤濕性，防止焊料氧化和確保焊膏質(zhì)量以及優(yōu)良工藝性的關(guān)鍵材料。 表3-5 焊劑的主要成分和功能防止分散和塌邊，調(diào)節(jié)工藝性觸變劑、界面活化劑、消光劑

30、其它調(diào)節(jié)焊膏工藝特性甘油、乙醇類、酮類溶劑凈化金屬表面胺、苯胺、聯(lián)氨鹵化鹽、硬脂酸等活化劑提供貼裝元器件所需的粘性松香、松香脂、聚丁烯粘接劑凈化金屬表面，提高潤濕性松香、合成樹脂樹脂功能使用的主要材料焊劑成分81（3） 對焊膏的技術(shù)要求 a. 要求焊膏吸濕性小，低毒、無臭、無腐蝕性； b.儲存期和室溫下使用壽命長； c. 焊膏粘度要滿足工藝要求，既要保證印刷時具有優(yōu)良的印刷性、脫模性，又要保證良好的觸變性（保形性），印刷后焊膏不塌落。 d. 要求焊膏與PCB焊盤、元件端頭或引腳可焊性（浸潤性）要好, 焊接時起球少，形成的焊點有足夠的強(qiáng)度，確保不會因加電、振動等因素出現(xiàn)焊接點失效；82（4） 焊

31、膏的開展動態(tài) 無鉛焊料的開展 鉛及其化合物會給人類生活環(huán)境和平安帶來較大的危害。電子工業(yè)中大量使用Sn/Pb合金焊料是造成污染的重要來源之一。 日本首先研制出并應(yīng)用無鉛焊料，2003年禁止使用。 美國和歐洲提出2006年7月1日禁止使用。 我國一些獨(dú)資、合資企業(yè)的出口產(chǎn)品也有了應(yīng)用。 無鉛焊料已進(jìn)入實用性階段。 最新動態(tài)：由信息產(chǎn)業(yè)部、開展改革委、商務(wù)部、海關(guān)總署、工商總局、質(zhì)檢總局、環(huán)?？偩致?lián)合制定的電子信息產(chǎn)品污染控制管理方法已于2006年2月28日正式公布，2007年3月1日施行。83 目前最有可能替代Sn/Pb焊料的合金材料 最有可能替代Sn/Pb焊料的無毒合金是Sn基合金，以Sn為主

32、，添加Ag、Zn、Cu、Bi、In等金屬元素，通過焊料合金化來改善合金性能，提高可焊性。 目前應(yīng)用最多的無鉛焊料 三元共晶形式的Sn95.8Ag3.5Cu0.7和三元近共晶形式的Sn96.5Ag3.0Cu0.5是目前應(yīng)用最多的無鉛焊料。其熔點為216-220左右。847 外表組裝粘接材料貼片膠 貼片膠是外表貼裝元器件波峰焊工藝必需的粘接材料。波峰焊前需要用貼片膠將貼裝元器件固定在PCB相對應(yīng)的位置上，以防波峰焊時掉落在錫鍋中。 85（1） 對貼片膠的要求 a. 適宜的粘度 b. 觸變性好 c. 可鑒別的顏色 d. 快速固化 e. 儲存穩(wěn)定，常溫下使用壽命長 f. 粘接強(qiáng)度適中 g. 耐高溫 h

33、. 良好的電性能 i. 化學(xué)性能穩(wěn)定，不會釋放氣體 j. 平安性86（2） 常用貼片膠 環(huán)氧樹脂貼片膠 環(huán)氧樹脂貼片膠是由環(huán)氧樹脂和固化劑組成。 環(huán)氧樹脂屬熱固型、高粘度粘接劑。一般固化溫度在14010/5min； 丙稀酸類貼片膠 丙稀酸貼片膠主要由丙烯酸類樹脂、光固化劑和填料組成。 聚丙烯型貼片膠屬于光固型。需先用UV（紫外）燈照一下，翻開化學(xué)鍵，然后再用14010/12min完成完全固化。878 SMT工藝介紹施加焊膏貼裝元器件工藝再流焊工藝波峰焊工藝88SMT工藝技術(shù)開展趨勢（1）目前外表組裝主要采用印刷焊膏再流焊工藝。（2）單面板混裝以及有較多通孔元件時用到波峰焊工藝。（3）在通孔元件

34、較少的混裝板中，通孔元件再流焊工藝也越來越多地被應(yīng)用。（4）POP（Package On Package）3D組裝技術(shù)的應(yīng)用。（5）在Pitch40m的超高密度以及無鉛等環(huán)保要求的形勢下， ACA（Anisotropic Conductive Adhesive）各向異性導(dǎo)電膠技術(shù)也悄然興起。898.1. 施加焊膏 8.1.1 工藝目的把適量的SnPb焊膏均勻地施加在PCB的焊盤上,以保證貼片元器件與PCB相對應(yīng)的焊盤到達(dá)良好的電氣連接。 SJ/T10670標(biāo)準(zhǔn) 免清洗要求 無鉛要求90 圖1-2 焊膏缺陷91 印刷焊膏的原理焊膏和貼片膠都是觸變流體，具有粘性。當(dāng)刮刀以一定速度和角度向前移動時，

35、對焊膏產(chǎn)生一定的壓力，推動焊膏在刮板前滾動，產(chǎn)生將焊膏注入網(wǎng)孔或漏孔所需的壓力，焊膏的粘性摩擦力使焊膏在刮板與網(wǎng)板交接處產(chǎn)生切變，切變力使焊膏的粘性下降，使焊膏順利地注入網(wǎng)孔或漏孔。92刮板 焊膏模板PCB a焊膏在刮板前滾動前進(jìn) b產(chǎn)生將焊膏注入漏孔的壓力 c切變力使焊膏注入漏孔 X Y F 刮刀的推動力F可分解為 推動焊膏前進(jìn)分力X和 將焊膏注入漏孔的壓力Y d焊膏釋放（脫模）圖1-3 焊膏印刷原理示意圖93(a) 傳統(tǒng)開放式 (b) 單向旋轉(zhuǎn)式 (c) 固定壓入式 (d) 雙向密閉型圖2-8 各種不同形式的印刷技術(shù)示意圖94焊膏印刷是保證SMT質(zhì)量的關(guān)鍵工序。目前一般都采用模板印刷。據(jù)資

36、料統(tǒng)計，在PCB設(shè)計正確、元器件和印制板質(zhì)量有保證的前提下，外表組裝質(zhì)量問題中有70%的質(zhì)量問題出在印刷工藝。95 提高印刷質(zhì)量的措施 (1)加工合格的模板 (2)選擇適合工藝要求的焊膏并正確使用焊膏 (3)印刷工藝控制96(1)加工合格的模板 模板厚度與開口尺寸根本要求: （IPC7525標(biāo)準(zhǔn)） T W L 開口寬度(W)/模板厚度(T)1.5 (無鉛1.6) 開口面積(WL)/孔壁面積2(L+W)T 0.66 (無鉛0.71)97(2)焊膏的選擇方法不同的產(chǎn)品要選擇不同的焊膏。（a）根據(jù)產(chǎn)品本身的價值和用途，高可靠產(chǎn)品選擇高質(zhì)量的焊膏。（b）根據(jù)PCB和元器件存放時間和外表氧化程度選擇焊膏

37、的活性。（c）根據(jù)組裝工藝、印制板、元器件的具體情況選擇合金組分。（d）根據(jù)產(chǎn)品對清潔度的要求來選擇是否采用免清洗。（e）BGA和CSP一般都需要采用高質(zhì)量的免清洗焊膏；（f）焊接熱敏元件時，應(yīng)選用含鉍的低熔點焊膏。（g）根據(jù)PCB的組裝密度（有無窄間距）來選擇合金粉末顆粒度，常用焊膏的合金粉末顆粒尺寸分為四種粒度等級，窄間距時一般選擇2045m。（h）根據(jù)施加焊膏的工藝以及組裝密度選擇焊膏的黏度。98(3) 焊膏的正確使用與管理a) 必須儲存在510的條件下；b) 要求使用前一天從冰箱取出焊膏（至少提前4小時），待焊膏到達(dá)室溫后才能翻開容器蓋，防止水汽凝結(jié)；c) 使用前用不銹鋼攪拌棒將焊膏攪

38、拌均勻，攪拌棒一定要清潔；d) 添加完焊膏后，應(yīng)蓋好容器蓋；e) 免清洗焊膏不能使用回收的焊膏，如果印刷間隔超過1小時，須將焊膏從模板上拭去。將焊膏回收到當(dāng)天使用的容器中；f) 印刷后盡量在4小時內(nèi)完成再流焊。g) 免清洗焊膏修板后不能用酒精檫洗；h) 需要清洗的產(chǎn)品，再流焊后應(yīng)當(dāng)天完成清洗；i) 印刷操作時，要求拿PCB的邊緣或帶手套，以防污染PCB。j) 回收的焊膏與新焊膏要分別存放99(4)印刷工藝控制 圖形對準(zhǔn) 刮刀與網(wǎng)板的角度 刮刀壓力 印刷速度 在刮刀角度一定的情況下，印刷速度和刮刀壓力存在一定的關(guān)系，降低速度相當(dāng)于增加壓力，適當(dāng)降低壓力可起到提高印刷速度的效果。 清洗模式和清洗頻

39、率1008.2. 貼裝元器件工藝 本工序是用貼裝機(jī)或人工將片式元器件準(zhǔn)確地貼放到印好焊膏或貼片膠的PCB外表的相應(yīng)位置上。 貼裝元器件是保證SMT組裝質(zhì)量和組裝效率的關(guān)鍵工序。1018.2.1 保證貼裝質(zhì)量的三要素a 元件正確b 位置準(zhǔn)確c 壓力（貼片高度）適宜。102(a) 元件正確要求各裝配位號元器件的類型、型號、標(biāo)稱值和極性等特征標(biāo)記要符合產(chǎn)品的裝配圖和明細(xì)表要求，不能貼錯位置；103(b) 位置準(zhǔn)確元器件的端頭或引腳均和焊盤圖形要盡量對齊、居中，還要確保元件焊端接觸焊膏圖形。 兩個端頭的Chip元件自定位效應(yīng)的作用比較大，貼裝時元件寬度方向有3/4以上搭接在焊盤上,長度方向兩個端頭只要

40、搭接到相應(yīng)的焊盤上并接觸焊膏圖形，再流焊時就能夠自定位，但如果其中一個端頭沒有搭接到焊盤上或沒有接觸焊膏圖形，再流焊時就會產(chǎn)生移位或吊橋； 正確 不正確 104BGA貼裝要求BGA的焊球與相對應(yīng)的焊盤一一對齊；焊球的中心與焊盤中心的最大偏移量小于1/2焊球直徑。DD1/2焊球直徑105(c) 壓力（貼片高度）貼片壓力（Z軸高度）要恰當(dāng)適宜 貼片壓力過小，元器件焊端或引腳浮在焊膏外表，焊膏粘不住元器件，在傳遞和再流焊時容易產(chǎn)生位置移動，另外由于Z軸高度過高，貼片時元件從高處扔下，會造成貼片位置偏移 ； 貼片壓力過大，焊膏擠出量過多，容易造成焊膏粘連，再流焊時容易產(chǎn)生橋接，同時也會由于滑動造成貼片

41、位置偏移，嚴(yán)重時還會損壞元器件。106貼片壓力（吸嘴高度）1072.2 自動貼裝機(jī)貼裝原理(1) PCB基準(zhǔn)校準(zhǔn)原理(2) 元器件貼片位置對中方式與對中原理108(1) PCB基準(zhǔn)校準(zhǔn)原理 自動貼裝機(jī)貼裝時，元器件的貼裝坐標(biāo)是以PCB的某一個頂角（一般為左下角或右下角）為源點計算的。而PCB加工時多少存在一定的加工誤差，因此在高精度貼裝時必須對PCB進(jìn)行基準(zhǔn)校準(zhǔn)。 基準(zhǔn)校準(zhǔn)采用基準(zhǔn)標(biāo)志（Mark）和貼裝機(jī)的光學(xué)對中系統(tǒng)進(jìn)行。 基準(zhǔn)標(biāo)志（Mark）分為PCB基準(zhǔn)標(biāo)志和局部基準(zhǔn)標(biāo)志。 局部 MarK PCB MarK109a) PCB MarK的作用和PCB基準(zhǔn)校準(zhǔn)原理 PCB MarK是用來修正

42、PCB加工誤差的。貼片前要給PCB Mark照一個標(biāo)準(zhǔn)圖像存入圖像庫中，并將PCB MarK的坐標(biāo)錄入貼片程序中。貼片時每上一塊PCB，首先照PCB Mark，與圖像庫中的標(biāo)準(zhǔn)圖像比較：一是比較每塊PCB Mark圖像是否正確，如果圖像不正確，貼裝機(jī)則認(rèn)為PCB的型號錯誤，會報警不工作；二是比較每塊PCB Mark的中心坐標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)圖像的坐標(biāo)是否一致，如果有偏移，貼片時貼裝時機(jī)自動根據(jù)偏移量（見圖5中X、Y）修正每個貼裝元器件的貼裝位置。以保證精確地貼裝元器件。 利用PCB Mar修正PCB加工誤差示意圖110b) 局部Mark的作用多引腳窄間距的器件，貼裝精度要求非常高，靠PCB Mar不能滿

43、足定位要求，需要采用24個局部Mark單獨(dú)定位，以保證單個器件的貼裝精度。111(2) 元器件貼片位置對中方式與對中原理元器件貼片位置對中方式有機(jī)械對中、激光對中、全視覺對中、激光與視覺混合對中。(a) 機(jī)械對中原理（靠機(jī)械對中爪對中）(b) 激光對中原理（靠光學(xué)投影對中）(3) 視覺對中原理（靠CCD攝象，圖像比較對中）112元器件貼片位置對中方式113 元器件貼片位置視覺對中原理： 貼片前要給每個元器件照一個標(biāo)準(zhǔn)圖像存入圖像庫中，貼片時每拾取一個元器件都要進(jìn)行照相并與該元器件在圖像庫中的標(biāo)準(zhǔn)圖像比較：一是比較圖像是否正確，如果圖像不正確，貼裝機(jī)則認(rèn)為該元器件的型號錯誤，會根據(jù)程序設(shè)置拋棄元

44、器件若干次后報警停機(jī)；二是將引腳變形和共面性不合格的器件識別出來并送至程序指定的拋料位置；三是比較該元器件拾取后的中心坐標(biāo)X、Y、轉(zhuǎn)角T與標(biāo)準(zhǔn)圖像是否一致，如果有偏移，貼片時貼裝時機(jī)自動根據(jù)偏移量修正該元器件的貼裝位置。 元器件貼片位置光學(xué)對中原理示意圖1148.3.1 再流焊定義再流焊Reflow soldring，通過重新熔化預(yù)先分配到印制板焊盤上的膏狀軟釬焊料，實現(xiàn)外表組裝元器件焊端或引腳與印制板焊盤之間機(jī)械與電氣連接的軟釬焊。印刷注射滴涂電鍍預(yù)制焊片高速機(jī)多功能高精機(jī)異形專用機(jī)手工貼片熱板紅外熱風(fēng)熱風(fēng)加紅外氣相再流焊8.3. 再流焊工藝115 63Sn-37Pb鉛錫焊膏再流焊溫度曲線

45、2. 再流焊原理 116 從溫度曲線（見圖1）分析再流焊的原理：當(dāng)PCB進(jìn)入升溫區(qū)（枯燥區(qū)）時，焊膏中的溶劑、氣體蒸發(fā)掉，同時，焊膏中的助焊劑潤濕焊盤、元器件端頭和引腳，焊膏軟化、塌落、覆蓋了焊盤，將焊盤、元器件引腳與氧氣隔離；PCB進(jìn)入保溫區(qū)時，使PCB和元器件得到充分的預(yù)熱，以防PCB突然進(jìn)入焊接高溫區(qū)而損壞PCB和元器件；當(dāng)PCB進(jìn)入焊接區(qū)時，溫度迅速上升使焊膏到達(dá)熔化狀態(tài)，液態(tài)焊錫對PCB的焊盤、元器件端頭和引腳潤濕、擴(kuò)散、漫流或回流混合形成焊錫接點；PCB進(jìn)入冷卻區(qū)，使焊點凝固。此時完成了再流焊。1178.3.3 再流焊工藝特點 a 有“再流動與自定位效應(yīng)如果焊盤設(shè)計正確（焊盤位置尺

46、寸對稱，焊盤間距恰當(dāng)），元器件端頭與印制板焊盤的可焊性良好，元器件的全部焊端或引腳與相應(yīng)焊盤同時被熔融焊料潤濕時，就會產(chǎn)生自定位或稱為自校正效應(yīng)（self alignment）當(dāng)元器件貼放位置有少量偏離時，在外表張力的作用下，能自動被拉回到近似目標(biāo)位置。但是如果PCB焊盤設(shè)計不正確，即使貼裝位置十分準(zhǔn)確，再流焊時由于外表張力不平衡，焊接后也會出現(xiàn)元件位置偏移、吊橋、橋接、潤濕不良、等焊接缺陷。這就是SMT再流焊工藝最大的特性。118自定位效應(yīng)（self alignment）再流焊前再流焊后再流焊中119b 每個焊點的焊料成分與焊料量是固定的再流焊工藝中，焊料是預(yù)先分配到印制板焊盤上的，每個焊點

47、的焊料成分與焊料量是固定的，因此再流焊質(zhì)量與工藝的關(guān)系極大。特別是印刷焊膏和再流焊工序，嚴(yán)格控制這些關(guān)鍵工序就能防止或減少焊接缺陷的產(chǎn)生。120(a) 產(chǎn)生電子信號或功率的流動(b) 產(chǎn)生機(jī)械連接強(qiáng)度焊接后在焊料與被焊金屬界面生成金屬間合金層（焊縫）焊縫 焊點要求121拉伸力（千lbl/in2）*4m時，由于金屬間合金層太厚，使連接處失去彈性，由于金屬間結(jié)合層的結(jié)構(gòu)疏松、發(fā)脆，也會使強(qiáng)度小。*厚度為0.5m時抗拉強(qiáng)度最正確；*0.54m時的抗拉強(qiáng)度可接受；*0.5m時，由于金屬間 合金層太薄，幾乎沒有強(qiáng)度； 金屬間結(jié)合層厚度（m）金屬間結(jié)合層厚度與抗拉強(qiáng)度的關(guān)系金屬間結(jié)合層的厚度與抗拉強(qiáng)度的關(guān)

48、系Intermetallic Compounds 縮寫IMC122為了減小焊接過程中PCB外表t，應(yīng)仔細(xì)考慮散熱設(shè)計，例如均勻的元器件分布、銅箔分布，優(yōu)化PCB板的布局。盡量使印制板上t到達(dá)最小 值。123外表貼裝元件優(yōu)良焊點的條件外觀條件：a 焊點的潤濕性好b 焊料量適中，防止過多或少c 焊點外表外表應(yīng)完整、連續(xù)平滑d 無針孔和空洞e 元器件焊端或引腳在焊盤上的位置偏差應(yīng)符合規(guī)定要求f 焊接后貼裝元件無損壞、端頭電極無脫落內(nèi)部條件優(yōu)良的焊點必須形成適當(dāng)?shù)腎MC金屬間化合物（結(jié)合層）沒有開裂和裂紋124高質(zhì)量 高直通率 高可靠（壽命保證 ）不提倡檢查-返修或淘汰的-貫做法，更不容忍錯誤發(fā)生。任

49、何返修工作都可能給成品質(zhì)量添加不穩(wěn)定的因素。再流焊質(zhì)量要求125返修的潛在問題返修工作都是具有破壞性的 特別是當(dāng)前組裝密度越來 越高，組裝難度越來越大盡量防止返修，或控制其不良后果 ！返修會縮短產(chǎn)品壽命 過去我們通常認(rèn)為，補(bǔ)焊和返修，使焊點更加牢固，看起來更加完美，可以提高電子組件的整體質(zhì)量。但這一傳統(tǒng)觀念并不正確。126影響焊接質(zhì)量的主要因素(1) PCB設(shè)計(2) 焊料的質(zhì)量：合金成份及其氧化程度 無論有鉛、無鉛都應(yīng)選擇共晶或近共晶焊料合金(3) 助焊劑質(zhì)量(4) 被焊接金屬外表的氧化程度（元件焊端、PCB焊盤） (5) 工藝：印、貼、焊（正確的 溫度曲線）(6) 設(shè)備(7) 管理127PCB焊盤設(shè)計對再流焊質(zhì)量的影響 SMT的組裝質(zhì)量與PCB焊盤設(shè)計有直接的、十分重要的關(guān)系。如果PCB焊盤設(shè)計正確，貼裝時少量的歪斜可以在再流焊時，由于熔融焊錫外表張力的作用而得到糾正（稱為自定位或自校正效應(yīng)）；相反，如果PCB焊盤設(shè)計不正確，即使貼裝位置十分準(zhǔn)確，再流焊后反而會出現(xiàn)元件位置偏移、吊橋等焊接缺陷。PCB設(shè)計應(yīng)考慮：再流焊工藝特點 “再流動與自定位效應(yīng)128正確的焊盤圖形結(jié)構(gòu)是實現(xiàn)優(yōu)良焊點的根本條件主焊點129 印刷貼片膠 貼裝元器件 膠固化 插裝元器件 波峰焊8.4. 波峰焊工藝波峰焊主要用于傳統(tǒng)通