表面装贴工艺技术(1)

表面组装工艺技术西北大学信息科学与技术学院电子工程系概论•课程基本情况介绍•课程内容：•《表面组装工艺技术》课程主要学习现代电子产品组装技术，重点介绍表面贴（组）装技术所涉及的表面组装元器件、表面组装材料，表面组装工艺，表面组装设备等。同时简单介绍与微电子技术关系密切的薄膜电路和厚膜电路工艺。概论•选用教材：•本课程选用的教材《表面组装工艺技术》是表面组装技术SMT(SurfaceMountTechnology)系列教材的一部分，是电子工程类本科生有关电子产品组装工艺的专业课教材之一。•本课程学习目的：•通过本课程的学习，掌握表面组（贴）装工艺的基本流程，初步掌握表面贴装元件SMC/SMD（Surfacemountcomponents/Surfacemountdevice）的结构和生产工艺，了解薄膜电路和厚膜电路的基本结构和原理，为从事电子产品及其组件的设计和制造打下一定的基础。学习目的•学习时间及考核：•本课程的计划学习时间为36学时，9周内完成学习，每周4学时。课程考核为期末成绩60%+期中成绩20％＋平时综合成绩20％（含到课情况、课堂纪律、作业）。学习目的•参考书籍•1．《实用表面安装技术与元器件》•廖汇芳编电子工业出版社•2．《SMT工艺材料》•周瑞山编四川省电子学会SMT专委会•3．表面安装技术原理和实践•(美)R.P.普拉沙德著•与本课程相关的课程：•《薄膜技术》、《微电子专业实验》和《电子产品组装技术》。第一章表面组装技术的现状和发展第二章SMT工艺流程与组装生产线第三章SMT工艺材料第七章SMA清洗工艺技术第八章SMT检测与返修工艺第六章SMT焊接工艺技术第五章SMC/SMD贴装工艺技术第四章粘接剂和焊膏涂敷工艺技术目录1.1电子产品组装技术的发展历程•1.1.1电子产品组装技术的诞生•1904年弗莱明在真空中加热的电丝(灯丝)前加了一块板极，发明了第一只电子管。这种装有两个极的电子管称为二极管。利用新发明的电子管，可以给电流整流。此后不久，美国发明家德福雷斯特，在二极管的灯丝和板极之间加了一个栅板，从而发明了第一只真空三极管。第一章表面组装技术的现状和发展1.1电子产品组装技术的发展历程•真空三极管不仅反应更为灵敏、能够发出音乐或声音的振动，而且，集检波、放大和振荡三种功能于一体。因此，许多人都将三极管的发明看作电子工业真正的诞生起点。电子管的问世，推动了无线电电子学的蓬勃发展。•到1960年前后，西方国家的无线电工业年产10亿只无线电电子管。电子管除应用于电话放大器、海上和空中通讯外，也广泛渗透到家庭娱乐领域，将新闻、教育节目、文艺和音乐播送到千家万户。•军事工业中的飞机、雷达、火箭的发明和进一步发展，也有电子管的一臂之力。发展历程1•由于单个电子管无法实现复杂的电路功能，还需要其它元器件的配合，这样才能够形成完整的电路系统，实现预定的功能，由此促生了电子产品的组装技术。发展历程1•1.1.2电子产品组装技术的发展•最早的组装技术靠导线连接元器件，属于第一代组装技术；为了使得产品的结构紧凑、便于维护，出现了用绝缘支架加金属铆钉作为过渡桥梁，连接元器件的第二代连接技术—桥联技术。产品连接效果如图。可以看出，由这种组装技术形成的产品体积是非常庞大的。发展历程1发展历程2•1947年12月23日，世界第一只固体放大器——晶体管诞生了。电子技术发展史上一座里程碑晶体管的出现，是电子技术之树上绽开的一朵绚丽多彩的奇葩。同电子管相比，晶体管具有诸多优越性：发展历程2•①晶体管的构件是没有消耗的。无论多么优良的电子管，都将因阴极原子的变化和慢性漏气而逐渐劣化。晶体管的寿命一般比电子管长100到1000倍，称得起永久性器件的美名。发展历程2•②晶体管消耗电子极少，仅为电子管的十分之一或几十分之一．它不像电子管那样需要加热灯丝以产生自由电子。一台晶体管收音机只要几节干电池就可以半年一年地听下去，这对电子管收音机来说，是难以做到的。发展历程2•③晶体管不需预热，一开机就工作(快速工作）。例如，晶体管收音机一开就响，晶体管电视机一开就很快出现画面。电子管设备就做不到这一点。显然，在军事、测量、记录等方面，晶体管是非常有优势的。发展历程3•④晶体管结实可靠（机械强度好），比电子管可靠100倍，耐冲击、耐振动，这都是电子管所无法比拟的。另外，晶体管的体积只有电子管的十分之一到百分之一，发热很少，可用于设计小型、复杂、可靠的电路。发展历程3•晶体管的制造工艺虽然复杂精密，但工序简便，有利于提高元器件的安装密度。正因为晶体管的性能如此优越，晶体管诞生之后，便被广泛地应用于工农业生产、国防建设以及人们日常生活中。发展历程4•晶体管的出现，使得电子产品的体积大大缩小，同时，也使电子产品的组装技术得到了发展，在对桥联技术进行改革的过程中，出现了以绝缘基板做为载体，金属薄膜做为导线的PCB板，从而诞生了第三代组装技术—通孔插装技术（THT:ThroughHolePackagingTechnology）。发展历程4•通孔插装技术（THT:ThroughHolePackagingTechnology）是将元器件和焊接部位放在PCB板不同面的连接技术。形成的产品如图：这种组装技术使得电子产品的体积大为缩小。发展历程5•1.1.3表面组装技术的出现•通孔插装技术由于元件面和焊接面不同，同时受导电线条宽度的限制，使得对于产品体积有特殊要求的军事、航天等领域的发展受到了限制。人们首先在缩小元器件体积方面进行探索，由此促成集成电路的诞生。这样使得电子产品组件的体积变得更小。发展历程5•由于无源元件（电阻、电容、电感等）体积的限制，使组件体积的缩小受到了限制，为此人们利用微电子技术的精细加工手段，制造出薄膜电路和厚膜电路，将无引线的元件连接起来，形成了现代表面组装技术的雏形。随着电子材料和工艺水平的发展提高，使得表面组装技术得到了飞速的发展，并成为现代电子产品组装的主要方式。发展历程5•表面组装技术的发展与表面组装元器件（SMC/SMD）的发展是分不开的，元器件的小型化加快了组件(SMA)的小型化、组件小型化的要求又促进了元器件的小型化。•1.2SMT及其工艺技术的内容与特点•1.2.1SMT的内容•SMT是SurfaceMountTechnology的缩写形式，译成表面安装技术。SMT工艺技术的内容与特点•美国是SMT的发明地，1963年世界出现第一只表面贴装元器件和飞利蒲公司推出第一块表面贴装集成电路以来，SMT已由初期主要应用在军事，航空，航天等尖端产品和投资类产品逐渐广泛应用到计算机，通讯，军事，工业自动化，消费类电子产品等各行各业。SMT工艺技术的内容与特点•自20世纪80年代以来，随着电子元器件向小型化、复合化、轻量化、多功能、高可靠、长寿命的方向变革，从而相继出现了各种类型的片式电子元器件(SMC/SMD)，导致了第四代组装技术即表面组装技术(SMT)的出现。SMT技术已成为国际上最热门的新一代电子组装技术，被誉为电子组装技术一次革命。SMT工艺技术的内容与特点•SMT定义：•采用“粘”或者“贴”的方式，将无引线元器件(SMC／SMD)固定到基板(PCB)指定位置的电子组装技术。•1.2.2SMT的构成：•SMT技术按照其产品构成由以下8个方面组成：表面组装元器件技术、组装基板技术、组装材料技术、组装工艺技术、组装设计技术、组装测试技术、设备技术和组装管理技术等。•SMT技术技术范畴涉及到材料、制造、电子技术、检测与控制、系统工程等诸多学科，是一项综合性工程科学技术。•按照生产流程可分为以下四个方面：组装元器件、组装基板、组装设计和组装工艺。•本课程主要讲述工艺部分所涉及的内容。••本课程学习的主要内容是组装材料选择、组装工艺设计、组装技术和组装设备。•1.2.3SMT工艺技术的主要特点•采用表面组装技术形成的电子产品(以下简称SMT产品)一般均具有元器件种类繁多、元器件在印刷电路板(PCB：PrintedCircuitBoard)上高密度分布、引脚间距小、焊点微型化等特征。•SMT组装焊接点既有机械性能要求又有电气、物理性能要求。与之对应的表面组装工艺技术除了其涉及的技术领域范围宽、学科综合性强的特征外，还具有下列特点：•(1)组装对象(元器件、多芯片组件、接插件等)种类多；•(2)组装精度和组装质量要求高，组装过程复杂及控制要求严格；•(3)组装过程自动化程度高，大多需借助或依靠专用组装设备完成；特点•(4)组装工艺所涉及技术内容丰富且有较大技术难度；•(5)SMT及其元器件发展迅速引起的组装技术更新速度快等。特点THT与SMT区别•1.2.4SMT和THT的比较•SMT工艺技术的特点还可通过其与传统通孔插装技术(THT)的差别比较体现出来。从组装工艺技术的角度分析，SMT和THT的根本区别是“贴”和“插”。二者的差别还体现在基板、元器件、组件形态、焊点形态和组装工艺方法各个方面。THT与SMT区别•具体表现在：••THT采用有引线元器件，通过把元器件引线插入PCB上预先钻好的安装孔中，暂时固定后在基板的另一面采用波峰焊接等软钎焊技术进行焊接，形成可靠的焊点，建立长期的机械和电气连接，元器件主体和焊点分别分布在基板两侧。•THT与SMT区别•采用SMT时，表面组装元件／器件(SMC／SMD)无长引线，设计有焊接端子(外电极或短引线)，在PCB或其它电路基板上则设计了相应于元器件焊接端子的平面图形(焊盘图形)。THT与SMT区别•SMT是利用粘接剂或焊膏的粘性将SMC／SMD上的焊接端子对准基板上的焊盘图形，把SMC／SMD贴到电路基板的表面上，通过再流焊等焊接方法进行焊接，使元器件端子和电路焊盘之间建立牢固和可靠的机械与电气连接，元器件主体和焊点在基板同侧。•两者的根本区别在于采用了外形结构和引脚形式完全不同的两种类型的电子元器件。发展趋势•1.3SMT工艺技术要求和技术发展趋势•1.3.1SMT工艺技术要求•随着SMT的快速发展和普及，其工艺技术日趋成熟，并开始规范化。发达国家针对SMT工艺技术制订了相应标准。我国也制订有：(表面组装工艺通用技术要求》、《印制板组装件装联技术要求》、《电子元器件表面安装要求》等中国电子行业标准。发展趋势•《表面组装工艺通用技术要求》对SMT生产线和组装工艺流程分类、对元器件和基板及工艺材料的基本要求、对各生产工序的基本要求、对储存和生产环境及静电防护的基本要求等内容进行了规范。•SMT工艺设计和管理中以上述标准为指导来规范其技术要求。由于SMT发展速度很快，其工艺技术将不断更新，所以，在实际应用中要了解上述标准引用的适用性问题。发展趋势1•1.3.2SMT工艺技术发展趋势•SMT工艺技术将会沿着以下几个方向发展：•一是与新型表面组装元器件的组装需求相适应；•二是与新型组装材料的发展相适应；•三是与现代电子产品的品种多、更新快特性相适应；•四是与高密度组装、三维立体组装、微机电系统组装等新型组装形式的组装需求相适应。发展趋势2•主要体现在：•(1)随着元器件引脚细间距化，0.3mm引脚间距的微组装设备及其工艺技术已趋向成熟，并正在向着提高组装质量和提高一次组装通过率方向发展；•(2)随着器件底部阵列化球型引脚形式的普及，与之相应的组装工艺及其检测、返修技术已趋向成熟，同时仍在不断完善之中；发展趋势2•(3)为适应绿色组装的发展需求和无铅焊料等新型组装材料投入使用后的组装工艺需求，相关组装工艺技术研究正在进行之中；•(4)为适应多品种、小批量生产和产品快速更新的组装需求，组装工序快速重组技术、组装工艺优化技术、组装设计制造一体化技术等技术正在不断提出和正在进行研究之中；发展趋势2•(5)为适应高密度组装、三维立体组装的组装工艺技术，是今后一个时期内需要研究的主要内容；•(6)有严格安装方位、精度要求等特殊组装要求的表面组装工艺技术，也是今后一个时期需要研究的内容，如微机电系统（MEMS）的表面组装等。组装元器件分类•1.4表面组装元器件介绍（增补内容）•元器件是电子电路中具有独立电气功能的最