表面组装技术第一讲.pdf

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1、表面组装技术表面组装技术Surface Mount Technology哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学(威海威海)材料学院材料学院电子封装技术专业电子封装技术专业覃春林 博士覃春林 博士Company Logo课程目的及基本要求课程目的及基本要求1课程教学目的课程教学目的3 1掌握表面组装技术（掌握表面组装技术（SMT）工艺方法及应用）工艺方法及应用了解表面贴装的器件、材料、设备、焊接及贴装技术了解表面贴装的器件、材料、设备、焊接及贴装技术电子封装技术电子封装技术教材及参考书教材及参考书3 2表面组装技术基础作者：吴兆华 周德俭表面组装技术基础作者：吴兆华 周德俭.出出版社：国防工业 出版社间：

2、版社：国防工业 出版社间：2002年年表面组装工艺技术作者：周德俭 吴兆华表面组装工艺技术作者：周德俭 吴兆华.出出版社：国防工业 出版社间：版社：国防工业 出版社间：2002年年课程考核方式课程考核方式3 3闭卷考试闭卷考试70平时成绩平时成绩30（出勤、作业）（出勤、作业）Company Logo教学内容教学内容1电子封装技术电子封装技术生产管理生产管理概论概论电电路板路板涂敷涂敷、贴装、贴装组装材料组装材料SMT焊接技术焊接技术元元器件器件质量检测质量检测Company LogoWhat is SMT?1电子封装技术电子封装技术A method for constructing elec

3、tronic circuits in which the components(SMC,or Surface Mounted Components)are mounted directly onto the surface of printed circuit boards(PCBs).Company Logo什么是什么是SMT1电子封装技术电子封装技术Company Logo第一章第一章 表面组装技术表面组装技术概论概论1电子封装技术电子封装技术1234SMT的基本的基本概念概念SMT的的优缺点优缺点SMT组装生产组装生产线线SMT的的发展发展Company Logo1电子组装技术电子组装技

4、术是意味着从是意味着从电子产电子产品品(硬硬件件)的设的设计计到到组装组装这个广范围这个广范围内的内的多种多种技术技术活动活动的的总称。总称。其中所其中所组成的要组成的要素素技术技术有连有连接接焊接技术焊接技术.冷却冷却技术技术.制造制造技术技术.设设计计技术技术.电子封装技术电子封装技术.结构结构设设计计技术技术等。等。SMT 中中的焊接技术的焊接技术也是一个非常重也是一个非常重要的基础技术要的基础技术。概述概述1电子封装技术电子封装技术Company Logo改变我们改变我们生生活活的电子产的电子产品品1电子封装技术电子封装技术Company LogoIpad2内内部究竟什么样部究竟什么样

5、子子？1电子封装技术电子封装技术Company LogoIphone4内内部究竟什么样部究竟什么样子子？1电子封装技术电子封装技术Company Logo电子电子信息信息产业产业背景背景1电子封装技术电子封装技术v电子电子信息信息产业的产产业的产值已经超过值已经超过了了传统传统工业工业v集集成电成电路是信息路是信息产业产业和和产业产业信息化信息化的基础的基础v2006年年达到达到14135亿美圆销售额亿美圆销售额v中中国国正在正在成成为为电子产电子产品制造品制造的大国的大国v国内国内IC市场需市场需求求85%依靠进口依靠进口v电子设电子设计计、制造制造、封装、封装、测测试专业试专业人才短人才短

6、缺缺Company Logo微微电子封装的电子封装的三三个个层次层次1电子封装技术电子封装技术Company Logo电子产电子产品品的的制造过制造过程程1电子封装技术电子封装技术封装封装组装组装制造制造Company LogoSMT的基本的基本概念概念1电子封装技术电子封装技术v通孔插装技术亦称通孔组装技术通孔插装技术亦称通孔组装技术(THT:(THT:Through Hole Technology)Through Hole Technology)是将通孔插装是将通孔插装元器件的引脚插入印制电路板的通孔中，元器件的引脚插入印制电路板的通孔中，一般采用波峰焊的方法进行焊接的电子组一般采用波峰焊

7、的方法进行焊接的电子组装技术。装技术。Company LogoSMT的基本的基本概念概念1电子封装技术电子封装技术v表面组装技术亦称表面贴装技术表面组装技术亦称表面贴装技术(SMT:(SMT:Surface Mount Technology)Surface Mount Technology)是指用自动是指用自动组装设备，一般采用再流焊的方法将片组装设备，一般采用再流焊的方法将片式元器件直接贴、焊到基板焊盘上的电式元器件直接贴、焊到基板焊盘上的电子组装技术。子组装技术。Company LogoSMT的的历史历史1电子封装技术电子封装技术v第一阶段第一阶段(1970-1975(1970-1975年

8、年)：以小型化：以小型化为主要目标，表面组装元器件主要为主要目标，表面组装元器件主要用于混合集成电路，如石英表和计用于混合集成电路，如石英表和计算器等。算器等。v第二阶段第二阶段(1975-1980(1975-1980年年)：以减小电：以减小电子产品的单位体积、提高电路功能子产品的单位体积、提高电路功能为主要目标，产品主要用于摄为主要目标，产品主要用于摄像像机机、录像机录像机和电子和电子照相机照相机等。等。Company LogoSMT的的历史历史1电子封装技术电子封装技术v第第三三阶段阶段(1980-1995(1980-1995年年)：主要目标：主要目标是是降低降低成成本本，大力发展大力发展

9、组装设备，组装设备，表面组装元器件进一表面组装元器件进一步微步微型化，提型化，提高电子产品的高电子产品的性性能能/价格比价格比。v目目前前：SMTSMT进入进入微微组装、高组装、高密度密度组装组装和和立立体组装技术的体组装技术的新新阶段。阶段。Company Logo通孔插通孔插装装元元器件器件1电子封装技术电子封装技术(a)Axial (b)Radial (c)Dual-in-line-package(DIP)Company Logo通孔插通孔插装技术装技术1电子封装技术电子封装技术Through Hole AssemblyCompany Logo通孔插通孔插件的件的波峰波峰焊焊1电子封装技

10、术电子封装技术钎钎料料流流钎钎料料槽槽PCBCompany Logo波峰波峰焊设备焊设备1电子封装技术电子封装技术Company Logo组装方式的组装方式的变变革革1电子封装技术电子封装技术SubstrateSubstrateComponentSolderPadLeadSolderSubstrateComponentSMTTHTCompany Logo不同不同的的连连接接接接头形头形式式1电子封装技术电子封装技术Ball bondingWire bondingTHTSMTBGACompany LogoSMT的优缺点1电子封装技术电子封装技术SMT优点优点组装组装密度密度高高可靠性可靠性高高高

11、高频性频性能能好好便便于自动化于自动化生生产产成成本降低本降低Company LogoSMT的优缺点1电子封装技术电子封装技术SMT缺点缺点国际国际上目上目前尚无前尚无SMCSMC的的统统一一标标准准元器件元器件与与基板基板热膨胀系统热膨胀系统不匹配不匹配，受热易开裂受热易开裂功功率密度大率密度大，散热问题复散热问题复杂杂塑封塑封器件的器件的吸潮问题吸潮问题Company Logo通孔插通孔插装技术装技术与与表面组装技术表面组装技术1电子封装技术电子封装技术类类型型THTTHTSMTSMT元器件元器件基板基板焊接方法焊接方法面积面积组装方式组装方式自动化自动化程度程度DIPDIP，PGAPGA

12、，有有引引线线电电阻阻电电容容2.54mm2.54mm网格网格设计设计通孔直通孔直径径0.8mm0.8mm波峰焊波峰焊大大通孔插装通孔插装自动插装自动插装机机SOICSOIC，SOTSOT，LCCCLCCC，PLCCPLCC，QFPQFP，BGABGA，CSPCSP，片式电，片式电阻阻电电容容1.27mm1.27mm网格或更细网格或更细设计设计布线密度布线密度高高2 2倍倍以上以上再流焊再流焊小，小，缩缩小小3 31010倍倍表面贴装表面贴装自动贴片自动贴片机机，生生产产效率效率高高Company LogoSMT的工艺的工艺流流程程1电子封装技术电子封装技术v单面板：印单面板：印刷刷焊焊膏膏贴

13、装元件贴装元件再流焊再流焊清洗清洗v混合板：混合板：涂敷粘结剂涂敷粘结剂贴装元件贴装元件红外线加热红外线加热固固化化翻转翻转插通孔元件插通孔元件波峰焊波峰焊清洗清洗贴装元件贴装元件印印刷刷焊焊膏膏再流焊再流焊清洗清洗清洗清洗波峰焊波峰焊插装元件插装元件翻转翻转固固化化贴装元件贴装元件涂敷粘结剂涂敷粘结剂Company LogoSMT组装生产线1电子封装技术电子封装技术印刷机印刷机贴贴片机片机自自动检测动检测仪仪再流再流焊焊炉炉Company LogoSMT的工艺的工艺流流程程1电子封装技术电子封装技术Company LogoSMT生产生产线线主主要设备要设备1电子封装技术电子封装技术印印刷机刷

14、机用用来来印印刷刷焊焊膏或膏或贴片贴片胶胶的。将的。将焊焊膏膏（或或贴片贴片胶胶）正确）正确地漏地漏印到印制板印到印制板相相应应的焊盘的焊盘（位位置）置）上。上。印印刷机刷机的基的基本结本结构构a 夹持夹持基板基板（PCB）的的工作台工作台b 印印刷刷头头系统系统c 丝丝网或网或模模板以板以及丝及丝网或网或模模板的板的固固定定机机构；构；d 保证保证印印刷刷精精度度而而配配置置的的清洗清洗、二、二维维、三三维测量维测量系统系统等等选选件。件。e 计算计算机机控控制制系统系统印印刷机刷机的主要技术指标的主要技术指标a 最最大大印印刷刷面积：面积：根据最根据最大大的的PCB尺寸确尺寸确定定。b 印

15、印刷刷精精度度：一般要：一般要求达求达到到0.025mm。c 印印刷刷速速度度：根据根据产产量量要要求确定求确定。Company LogoSMT生产生产线线主主要设备要设备1电子封装技术电子封装技术贴装贴装机机-相相当当于于机机器器人人，把把元器元器件件从包从包装中装中取出取出，并并贴贴放放到印制板到印制板相相应应的位的位置置上。上。贴装贴装机机的的基的的基本结本结构构a 底座底座b 供料供料器。器。c 印制电路板印制电路板传输传输装装置置d 贴装贴装头头e 对对中中系统系统f 贴装贴装头头的的X、Y轴定轴定位位传输传输装装置置g 贴装贴装工具（工具（吸吸嘴嘴h 计算计算机机控控制制系统系统C

16、ompany LogoSMT生产生产线线主主要设备要设备1电子封装技术电子封装技术贴装贴装机机顶视图顶视图 供料供料器器 吸吸嘴库嘴库 贴装贴装头头 传送带传送带Company LogoSMT生产生产线线主主要设备要设备1电子封装技术电子封装技术贴装贴装机机的主要技术指标 贴装的主要技术指标 贴装机机的主要技术指标的主要技术指标a 贴装贴装精精度度：贴装：贴装Chip元件要元件要求达求达到到0.1mm，贴装高，贴装高密度密度窄间窄间距距的的SMD至少至少要要求达求达到到0.06mm。b 贴片贴片速速度度：高：高速速机机0.2S/Chip以以内内，多多功能功能机机0.30.6S/Chip左右左右

17、。c 对对中方式：中方式：机机械械、激光激光、全视觉全视觉、激光激光/视觉视觉混合混合对对中。中。d 贴装面积：贴装面积：可可贴装贴装PCB尺寸尺寸，最最大大PCB尺寸应尺寸应大大于于250300 mm。e 贴装功能：是指贴装元器件的能贴装功能：是指贴装元器件的能力力。一般高。一般高速速机机只只能贴装能贴装较较小小的元器的元器件件；多；多功能功能机可机可贴装贴装最最大大6060 mm器件，器件，及异形及异形元器件。元器件。f 可可贴装元件贴装元件种种类类数数：是指贴装：是指贴装机机料站料站位位置置的的多少（多少（以能以能容容纳纳8 mm编带供料编带供料器的器的数量数量来来衡量）衡量）g 编编程

18、程功能：是指功能：是指在在线线和和离离线线编编程优程优化功能。化功能。Company LogoSMT生产生产线线主主要设备要设备1电子封装技术电子封装技术 再流焊再流焊炉炉是焊接表面贴装元是焊接表面贴装元器件的设备。再流焊器件的设备。再流焊炉炉主要主要有有红外红外炉炉、热热风炉风炉、红外加热红外加热风风炉炉、蒸汽蒸汽焊焊炉炉等。目等。目前前最最流行流行的是的是全全热热风炉风炉。热热风风、红外红外再流再流焊焊炉炉的基的基本结本结构构A 炉炉体体B 上上下下加热加热源源C PCB传输传输装装置置D 空气循环空气循环装装置置E 冷却冷却装装置置F 排排风风装装置置G 温温度度控控制装制装置置H 以以

19、及及计算计算机机控控制制系统系统Company LogoSMT生产生产线线主主要设备要设备1电子封装技术电子封装技术再流焊再流焊炉炉的主要技术指标的主要技术指标a 温温度度控控制制精精度度：应达应达到到0.10.2；b 传输带传输带横向温差横向温差：要：要求求5以以下；下；c 温温度度曲曲线线测测试试功能：如设备功能：如设备无无此此配配置置，应应外外购温购温度度曲曲线线采集器采集器；d 最最高高加热加热温温度度：一般为：一般为300350，无无铅铅焊接焊接或或金属金属基板，基板，应选应选择择350以上。以上。e 加热加热区区数量数量和和长长度度：加热加热区区数量数量越越多多、加热加热区长区长度

20、度越越长长，越越容易容易调整调整和和控控制制温温度度曲曲线线。一般中小。一般中小批批量量生生产产选选择择45温区温区，加热加热区长区长度度1.8m左右左右即即能能满足满足要要求求。无无铅铅焊接要焊接要求求7温区温区以上以上并并增增加加冷区冷区。f 传送带传送带宽宽度度：应根据最应根据最大大和和最最PCB尺寸确定尺寸确定。Company LogoSMT的的发展发展1电子封装技术电子封装技术SMTSMT工工艺材艺材料料的的发展发展SMTSMT封封装元器件的装元器件的发展发展SMTSMT设备的设备的发展发展SMTSMT生生产产线线的的发展发展Company LogoSMT生产生产线线的的发展发展1电

21、子封装技术电子封装技术SMTSMT生生产产线线朝连朝连线线高高效效方方向向发展发展。对对各个各个设备的设备的生生产产工工艺参艺参数数行行监监控控、统统计计，确保确保每每台台机机器器工作工作在正在正常状况常状况下下，大大幅幅度度提高提高生生产产线线管理管理效效率率和和生生产产效率效率SMTSMT生生产产线线朝信息朝信息集集成的成的柔柔性生性生产产环境环境方方向向发展发展。计算计算机网机网络络控控制设计制设计制制造造、测测试试、生生产产过过程程管理管理、材材料供应料供应和和产品产品营销管理营销管理等等全全部部活活动的动的综综合自动化合自动化系系统统。SMTSMT生生产产线线向向“绿色绿色”环环保保

22、方方向向发展发展从从SMT SMT 建建线线设计、设计、SMT SMT 设备设备选选型、型、工工艺材艺材料选料选择择、环境环境与与物物流流管理管理、工工艺艺废废料料的的处理处理及全及全线线的的工工艺管理艺管理，全全面面考虑环考虑环保保的要的要求求123Company LogoSMT设备的设备的发展发展1电子封装技术电子封装技术 封封闭闭式印式印刷刷技术技术1.1.焊焊膏膏长时长时间间暴露暴露在在开开放放环境环境下下是引是引起起印印刷缺刷缺陷陷的的重重要要原因原因2.MPM 2.MPM“流流变泵变泵”印印刷刷头头可可以以被被装装在在密封密封的印的印刷刷头头中通中通过压过压力来力来充填充填焊焊膏膏

23、Company LogoSMT设备的设备的发展发展1电子封装技术电子封装技术2003 焊焊膏膏喷喷印技术印技术SMTSMT领域领域中中最具最具革命革命性性的的新新技术，技术，由瑞典由瑞典 MYDATA MYDATA 公司公司开发开发成功。成功。不不需需模模板、板、清洗剂清洗剂、擦拭纸擦拭纸、焊焊膏膏搅搅拌拌机机,以以每每秒秒500500点点的的速速度度喷喷涂涂焊焊膏膏Company LogoSMT设备的设备的发展发展1电子封装技术电子封装技术2002 印制板印制板底底部部支撑支撑工具工具大大的的柔柔性性板板很很容易容易弯弯曲曲，可可调调板板支撑使支撑使用一用一个个固固定在模具定在模具上上可可伸

24、伸缩缩的的平平面面支撑支撑，能，能灵灵活活适适应应线线路板路板底底部部的的形形状状Company LogoSMT设备的设备的发展发展1电子封装技术电子封装技术 3D AOI3D AOI检检测测技术技术与与垂垂直方直方向向呈呈4545夹夹角角发发射射的的激光激光实施实实施实时时探探测测，通，通过过位位移移差差组合计算组合计算可可以以得得到一到一幅幅三三维维高高度度图图，进，进而而可可以算以算出出面积面积和体积。和体积。Company LogoSMT设备的设备的发展发展1电子封装技术电子封装技术朝朝高高效率效率双双路路输送输送结结构构方方向向发展发展同同步步方式是将方式是将两块两块大大小小相相同同

25、的的PCB PCB 由由双双路路轨轨道同道同步步送送入贴装入贴装区域区域进行贴装。进行贴装。Company LogoSMT设备的设备的发展发展1电子封装技术电子封装技术朝朝高高速速、高、高精精密密、多多功能、功能、智智能化方能化方向向发展发展。高高速速贴片贴片机机朝朝多多悬臂悬臂、多多贴装贴装头头方方向向发展发展。Company LogoSMT设备的设备的发展发展1电子封装技术电子封装技术朝柔朝柔性性连连接接模模块块化方化方向向发展发展。用用户户可可以以根据根据需需要要在在主主机机上装上装置置所所需需的功的功能能模模块块组件组件或更或更换换新新的组件，以的组件，以实现实现用用户户需需要要的的新

26、新的功能要的功能要求求.Company LogoSMT设备的设备的发展发展1电子封装技术电子封装技术再流焊技术再流焊技术具具有有独特独特的的多多喷喷嘴嘴气气流流控控制的再流焊制的再流焊炉炉带带局局部部强强制制冷却冷却的再流焊的再流焊炉炉可可以以监监测测元器件元器件温温度度的再流焊的再流焊炉炉带带有有双双路路输送输送装装置置的再流焊的再流焊炉炉带带中中心支撑心支撑装装置置的再流焊的再流焊炉炉Company LogoSMT设备的设备的发展发展1电子封装技术电子封装技术波峰焊技术波峰焊技术波峰焊设备波峰焊设备过过程程控控制电制电脑脑化化钎钎料料波峰动波峰动力力技术方面的技术方面的发展发展惰惰性性气气

27、体体保保护护技术技术Company LogoSMT设备的设备的发展发展1电子封装技术电子封装技术朝朝具具有有自动化自动化编编程程能能力力方方向向发展发展。新新型型视觉视觉软软件件工具应工具应该该具具有有自动自动“学习学习”的能的能力力,加加快快元件元件库库的的创创建建速速度度朝朝具具备备识别非识别非标标准准器件能器件能力力方方向向发展发展机机器器视觉视觉系统系统应应该该能能够够可靠可靠地地识别识别各各类类非非标标准准器器件的件的外外形形Company LogoSMT封装封装元元器件的器件的发展发展1电子封装技术电子封装技术v表面贴装元器件表面贴装元器件(SMC)(SMC)朝朝微微型化型化大容大

28、容量量方方向向发展发展。在在体积体积微微型化的型化的同同时向时向大容大容量量方方向向发展发展。v表面贴装器件表面贴装器件(SMD)(SMD)朝朝小体积、小体积、多多引脚方引脚方向向发展发展。SMDSMD经历了经历了由由大大体积、体积、少少引脚引脚朝朝大大体积、体积、多多引脚方引脚方向向发展发展，现现在在已经已经开开始始由由大大体积、体积、多多引脚引脚朝朝小体积、小体积、多多引脚引脚方方向向发展发展，例例如如BGABGA向向CSPCSP方方向向发展发展。FCFC的的应应用将用将越越来来越越多多。Company LogoSMT工艺材料的工艺材料的发展发展1电子封装技术电子封装技术v表面贴装电路板表

29、面贴装电路板(SMB)(SMB)朝朝多多层层、高、高密度密度、高、高可可靠性靠性方方向向发展发展。随着随着电子组装电子组装朝朝更更高高密度密度方方向向发展发展，SMBSMB朝朝多多层层、高、高密度密度、高、高可靠性可靠性方方向向发发展展，许许多多SMBSMB的的层层数数已已多达多达十几层甚十几层甚至至更更多多，多多层层的的柔柔性性SMBSMB也也有有较较快快的的发展发展。v常常用的用的SMTSMT工工艺材艺材料包料包括括：条条形形焊焊料料、膏膏状状焊焊料料、助助焊焊剂剂、稀释稀释剂剂和和清洗剂清洗剂等。等。出出于于保保护护地地球球环境环境的目的，的目的，其其正正朝朝免免清洗清洗和和无无铅铅型型发展发展，如如欧美日欧美日等等发发达达国国家家正正开展无开展无铅铅焊焊料料的的研究研究，并取并取得了得了较较快快的进的进展展，相相信信在在不不久就会久就会进入进入生生产产实实用阶段。用阶段。Company Logo学学习习SMT的的未来未来1电子封装技术电子封装技术