SMT培训教材(第一、二章

苏州大学SMT培训教材第一．二章表面贴装技术简介及基本工艺流程涂云、张茂青2002/11/3目录第一章表面组装技术简介第一节表面组装技术概述第二节SMT的组成第三节我国SMT发展状况第四节SMT发展趋势第五节下一代微型器件组装技术——电场贴装附录：集成电路芯片封装技术简介第二章SMT基本工艺流程第一节工艺流程介绍第二节SMT焊接材料第三节焊膏印刷第四节元件贴装第五节焊接第六节制程演示第七节案例第一章表面组装技术简介第一节表面组装技术概述表面组装技术，国外叫SurfaceMountTechnology，简称SMT，国内有很多译名，我们这里将SMT称为表面组装技术美国是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发展非常迅猛。进入80年代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与我们日常生活息息相关，我们使用的计算机﹑手机﹑BP机﹑打印机﹑复印机﹑掌上电脑﹑快译通﹑电子记事本﹑DVD﹑VCD﹑CD﹑随身听﹑摄象机﹑传真机﹑微波炉﹑高清晰度电视﹑电子照相机﹑IC卡，还有许多集成化程度高﹑体积小﹑功能强的高科技控制系统，都是采用SMT生产制造出来的，可以说如果没有SMT做基础，很难想象我们能使用上这些使生活丰富多采的商品。采用SMT使得组装密度更高，电子产品体积更小，重量更轻，可靠性更高，抗震能力增强，高频特性好，而且易于实现自动化，提高生产效率，降低生产成本，一般来讲，采用SMT的产品体积缩小40%～60%，重量减轻60%～80%。第二节SMT的组成表面组装技术定义表面组装技术是一种无需在印制板上钻插装孔，直接将表面组装元器件贴，焊到印制电路板表面规定位置上的电路装联技术。具体地说，表面组装技术就是用一定的工具将表面组装元器件引脚对准预先涂覆了粘接剂和焊膏的焊盘图形上，把表面组装元器件贴装到未钻安装孔的PCB表面上，然后经过波峰焊或再流焊，使表面组装元器件和电路之间建立可靠的机械和电气连接，元器件和焊点同在电路基板一侧，如图2.1所示.表面组装技术的组成表面组装技术的组成如图2.2所示。封装设计：结构尺寸，端子形式耐焊性等表面组装元器件制造技术包装：编带式，棒式，托盘，散装等；电路基板技术－单(多)层PCB，陶瓷基板，瓷釉金属基板等组装设计－电设计，热设计，元器件布局和电路布线设计，焊盘图形设计组装方式和工艺流程组装材料组装工艺技术组装技术组装设备图2.2表面组装技术的组成表面组装工艺概要一表面组装工艺的组成图2-3列出表面组装工艺技术的组成。表面组装技术涂敷材料粘接剂，焊料，焊膏组装材料－工艺材料焊剂，清洗剂，热转换介质涂敷技术点涂,针转印,印刷(丝网印刷,模板印刷)贴装技术顺序式，在线式，同时式焊接方法双波峰,喷射波峰等流动焊接粘接剂涂敷点涂，针转印粘接剂固化紫外,红外,电加热焊接技术组装技术焊接方法－焊膏法,预置焊料法再流焊接焊膏涂敷－印刷加热方法－气相,红外,激光等清洗技术溶剂清洗,水清洗检测技术非接触式检测,接触式测试返修技术热空气对流,传导加热涂敷设备－点涂器,印刷机,针式转印机组装设备贴装机－顺序式贴装机,同时式贴装机,在线式贴装系统焊接设备－双波峰焊接设备,喷射式波峰焊接设备,各种再流焊接设备清洗设备－溶剂清洗机，水清洗机测试设备－各种外观检测设备,在线测试仪,功能测试仪返修设备－热空气对流返修工具和设备,传导加热返修设备和工具图2-3表面组装工艺技术的组成综上所述，表面组装技术是一项涉及多种专业和多门学科的系统工程，主要涉及元器件技术，电路基板技术，涂敷技术，精密机械加工技术，自动控制技术，软钎焊接技术，化工技术，新型材料技术和检验测试技术以及物理学，化学，物理化学，电子学，工程力学，计算机学和人机工程学等专业和学科。所以成功地组装SMA(表面组装组件)，首先要求拥有一支具备渊博的专业知识和技能，并且具有丰富技术实践经验的训练有素的专业技术队伍，这是成功地开发SMT和组装SMA的先决条件；第二，要有一定的资金投入，这是由于SMT需要采用一系列新材料，新工艺和新设备，必须投入相当数额的资金，这是成功的必要和充分条件；第三，必须具备雄厚的制造技术基础，以满足组装设备研制和组装工艺开发的要求，这是成功的技术保证。第三节我国的SMT发展状况中国的电子工业，特别是以表面安装技术（SMT）作为新一代的电子装联技术，己经浸透到各个行业，各个领域。近十年来ＳＭＴ技术发展神速，应用范围十分广泛，在许多领域中己经部分或完全取代了传统的线路板通孔插装技术。ＳＭＴ技术以其自表面组装工艺技术身的特点和优势，使电子组装技术发生了根本性的、革命性的变化。中国的电子工业，首先在我国东南沿海地区得到了高速发展。经过二十年来我国沿海地区电子工业蓬勃发展,大量引进和购置了各种各类的ＳＭＴ工艺设备。现在世界各国的各种型号规格ＳＭＴ设备，都己打进中国市场。在我国各种电子期刊杂志、报纸上，几乎可以看到世界各国研制与生产的各类ＳＭＴ设备的广告宣传资料。每年召开的ＳＭＴ展览会、报告会、研讨会接二连三，应接不暇。目前大家一致公认的观点是世界电子工业的中心己经转移到亚洲,而亚洲又以中国市场为最大。加入ＷＴ０前后，己有大批海外公司大举进军中国，最近有大批台湾电子公司在广东、福建、江苏等地纷纷开设加工厂，有的地区己建立了台湾工业村、台湾工业区等景观。这样一来，又带来了大量的ＳＭＴ新技术、新设备。当前我国又面临ＳＭＴ技术发展的大好时机。随着国家对高科技产业的投入，特别是国家加大对航空、航天、电子、通信、交通等方面的投资力度，当前正值我国西部大开发的大好时机，中国的ＳＭＴ市场还将进一步扩大，在今后十年内还将会快速的发展。根据信息产业部电子信息产品管理司王勃华司长《我国电子专用设备概况及２０００年形势展望》等文章资料的估计，今后几年内我国每年需求比率会在８一１０％的速度递增，每年需求ＳＭＴ设备将会有几百台套以上。根据中国电子学会1999年10月大武汉召开的《中国电子学会第五届全国SMT/SMD学术研讨会》、中国电子学会装联专业委员会于1999年4月召开的《第六届全国装联专业学术年会》、以及陕西、四川、江苏和北京、上海等地方学会SMT专委会召开的ＳMＴ专题学术研讨会，对我国目前表面安装技术SMT的发展趋势，我们可以归纳为以下几个方面，从而可看出今后几年内SMT设备仍有其迫切的需求，ＳMＴ技术仍有强大的发展动力。１.ＳＭＴ设备正向高效、灵活、智能、环保等方向发展提高ＳＭＴ设备的生产效率一直是人们的追求目标，ＳＭＴ生产设备巳从过去的单台设备工作，向多台设备组合连线的方向发展；从多台分步控制方式向集中在线控制方向发展；从单路连线生产向双路组合连线生产方向发展。所以，我们认为SMT发展的总趋向是高效、智能、环保等方向发展。我们以全自动ＳＭＴ贴片机为代表来说明，为了提高生产效率，减少工作时间，目前新型贴片机正向双路输送贴片结构发展，在保留传统的单路贴片性能的前提下，将PCB板的输送、定位、检测、贴片等设计成双路结构，双路即可同步、也可异步。双路工作方式可缩短贴片的生产时间，提高机器的工作效率。ＳＭＴ设备向智能、灵活的方向发展，主要是利用计算机来操作，提高自动化控制程度，把一些工艺参数储存固定，提高机器的自动化程度，稳定和提高产品质量。ＳＭＴ设备向环保方向的发展，当前主要是清洗和无铅焊料应用两个方面。在替代ＣＦＣ、最终淘汰０ＤＳ物质的进程中，经过几年的努力，己经取得了很大进步，日东公司先后研制开发和生产了环保水洗设备、免清洗波峰焊机。目前正研制适应无铅焊料的波峰焊设备和回流焊工艺设备。２.SMT设备向高精度、高速度、多功能的方向发展由于新的片式元器件及其封装方式在不断变化，例如BGA,FC,COB,CSP,MCM等大量涌现，在生产中不断更新和推广应用,对贴片机的要求也越来越高。例如为了提高贴片速度，各类新型贴片机普遍都采用激光对中、飞行对中检测等先进技术。即在贴片的同时贴片头一边运行工作，一边进行数据跟踪检测，大大提高了贴片机的对中速度。例如韩国三星公司生产的CP40LV贴片速度己达0.22片/秒，而新型贴片杌CP45FV的贴片速度高达0.19片/秒。而且CP45FV采用了悬空新概念，使用了六头六视像结构摄像头来识别元器件，而且每一个贴片头都能独立的识别元器件，也就是在吸片和贴片过程中完成识别，从而实现0.19片/秒的贴装速度。又如CSP要求贴片机要有极高的贴装精度，可采用3D数控式照明，可根据元器材的形状来预设照明程度，并自动编程控制16级照明度，这样可精确地识别元件图像，并可识别BGA或CSP。所以，我们认为新一代ＳMT设备正向高速度、高精度、多功能的方向发展。这里还有一个如何保证ＳＭＴ高精度、高质量的贴片工作问题。为了保证贴片机的高精度，要采取措施降低贴片机的振动和抖动，减轻机身的重量，增加设备结构的刚性。为了保证高质量的贴片，要采用元器件最佳部位的感应识别技术，做到无损伤贴片；吸咀的高度距离，即吸咀与贴装电路板之间的距离要严格控制，吸咀位置的X,Y轴的误差要有自动修正功能。这样才能保证贴片机在高精度、高质量的贴片工作。3.中国电信工业的高速发展，大力推动了我国SMT技术的发展我国电信工业极大地推动了我国SMT事业的发展。现在世界各大电信巨头都己进军中国电信行业，如摩托罗拉、爱立信、西门子、诺几亚、贝尔、菲力浦等都在中国内地开设了合资或独资工厂；中国的电信巨子华为、中兴、东方、大唐和巨龙等公司，都纷纷抢占滩头，称雄当地，大大促进了我国SMT事业的迅速发展。世界上各种先进的SMT生产线在中国都有样板。据北京电子学会SMT专委会主任刘利吉先生的介绍：欧洲一家电信公司将在中国投资100亿元，工业产值达400亿元；又如北京邮电xx厂将投资数亿元新建自己品牌的手机生产线，这些都极大地剌激我国SMT设备和技术的迅猛发展。降低生产成本，提高生产效率，实施现代化企业管理是人们的追求目标。SMT生产技术本身就是一种高科技、高效率的自动化生产技术。SMT技术与传统插装工艺相比较，可大量节约生产成本，提高劳动生产效率，是现代企业发展的标志。据西安大唐电信公司及西安高华电气公司的生产试验总结表明：在大唐电信公司生产的程控电话交换设备上，在采用SMT技术后，交换机每一线的生产成本可下降40元人民币。所以，现在大唐电信公司生产的程控交换设备，采取SMT技术巳达到80％以上。所以，我们可以归纳为一句话：中国的电信工业，推动了中国SMT技术的发展；又由于SMT的成功推广应用，使世界人口大国一一中国己成为世界电信产业的王国！4.我国信息产业、家用电器工业的发展，迫切需求SMT技术和设备我国信息产业、计算机及网络产品、办公自动化产品、家用电器工业，如笔记本电脑、网络、DVD、CVD、打印、复印、摄录像机等电器工业的迅猛发展，特别是国家实施金桥、金关、金卡等系列金字工程项目，使我国的信息产业、家用电器工业得到迅速发展。有人予言并得到公认的是二十一世纪，世界科技的中心，也就是世界电子信息产业的中心，将转移到东方亚洲，而中国必将成为世界电子产品的中心。这也就带来了我国信息产业、家用电器工业迅猛发展的又一大好时机。特别是国家加强对航空、航天、电子、通信、交通和军事装备的大力投资，当前正值我国西部大开发的有利时期，大量需要各类新型SMT新技术新设备，中国的SMT市场还将进一步发展。这里借用《表面贴装技术》杂志1998年第四期上刊发的一篇日本电子产品市场预测的几张图片，可以间接估算到我国的SMT工艺和设备的迅速发展。图1为全世界主要十一种电子产品至2002年生产台数的预测。图2为所用IC封装需求数量的预测；图3为电子产品所用MCM的市场预测。这三张图片介绍的电子产品都己全部采用了SMT技术，从而可以看出或预测到我国这类产品及SMT技术的发展方向。5.国家加强对航空、航天及军事电子