第三章SMT表面安装工艺

-1-第三章SMT表面安装工艺表面安装技术SMT(surfacemountingtechnology)通孔基板插装元器件技术THT(through-holemountingtechnology)一、表面安装技术SMT优点：1、实现微型化2、信号传输速度高3、高频特性好4、有利于自动化生产、提高成品率和生产效率5、材料成本低6、SMT技术简化电子整机产品的生产工序、降低生产成本表面组装技术（SMT）是无需对印制板钻插装孔，直接将片式元器件或适合于表面贴装的微型元器件贴、焊到印制板或其他基板表面规定位置上的装联技术。“表面组装技术”“SurfaceMountTechnology”，--------------“SMT”SMT发展的三个阶段阶段时间特点第一阶段1970-1975小型化的片状元件应用在厚膜电路中第二阶段1976-1985表面装配自动化设备出现、片状元件的安装工艺日益成熟第三阶段1986-现在改善电子产品的性价比、降低成本电子产品安装技术的发展历程阶段时间典型元件典型产品装配技术第一代1950电子管电子管收音机、仪器手工烙铁焊接、捆扎导线第二代1960晶体管黑白电视、通用仪器半自动插装、浸焊第三代1970集成电路彩色电视机、便携式薄型仪器自动插装、浸焊、波峰焊、熔焊第四代1980大规模集成电路录像机、小型高精密仪器两面自动表面贴装、再流焊、波峰焊第五代1990超大规模集成电路整体型摄像机、超小型高精密仪器多成化、高密度化、安装高速化、倒装焊、特种焊二、表面组装技术介绍-2-1、表面组装技术的组装类型（1）按焊接方式可分为回流焊和波峰焊两种类型（2）按组装方式可分为全表面组装、单面混装、双面混装SMT生产线——按照自动化程度可分为全自动生产线和半自动生产线；按照生产线的规模大小可分为大型、中型和小型生产线。印刷机+高速贴片机+泛用贴片机+回流炉丝印机+AOI+高速机+高速机+泛用机+AOI+回流焊回流焊工艺——在PCB的焊盘上印刷焊膏、贴装元器件，从再流焊炉入口到出口大约需要5~6分钟就完成了干燥、预热、熔化、冷却全部焊接过程。（1）印刷机——用来印刷焊膏或贴片胶的。将焊膏（或贴片胶）正确地漏印到印制板相应的焊盘（位置）上。（2）贴装机——相当于机器人，把元器件从包装中取出，并贴放到印制板相应的位置上。（3）再流焊炉——是焊接表面贴装元器件的设备（4）AOI——自动光学检测技术2、SMT工艺技术发展趋势（1）目前表面组装主要采用印刷焊膏再流焊工艺。（2）单面板混装以及有较多通孔元件时用到波峰焊工艺。（3）在通孔元件较少的混装板中，通孔元件再流焊工艺也越来越多地被应用。（4）POP（PackageOnPackage）层叠封装技术的应用。为了缩小封装体积，降低其高度，降低封装成本，减少物料消耗，目前开发了一项新的封装技术，称为层叠封装（Package—on—Package，简称PoP）。层叠封装是在一个处于底部的封装件上再叠加另一个与其相匹配的封装件，组成一个新的封装整体。通常底部的封装件是一个高集成度的逻辑器件，顶部的是一件大容量的存储器或存储器组合件。（5）在Pitch＜40μm的超高密度以及无铅等环保要求的形势下，ACA（AnisotropicConductiveAdhesive）各向异性导电胶技术也悄然兴起。各向异性导电胶ACA(AnisotropicConductiveAdhesive)结构,分析了邦定压力和导电颗粒特性对常用ACA互连接触电阻的影响,综合叙述了环境因素、邦定参数、误对准、凸点高度等对ACA互连可靠性影响的研究进展三、SMT元器件封装形式：（一）SMT元器件的基本要求：1、适应尺寸、形状标准化各种装配操作2、包装形式适应贴片机的自动贴装3、有一定的机械强度、能承受贴装压力4、适应焊接（再流焊：235℃±5℃焊接时间2s）-3-（波峰焊：260℃±5℃焊接时间2s）5、表面贴装元件存放温度低于40℃，生产现场温度低于30℃，环境湿度低于RH60%6、对于有防潮要求的SMD元件，开封后72小时必须使用完毕。最长不能超过一周，若不能用完，应存放在RH20%的干燥箱内，已受潮的SMD器件按规定作去潮烘干处理。7、在运输、分料、检验或手工贴装时，假如工作人员需要拿取SMD元件，应该佩戴防静电腕带，尽量使用吸笔操作，并特别注意避免碰伤SOP、QFP等器件的引脚，预防引脚翘曲变形。（二）SMT元器件：无源表面安装元件SMC：矩形片式、圆柱形、异型、复合片式从功能分有源表面安装元件SMD：圆柱形、陶瓷组件、塑料组件机电元件：异型薄片矩形从结构形状分圆柱形扁平异形表面安装元器件特点：（小型化、标准化）SMC包括片状电阻器、电容器、电感器、滤波器和陶瓷振荡器。(a)表面组装元件（SMC）封装命名方法：SMC常用外形尺寸长度和宽度命名，来标志其外形大小，通常有公制(mm)和英制(inch)两种表示方法，如英制0805表示元件的长为0.08英寸，宽为0.05英寸，其公制表示为2012（或2125），即长2.0毫米，宽1.25毫米。SMC元器件外形尺寸：公制系列：3216：长：3.2mm宽：1.6mm英制系列：1206：长：0.12in宽：0.6in(b)公制(mm)/英制(inch)转换公式：25.4mm×英制(inch)尺寸=公制(mm)尺寸例：将0402（0.04inch×0.02inch）英制表示法转换为公制表示法，写出其贴片元件的尺寸及公制表示法。元件长度=25.4mm×0.04=1.016≈1.0mm；元件宽度=25.4mm×0.02=0.508≈0.5mm英制0402的公制表示法为：1005(1.0mm×0.5mm)(C)表面组装元件（SMC）常用的公制和英制的封装尺寸以及包装编带宽度如下：英制(inch)公制(mm)编带宽（mm）18254564121812453212-4-1210322581206（3216）80805（2012）80603（1608）80402（1005）80201（0603）801005（0402）8标称阻值和允许误差系列允许误差标称阻值E24±5%(J)1.01.11.21.31.51.61.82.02.22.42.73.03.33.63.94.34.75.15.66.26.87.58.29.1E12±10%(k)1.01.21.51.82.22.73.33.94.75.66.88.2E6±20%(M)1.01.52.23.34.76.8SMC元器件外形尺寸表（矩形贴片元件）公制/英制型号长宽厚3216/12063.2/0.121.6/0.060.6/0.0242012/08052.0/0.081.25/0.050.6/0.0161608/06031.6/0.060.8/0.030.45/0.0181005/04021.0/0.040.5/0.020.35/0.0140603/02010.6/0.020.3/0.010.25/0.01SMC电阻器的主要参数（矩形贴片元件）系列型号321620121160811005阻值范围0.39Ω～10MΩ2.2Ω～10MΩ10Ω～10MΩ10Ω～10MΩ允许误差±1、±2、±5、±10±1、±2、±5±2、±5±2、±5额定功率1/4、1/81/101/161/16最大工作电流2001505050工作温度范围-55～+125-55～+125--55～+125--55～+125额定温度70707070(d)表面组装电阻、电容标称值表示方法举102-5-十位和百位表示数值个位表示0的个数片式电阻举例（片式电阻表面有标称值）102——表示1KΩ；471——表示470Ω；105——表示1MΩ。（1）矩形贴片电阻：薄膜型（RK）：性能稳定、阻值精度高、价格高厚膜型（RN）：性能优良、价格低廉（2）圆柱形电阻：金属电极无引脚端面元件（MELF）装配密度高、包装方便。碳膜电阻：ERD金属膜电阻：ERO跨接用0Ω电阻圆柱形电阻组成：基体：高铝磁棒电阻膜：采用一定电阻率的电阻器浆料印刷在陶瓷基板上，经烧结形成膜式电阻。端电极：金属帽螺纹槽：形成不同阻值的电阻耐热漆：绝缘、防潮、耐热冲击标识色环：用5环法三层电极：1、内层电极：连接电阻体的内部电极。2、中间电极：阻挡层，提高电阻器在焊接时的耐热性，避免内层电极被溶蚀。3、外层电极：可焊层，可焊性，延长电极的保存期。电阻膜：采用一定电阻率的电阻器浆料印刷在陶瓷基板上，经烧结形成膜式电阻。保护层：包封玻璃保护膜、玻璃釉涂层、标志玻璃层。起保护和绝缘作用，并防止电镀液对电阻器膜的侵蚀和损坏。矩形片式电阻器结构示意图内层电极外层电极中间电极内层电极外层电极中间电极96%陶瓷基板电阻膜玻璃釉涂层包封玻璃保护膜标志玻璃层-6-包封玻璃保护膜保护层玻璃釉涂层标志玻璃层包封玻璃保护膜;采用玻璃浆料：其特点：熔点低、一方面起保护作用，另一方面起绝缘作用。保护层的作用：防止电镀液对电阻器膜的侵蚀和损害。圆柱形电阻：排列式晶片电阻器：（3）SMC表面安装钽电解电容器1）、单位体积容量最大一般容量超过0.33μF的表面安装元件均采用钽电解片式电容器。2）、电解质响应速度快3）、电容器的允许误差标志符号与电阻器的符号相同，对10P以下电容器的绝对误差标志符号是：B表示±0.1PF;C表示±0.25PF;D表示±0.5PF；F表示±1PF。片式电容举例（片式电容表面没有标称值）102——表示1000Pf；471——表示470Pf；105——表示1uf。4、电感器作用：滤波、调谐、退耦、延迟、补偿。电阻膜耐热漆端电极标识色环基体螺纹槽-7-5、贴片发光二极管6、三极管与场效应管7、集成电路封装形式1）DIP封装：双列直插封装一般为8～64针特点:（1）.适合印刷线路板PCB的穿孔安装;（2）.易于对印刷线路板PCB布线;（3）.安装操作方便。（4）.抗干扰能力极弱DIP封装结构形式有:多层陶瓷双列直插式DIP单层陶瓷双列直插式DIP引线框架式DIP(玻璃陶瓷封接式塑料包封结构式陶瓷低熔玻璃封装式)衡量一个芯片封装技术先进与否的重要指标是芯片面积与封装面积之比，这个比值越接近1，说明封装效率高，越好。以采用40根I/O引脚塑料包封双列直插式封装(PDIP)的CPU为例：其芯片面积/封装面积=3×3/15.24×50=1：86离1相差很远，封装效率低。2）SIP封装：单列直插封装3）QFP封装：塑料方型扁平式封装（方型四边引脚扁平封装）QFP的特点是:1.适合用SMT表面安装技术在PCB上安装布线;2.封装外形尺寸小，寄生参数减小，适合高频应用;3.操作方便;4.可靠性高。以0.5mm焊区中心距，208根I/O引脚的QFP封装的CPU为例，外形尺寸28×28mm，芯片尺寸10×10mm，则芯片面积/封装面积=10×10/28×28=1：7.84）LCCC封装：陶瓷无引线芯片载体5）PLCC封装：塑料有引线芯片载体6）SOP封装：小尺寸封装7）BGA封装：球栅阵列封装（1）PBGA基板：有机材料（2）CBGA基板：陶瓷基板（3）FCBGA基板：硬质多层基板（4）TBGA基板：带状软质PCB电路板基板（5）.CDPBGA（CarityDownPBGA）基板：指封装中央有方型低-8-陷的芯片区（又称空腔区）。BGA特点有:（1）.I/O引脚数虽然增多，提高了组装成品率;（2）.虽然它的功耗增加，但BGA能用可控塌陷芯片法焊接，从而可以改善它的电热性能:（3）.厚度比QFP减少1/2以上，重量减轻3/4以上;（4）.寄生参数减小，信号传输延迟小，使用频率大大提高;（5）.组装可用共面焊接，可靠性高;（6）.BGA封装仍与QFP、PGA一样，占用基板面积过大;8）PGA封装：插针网格阵列封装(陶瓷针栅阵列封装)在芯片下方围着多层方阵形的插针，每个方阵形插针是沿芯片的四周，间隔一定距离进行排列的，根据管脚数目的多少，可以围成2～5圈。安装时，将芯片插入专门的PGA插座。PGA封装特点：具有插拔操作更方便，可靠性高的优点，缺点：是耗电量较大。按0