第4章表面组装技术(SMT).ppt

第第4章章 表面组装技术表面组装技术(SMT)一.表面组装技术概述 二.表面装配元器件 三.SMT组装工艺方案 四.电路板组装工艺及设备 五.SMT工艺品质分析2021/9/171一.表面组装技术概述 1.表面组装技术的发展过程 2.SMT的装配技术特点 2021/9/1721.表面组装技术的发展过程 表面组装技术：SMT，Surface Mounting Technology，也称表面装配技术、表面组装技术。它是一种直接将表面组装技术（SMT）元器件贴装、焊接到印制电路板表面规定位置，而无需在板上钻插通孔的电路装联技术。通孔插装技术：THT，Through-Hole mounting Technology。2021/9/1731957年，美国就制成被称为片状元件（Chip Components）的微型电子组件；60年代中期，荷兰飞利浦公司开发研究表面组装技术（SMT）获得成功。2021/9/174SMT的发展历经了三个阶段：第一阶段（19701975年）这一阶段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。第二阶段（19761985年）这一阶段促使了电子产品迅速小型化、多功能化；SMT自动化设备大量研制开发出来。2021/9/175 第三阶段（1986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；SMT工艺可靠性提高。2021/9/1762.SMT的装配技术特点 传统的通孔基板式印制装配技术，主要特点是在印制板上设计好电路连接导线和安装孔，将元器件的引线插进电路板的通孔，在印制板的另一面进行焊接，装配成所需要的电路产品。所谓的表面组装技术，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。.SMT与通孔基板式PCB安装的差别2021/9/177表面安装技术和通孔插装元器件的方式相比，具有以下优越性：实现微型化。信号传输速度高。高频特性好。(5)有利于自动化生产，提高成品率和生产效率。(4)材料成本低。SMT技术简化了电子整机产品的生产工序，降低了生产成本。2021/9/178.SMT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，安装密度越来越高，安装难度也越来越大。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（2）进一步提高SMT产品的可靠性（3）新型生产设备的研制（4）柔性PCB的表面组装技术2021/9/179二.SMT元器件 1.SMT元器件的特点 2.SMT元器件的种类和规格 2021/9/1710(1)SMT元件引脚距离短，目前引脚中心间距最小的已经达到0.3mm。(2)SMT元器件直接贴装在印制电路板的表面，将电极焊接在与元器件同一面的焊盘上。1.表面装配元器件的特点 2021/9/17112.表面装配元器件的种类和规格 SMT元器件基本上都是片状结构。从结构形状分类，有薄片矩形、圆柱形、扁平异形等；从功能上分类为无源元件（SMC，Surface Mounting Component）、有源器件（SMD，Surface Mounting Device）和机电元件三大类。2021/9/1712SMT元器件的分类元器件的分类 表12021/9/1713SMT元器件的分类元器件的分类 表22021/9/17141.无源元件SMC SMC包括片状电阻器、电容器、电感器、滤波器和陶瓷振荡器等。2021/9/1715长方体SMC是根据其外形尺寸的大小划分成几个系列型号。欧美产品大多采用英制系列，日本产品大多采用公制系列，我国还没有统一标准，两种系列都可以使用。2021/9/1716典型典型SMC系列的外形尺寸（单位：系列的外形尺寸（单位：mm/inch）1inch=1000mil；1inch=25.4mm，1mm40mil。2021/9/1717常用典型常用典型SMC电阻器的主要技术参数电阻器的主要技术参数 2021/9/1718片状元器件可以用三种包装形式提供给用户：散装、管状料斗和盘状纸编带。2021/9/1719 表面安装电阻器 二种封装外形2021/9/1720电阻排SOP（Small Outline Package）封装 表面安装电阻排（电阻网络）常见封装外形有：0.150英寸宽外壳形式（称为SOP封装）有8、14和16根引脚；0.220英寸宽外壳形式（称为SOMC封装）有14和16根引脚；0.295英寸宽外壳形式（称为SOL封装件）有16和20根引脚。2021/9/1721 表面安装电容器 表面安装多层陶瓷电容器 2021/9/1722 表面安装钽电容器 钽质电容(Tantalum Capacitor)钽质电容(Tantalum Capacitor)正极正极表面安装钽电容器的外型都是矩形，按两头的焊端不同，分为非模压式和塑模式两种。2021/9/1723 表面安装电感器 贴片电感排贴片电感2021/9/1724表面安装电感器2021/9/1725 SMC的焊端结构 镍的耐热性和稳定性好，对钯银内部电极起到了阻挡层的作用；镀铅锡合金的外部电极可以提高可焊接性。2021/9/1726 SMC元件的规格型号表示方法 SMT元件的规格型号表示方法因生产厂商而不同。如1/8W，470，5%的陶瓷电阻器：日本某公司生产：RX 39 1 G 471 J TA 种类 尺寸 外形 温度特性 标称阻值 阻值误差 包装形式 2021/9/1727国内某企业生产：RI 11 1/8 471 J种类 尺寸 额定功耗 标称阻值 阻值误差 2021/9/1728GRM 4F6 COG 102 J 50P T 1000pF，5%，50V的瓷介电容器:日本某公司生产：材料种类 尺寸 温度特性 标称容量 容量误差 耐压 包装形式 2021/9/1729国内某企业生产：CC41 03 CH 102 J 50 T 材料种类 尺寸 温度特性 标称容量 容量误差 耐压 包装形式 2021/9/17302.SMD分立器件 SMD分立器件包括各种分立半导体器件，有二极管、三极管、场效应管，也有由两、三只三极管、二极管组成的简单复合电路。SMD分立器件的外形尺寸 2021/9/1731SMD分立器件的外形尺寸2021/9/1732 二极管 无引线柱形玻璃封装二极管 塑封二极管（a)柱形玻璃封装普通二极管(b)柱形玻璃封装稳压二极管2021/9/1733 三极管 三极管采用带有翼形短引线的塑料封装（SOT，Short Out-line Transistor），可分为SOT23、SOT89、SOT143几种尺寸结构。MOSFET2021/9/17343.SMD集成电路 IC的主要封装形式有QFP，TQFP，PLCC，SOT，SSOP，BGA等。SOP-Small Outline Package.小型封装SSOP-Shrink Small Outline Package.缩小型封装TQFP-Thin Quad Plat Package.薄四方型封装QFP-Quad Plat Package.四方型封装TSSOP-Thin Shrink Small Outline Package.薄缩小型封装2021/9/1735PLCC-Plastic Leaded Chip Carrie.宽脚距塑料封装SOT-Small Outline Transistor.小型晶体管DIP-Dual In-Line Package.双列直插封装BGA-Ball Grid Array.球状栅阵列SIP-Single In-Line Package.单列直插封装SOJ-Small Outline J.J形脚封装CLCC-Ceramic Leaded Chip Carrie.宽脚距陶瓷封装PGA-Pin Grid Array.针状栅阵列2021/9/1736Outline（表面粘贴类）小型三小型三极管类极管类SOTSOPQFPSSOPTQFPTSSOPPQFP两边四边鸥翼型脚鸥翼型脚2021/9/1737Outline（表面粘贴类）BGASOJLCCPLCCCLCC两边两边四边四边J型脚型脚球形球形引脚引脚焊点在元件底部焊点在元件底部2021/9/1738DIPSIPTOPGAIn-line（通孔插装类）有引脚双边单边不规则直线型脚焊点在元件底部焊点在元件底部2021/9/1739三.SMT 组装工艺方案1.三种SMT组装结构及装焊工艺流程2.SMT印制板波峰焊工艺流程3.SMT印制板再流焊工艺流程2021/9/17401 SMT电路板安装方案（1）三种SMT安装结构及装配焊接工艺流程 第一种装配结构：全部采用表面安装(SMT）工艺印制板上没有THT元器件,各种SMD和SMC被粘装在电路板的一面或者两侧,如下图所示。2021/9/1741双面单面2021/9/1742第二种装配结构：双面混合安装 在印制板的A面（元件面）既有THT元器件，又有各种SMT；在B面（焊接面）上，只装配体积较小的SMD晶体管和SMC元件。见下图：2021/9/1743 第三种装配结构：两面分别安装 在印制板的A面只安装THT元器件，而小型的SMT元器件贴装在印制板的B面。见下图：2021/9/1744（2）SMT印制板波峰焊接工艺流程 制作粘合剂丝网 丝网漏印粘合剂 按照SMT元器件在印制板上的位置，制作用于漏印粘合剂的丝网或模板。现用薄钢板或薄铜板制作的刚性模板较多被采用。把丝网或模板覆盖在电路板上，漏印粘合剂。要确保粘合剂漏印在元器件的中心，尤其要避免粘合剂污染元器件的焊盘。2021/9/1745 贴装SMT元器件 小型贴片机录像12021/9/1746 固化粘合剂 用加热或紫外线照射的方法，使粘合剂烘干、固化，把SMT元器件比较牢固地固定在印制板上。2021/9/1747插装THT元器件 录像1插件机把印制电路板翻转180，在另一面插装传统的THT引线元器件。2021/9/1748正在插件2021/9/1749THT插件机背面2021/9/1750 波峰焊 预热焊接与普通印制板的焊接工艺相同，用波峰焊进行焊接。在印制板焊接过程中，SMT元器件浸没在熔融的锡液中。2021/9/1751印制板（清洗）测试 对经过焊接的印制板进行清洗，去除残留的助焊剂残渣。最后进行电路检验测试。2021/9/1752测试中2021/9/1753(3)SMT印制板再流焊接工艺流程 2021/9/1754 制作焊锡膏丝网 2021/9/1755丝网漏印焊锡膏 手动刮锡膏2021/9/1756自动刮锡膏2021/9/1757自动刮锡膏2021/9/1758 贴装SMT元器件 小型贴片机录像12021/9/1759再流焊用再流焊设备进行焊接，有关概念在第5章进行介绍。印制板清洗及测试根据产品要求和工艺材料的性质，选择印制板清洗工艺或者免清洗工艺，最后对电路板进行检查测试。2021/9/1760四.SMT电路板组装工艺及设备 1.锡膏涂敷工艺和锡膏印刷机2.SMT元器件贴片工艺和贴片机3.SMT涂敷贴片胶工艺和点胶机4.SMT生产线的设备组合2021/9/17612021/9/1762(1)锡膏印刷机和网板 2021/9/1763高档锡膏印刷机2021/9/1764网板2021/9/1765(2)SMT元器件贴装机 2021/9/1766(3)SMT点胶机 2021/9/1767点胶机正在点胶2021/9/1768(4)SMT焊接设备 再流焊2021/9/1769(5)SMT电路板的焊接检测设备 AOI自动光学检测系统 2021/9/1770(6)清洗工艺、设备和免清洗焊接工艺 2021/9/1771(7)SMT电路板维修工作站 德国ERSA公司IR-550维修工作站 2021/9/1772(8)SMT自动生产线的组合 2021/9/1773上板贴片焊接2021/9/1774大型SMT生产线2021/9/1775五.SMT工艺品质分析 1.锡膏印刷品质分析2.贴片品质分析2021/9/1776SMT工艺品质，主要是以元器件贴装的正确性、准确性、完好性以及焊接完成之后元器件焊点的外观与焊接可靠性来衡量。SMT工艺品质与整个生产过程有密切关联。例如，SMT生产工艺流程的设置、生产设备的状况、生产操作人员的技能与责任心、元器件的质量、电路板的设计与制造质量、锡膏与粘合剂等工艺材料的质量、生产环境（温湿度、尘埃、静电防护）等等，都会影响SMT工艺品质的水平。分析SMT的工艺品质，要用系统的眼光，可采用因果分析法。2021/9/1777 由锡膏印刷不良导致的品质问题常见有以下几种：（1）锡膏不足（局部缺少甚至整体缺少）：将导致焊接后元器件焊点锡量不足、元器件开路、元器件偏立、元器件竖立。（2）锡膏粘连：将导致焊接后电路短路、元器件偏位。（3）锡膏印刷整体偏位：将导致整板元器件焊接不良，如少锡、开路、偏位、竖件等。（4）锡膏拉尖：易引起焊接后短路。1.锡膏印刷品质分析2021/9/17782.贴片品质分析（P168）SMT常见的品质问题有：漏件、侧件、翻件、偏立、损件等。导致贴片漏件的主要因素（略）导致SMC电阻器贴片时翻件、侧件的主要因素（略）导致元器件贴片偏位的主要因素（略）导致元器件贴片时损坏的主要因素（略）2021/9/1779典型SMT焊点的外观：有末端重叠部分 2021/9/1780最大焊点高度典型SMT焊点的外观可接受标准2021/9/1781焊接宽度C可焊宽度W的3/4或焊接宽度C焊盘宽度P的3/42 SMT常见焊点缺陷及其分析 2021/9/1782形成原因多为：焊接点氧化、焊接温度过低、助焊剂过度蒸发。SMT焊接的焊点缺陷：2021/9/1783焊锡接触元件体SMT焊接的焊点缺陷：2021/9/1784无末端重叠部分SMT焊接的焊点缺陷：2021/9/1785其他焊接缺陷：侧装竖件翻件正常2021/9/1786锡球光洁度差泼溅锡桥其他焊接缺陷：2021/9/1787其他焊接缺陷：裂缝金属镀层脱落元件本体破损2021/9/1788