第三章SMT表面安裝工藝

-PAGE1-第三章SMT表面安裝工藝表面安裝技術(shù)SMT(surfacemountingtechnology)通孔基板插裝元器件技術(shù)THT(through-holemountingtechnology)一、表面安裝技術(shù)SMT優(yōu)點：1、實現(xiàn)微型化2、信號傳輸速度高3、高頻特性好4、有利于自動化生產(chǎn)、提高成品率和生產(chǎn)效率5、材料成本低6、SMT技術(shù)簡化電子整機產(chǎn)品的生產(chǎn)工序、降低生產(chǎn)成本表面組裝技術(shù)（SMT）是無需對印制板鉆插裝孔，直接將片式元器件或適合于表面貼裝的微型元器件貼、焊到印制板或其他基板表面規(guī)定位置上的裝聯(lián)技術(shù)。“表面組裝技術(shù)”“SurfaceMountTechnology”，“SMT”SMT發(fā)展的三個階段階段時間特點第一階段1970-1975小型化的片狀元件應(yīng)用在厚膜電路中第二階段1976-1985表面裝配自動化設(shè)備出現(xiàn)、片狀元件的安裝工藝日益成熟第三階段1986-現(xiàn)在改善電子產(chǎn)品的性價比、降低成本電子產(chǎn)品安裝技術(shù)的發(fā)展歷程階段時間典型元件典型產(chǎn)品裝配技術(shù)第一代1950電子管電子管收音機、儀器手工烙鐵焊接、捆扎導(dǎo)線第二代1960晶體管黑白電視、通用儀器半自動插裝、浸焊第三代1970集成電路彩色電視機、便攜式薄型儀器自動插裝、浸焊、波峰焊、熔焊第四代1980大規(guī)模集成電路錄像機、小型高精密儀器兩面自動表面貼裝、再流焊、波峰焊第五代1990超大規(guī)模集成電路整體型攝像機、超小型高精密儀器多成化、高密度化、安裝高速化、倒裝焊、特種焊二、表面組裝技術(shù)介紹1、表面組裝技術(shù)的組裝類型（1）按焊接方式可分為回流焊和波峰焊兩種類型（2）按組裝方式可分為全表面組裝、單面混裝、雙面混裝SMT生產(chǎn)線——按照自動化程度可分為全自動生產(chǎn)線和半自動生產(chǎn)線；按照生產(chǎn)線的規(guī)模大小可分為大型、中型和小型生產(chǎn)線。印刷機+高速貼片機+泛用貼片機+回流爐絲印機+AOI+高速機+高速機+泛用機+AOI+回流焊回流焊工藝——在PCB的焊盤上印刷焊膏、貼裝元器件，從再流焊爐入口到出口大約需要5~6分鐘就完成了干燥、預(yù)熱、熔化、冷卻全部焊接過程。（1）印刷機——用來印刷焊膏或貼片膠的。將焊膏（或貼片膠）正確地漏印到印制板相應(yīng)的焊盤（位置）上。（2）貼裝機——相當(dāng)于機器人，把元器件從包裝中取出，并貼放到印制板相應(yīng)的位置上。（3）再流焊爐——是焊接表面貼裝元器件的設(shè)備（4）AOI——自動光學(xué)檢測技術(shù)2、SMT工藝技術(shù)發(fā)展趨勢（1）目前表面組裝主要采用印刷焊膏再流焊工藝。（2）單面板混裝以及有較多通孔元件時用到波峰焊工藝。（3）在通孔元件較少的混裝板中，通孔元件再流焊工藝也越來越多地被應(yīng)用。（4）POP（PackageOnPackage）層疊封裝技術(shù)的應(yīng)用。為了縮小封裝體積，降低其高度，降低封裝成本，減少物料消耗，目前開發(fā)了一項新的封裝技術(shù)，稱為層疊封裝（Package—on—Package，簡稱PoP）。層疊封裝是在一個處于底部的封裝件上再疊加另一個與其相匹配的封裝件，組成一個新的封裝整體。通常底部的封裝件是一個高集成度的邏輯器件，頂部的是一件大容量的存儲器或存儲器組合件。（5）在Pitch＜40μm的超高密度以及無鉛等環(huán)保要求的形勢下，ACA（AnisotropicConductiveAdhesive）各向異性導(dǎo)電膠技術(shù)也悄然興起。各向異性導(dǎo)電膠ACA(AnisotropicConductiveAdhesive)結(jié)構(gòu),分析了邦定壓力和導(dǎo)電顆粒特性對常用ACA互連接觸電阻的影響,綜合敘述了環(huán)境因素、邦定參數(shù)、誤對準(zhǔn)、凸點高度等對ACA互連可靠性影響的研究進(jìn)展三、SMT元器件封裝形式：（一）SMT元器件的基本要求：1、適應(yīng)尺寸、形狀標(biāo)準(zhǔn)化各種裝配操作2、包裝形式適應(yīng)貼片機的自動貼裝3、有一定的機械強度、能承受貼裝壓力4、適應(yīng)焊接（再流焊：235℃±5℃焊接時間2s）（波峰焊：260℃±5℃焊接時間2s）5、表面貼裝元件存放溫度低于40℃，生產(chǎn)現(xiàn)場溫度低于30℃，環(huán)境濕度低于RH60%6、對于有防潮要求的SMD元件，開封后72小時必須使用完畢。最長不能超過一周，若不能用完，應(yīng)存放在RH20%的干燥箱內(nèi)，已受潮的SMD器件按規(guī)定作去潮烘干處理。7、在運輸、分料、檢驗或手工貼裝時，假如工作人員需要拿取SMD元件，應(yīng)該佩戴防靜電腕帶，盡量使用吸筆操作，并特別注意避免碰傷SOP、QFP等器件的引腳，預(yù)防引腳翹曲變形。（二）SMT元器件：無源表面安裝元件SMC：矩形片式、圓柱形、異型、復(fù)合片式從功能分有源表面安裝元件SMD：圓柱形、陶瓷組件、塑料組件機電元件：異型薄片矩形從結(jié)構(gòu)形狀分圓柱形扁平異形表面安裝元器件特點：（小型化、標(biāo)準(zhǔn)化）SMC包括片狀電阻器、電容器、電感器、濾波器和陶瓷振蕩器。(a)表面組裝元件（SMC）封裝命名方法：SMC常用外形尺寸長度和寬度命名，來標(biāo)志其外形大小，通常有公制(mm)和英制(inch)兩種表示方法，如英制0805表示元件的長為0.08英寸，寬為0.05英寸，其公制表示為2012（或2125），即長2.0毫米，寬1.25毫米。SMC元器件外形尺寸：公制系列：3216：長：3.2mm寬：1.6mm英制系列：1206：長：0.12in寬：0.6in(b)公制(mm)/英制(inch)轉(zhuǎn)換公式：25.4mm×英制(inch)尺寸=公制(mm)尺寸例：將0402（0.04inch×0.02inch）英制表示法轉(zhuǎn)換為公制表示法，寫出其貼片元件的尺寸及公制表示法。

元件長度=25.4mm×0.04=1.016≈1.0mm；元件寬度=25.4mm×0.02=0.508≈0.5mm

英制0402的公制表示法為：1005(1.0mm×0.5mm)(C)表面組裝元件（SMC）常用的公制和英制的封裝尺寸以及包裝編帶寬度如下：英制(inch)公制(mm)編帶寬（mm）182545641218124532121210322581206（3216）80805（2012）80603（1608）80402（1005）80201（0603）801005（0402）8標(biāo)稱阻值和允許誤差系列允許誤差標(biāo)稱阻值E24±5%(J)1.01.11.21.31.51.61.82.02.22.42.73.03.33.63.94.34.75.15.66.26.87.58.29.1E12±10%(k)1.01.21.51.82.22.73.33.94.75.66.88.2E6±20%(M)1.01.52.23.34.76.8SMC元器件外形尺寸表（矩形貼片元件）公制/英制型號長寬厚3216/12063.2/0.121.6/0.060.6/0.0242012/08052.0/0.081.25/0.050.6/0.0161608/06031.6/0.060.8/0.030.45/0.0181005/04021.0/0.040.5/0.020.35/0.0140603/02010.6/0.020.3/0.010.25/0.01SMC電阻器的主要參數(shù)（矩形貼片元件）系列型號321620121160811005阻值范圍0.39Ω～10MΩ2.2Ω～10MΩ10Ω～10MΩ10Ω～10MΩ允許誤差±1、±2、±5、±10±1、±2、±5±2、±5±2、±5額定功率1/4、1/81/101/161/16最大工作電流2001505050工作溫度范圍-55～+125-55～+125--55～+125--55～+125額定溫度70707070(d)表面組裝電阻、電容標(biāo)稱值表示方法舉102十位和百位表示數(shù)值個位表示0的個數(shù)片式電阻舉例（片式電阻表面有標(biāo)稱值）102——表示1KΩ；471——表示470Ω；105——表示1MΩ。（1）矩形貼片電阻：薄膜型（RK）：性能穩(wěn)定、阻值精度高、價格高厚膜型（RN）：性能優(yōu)良、價格低廉（2）圓柱形電阻：金屬電極無引腳端面元件（MELF）裝配密度高、包裝方便。碳膜電阻：ERD金屬膜電阻：ERO跨接用0Ω電阻圓柱形電阻組成：基體：高鋁磁棒電阻膜：采用一定電阻率的電阻器漿料印刷在陶瓷基板上，經(jīng)燒結(jié)形成膜式電阻。端電極：金屬帽螺紋槽：形成不同阻值的電阻耐熱漆：絕緣、防潮、耐熱沖擊標(biāo)識色環(huán)：用5環(huán)法三層電極：1、內(nèi)層電極：連接電阻體的內(nèi)部電極。2、中間電極：阻擋層，提高電阻器在焊接時的耐熱性，避免內(nèi)層電極被溶蝕。3、外層電極：可焊層，可焊性，延長電極的保存期。電阻膜：采用一定電阻率的電阻器漿料印刷在陶瓷基板上，經(jīng)燒結(jié)形成膜式電阻。保護(hù)層：包封玻璃保護(hù)膜、玻璃釉涂層、標(biāo)志玻璃層。起保護(hù)和絕緣作用，并防止電鍍液對電阻器膜的侵蝕和損壞。矩形片式電阻器結(jié)構(gòu)示意圖內(nèi)層電極內(nèi)層電極外層電極中間電極內(nèi)層電極外層電極中間電極96%陶瓷基板電阻膜玻璃釉涂層包封玻璃保護(hù)膜標(biāo)志玻璃層包封玻璃保護(hù)膜保護(hù)層玻璃釉涂層標(biāo)志玻璃層包封玻璃保護(hù)膜;采用玻璃漿料：其特點：熔點低、一方面起保護(hù)作用，另一方面起絕緣作用。保護(hù)層的作用：電阻膜耐熱漆電阻膜耐熱漆端電極標(biāo)識色環(huán)基體螺紋槽圓柱形電阻：排列式晶片電阻器：（3）SMC表面安裝鉭電解電容器1）、單位體積容量最大一般容量超過0.33μF的表面安裝元件均采用鉭電解片式電容器。2）、電解質(zhì)響應(yīng)速度快3）、電容器的允許誤差標(biāo)志符號與電阻器的符號相同，對10P以下電容器的絕對誤差標(biāo)志符號是：B表示±0.1PF;C表示±0.25PF;D表示±0.5PF；F表示±1PF。片式電容舉例（片式電容表面沒有標(biāo)稱值）102——表示1000Pf；471——表示470Pf；105——表示1uf。4、電感器作用：濾波、調(diào)諧、退耦、延遲、補償。5、貼片發(fā)光二極管6、三極管與場效應(yīng)管7、集成電路封裝形式1）DIP封裝：雙列直插封裝一般為8～64針特點:

（1）.適合印刷線路板PCB的穿孔安裝;

（2）.易于對印刷線路板PCB布線;

（3）.安裝操作方便。（4）.抗干擾能力極弱DIP封裝結(jié)構(gòu)形式有:多層陶瓷雙列直插式DIP單層陶瓷雙列直插式DIP引線框架式DIP(玻璃陶瓷封接式塑料包封結(jié)構(gòu)式陶瓷低熔玻璃封裝式)衡量一個芯片封裝技術(shù)先進(jìn)與否的重要指標(biāo)是芯片面積與封裝面積之比，這個比值越接近1，說明封裝效率高，越好。以采用40根I/O引腳塑料包封雙列直插式封裝(PDIP)的CPU為例：其芯片面積/封裝面積=3×3/15.24×50=1：86離1相差很遠(yuǎn)，封裝效率低。2）SIP封裝：單列直插封裝3）QFP封裝：塑料方型扁平式封裝（方型四邊引腳扁平封裝）QFP的特點是:

1.適合用SMT表面安裝技術(shù)在PCB上安裝布線;

2.封裝外形尺寸小，寄生參數(shù)減小，適合高頻應(yīng)用;

3.操作方便;

4.可靠性高。以0.5mm焊區(qū)中心距，208根I/O引腳的QFP封裝的CPU為例，外形尺寸28×28mm，芯片尺寸10×10mm，則芯片面積/封裝面積=10×10/28×28=1：7.84）LCCC封裝：陶瓷無引線芯片載體5）PLCC封裝：塑料有引線芯片載體6）SOP封裝：小尺寸封裝7）BGA封裝：球柵陣列封裝（1）PBGA基板：有機材料（2）CBGA基板：陶瓷基板（3）FCBGA基板：硬質(zhì)多層基板

（4）TBGA基板：帶狀軟質(zhì)PCB電路板基板（5）.CDPBGA（CarityDownPBGA）基板：指封裝中央有方型低陷的芯片區(qū)（又稱空腔區(qū)）。BGA特點有:

（1）.I/O引腳數(shù)雖然增多，提高了組裝成品率;

（2）.雖然它的功耗增加，但BGA能用可控塌陷芯片法焊接，從而可以改善它的電熱性能:

（3）.厚度比QFP減少1/2以上，重量減輕3/4以上;

（4）.寄生參數(shù)減小，信號傳輸延遲小，使用頻率大大提高;

（5）.組裝可用共面焊接，可靠性高;

（6）.BGA封裝仍與QFP、PGA一樣，占用基板面積過大;8）PGA封裝：插針網(wǎng)格陣列封裝(陶瓷