表面贴装技术介绍

表面贴装技术SMT(SurfaceMountTechnology)的英文缩写，中文意思是表面贴装技术。是新一代电子组装技术，它将传统的电子元器件压缩成为体积只有几十分之一的器件。表面安装不是一个新的概念，它源于较早的工艺，如平装和混合安装。电子线路的装配，最初采用点对点的布线方法，而且根本没有基片。第一个半导体器件的封装采用放射形的引脚，将其插入已用于电阻和电容器封装的单片电路板的通孔中。50年代，平装的表面安装元件应用于高可靠的军方，60年代，混合技术被广泛的应用，70年代，受日本消费类电子产品的影响，无源元件被广泛使用，近十年有源元件被广泛使用。SurfacemountThrough-hole与传统工艺相比SMT的特点：高密度高可靠小型化低成本生产的自动化自动化程度类型THT(ThroughHoleTechnology)SMT(SurfaceMountTechnology)元器件双列直插或DIP,针阵列PGA有引线电阻，电容SOIC,SOT,SSOIC,LCCC,PLCC,QFP,PQFP,片式电阻电容基板印制电路板，2.54mm网格，Φ0.8mm~0.9mm通孔印制电路板，1.27mm网格或更细，导电孔仅在层与层互连调用（Φ0.3mm~0.5mm），布线密度高2倍以上，厚膜电路，薄膜电路，0.5mm网格或更细焊接方法波峰焊再流焊面积大小，缩小比约1：3~1：10组装方法穿孔插入表面安装----贴装自动插件机自动贴片机，生产效率高年代代表产品器件元件组装技术电子管收音机电子管带引线的大型元件札线，配线,手工焊接60年代黑白电视机晶体管轴向引线小型化元件半自动插装浸焊接70年代彩色电视机集成电路整形引线的小型化元件自动插装波峰焊接80年代录象机电子照相机大规模集成电路表面贴装元件SMC表面组装自动贴装和自动焊接电子元器件和组装技术的发展表面组装技术片时元器件关键技术——各种SMD的开发与制造技术产品设计——结构设计，端子形状，尺寸精度，可焊型包装——盘带式，管装式，散装式装联工艺贴装材料焊锡膏与无铅焊料黏接剂/贴片胶助焊剂导电胶贴装印制板涂布工艺贴装方式基板材料：有机玻璃纤维，陶瓷板，合金板电路图形设计：图形尺寸设计，工艺型设计锡膏精密印刷工艺贴片胶精密点涂工艺及固化工艺纯片式元件贴装，单面或双面SMD与通孔元件混装，单面或双面贴装工艺：最优化编程焊接工艺波峰焊再流焊：红外热风式，N2保护再流焊，汽相焊，激光焊，通孔器件再流焊助焊剂涂布方式：发泡，喷雾双波峰，0型波，温度曲线的设定设备：印刷机，贴片机，焊接设备，清洗设备(在较早的工艺中使用），检测设备，维修设备清洗技术：清洗剂，清洗工艺检测技术：焊点质量检测，在现测试，功能检测防静电生产管理通常先作B面再作A面印刷锡高贴装元件再流焊翻转贴装元件印刷锡高再流焊翻转清洗双面再流焊工艺A面布有大型IC器件B面以片式元件为主充分利用PCB空间，实现安装面积最小化，工艺控制复杂，要求严格常用于密集型或超小型电子产品，如手机波峰焊插通孔元件清洗混合安装工艺多用于消费类电子产品的组装印刷锡高贴装元件再流焊翻转点贴片胶贴装元件加热固化翻转先作A面：再作B面：插通孔元件后再过波峰焊：印刷锡高贴装元件再流焊清洗锡膏——再流焊工艺简单，快捷涂敷粘接剂红外加热表面安装元件固化翻转插通孔元件波峰焊清洗贴片——波峰焊工艺价格低廉，但要求设备多，难以实现高密度组装印刷机贴片机回流焊AOI（自动光学检测仪）日常维护与保养定期检测与校验印/点胶品质的确认环境温湿度控制生产流程的管制设备的使用管控重点生产任务目标的制定PCB清洗设备参数的设定生产流程的制定设备的维护与保养为生产提供最大空间设备日常点检产品要求与自动化程度要求使用及报废产品要求与自动化程度要求存贮设备参数的设定温湿度控制选用与产品特点综合考虑红胶的使用与管制pcb自动放送设备元件装着设备IIloader回温入料红胶粘着设备pcb自动收送设备焊膏印刷设备IR+HOTAIR黏剂固化设备使用及报废为生产提供最大空间设备日常点检根据产品特点选用存贮IRIR+HOTAIR+N2HOTAIR锡膏的使用与管制设备参数的设定温湿度控制设备的保养粘剂的特性印刷品质的确认回温入料元件装着设备I检测是否达要求并改善PCB清洗环境温湿度控制生产流程的管制生产任务目标的制定按粘剂特性调整固化设备设备的维护与保养定期检测与校验设备参数的设定生产流程的制定考虑产品中各元素的理想结合点印钢网的制造、使用及保存未达成目标的人、机、料、法、空间、时间分析（主因）日常维护与保养定期检测与校验达成目标，最大改善空间-持续改善生产数据统计、分析、措施日常维护与保养定期检测与校验SMT关键工序的工艺控制SMT关键工序的工艺控制1.印刷工艺2.贴装元件工艺3.焊接原理和再流焊工艺一.印刷焊膏工艺印刷焊膏是SMT的关键工序•印刷焊膏是保证SMT质量的关键工序。目前一般都采用模板印刷。•据资料统计，在PCB设计正确、元器件和印制板质量有保证的前提下，表面组装质量问题中有70%的质量问题出在印刷工艺。了解印刷原理，提高印刷质量1.印刷焊膏的原理•焊膏和贴片胶都是触变流体，具有粘性。当刮刀以一定速度和角度向前移动时，对焊膏产生一定的压力，推动焊膏在刮板前滚动，产生将焊膏注入网孔或漏孔所需的压力，焊膏的粘性摩擦力使焊膏在刮板与网板交接处产生切变，切变力使焊膏的粘性下降，使焊膏顺利地注入网孔或漏孔。•刮板焊膏•模板•PCB•a焊膏在刮板前滚动前进b产生将焊膏注入漏孔的压力c切变力使焊膏注入漏孔•X••YF•刮刀的推动力F可分解为•推动焊膏前进分力X和•将焊膏注入漏孔的压力Y•d焊膏释放（脱模）•图1-3焊膏印刷原理示意图焊膏在刮板前滚动，才能产生将焊膏注入开口的压力•刮板焊膏印刷时焊膏填充模板开口的情况脱模焊膏滚动2.影响焊膏脱模质量的因素•(a)模板开口尺寸：开口面积B与开口壁面积A比＞0.66时焊膏释放（脱模）顺利。面积比＞0.66，焊膏释放体积百分比＞80%面积比＜0.5，焊膏释放体积百分比＜60%•(b)焊膏黏度：焊膏与PCB焊盘之间的粘合力Fs＞焊膏与开口壁之间的摩擦力Ft时焊膏释放顺利。•(c)开口壁的形状和光滑度：开口壁光滑、喇叭口向下或垂直时焊膏释放顺利。图1-4放大后的焊膏印刷脱模示意图Ft—焊膏与PCB焊盘之间的粘合力与开口面积、焊膏黏度有关Fs—焊膏与开口壁之间的摩檫阻力与开口壁面积、光滑度有关A——焊膏与模板开口壁之间的接触面积；B——焊膏与PCB焊盘之间的接触面积(开口面积)PCB开口壁面积A开口面积B•(a)垂直开口(b)喇叭口向下(c)喇叭口向上•易脱模易脱模脱模差•图1-5模板开口形状示意图•(d)印刷方式•①单向印刷（刮刀只能作一个方向印刷）•单向印刷时有一块刮刀是印刷用的，另一块刮刀是作为回料用的；•②双向印刷•双向印刷时两块刮板进行交替往返印刷。•传统的印刷方式——都是开放式印刷，焊膏暴露在空气中，在刮刀的推动下在模板表面来回滚动。有单向印刷和双向印刷两种印刷方式。•新型的印刷方式——随着SMT向高密度、窄间距、无铅焊接的发展，对印刷精度、速度以及印刷质量有了进一步的要求。印刷设备和技术也在不断地改进和发展。出现了各种密封式的印刷技术。最初有英国DEK公司和美国MPM公司推出的刮刀旋转45°以及密封式ProFlow（捷流）导流包印刷技术。最近日本Minami公司和Hitachi公司相继推出了单向旋转和双向密闭型印刷技术，见图2-8。这些新技术适合免清洗、无铅焊接、高密度、高速度印刷的要求。(a)传统开放式(b)单向旋转式(c)固定压入式(d)双向密闭型•图2-8各种不同形式的印刷技术示意图4.影响印刷质量的主要因素a首先是模板质量——模板印刷是接触印刷，因此模板厚度与开口尺寸确定了焊膏的印刷量。焊膏量过多会产生桥接，焊膏量过少会产生焊锡不足或虚焊。模板开口形状以及开口是否光滑也会影响脱模质量。•b其次是焊膏质量——焊膏的黏度、印刷性（滚动性、转移性）、触变性、常温下的使用寿命等都会影响印刷质量。•c印刷工艺参数——刮刀速度、刮刀压力、刮刀与网板的角度以及焊膏的黏度之间都存在一定的制约关系，因此只有正确控制这些参数，才能保证焊膏的印刷质量。•d设备精度方面——在印刷高密度窄间距产品时，印刷机的印刷精度和重复印刷精度也会起一定的作用。•e环境温度、湿度、以及环境卫生——环境温度过高会降低焊膏黏度，湿度过大时焊膏会吸收空气中的水分，湿度过小时会加速焊膏中溶剂的挥发，环境中灰尘混入焊膏中会使焊点产生针孔。•（一般要求环境温度23±3℃，相对湿度45~70%）从以上分析中可以看出，影响印刷质量的因素非常多，而且印刷焊膏是一种动态工艺。①焊膏的量随时间而变化，如果不能及时添加焊膏的量，会造成焊膏漏印量少，图形不饱满。②焊膏的黏度和质量随时间、环境温度、湿度、环境卫生而变化；③模板底面的清洁程度及开口内壁的状态不断变化；……印刷缺陷举例少印粘连塌边错位二.贴装元器件工艺1.保证贴装质量的三要素2.贴片原理1.保证贴装质量的三要素•a元件正确•b位置准确•c压力（贴片高度）合适。•a元件正确——要求各装配位号元器件的类型、型号、标称值和极性等特征标记要符合产品的装配图和明细表要求，不能贴错位置；•b位置准确——元器件的端头或引脚均和焊盘图形要尽量对齐、居中，还要确保元件焊端接触焊膏图形。•两个端头的Chip元件自定位效应的作用比较大，贴装时元件宽度方向有3/4以上搭接在焊盘上,长度方向两个端头只要搭接到相应的焊盘上并接触焊膏图形，再流焊时就能够自定位，但如果其中一个端头没有搭接到焊盘上或没有接触焊膏图形，再流焊时就会产生移位或吊桥；•正确不正确C.贴片压力（吸嘴高度）吸嘴高度合适吸嘴高度过高吸嘴高度过低（H等于最大焊球直径）吸嘴元件H焊料颗粒PCB吸嘴高度合适元件从高处扔下贴片压力过大贴片压力适当元件移位焊膏被挤出造成粘连、元件移位、损坏元件2.贴片原理•1.MARK点定位•2.以原点为（0，0）坐标，其它元器件以CAD为坐标•3.贴片机根据相关坐标进行贴片，目前我们使用的贴片机精度为±0.05mm再流焊工艺控制内容1.再流焊定义2.再流焊原理3.再流焊工艺特点4.再流焊的工艺要求5.影响再流焊质量的因素1.再流焊定义•再流焊Reflowsoldring，通过重新熔化预先分配到印制板焊盘上的膏状软钎焊料，实现表面组装元器件焊端或引脚与印制板焊盘之间机械与电气连接的软钎焊。•印刷•注射滴涂•高速机•多功能高精机•异形专用机•手工贴片.红外•热风•热风加红外•气相再流焊2.再流焊原理110℃130℃155℃185℃240℃250℃90℃PCB入口出口100℃130℃155℃175℃200℃210℃90℃传送带速度：60cm/min温度℃焊接时间峰值温度210~230183150.1~2℃/s2~4min10030~60s60~90s＜2℃/s1.2~3.5℃/s＜4℃/s升温区预热区回流区冷却区时间min60~90s60~90s快速升温区（浸润区）37Pb/63Sn铅锡焊膏再流焊温度曲线从温度曲线分析再流焊的原理：当PCB进入升温区（干燥区）时，焊膏中的溶剂、气体蒸发掉，焊膏软化、塌落、覆盖了焊盘，将焊盘、元件焊端与氧气隔离；PCB进入保温区时，使PCB和元器件得到充分的预热，以防PCB突然进入焊接高温区而损坏PCB和元器件；在助焊剂活化区，焊膏中的助焊剂润湿焊盘、元件焊端，并清洗氧化层；当PCB进入焊接区时，温度迅速上升使焊膏达到熔化状态，液态焊锡润湿PCB的焊盘、元件焊端，同时发生扩散、溶解、冶金结合，漫流或回流混合形成焊锡接点；PCB进入冷却区，使焊点凝固。此时完成了再流焊。3.再流焊工艺特点•自定位效应（selfalignment）—当元器件贴放位置有一定偏离时，由于熔融焊料表面张力作用，当其全部焊端或引脚与相应焊盘同时被润湿时，在表面张力作用下，自动被拉回到近似目标位置的现象；自定位效应（selfalignment）再流焊前再流焊后再流焊中4.再流焊的工艺