电子产品制造技术(第5章)

《电子产品制造技术》第5章表面元件安装技术中等职业学校机电类规划教材《电子产品制造技术》（陈振源主编）教学演示课件《电子产品制造技术》第5章表面元件安装技术第5章表面元件安装技术5.1表面安装技术（SMT）概述5.4表面安装电路板的检修5.2表面安装元器件5.3表面安装材料与设备5.6实践项目随着电子产品向着小型化、薄型化的发展，表面安装技术（SMT）应运而生，已成为现在电子生产的主流。本章将介绍SMT的工艺流程、安装元器件和生产设备，SMT电路板的返修，在此基础上介绍微组装技术（MPT）的应用。《电子产品制造技术》第5章表面元件安装技术5.1表面安装技术(SMT)概述表面安装技术是一项综合了表面电子元器件、装配设备、辅助材料和焊接方法的第四代电子产品的安装技术。5.1.1表面安装技术的发展表面安装技术从产生到现在经历了下面四个发展阶段：第一阶段（1970—1985年）其主要技术目标是把小型化的片状元件应用在混合电路中。第二阶段（1976—1985年）在这一阶段里表面安装技术使电子产品向着多功能、小型化发展，同时带动了表面安装设备的开发研制，为表面安装技术的发展奠定了基础。第三阶段（1986—1995年）在这一阶段丝网印刷、回流焊接技术得到了应用，产品成本下降，性价比提高。第四阶段（1996至今）大容量、多功能、高可靠、多层立体的微型片状元器件大量生产，生产设备自动化程度更高、速度更快。焊接向着无铅环保发展，倒装焊、特种焊开始使用。《电子产品制造技术》第5章表面元件安装技术5.1.2表面安装技术的特点1．实现微型化在SMT元器件的电极上，有些焊端完全没有引线，有些只有非常短小的引线；相邻电极之间的距离比传统的双列直插式的集成电路的引线间距（2.54mm）小很多，目前引脚中心间距最小的已经达到0.3mm。在集成度相同的情况下，SMT元器件的体积比传统的THT元器件小60%～90%，重量也减少60%～90%。2．电气性能大大提高表面组装元件降低了寄生引线和导体电感，同时提高了电容器、电阻器和其它元器件的特性。使传输延迟小，信号传输速度加快，同时消除了射频干扰，使电路的高频特性更好，工作速度更快，噪声明显降低。3．易于实现自动化、大批量、高效率生产由于片状元件外型的标准化、系列化、和焊接条件的一致性，又由于先进的高速贴片机的不断诞生，使表面安装的自动化程度很高，生产效率大大提高。例如，现在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。《电子产品制造技术》第5章表面元件安装技术4．材料成本、生产成本普遍降低由于SMT元件体积普遍减小，使得元件的封装材料消耗减小，又由于的生产自动化程度很高，成品率提高，因此SMT元器件的售价更低。且在SMT装配中，元器件不用预先整形、剪脚，印制电路板不用打孔，大大节省人力物力，因而生产成本普遍减低。例如大唐电信公司生产的程控电话交换设备，采用SMT技术后，交换机每一线的生产成本下降40元人民币。5．产品质量提高由于片状集成电路体积小、功能强，在SMT电路板上用一块片状集成电路就可以实现THT电路几块集成电路的功能，因而电路板出现故障的机率大大下降，工作更加可靠、稳定。《电子产品制造技术》第5章表面元件安装技术5.1.3表面安装技术的工艺流程1．单面SMT电路板的组装工艺流程（1）涂膏工艺涂膏工序位于SMT生产线的最前端，其作用是将焊膏涂在SMT电路板的焊盘上，为元器件的装贴和焊接做准备。（2）贴装将表面组装元器件准确安装到SMT电路板的固定位置上。（3）固化其作用是将贴片胶融化，从而使表面组装元器件与电路板牢固粘接在一起。（4）回流焊接其作用是将焊膏融化，使表面组装元器件与PCB板牢固粘接在一起。（5）清洗其作用是将组装好的电路板上面的对人体有害的焊接残留物（如助焊剂等）除去。（6）检测其作用是对组装好的电路板进行焊接质量和装配质量的检测。（7）返修其作用是对检测出现故障的电路板进行返工。贴装固化回流焊清洗检测返修涂膏《电子产品制造技术》第5章表面元件安装技术2．双面SMT电路板的组装工艺流程先对印制电路板的A面进行回流焊，并安排一道检测工序，将不合格电路板挑出返修。然后对印制电路板的B面进行回流焊、清洗和检修。贴装回流焊检测返修A面涂膏检测B面涂膏贴装回流焊清洗《电子产品制造技术》第5章表面元件安装技术3．双面SMT+THT混装（双面回流焊接，波峰焊接）工艺A面涂膏――元器件贴装――回流焊接――翻板――B面点红胶――元器件贴装――胶固化――翻板――A面插件――引脚打弯——波峰焊接——清洗——检测——返修双面混合组装PCB板两面都有导电层（即双面板），在PCB板A面安装贴片集成电路引脚间距小，或引脚在集成电路底部的SMT器件，用回流焊接，之后还要混合插装THT元器件，B面安装引脚间距大的，重量适中的SMT元器件，常采用波峰焊接。但随着回流焊接技术的提高，现在也有用回流焊接，为了减少回流焊接时对已经焊接好的A面焊点的破坏，B面必需使用低温低熔点的焊膏。这种混装工艺适用元器件密度较大，底面必须排布元器件并且THT元器件又较多的PCB板，它不仅可以提高加工效率，而且还可以减少手工焊接工作量《电子产品制造技术》第5章表面元件安装技术5.2表面安装元器件由于表面安装元器件具有尺寸小、重量轻、无引线或引线很短、形状简单、结构牢靠和标准化程度高等优点，能满足表面安装技术的各项要求而被广泛采用在小型、薄型、轻量、高密度、高机械强度、频率特性好、能自动化批量生产的电子整机和部件上。5.2.1表面安装无源元器件表面安装无源元器件（SMC）主要包括片状电阻器、电容器、电感器、滤波器和陶瓷振荡器等。1．表面安装电阻器表面安装电阻器按封装外型，可分为片状和圆柱状两种。《电子产品制造技术》第5章表面元件安装技术RC3216型号中RC代表美国电子工业协会（EIA）系列长方体片状电阻，3216代表电阻长3.2mm,宽1.6mm。圆柱型电阻有碳膜和金属膜两大类，额定功率有1/16W，1/8W，1/4W三种，规格分别是φ1.2mm×2.0mm，φ1.5mm×3.5mm，φ2.2mm×5.9mm，电阻值用色环表示，0Ω电阻无色环。圆柱型电阻高频特性差，但噪声小，三次谐波失真小，常用于音响设备。长方体片状电阻一般用于电视机电子调谐器和移动通信等频率较高的产品中。2．表面安装电容器表面安装电容器有多层陶瓷电容器、片状电容网排、片状固体钽质电容器多层陶瓷电容器所用介质有三种；COG、X7R和Z5U。COG材料电器容，其线性特征不受温度影响，电性能稳定，适用超高频和甚高频电路。X7R适用于隔直、耦合、旁路、鉴频。Z5U一般制成大容量电容，适用低频通用电路。《电子产品制造技术》第5章表面元件安装技术国产片状电容器常见的有CC3216系列，如型号CC3216CH151K101WT，其中CC代表系列，3216代表长和宽，CH代表温度特性，151表示电容量150P，K表示误差±10%，101表明耐压为100V，美国Presidio公司系列有CC1206，如型号CC1206NPO151J1012T，其中CC1206代表系列和长、宽，NOP代表温度特性，151表示电容量，J表示误差±5%，2T表示耐压200V。钽电容器体积小，响应速度快，适用高速运算电路。3．表面安装电感器表面安装电感器的种类有片状铁氧体电感器、片状陶瓷电感器、片状高频电感器、片状铁氧体磁珠和磁珠排。电感量从100μH~47mH，片状电感器磁珠排《电子产品制造技术》第5章表面元件安装技术5.2.2表面安装有源元器件表面安装有源元器件（SMD）主要有二极管、三极管、场效应管和复合管等。1．表面安装二极管表面安装二极管一般采用二端或三端封装，封装形式主要有圆柱型，二引线型和小型塑料封装。A3，A4A5，A6A7，C3二极管内部结构和封装代号A×表示型号，如A3=1S2835，A5=1S2837，A7=1SS123，A3～A6两只二极管可以并联使用，增大工作电流，A7、C3两只二极管可以串联使用，也可以单独使用。《电子产品制造技术》第5章表面元件安装技术2．表面安装三极管表面安装三极管基本上都是塑料封装，引脚很短中功率表面安装三极管、复合管和场效应管小功率表面安装三极管小功率管的额定功率在100mW～300mW，集电极最大工作电流在10mA～800mA。中功率管的集电极最大工作电流在1A～3A额定功率在300mW～2W。典型的SMD封装三极管和场效应管的引脚见图《电子产品制造技术》第5章表面元件安装技术3．表面安装集成电路SOP型封装SOL型封装SOJ型封装QFP型封装TQFP型封装LCCC型封装PLCC型封装《电子产品制造技术》第5章表面元件安装技术⑴SO（ShortOut-line）封装——引线比较少的小规模集成电路大多采用这种小型封装。SO封装又分为几种，芯片宽度小于0.15in、电极引脚数目少于18脚的，叫做SOP（ShortOut-linePackage）封装，见上图(a)，常用于多路模拟电子开关。其中薄形封装的叫作TSOP封装；0.25in宽的、电极引脚数目在20～44以上的，叫做SOL封装，见图上(b)；SO封装的引脚大部分采用翼形电极，引脚间距有1.27mm、1.0mm、0.8mm、0.65mm和0.5mm；但SOJ型封装的引脚两边向内钩回，叫做钩形（J形）电极，引脚数目在12～48脚。⑵QFP（QuadFlatPackage）封装——矩形四边都有电极引脚的SMD集成电路叫做QFP封装，其中PQFP（PlasticQFP）封装的芯片四角有突出（角耳）见上图(d)。薄形TQFP封装的厚度已经降到1.0mm或0.5mm，见上图(e)。QFP封装的芯片一般都是大规模集成电路，在商品化的QFP芯片中，电极引脚数目最少的有20脚，最多可能达到300脚以上，引脚间距最小的是0.4mm（最小极限是0.3mm），最大的是1.27mm。《电子产品制造技术》第5章表面元件安装技术⑶LCCC（LeadlessCeramicChipCarrier）封装——这是SMD集成电路中没有引脚的一种封装，芯片被封装在陶瓷载体上，无引线的电极焊端排列在封装底面上的四边，电极数目为18～156个，间距1.27mm，其外形见上图(f)所示。⑷PLCC（PlasticLeadedChipCarrier）封装——这也是一种集成电路的矩形封装，它的引脚四边向内钩回，呈钩形（J形）电极，电极引脚数目为16～84个，间距为1.27mm，其外形见上图(g)。《电子产品制造技术》第5章表面元件安装技术5.3表面安装材料回流焊工作过程与设备表面安装材料主要是用于表面安装电路板的焊接，它直接关系到整个电路板的质量。表面安装设备是组成表面安装自动化生产线的设备。5.3.1表面安装材料1．铅锡焊膏用回流焊设备焊接SMT电路板要使用铅锡焊膏。焊膏应该有足够的粘性，可以把SMT元器件粘附在印制电路板上，以便于回流焊接。焊锡膏由焊粉和糊状助焊剂组成。焊粉的形状、粒度大小和均匀程度，对焊锡膏的性能影响很大。焊膏是用合金焊料粉末和触变性助焊剂均匀混合的乳浊液。用丝网印刷、漏板印刷等自动化涂敷，便于实现和回流焊工艺的衔接，能满足各种电路组件对焊接可靠性和高密度性的要求。《电子产品制造技术》第5章表面元件安装技术2．表面安装使用的沾合剂用于粘贴SMT元器件的沾合剂称为贴片胶。在双面混装表面安装电路板的焊接面，先将贴片胶涂敷在印制电路板贴放元件位置的底部或边缘，贴放SMT元器件，待固化后，翻版插装THT元件，最后进行波峰焊接。使用波峰焊接的电路板，由于SMT元器件在焊接时位于基板的下面，所以必须使用粘合剂来固定它们。5.3.2表面安装设备1．丝网印刷机⑴丝网印刷机的组成①印刷头单元：包括刮板架和刮刀，刮板架的作用是带动刮刀做往复运动，目前国际精密的丝网印刷机的印刷头都使用电动驱动方式，采用无级调速，使印刷头运动均匀、平稳；刮刀由不锈钢或黄铜制成，具有平的刀片形状，使用的印刷角度为30~45°。刮刀的作用是完成印刷油墨从丝网