SMT基础知识讲义

1讲师：张明（工程部）2006年11月LONGCHEERCONFIDENTIALSMT基础知识（培训教材）2目录目录ŠSMT技术与应用ŠSMT相关名词ŠSMT典型元器件及包装方式ŠPCB基本常识ŠSMT生产与检测设备ŠSMT焊接原理ŠSMT生产及工艺流程ŠSMT生产中的静电与防护3SMTSMT技术与应用（一）技术与应用（一）Š什么是SMT？它是一种电路组装技术。是将体积很小的无（或短）引线片状器件贴装在印制板铜箔上，从而实现了电子产品的高密度、高可靠、小型化、低成本，以及生产的自动化。ŠSMT技术应用：史于上世纪七十年代，之前采用THT（通孔安装）技术。ŠSMT技术组成：元器件/印制板PCB/材料，生产设备、工艺方法、产品设计等。ŠSMT优点：1、组装密度高、电子产品体积小、重量轻。2、可靠性高、抗振能力强。3、密集的安装减少了电磁和射频干扰；在高频电路中减少了分布参数的影响，提高了整个产品性能。4、易于实现自动化，提高生产效率。降低加工成本。4SMTSMT技术与应用（二）技术与应用（二）5SMTSMT相关名词（一）相关名词（一）ŠŠSMTSMT：：SurfaceMountTechnologySurfaceMountTechnology表面贴装技术表面贴装技术ŠŠSMDSMD：：SurfaceMountDevicesSurfaceMountDevices表面贴装装置表面贴装装置ŠŠSMCSMC：：SurfaceMountComponentSurfaceMountComponent表面贴装器件表面贴装器件ŠŠPCBPCB：：printedcircuitboardprintedcircuitboard印制板电路印制板电路ŠŠCCLCCL：：CopperCladLaminatesCopperCladLaminates覆铜箔层压板覆铜箔层压板，，简称覆铜箔板或覆简称覆铜箔板或覆铜板，是制造印制电路板（称铜板，是制造印制电路板（称PCBPCB））的基板材料。的基板材料。ŠŠSMASMA：：surfacemountadhesivessurfacemountadhesives表面贴片胶，用于波峰焊接和回流焊表面贴片胶，用于波峰焊接和回流焊接，使元件粘在印刷电路板接，使元件粘在印刷电路板(PCB)(PCB)上，在装配线上传送过程中元件不上，在装配线上传送过程中元件不会丢失。会丢失。••AOIAOI：：AutomaticAutomaticopticalopticalinspectioninspection自动光学检查，在自动系统自动光学检查，在自动系统上，用相机来检查模型或物体。上，用相机来检查模型或物体。6SMTSMT相关名词（二）相关名词（二）••CADFileCADFile：：SMTSMT应用中指器件贴片坐标。应用中指器件贴片坐标。••GerberGerber：：是印制板设计生产行业的标准数据格式。是印制板设计生产行业的标准数据格式。GerberGerber格式的命格式的命名引用自光绘机设计生产的先驱者名引用自光绘机设计生产的先驱者------美国美国GerberGerber公司。公司。••SolderPasteSolderPaste（焊锡膏）（焊锡膏）：：是一种由锡合金粉、助焊剂及其它有机是一种由锡合金粉、助焊剂及其它有机溶剂组成的混合物溶剂组成的混合物；是裸片；是裸片(die)(die)、包装、包装(package)(package)和电路板装配和电路板装配(board(boardassembly)assembly)的连接材料。另外，锡的连接材料。另外，锡//铅铅(tin/lead)(tin/lead)焊锡通常用于元件引脚和焊锡通常用于元件引脚和PCBPCB的表面涂层。的表面涂层。••SurfacetensionSurfacetension：：表面张力（表面张力（与可熔湿性和其后的可焊接性相与可熔湿性和其后的可焊接性相关），关），熔化的焊锡由于在表面的断裂的结合，作用在表面分子之间的熔化的焊锡由于在表面的断裂的结合，作用在表面分子之间的吸引力相对强度比焊锡内部的分子力要弱。因此材料的自由表面比其吸引力相对强度比焊锡内部的分子力要弱。因此材料的自由表面比其内部具有更高的能量。内部具有更高的能量。7SMTSMT典型元器件及包装（一）典型元器件及包装（一）集成电路的发展过程集成电路的发展过程Š随着芯片集成化程度的提高，芯片的封装形式随之而改变，从DIP双列直插到QFP矩型扁平封装，再到目前的CSPMicroBGA，使电路板组装工艺和设备发生了变化。通孔DIP封装QFPBGA8Š四边具有J性短引线，典型引线间距为1.27mm，采用塑料封装的芯片载体，外形有正方形和矩形两种。按照引线的多少可分为：PLCC20,PLCC44,PLCC68,PLCC28等PlasticLeadedChipCarriers(PLCC)塑封有引线芯片载体QFN封装ChipCapacitor电容/ChipResistor电阻••两端无引线，有焊端，外形为薄片矩两端无引线，有焊端，外形为薄片矩形的表面贴装元件。常见的尺寸有：形的表面贴装元件。常见的尺寸有：02010201，，04020402，，06030603，，08050805，，12061206等。等。9MetalElectrodeFace(MELF)component圆柱形表面组装元器件Š两端无引线，又焊端的圆柱形表面组装元器件。SmallOutlineTransistor(SOT)小外形晶体管Š采用小外形封装结构的表面组装晶体管。一般是只有两边有引线，而且一边只有一个引线。按照尺寸大小可分为：SOT323,SOT23,SOT89,DPACK’S10SmallOutlinePackage(SOP)小外形封装Š小外形模压塑料封装；两侧具有翼形或J形断引线的一种表面组装元件封装形式。SOP可分为：SO,SSOP等。SmallOutlineIntegratedCircuit(SOIC)小外形集成电路Š指外引线数不超过28条的小外形集成电路，一般有宽体和窄体两种封装形式。11BallGridArray(BGA)球栅列阵Š集成电路的包装形式，其输入输出点是在元件底面上按栅格样式排列的锡球。BGA可分为：μBGA，PBGA（塑封），CBGA（陶瓷封装），TBGA等•封装定义为芯片的封装尺寸不超过半导体硅片尺寸的１.2倍。CSP(ChipScalePackage)CSP(ChipScalePackage)12Š微型化，高密度集成电路集成电路ICIC的发展趋向的发展趋向ŠŠPBGAPBGA封装结构封装结构载体：载体：FR4FR4连接方式：金属丝压焊，连接方式：金属丝压焊，连接硅片和载体连接硅片和载体封装：塑料模压成形封装：塑料模压成形ŠŠTBGATBGA封装结构封装结构载体：铜载体：铜//聚酰亚胺聚酰亚胺//铜铜连接方式：倒装芯片焊连接方式：倒装芯片焊接，环氧树脂填充，用胶接，环氧树脂填充，用胶连接加固层连接加固层//载体载体//散热片散热片封装：带载封装：带载13SMTSMT典型元器件及包装（二）典型元器件及包装（二）Tape-and-reel(带和盘)：贴片用的元件包装，在连续的条带上，把元件装入凹坑内，凹坑由塑料带盖住，以便卷到盘上，供元件贴片机用。14PCB基本常识（一）通常把在绝缘材上，按预定设计，制成印制线路、印制元件或两者组合而成的导电图形称为印制电路。而在绝缘基材上提供元器件之间电气连接的导电图形，称为印制线路。这样就把印制电路或印制线路的成品板称为印制线路板或印制电路板。印制线路板（印制电路板）的定义印制线路板（印制电路板）的分类•柔性银浆印制线路板：采用柔性的绝缘基材（软性薄膜），通用丝网漏印方法印上有银白色（银浆）的导电图形与健位图形，这种印制线路板称作称作柔性银浆印制线路板。如电脑键盘。•刚性印制线路板：所用的基材是由纸基（常用于单面）或玻璃布基（如FR4，常用于双面及多层），预浸酚醛或环氧树脂，表层一面或两面粘上覆铜簿再层压固化而成。这种覆铜簿板材线制成的线路板就称为刚性印制线路板。15•PCB的制作图示是一个采用HDI（HighDensityInterconnection）类型高密度板制作的6层线路板示意图。PCB基本常识（二）16•PCB板材的性能要求基于PCB用的板材的特殊性，在阻燃效果、耐热性、吸水性、耐化学性、电性能等方面均有做出严格要求。评估PCB基材质量的主要参数是CTE低、Tg较高（玻璃化转变温度）、耐热性强、电气性能（介质常数ε与介质损耗tgδ小）等。•PCB的三种表面处理方式化学镍与浸金（ENIG）：平均金厚为0.067um时具有较好的可焊性及耐老化性能，可以承受4次以内的焊接及存储3个月。PCBPCB基本常识（三）基本常识（三）有机涂覆（OSP）：平均膜厚应在0.2~0.3um内，OSP适用于2次以上焊接，可存储期一般为50天。化学银：平均金厚为0.21um时具有较好的可焊性及耐老化性能，可以承受6次以内的焊接及存储3个月。其它：早期采用的还有喷锡及热风整平方式。17SMTSMT生产与检测设备生产与检测设备丝网印刷机器丝网印刷机器丝网印刷机器的组成：丝网印刷机器的组成：刮刀头传输及支撑系统光学识别系统钢网自动擦拭系统工程18化学腐蚀激光切割电铸模板：模板：三个主要的制造技术是:激光切割（Laser-Cut)、化学蚀刻（ChemicallyEtched)和电铸法成形（Electroform),每种方式都有自己的优缺点。激光切割和化学蚀刻是减成法制造工艺，电铸法成形是加成法制造工艺。LaserStencil激光模板P=0.5mmCSP，切割时有毛刺,SolderPaste脱膜效果不佳.LaserStencil电抛光模板P=0.5mmCSP,抛光孔壁光滑无毛刺.SolderPaste脱膜效果佳.19模板开孔设计基本规则开孔设计将影响到印刷性能,开孔尺寸宽(W)、长(L)和模板之厚度(T)决定锡膏印刷释放於PCB焊盘上的体积。在印刷周期中，随着刮刀在模板上运行，锡膏充满模板的开孔，然后,在PCB与stencil分开期间，锡膏被释放到PCB的焊盘上。理想状态是所有充满开孔的锡膏从孔壁释放，并且附着于PCB的焊盘上，形成完整的锡砖。锡膏从内孔壁释放的因素决定於模板设计的宽深比/面积比，开孔侧壁的几何形状和孔壁的光洁度。一般的锡膏印刷模板的开口参考尺寸元件类型引脚间距焊盘宽度焊盘长度开口宽度开口长度模板厚度PLCC1.27mm0.65mm2.00mm0.6mm1.95mm0.15-0.25mmQFP0.635mm0.35mm1.50mm0.30mm1.45mm0.15-0.18mm20模板开孔常规方法0402&BGA常规开孔方法Chip防锡珠开孔方案21锡膏印刷原理22贴片机器贴片机器转塔型转塔型(Turret)(Turret)元件送料器放于一个单坐标移动的料车上，基板(PCB)放于一个X/Y坐标系统移动的工作台上，贴片头安装在一个转塔上，工作时，料车将元件送料器移动到取料位置，贴片头上的真空吸料嘴在取料位置取元件，经转塔转动到贴片位置(与取料位置成180度)，在转动过程中经过对元件位置与方向的调整，将元件贴放于基板上。FUJIIPFUJIIP（利华厂）（利华厂）贴片机器组成：贴片头，传输及定位系统，供料系统，控制系统等。23拱架型拱架型(Gantry)(Gantry)元件送料器、基板(PCB)是固定的，贴片头(安装多个真空吸料嘴)在送料器与基板之间来回移动，将元件从送料器取出，经过对元件位置与方向的调整，然后贴放于基板上。由于贴片头是安装于拱架型的X/Y坐标移动横梁上，所以得名。SiemensSiemensSH60(SH60(裕廊厂）裕廊厂）UniversalGSMIIUniversalGSMII（鼎讯厂）（鼎讯厂）PhilipsFCMII&ACMPhilipsFCMII&ACM（华龙厂）（华龙厂）24贴片原理贴片原理贴片过程：贴片过程：转角度贴装板定位PCB进板吸料器件识别M