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1、西安孚莱德光电科技有限公司,主讲人：Read LIU,第五章 表面安装技术,5.1表面安装器件5.2表面安装流程,什么是“表面安装技术”(Surface Mounting Technology)(简称SMT)它是将电子元器件直接安装在印制电路板的表面，它的主要特征是元器件是无引线或短引线，元器件主体与焊点均处在印制电路板的同一侧面。,5.1表面安装元器件(简称SMC),表面安装元器件又称为片状元件，片状元件主要特点：尺寸小；重量轻;形状标准化;无引线或短引线；适合在印制板上进行表面安装。,电 阻 电 容,集成电路 电位器,5.2表面安装的工艺流程,5.2.1 表面安装组件的类型:表面安装组件(
2、Surface Mounting Assembly)(简称：SMA)类型：全表面安装(型)双面混装(型)单面混装(型),1.全表面安装(型)：,全部采用表面安装元器件，安装的印制电路板是单面或双面板.,2.双面混装(型)：表面安装元器件和有引线元器件混合使用，印制电路板是双面板。,3.单面混装(型)：表面安装元器件和有引线元器件混合使用，与型不同的是印制电路板是单面板。,5.2.2 工艺流程 由于SMA有单面安装和双面安装；元器件有全部表面安装及表面安装与通孔插装的混合安装；焊接方式可以是再流焊、波峰焊、或两种方法混合使用；通孔插装方式可以是手工插，或机械自动插；从而演变为多种工艺流程，目前采
3、用的方式有几十种之多，下面仅介绍通常采用的几种形式,1.单面全表面安装,2双面全表面安装,3.单面混合安装,4.双面混合安装,表面安装技术(二),5.3 表面安装工艺,制造SMA的关键工艺为：涂膏、点胶、固化、贴片、焊接、清洗、检测。,涂膏作用：提供焊接所需的助焊剂和焊料，在再流焊前将SMC初步粘合在规定位置。,1.SMT焊膏组分 它是由作为焊料的金属合金粉末与糊状助焊剂均匀混合而形成的膏状焊料,合金粉末成分 常用焊料合金有：锡-铅(63%Sn-37%Pb)、锡-铅(60%Sn-40%Pb)、锡-铅-银(62%Sn-36%Pb-2%Ag)，助焊剂的活性 采用活性为RMA级的弱活性松香助焊剂,3
4、.常用涂膏方法(1)印刷法：就是将焊膏以印刷的方法通过丝网板或模板的开口孔涂敷在焊盘上。,丝网印刷法 丝网板的结构:它是将丝网(单根聚脂丝或不锈钢丝)紧绷在铝制框架上，获得一个平坦而有柔性的丝网表面，丝网上粘有光敏乳胶，用光刻法制作出开口图形。开口部分与印制板上的焊盘相对应。,丝网印刷的原理：利用了流体动力学的原理。静态时，丝网与SMB之间保持“阶跃距离”，刮刀刷动时，向下的压力使丝网与SMB接触，当刮刀向前移动，在它后方的丝网即回弹脱离SMB表面，结果在SMB焊盘上就产生一低压区，由于残留在丝网孔中焊膏上的大气压与这 一低压区存在压差，所以就将焊膏从网孔 中推向SMB表面，形 成焊膏图形。,
5、利用了焊膏的流变特性。静态时，焊膏的粘性较高；在刮刀刷动时,焊膏在作用力下粘度下降,则顺利的从丝网孔中流出,一旦沉淀在焊盘上后,又恢复至高粘度状态。,模板印刷法：模板的结构:它是在金属模板上通过激光切割、电镀或蚀刻的方法制作出开口图形。模板类型：全金属模板:不锈钢板或黄铜板(变形量小的材料)柔性金属模板:将金属模板粘接在丝网上，实际上是丝网板与金属模板的结合,激光刻模板,全自动丝网机,(2)注射法 将焊膏置于注射器内部并借助于气动、液压或电驱动方式加压，使焊膏经针孔排出点在SMB焊盘表面。形状由注射针尺寸、点胶时间和压力大小来控制。,注射法与印刷法的比较：速度：注射法的速度不及丝网/模板印刷快
6、，注射法是逐点进行；印刷法是一次完成。适应性：注射法非常灵活，可应用在丝网/模板不能采用的场合(基板表面已装入其它元器件时)，而且通用性强，转产时不需调换注射器，适用于小批量、多品种的生产模式。印刷法适用于大批量、单一品种的生产。,4.涂膏质量标准 总的来说，涂膏质量标准是“适量”、“准确”四个字，具体要求如下：(1)形貌：良好涂膏的形貌如图所示，均匀覆盖在焊盘上，无凸峰、边缘不清、拉丝、搭接等不良现象；,(2)印刷面积：焊膏图形与焊盘对准，两者尺寸和形状相符，焊膏图形在焊盘的覆盖面积必须大于焊盘面积的75%，小于焊盘面积的两倍；(3)印刷厚度：印刷厚度决定了焊点处的焊料体积，一般漏印焊膏的厚
7、度要求在100-300m，间距越细要求印刷厚度越薄。,5.不良涂膏现象 常见的不良涂膏现象及产生的主要原因。(1)漏印或空洞(2)失准,(3)塌陷(4)轮廓模糊,5.4.1 点胶 是指在SMC/SMD主体的下方（非焊接部位）点上胶粘剂的方法及过程，作用:是在焊接前固定它们的位置。,SMT在实际生产时，有两种情况需要点胶：采用波峰焊焊接前，需先将片状元件用胶粘剂粘贴在SMB的规定位置，然后才能进入波峰焊焊接;,采用再流焊焊接双面板前,为防止先焊好的A面上的大型器件B面再流焊时脱落,需要在先焊的A面大型器件下点胶,将其粘接在SMB上。,2.常用胶粘剂种类 SMT使用的胶粘剂,又称贴片胶,它是一种红
8、色的膏状体,其主要成分为：胶粘剂、固化剂、颜料、溶剂。常用的表面安装胶粘剂主要有两类，即:环氧树脂和聚炳烯类。,环氧树脂类 它属于热固型、高粘度的胶粘剂,耐腐蚀的能力最强,但易脆裂。它有单组分和双组分两种,可以做成液体、膏剂、薄膜和粉剂等形式供使用,它是用途最为广泛的胶粘剂。聚炳烯类 它在紫外线照射及适当加热下几秒钟内能固化，其粘度特性非常适合于高速点胶机，但粘结强度略低，是比较新型的胶粘剂。,3.常用点胶方法印刷法 与焊膏的印刷方法相仿。针孔转印法：在硬件系统控制下，针板网格在胶粘剂托盘中吸收胶粘剂后转移到SMB上。它的优点是简便高效，适用于单一品种的大批量生产注射法（P132）与焊膏的印刷
9、方法相仿,4.点胶质量标准(1)胶点轮廓:不应出现塌落、拉丝、沾污焊盘等不良现象。,(2)点胶量：C 2(A+B),5.不良点胶现象(1)拉丝(又称拖尾)(2)过量,(3)塌落(4)失准(5)空点,固化 固化方法是根据所使用的胶粘剂的类型而确定。1.常用固化方法(1)热固化 适用于环氧胶粘剂的固化，热固化可以在红外炉内通过红外辐射加热完成。(2)紫外光加热固化 适用于聚丙烯的胶粘剂固化，先用紫外光照射几秒钟，然后再加热固化，它较单一的热固化更快。,5.4.4 贴片 是指在涂膏或点胶完成后，将SMC/SMD贴放到SMB的规定位置的方法及过程。贴片可以采用手工、半自动、全自动的方式，贴片设备通常叫
10、做贴片机。由于片状元器件的微小化、安装的高密度的特点，贴片作业基本上均需采用贴片机，手工贴放只是在数量很少的情况下才使用。,1手工贴放 虽然，手工贴放片状元器件既不可靠、也不经济，但在试生产时往往还需采用这种方式。元件的贴放主要是拾取和贴放下去 两个动作。手工贴放时，最简单的工具是小镊子，但最好是采用手工贴放机的真空吸管拾取元件进行贴放。,2.自动贴片 在规模生产中，由于贴片的准确度要求，几乎迫使人们必须采用自动化的设备，它是SMT的关键设备。在中等产量的表面安装生产线中，贴片设备的费用约占总投资的50%左右。自动贴片机主要由下列五个部分组成：,贴片机的组成:(1)贴装头：贴装头也叫做吸/放头
11、，它的工作由移动/定位、拾取/释放两种模式组成:第一，贴装头通过程序控制完成三维的往复运动，实现从供料系统取料后移动到SMB的指定位置上。第二，贴装头的端部有一个用真空泵控制的吸盘，当换向阀打开时，吸盘上的负压把元器件从供料系统中吸上来；当换向阀门关闭时吸盘把元器件释放到SMB上,(2)供料系统：供料系统由元器件包装容器及机械供料器组成。供料系统的工作方式根据元器件的包装形式和贴片机的类型而确定。元器件的包装形式有散装、编带、棒式、托盘四种。,(3)SMB定位系统：是一个固定的二维平面移动的工作台，在计算机控制系统的操纵下，随工作台移动到工作区域内，并被精确定位，使贴装头能把元器件准确地释放到
12、需要的位置上。(4)计算机控制系统：贴片机能够准确有序地工作，其核心机构是微型计算机。它是通过计算机程序，控制贴片机的自动工作步骤。,(5)视觉检测系统：它也是以计算机为主体的图像观察、识别和分析系统。视觉检测系统的主要功能通常有：SMB的精确定位、元器件定心和对准、元器件有/无、机械性能及电器性能的检测等。,随着SMT技术的发展，全自动贴片机的功能、效率、精度及灵活性越来越强，全视觉、多功能、模块式、高速度的贴片机不断推出，能适应从片状元件直至BGA、CSP及0.3mm细间隙QPF等精密器件的贴放；精度达到 0.03mm；贴片速度达到0.04s/片甚至更高。所以，SMA的装联效率之高是通孔插
13、装组件所无法比拟的。,第六章 装联技术的新发展 6.1 锡焊技术的新发展 6.2 免清洗技术,6.1锡焊技术的新发展 惰性气体保护焊接 是指在惰性气体(氮气)的氛围下焊接,可避免焊件、焊料与氧气的接触，克服它们在高温下的氧化，有效提高润湿性能。当熔化的焊料暴露在大气中时，会产生快速的氧化现象，从而形成一层薄薄的氧化锡和氧化铅层，统称为氧化皮，它不仅会破坏波峰的动态特性，而且直接导致了焊料的大量损失。传统的消除氧化皮的方法,是在焊料中掺入矿物油，油膜薄层浮在焊料的表面隔离空气,但副作用是矿物油对板面的污染和高温下产生的刺激气味对环境的污染。,新型的焊接设备一般均具有可供选择的氮气保护功能，它是在
14、波峰焊或再流焊设备中充入氮气，充氮区段的结构有:隧道式将预热及焊接区域全部密封在冲氮的管道内，可以将焊料与氧的接触机会降低至5l0一6；头罩式仅在焊接部位的波峰口上装有氮气罩，氮气仅覆盖在焊料溢出口的焊接部位，这种结构焊料与氧的接触机会比隧道式高一倍。前者对提高焊接质量及减少焊料的氧化更有利，但氮气的耗用量较多。后者耗氮量较少，维修更方便。,再流焊的新发展-穿孔回流焊 简称：PIHR 是一种用再流焊方式焊接通孔插装焊点的新工艺，它的应用拓宽 了再流焊的适用范围。,工艺步骤,(1)涂膏：将焊膏通过安装在焊膏盘上的管嘴（针管）漏印在通孔插装的焊盘上。,(2)插件：将PCB翻转，插入THC；(3)焊接：PCB置于回流炉上方，由定位系统将焊盘与回流炉上方的管嘴孔对准，从孔中向焊盘吹出热风，使焊膏融化，形成焊点。,优越性：其一是由管嘴直接向焊点加热，所以加热均匀、无温差；其二是加热部位是局部的，可完全避免热应力对已焊片状元件的不良影响；其三是有效的克服整板涂敷助焊剂而造成的污染；其四是大大的节约了能源。局限性：是必须制作专用的管嘴盘，因此适用于已定型的批量产品。目前我国生产调谐器的企业和高技术、高附加值的一些通信产品已率先使用PIHR工艺，预计不远的将来这项新工艺将会被普遍采用。,
