SMT——表面组装技术 第2版 教学课件 ppt 作者 何丽梅 第1章 SMT综述

第1章 概论,SMT (Surface Mounting Technology) 是表面组装技术的英文缩写，国内也常叫做表面装配技术或表面安装技术。它是一种直接将表面组装元器件贴装、焊接到印制电路板表面规定位置的电路装联技术，是目前电子组装行业里最流行的一种技术和工艺。 SMT在计算机、通信设备、投资类电子产品、军事装备领域、家用电器等几乎所有的电子产品生产中都得到广泛应用。SMT是电子装联技术的主要发展方向，已成为世界电子整机组装技术的主流。 SMT是一门包括元器件、材料、设备、工艺以及表面组装电路基板设计与制造的系统性综合技术；是突破了传统的印制电路板通孔基板插装元器件方式而发展起来的第四代组装方法；也是电子产品能有效地实现“短、小、轻、薄”，多功能、高可靠、优质量、低成本的主要手段之一。,1.1 SMT的发展及其特点,1.1.1 表面组装技术的发展过程 1.表面组装技术的产生背景 十几年以来，电子应用技术的迅速发展表现出三个显著的特征： （ 1）智能化：使信号从模拟量转换为数字量，并用计算机进行处理。 （2）多媒体化：从文字信息交流向声音、图像信息交流的转化发展，使电子设备更加人性化、更加深入人们的生活与工作。 （3）网络化：用网络技术把独立系统连接起来，高速、高频的信息传输使整个单位、地区、国家以至全世界实现资源共享。 这种发展趋势和市场需求对电路组装技术的要求是： 高密度化：单位体积电子产品处理信息量的提高。 高速化：单位时间内处理信息量的提高。 标准化：用户对电子产品多元化的需求，使少量品种的大批量生产转化为多品种、小批量的生产体制，必然对元器件及装配手段提出更高的标准化要求。,2.表面组装技术的发展简史 从70年代到现在，SMT的发展历经了三个阶段： 第一阶段(1970年1975年)：主要技术目标是把小型化的片状元件应用在混合电路(我国称为厚膜电路)的生产制造之中，从这个角度来说，SMT对集成电路的制造工艺和技术发展做出了重大的贡献；同时，SMT开始大量使用在民用的石英电子表和电子计算器等产品中。 第二阶段(1976年1985年)：促使电子产品迅速小型化、多功能化，开始广泛用于摄像机、耳机式收音机和电子照相机等产品中；同时，用于表面组装的自动化设备大量研制开发出来，片状元件的组装工艺和支撑材料也已经成熟，为SMT的高速发展打下了基础。 第三阶段(1986年现在)：主要目标是降低成本，进一步改善电子产品的性能价格比。 表面组装技术的重要基础之一是表面组装元器件，其发展需求和发展程度也主要受表面组装元器件SMCSMD发展水平的制约。为此，SMT的发展史与SMCSMD的发展史基本是同步的。,3. 表面组装技术的发展动态 表面组装技术总的发展趋势是：元器件越来越小，组装密度越来越高，组装难度也越来越大。当前，SMT正在以下四个方面取得新的技术进展： （1）元器件体积进一步小型化。在大批量生产的微型电子整机产品中，0201系列元件(外形尺寸0.6mm×0.3 mm)、窄引脚间距达到0.3 mm的QFP或BGA、CSP和FC等新型封装的大规模集成电路已经大量采用。 （2）进一步提高SMT产品的可靠性。面对微小型SMT元器件被大量采用和无铅焊接技术的应用，在极限工作温度和恶劣环境条件下，消除因为元器件材料的线膨胀系数不匹配而产生的应力，避免这种应力导致电路板开裂或内部断线、元器件焊接被破坏成为不得不考虑的问题。 （3）新型生产设备的研制。在SMT电子产品的大批量生产过程中，焊锡膏印刷机、贴片机和再流焊设备是不可缺少的。近年来，各种生产设备正朝着高密度、高速度、高精度和多功能方向发展，高分辨率的激光定位、光学视觉识别系统、智能化质量控制等先进技术得到推广应用。 （4）柔性PCB的表面组装技术。随着电子产品组装中柔性PCB的广泛应用，在柔性PCB上组装SMC元件已被业界攻克，其难点在于柔性PCB如何实现刚性固定的准确定位要求。,1.1.2 SMT的组装技术特点 SMT工艺技术的特点可以通过其与传统通孔插装技术（THT）的差别比较体现。从组装工艺技术的角度分析，SMT和THT的根本区别是“贴”和“插”。二者的差别还体现在基板、元器件、组件形态、焊点形态和组装工艺方法各个方面。 THT采用有引线元器件，在印制板上设计好电路连接导线和安装孔，通过把元器件引线插入PCB上预先钻好的通孔中，暂时固定后在基板的另一面采用波峰焊接等软钎焊技术进行焊接，形成可靠的焊点，建立长期的机械和电气连接，元器件主体和焊点分别分布在基板两侧。采用这种方法，由于元器件有引线，当电路密集到一定程度以后，就无法解决缩小体积的问题了。 所谓表面组装技术，是指把片状结构的元器件或适合于表面组装的小型化元器件，按照电路的要求放置在印制板的表面上，用再流焊或波峰焊等焊接工艺装配起来，构成具有一定功能的电子部件的组装技术。 在传统的THT印制电路板上，元器件安装在电路板的一面(元件面)，引脚插到通孔里，在电路板的另一面(焊接面)进行焊接，元器件和焊点分别位于板的两面；而在SMT电路板上，焊点与元器件都处在板的同一面上。因此，在SMT印制电路板上，通孔只用来连接电路板两面的导线，孔的数量要少得多，孔的直径也小很多。这样，就能使电路板的装配密度极大提高。,在SMT电路板上，焊点与元器件都处在板的同一面上,表面组装技术和通孔插装元器件的方式相比，具有以下优越性： （1）实现微型化。SMT的电子部件，其几何尺寸和占用空间的体积比通孔插装元器件小得多，一般可减小60%70%，甚至可减小90%；重量减轻60%90%。 （2）信号传输速度高。结构紧凑、组装密度高，在电路板上双面贴装时，组装密度可以达到5.520个焊点cm2，由于连线短、延迟小，可实现高速度的信号传输。同时，更加耐振动、抗冲击。这对于电子设备超高速运行具有重大的意义。 （3）高频特性好。由于元器件无引线或短引线，自然减小了电路的分布参数，降低了射频干扰。 （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。现在，除了少量片状化困难或封装精度特别高的品种，由于生产设备的效率提高以及封装材料的消耗减少，绝大多数SMT元器件的封装成本已经低于同样类型、同样功能的THT元器件。 （6）SMT技术简化了电子整机产品的生产工序，降低了生产成本。同样功能电路的加工成本低于通孔插装方式，一般可使生产总成本降低30%50%。,1.2 SMT及SMT工艺技术的基本内容,1.2.1 SMT的主要内容 SMT是一项复杂的系统工程，包含了表面组装元器件、组装基板、组装材料、组装工艺、组装设计、检测技术、组装和检测设备、控制和管理等诸多内容与技术，是一项综合性工程科学技术。 1.表面组装元器件 （1）设计。结构尺寸、端子形式、耐焊接热等。 （2）制造。各种元器件的制造技术。 （3）包装。编带式、管式、托盘、散装等。 2.电路基板 单(多)层PCB、陶瓷、瓷釉金属板等。,3.组装设计 电设计、热设计、元器件布局、基板图形布线设计等。 4.组装工艺 （1）组装材料。粘接剂、焊料、焊剂、清洗剂。 （2）组装技术。涂敷技术、贴装技术、焊接技术、清洗技术、检测技术。 （3）组装设备。涂敷设备、贴装机、焊接机、清洗机、测试设备等。 （4）组装系统控制和管理。组装生产线或系统组成、控制与管理等。 5.检测技术 （1）目视检验。 （2）自动光学检测（AOI）。 （3）自动X射线检测（X-Ray）。 （4）超声波检测。 （5）在线检测（ICT）和功能检测（FCT）等。,1.2.2 SMT工艺技术的基本内容,1.2.4 SMT生产系统的组线方式,1.印刷 将焊锡膏或贴片胶漏印到PCB的焊盘上，为元器件的焊接做准备。所用设备为焊锡膏印刷机，位于SMT生产线的最前端。 2.点胶 它是将胶水滴到PCB的固定位置上，其主要作用是在采用波峰焊接时，将元器件固定到PCB板上。所用设备为点胶机，位于SMT生产线的最前端或检测设备的后面。 3.贴装 将表面组装元器件准确安装到PCB的固定位置上。所用设备为贴片机，位于SMT生产线中焊锡膏印刷机的后面。 4.贴片胶固化 当使用贴片胶时，将贴片胶固化，从而使表面组装元器件与PCB牢固粘接在一起。所用设备为固化炉，位于SMT生产线中贴片机的后面。,5.再流焊接 将焊锡膏融化，使表面组装元器件与PCB牢固粘接在一起。所用设备为回流焊炉，位于SMT生产线中贴片机的后面。 6.清洗 将组装好的PCB上面对人体或产品有害的焊接残留物，如助焊剂等除去。所用设备为清洗机，位置可以不固定，可以在线，也可不在线。当使用免清洗焊接技术时，不设此过程。 7.检测 对组装好的SMA（表面组装组件）进行焊接质量和装配质量的检测。所用设备有放大镜、显微镜、在线测试仪（ICT）、飞针测试仪、自动光学检测（AOI）仪、X-Ray检测仪、功能测试仪等。位置根据检测的需要，可以配置在生产线合适的地方。 8.返修 对检测出故障的SMA进行返修。所用工具为电烙铁、返修工作站等。配置在生产线中任意位置。,