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SMT专业技术
SMT专业技术
目录
第一章SMT概述4
1.1SMT概述4
1.2SMT相关技术5
一、元器件5
二、窄间距技术（FPT）是SMT发展的必然趋势5
三、无铅焊接技术5
四、SMT主要设备发展情况6
1.3常用基本术语7
第二章SMT工艺概述7
2.1SMT工艺分类7
一、按焊接方式，可分为再流焊和波峰焊两种类型7
二、按组装方式，可分为全表面组装、单面混装、双面混装三种方式（见表2-1）8
2.2施加焊膏工艺8
一、工艺目的8
二、施加焊膏的要求9
三、施加焊膏的方法9
2.3施加贴片胶工艺9
一、工艺目的9
二、表面组装工艺对贴片胶的要求及选择方法9
三、施加贴片胶的方法和各种方法的适用范围11
2.4贴装元器件11
一、定义11
二、贴装元器件的工艺要求11
2.5再流焊11
一、定义11
二、再流焊原理12
第三章波峰焊接工艺14
3.1波峰焊原理14
3.2波峰焊工艺对元器件和印制板的基本要求15
3.3波峰焊工艺材料16
3.4波峰焊工艺流程17
3.5波峰焊的主要工艺参数及对工艺参数的调整17
3.6波峰焊接质量要求19
第四章表面组装元器件（SMC／SMD）概述19
4.1表面组装元器件基本要求19
4.2表面组装元件（SMC）的外形封装、尺寸主要参数及包装方式（见表4-1）21
4.3表面组装器件（SMD）的外表封装、引脚参数及包装方式（见表4-2）22
4.4表面组装元器件的焊端结构22
4.5表面组装电阻、电容型号和规格的表示方法；23
4.6表面组装元器件（SMC/SMD）的包装类型24
4.7表面组装元器件使人用注意事项25
第五章表面组装工艺材料介绍――焊膏25
5.1焊膏的分类、组成25
5.2焊膏的选择依据及管理使用27
5.3焊膏的发展动态28
5.4无铅焊料简介28
第六章SMT生产线及其主要设备30
6.1SMT生产线30
6.2SMT生产线主要设备31
第七章SMT印制电路板设计技术33
7.1PCB设计包含的内容：
33
7.2如何对SMT电子产品进行PCB设计33
第八章SMT印制电路板的设计要求36
8.1几种常用元器件的焊盘设计36
8.2焊盘与印制导线连接，导通孔．测试点．阻焊和丝网的设置41
8.3元器件布局设置43
8.4基准标志46
第九章SMT工艺（可生产性）设计----贴装机对PCB设计的要求48
9.1可实现机器自动贴装的元器件尺寸和种类48
9.2PCB外形和尺寸49
9.3PCB允许翘曲尺寸49
9.4PCB定位方式49
第十章SMT不锈钢激光模板制作、外协程序及制作要求50
10.1向模板加工厂发送技术文件50
10.2模板制作外协程序及制作要求51
第十一章SMT贴装机离线编程55
11.1PCB程序数据编辑56
11.2自动编程优化编辑57
11.3在贴装机上对优化好的产品程序进行编辑57
11.4校对并备份贴片程序58
第十二章后附（手工焊）修板及返修工艺介绍58
12.1后附（手工焊）、修板及返修工艺目的58
12.2后附（手工焊）、修板及返修工艺要求58
12.3后附（手工焊）、修板及返修技术要求59
12.4后附（手工焊）、修板及返修方法59
第十三章BGA返修工艺61
13.1BGA返修系统的原理61
13.2BGA的返修步骤61
13.3BGA植球工艺介绍63
第十四章表面组装检验（测）工艺64
14.1表面组装检验（测）工艺介绍64
14.2组装前检验（来料检验）65
14.3工序检验67
14.4表面组装板检验71
14.5AOl检测与X光检测简介74
第十五章SMT回流焊接质量分析77
15.1PCB焊盘设计77
15.2焊膏质量及焊膏的正确使用79
15.4贴装元器件.80
15.5回流焊温度曲线80
15.6回流焊设备的质量81
第十六章波峰焊接质量分析81
16.1设备要求82
16.2材料要求82
16.3印制电路板84
16.4元器件84
16.5工艺84
16.6设备维护85
第十七章中小型SMT生产线设备选型86
17.1中小型SMT生产线设备选型依据87
17.2中小型SMT生产线设备选型步骤88
17.3SMT生产线设备选型注意事项93
附录SMT在焊接中不良故障96
一.再流焊的工艺特点97
二.影响再流焊质量的原因分析99
三、SMT再流焊接中常见的焊接缺陷分析与预防对策103
SMT专业技术
第一章SMT概述
SMT（表面组装技术）是新一代电子组装技术。
经过20世纪80年代和90年代的迅速发展，已进入成熟期。
SMT已经成为一个涉及面广，内容丰富，跨多学科的综合性高新技术。
最新几年，SMT又进入一个新的发展高潮，已经成为电子组装技术的主流。
1.1SMT概述
SMT是无需对印制板钻插装孔，直接将处式元器件或适合于表面组装的微型元件器贴、焊到印制或其他基板表面规定位置上的装联技术。
由于各种片式元器件的几何尺寸和占空间体积比插装元器件小得多，这种组装形式具有结构紧凑、体积小、耐振动、抗冲击、高频特性好和生产效率高等优点。
采用双面贴装时，组装密度的5倍以左右，从而使印制板面积节约了60％-70％，重量减轻90％以上。
SMT在投资类电子产品、军事装备领域、计算机、通信设备、彩电调谐器、录像机、摄像机及袖珍式高档多波段收音机、随身听、传呼机和手机等几乎所有的电子产品生产中都得到广泛应用。
SMT是电子装联技术的发展方向，已成为世界电子整机组装技术的主流。
SMT是从厚、薄膜混合电路演变发展而来的。
美国是世界上SMD和SMT最早起源的国家，并一直重视在投资类电子产品和军事装备领域发挥SMT高组装密度和高可靠性能方面的优势，具有很高的水平。
日本在70年代从美国引进SMD和SMT应用在消费类电子产品领域，并投入世资大力加强基础材料、基础技术和推广应用方面的开发研究工作，从80年代中后期起加速了SMT在产业电子设备领域中的全面推广应用，仅用四年时间使SMT在计算机和通信设备中的应用数量增长了近30％，在传真机中增长40％，使日本很快超过了美国，在SMT方面处于世界领先地位。
欧洲各国SMT的起步较晚，但他们重视发展并有较好的工业基础，发展速度也很快，其发展水平和整机中SMC/SMD的使用效率仅次于日本和美国。
80年代以来，新加坡、韩国、香港和台湾省亚洲四小龙不惜投入巨资，纷纷引进先进技术，使SMT获得较快的发展。
据飞利浦公司预测，到2010年全球范围插装元器件的使用率将由目前和40％下降到10％，反之，SMC/SMD将从60％上升到90％左右。
我国SMT的应用起步于80年代初期，最初从美、日等国成套引进了SMT生产线用于彩电谐器生产。
随后应用于录像机、摄像机及袖珍式高档多波段收音机、随身听等生产中，近几年在计算机、通信设备、航空航天电子产品中也逐渐得到应用。
据2000年不完全统计，我国约有40多家企业从事SMC/SMD的生产，全国约有300多家引进了SMT生产线，不同程度的采用了SMT。
全国已引进4000-5000台贴装机。
随着改革开放的深入以及加入WTO，近两年一些美、日、新加坡、台商已将SMT加工厂搬到了中国，仅2001-2002一年就引进了4000余台贴装机。
我国将成为SMT世界加工厂的基地。
我国SMT发展前景是广阔的。
SMT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。
最近几年SMT又进入一个新的发展高潮。
为了进一步适应电子设备向短、小、轻、薄方向发展，出现了0210（0.6mm＊0.3mm）的CHIP元年、BGA、CSP、FLIP、CHIP、复合化片式元件等新型封装元器件。
由于BGA等元器件技术的发展，非ODS清洗和元铅焊料的出现，引起了SMT设备、焊接材料、贴装和焊接工艺的变化，推动电子组装技术向更高阶段发展。
SMT发展速度之快，的确令人惊讶，可以说，每年、每月、每天都有变化。
1.2SMT相关技术
一、元器件
1.SMC――片式元件向小、薄型发展。
其尺寸从1206（3.2mm＊1.6mm）向0805（2.0mm＊1.25mm）－0603（1.6mm＊0.8mm）－0402（1.0mm＊0.5mm）－0201（0.6mm＊0.3mm）发展。
2.SMD――表面组装器件向小型、薄型和窄引脚间距发展。
引脚中心距从1.27向0.635mm－0.5mm－0.4mm及0.3mm发展。
3.出现了新的封装形式BGA（球栅阵列，ballgridarrag）、CSP（UBGA）和FILPCHIP（倒装芯片）。
由于QFP（四边扁平封装器件受SMT工艺的限制，0.3mm的引脚间距已经是极限值。
而BGA的引脚的球形的，均匀地分布在芯片的底部。
BGA和QFP相比最突出的优点首先是I/O数的封装面积比高，节省了PCB面积，提高了组装密度。
其次是引脚间距较大，有1.5mm、1.27mm和1.00mm，组装难度下降，加工窗口更大。
例：
31mm*31mmRBGA引脚间距为1.5mm时，有400个焊球（I/O）；引脚间距为1.0mm时，有900个焊球（I/O）。
同样是31mm＊31mm的QFP-208，引脚间距为0.5mm时，只有208条引脚。
BGA无论在性能和价格上都有竞争力，已经在高（I/O）数的器件封装中起主导作用。
二、窄间距技术（FPT）是SMT发展的必然趋势
FPT是指将引脚间距在0.635－0.3mm之间的SMD和长＊宽小于等于1.6mm＊0.8mm的SMC组装在PCB上的技术。
由于计算机、通信、航空航天等电子技术飞速发燕尾服，促使半导体集成电路的集成度越来越高，SMC越来越小，SMD的引脚间距也越来越窄。
目前，0.635mm和0.5mm引脚间距的QFP已成为工业和军用电子装备中的通信器件。
三、无铅焊接技术
为了防止铅对环境和人体危害，元铅焊接也迅速地被提到议事日程上，日本已研制出无铅焊接并应用到实际生产中，美国和欧洲也在加紧研究。
由于目前无铅焊接的焊接温度较高，因此焊接设、PCB材料及焊盘表面镀锡的工艺、元器件耐高温性能及端头电极工艺、再流焊与波峰焊接工艺等等一系列新技术有待研究和解决。
四、SMT主要设备发展情况
1、印刷机
由于新型SMD不断出现、组装密度的提高以及免清洗要求，印刷机的高密度、高精度的提高以及多功能方向发展。
目前印刷机大致分为三种档次：
（1）半自动印刷机
（2）半自动印刷机加视觉识别系统。
增加了CCD图像识别，提高了印刷精度。
（3）全自动印刷机。
全自动印刷机除了有自动识别系统外，还有自动更换漏印模板、清洗网板、对QFP器件进行45度角印刷、二维和三维检查印刷结果（焊膏图形）等功能。
目前又有PLOWERFLOWER软料包（DEK挤压式、MINAMI单向气功式等）的成功开发与应用。
这种方法焊膏是密封式的，适合免清洗、元铅焊接以及高密度、高速度印刷的要求。
2、贴片机
随着SMC小型化、SMD多引脚窄间距化和复合式、组合式片式元器件、BGA、CSP、DCA（芯片直接贴装技术）、以及表面组装的接插件等新型片式元器件的不断出现，对贴装技术的要求越来越高。
近年来，各类自动化贴装机正朝着高速、高精度和多功能方向发展。
采用多贴装头、多吸嘴以及高分辨率视觉系统等先进技术，使贴装速度和贴装精度大大提高。
目前最高的贴装速度可达到0.06S/Chip元件左右；高精度贴装机的重复贴装精度为0.05-0.25mm;多功能贴片机除了能贴装0201（0.6mm*0.3mm）元件外,还能贴装SOIC（小外型集成电路）、PLCC（塑料有引线芯片载体）、窄引线间距QFP、BGA和CSP以及长接插件（150Mm长）等SMD/SMC的能力。
此外，现代的贴片机在传动结构（Y轴方向由单丝械向双丝杠发展）；元件的对中方式（由机械向激光向全视觉发展）；图像识别（采用高分辨CCD）；BGA和CSP的贴装（采用反射加直射镜技术）；采用铸铁机架以减少振动，提高精度，减少磨损；以及增强计算机功能等方面都采用了许多新技术，使操作更加简便、迅速、直观和易掌握。
3、再流焊炉
再流焊炉主要有热板式、红外、热风、红外＋热风和气相焊等形式。
再流焊热传导方式主要有辐射和对流两种方式。
辐射传导――主要有红外炉。
其优点是热效率高，温度陡度大，易控制温度曲线，双面焊接时PCB上、下温度易控制。
其缺点是温度不均匀；在同一块PCB上由于器件的颜色和大小不同、其温度就不同。
为了使深颜色和大体积的元器件达到焊接温度、必须提高焊接温度，容易造成焊接不良和损坏元器件等缺陷。
对流传导――主要有热风炉。
其优点是温度均匀、焊接质量好。
缺点是PCB上、上温差以及沿焊接长度方向的温度梯度不易控制。
（1）目前再流焊倾向采用热风小对流方式，在炉子下面采用制冷手段，以保护炉子上、下和长度方向的温度梯度，从而达到工艺曲线的要求。
（2）是否需要充N2选择（基于免清洗要求提出的）
充N2的主要作用是防止高温下二次氧化，达到提高可焊性的目的。
对于什么样的产品需要充N2，目前还有争议。
总的看起来，无铅焊接，以及高密度，特别是引脚中心距为0.5mm以下的焊接过程有必要用N2，否则没有太大必要。
另外，如果N2纯度低（如普通20PPN）效果不明显，因此要求N2纯度为100PPN。
蒸蒸汽焊炉有再次兴起的趋势。
特别是对电性能要求极高的军品。
1.3常用基本术语
SMT――表面组装技术；
PCB――印制电路板；
SMA――表面组装组件；
SMC\SMD――片式元件片/片式器件
FPT――窄间距技术。
FPT是指将引脚间距在0.635－0.3mm之间的SMD和长乘宽小于等于1.6mm*0.8mm的SMC组装在PCB上的技术。
MELF――园柱形元器件
SOP――羽翼形小外形塑料封装；
SOJ――J形小外形塑料封装；
TSOP――薄形小小外塑料封装；
PLCC――塑料有引线（J形）芯片载体；
QFP――四边扁平封装器件；
PQFP――带角耳的四边扁平封装器件；
BGA――球栅阵列（ballgridarray）;
DCA――芯片直接贴装技术；
CSP――芯片级封装（引脚也在器件底下，外形与BGA相同，封装尺寸BGA小。
芯片封装尺寸与芯片面积比≦1.2称为CSP）；
THC――通孔插装元器件。
第二章SMT工艺概述
2.1SMT工艺分类
一、按焊接方式，可分为再流焊和波峰焊两种类型
1、再流焊工艺――先将微量的锡铅（SN/PB）焊膏施加到印制板的焊盘上，再将片式元器件贴放在印刷板表面规定的位置上，最后将贴装好元器件的印制板放以再流焊设备的传送带上，从炉子入口到出口（大约5-6分钟）完成干燥、预热、熔化、冷却全部焊接过程。
2、波峰焊工艺――先将微量的贴片胶（绝缘粘接胶）施加到印制板的元器件底部或连忙缘位置上，再将片式元器件贴放在印制表面规定的位置上，并进行胶固化。
片式元器件被牢固地粘接在印制板的焊接面，然后插装分立元器件，最后对片式元器件与插装元器件同时进行波峰焊接。
二、按组装方式，可分为全表面组装、单面混装、双面混装三种方式（见表2-1）
组装方式
示意图
电路基板
元器件
特征
全
表
面
组
装
单面表面组装
单面PCB陶瓷基板
表面组装元器件
工艺简单、适用于小型、薄型简单电路
双面表面组装
双面PCB陶瓷基板
表面组装元器件
高密度组装、薄型化
单
面
混
装
SMD和THC都在A面
双面PCB
表面组装元器件和通孔插装元器件
一般采用先贴后插，工艺简单
THC在A面SMD在B面
单面PCB
表面组装元器件和通孔插装元器件
PCB成本低，工艺简单，先贴后插如采用先插后贴，工艺复杂。
双
面
混
装
THC在A面，A、B两面都有SMD
双面PCB
表面组装元器件和通孔插装元器件
适合高密度组装
A、B两面都有SMD和THC
双面PCB
表面组装元器件和通孔插装元器件
工艺复杂，尽量不采用
2.2施加焊膏工艺
一、工艺目的
把适量的SN/PB焊膏均匀地施加在PCB焊盘上，以保证片式元器件与PCB相对应的焊盘达到良好的电气连接。
二、施加焊膏的要求
1、要求施加的焊膏量均匀，一致性好。
焊膏图形要清晰，相邻的图形之间尽量不要粘连，焊膏图形与焊盘图形要一致，尽量不要错位。
2、一般情况下，焊盘上单位面积的焊膏量应为0.8mg/mm2左右，窄间距元器件应为0.5mg/mm2左右。
3、焊膏应覆盖每个焊盘的面积，应在75％以上；
4、焊膏印刷后，应无严重塌落，边缘整齐，错位不大于0.2mm；对窄间距元器件焊盘，错位不大于0.1mm。
5、基板不允许被焊膏污染。
三、施加焊膏的方法
施加焊膏的方法有三种：
滴涂式（即注射式，滴除式又分为手工操作和机器制作）、丝网印刷和金属模板印刷。
各种方法的适用范围如下：
1、手工滴涂法――用于极小批量生产，或新产品的模型样机和性能样机的研制阶段，以及生产过程中修补、更换元器件等。
2、丝网印刷――用于元器件焊盘间距较大，组装密度不高的中小批量生产中。
3、金属模板印刷――用于大批量生产以及组装密度大，有多引线窄间距元器件的产品。
金属模板印刷的质量比较好，模板使用寿命长，因此一般应优先采用金属模板印刷工艺。
2.3施加贴片胶工艺
一、工艺目的
在片式元件与插装元器件混装采用波峰焊工艺时，需要用贴片胶把片式元件暂时固定在PCB的焊盘位置上，防止在传递过程或插装元器件、波峰焊等工序中元件掉落。
在双面再流焊工艺中，为防止已焊好面上大型器件因焊接受热熔化而掉落，也需要用贴片胶起辅助固定作用。
二、表面组装工艺对贴片胶的要求及选择方法
1、表面组装工艺对贴片胶的要求
（1）具有一定粘度，胶滴之间不拉丝，在元器件与PCB之间有一定的粘接强度，元器件贴装后在搬运过程中不掉落。
（2）触变性好，涂敷后胶滴不变形，不漫流，能保持足够的高度；
（3）对印制板和元器件无腐蚀，绝缘电阻高和高频特性好；
（4）常温下使用寿命长（常温下固化速度慢）；
（5）在固化温度下固化速度快，固化温度要求在150℃以下，5分钟以内完全固化；
（6）固化后粘接强度高，能经得住波峰焊时260℃的高温以及熔融的锡流波剪切刀的冲击；在焊接过程中无释放气体现象，波峰焊过程中元件不掉落。
（7）有颜色，便于目视检查和自动检测；
（8）应无毒、无嗅、不可燃，符合环保要求；
2、贴片胶的选择方法
用于表面组装的贴片胶主要有两种类型：
环氧树脂和聚丙烯。
环氧树脂型贴片胶属于热固型，一般固化温度在140±20℃/5min以内；
聚丙烯型贴片胶属于光固型，需要先用UV（紫外）灯照一下，打开化学键，然后再用150±10℃/1－2min完成完全固化。
（1）目前普通采用热固型贴片胶，对设备和工艺的要求都比较简单。
由于光固型贴片胶比较充分，粘接牢度高，对于较宽大的元器件应选择光固型贴片胶。
（2）要考虑固化前性能、固化性能及固化后性能，应满足表面组装工艺对贴片胶的要求。
（3）应优先选择固化温度较低、固化时间较短的贴片胶。
目前较好的贴片胶的固化条件一般在120-130℃/60c-120s.
3、贴片胶的使用与保管
（1）必须储存在5-10℃的条件下，并在有效期（一般3-6个月）内使用；
（2）要求使用前一天从冰箱中取出贴片胶，待贴片胶达到室温后才能打开容器盖，防止水汽凝结；
（3）使用前用不锈钢搅拌棒将贴片胶搅拌均匀，待贴片胶完全无气泡状态下装入注射器，添加完贴片胶后，应盖好容器盖；
（4）点胶或印刷操作工艺应在恒温条件下（23±3℃）进行，因为贴片胶的粘度随温度而变化，以防影响涂敷质量。
（5）采用印刷工艺时，不能使用回收的贴片胶；
（6）为预防贴片胶硬化和变质，搅拌后贴片胶应在24小时内使用完。
剩余的贴片胶要单独存放，不能与新贴片胶混装一起；
（7）点胶或印刷后，应在24小时内完成固化；
（8）操作者尽量避免贴片胶与皮肤接触，若不慎接触，应及时用乙醇擦洗干净。
4、施加贴片胶的技术要求
（1）采用光固型贴片胶，元器件下面的贴片胶致少有一半的量处于被照射状态；采用热固型贴片胶，贴片胶可完全被元器件覆盖，见图2-1；
（2）小元件可涂一个胶滴，大尺寸元器件可涂敷多个胶滴；
（3）胶滴的尺寸与高度取决于元器件的类型，胶滴的高度应达到元器件贴装后胶滴能充分接触到元器件底部的高度。
胶滴量（尺寸大小或胶滴数量）应根据元器件的尺寸和重量而定；尺寸和重量大的元器件胶滴量应大一些，但也不宜过大，以保证足够的粘接强度为准。
（4）为了保护可焊接以及焊点的完整性，要求贴片胶在贴装前和贴装后都不能污染元器件端头和PCB焊盘
三、施加贴片胶的方法和各种方法的适用范围
施加贴片胶主要有三种方法：
分配器滴涂、针式转印和印刷。
5、分配器滴涂贴片胶
分配器滴涂可分为手动和全自动两种方式。
手动滴涂用于试验或小批量生产中；全自动滴涂用于大批量生产中。
全自动滴涂需要专门的全自动点胶设备，也有些全自动贴片机上配有点胶头，具备点胶和贴片两种功能。
手动滴涂方法与焊膏滴涂相同，只是要选择更细的针嘴，压力与时间参数的控制有所不同。
6、针式转印贴片胶
针式转印机是采用针矩阵组件，先在贴片胶供料盘上蘸取适量的贴片胶，然后转移动PCB的点胶位置上同时进行多点涂敷。
此方法效率较高，用于单一品种大批量生产中。
7、印刷贴片胶
印刷贴片胶的生产效率较高，用于大批量生产中，有丝网和模板两种印刷方法。
印刷贴片胶的方法与焊膏印刷工艺相同，只是丝网和模板的设计要求，印刷参数的设置有所不同。
2.4贴装元器件
一、定义
用贴装机或人工将片式元器件准确地贴放在印好焊膏或贴片胶的PCB表面上。
二、贴装元器件的工艺要求
1、各装配位号元器件的型号、标称值和极性等特征标记要符合装配图和明细表要求。
2、贴装好的元器件要完好无损。
3、元器件焊端或引脚不小于1/2的厚度要浸入焊膏。
元器件的端头或引脚均应与焊盘图形对齐、居中。
由于再流焊时有自定位效应，因此元器件贴装位置允许有一定的偏差。
2.5再流焊
一、定义
再流焊是通过重新熔化预先分配到印制板焊盘上的膏状软纤焊料，实现表面组装元器件焊端或引脚与印制板焊盘之间机械与电气连接的软钎焊。
二、再流焊原理
从温度曲线（见图2-2）分析再流焊的原理：
当PCB进入升温区（干燥区）时，焊膏中的溶剂、气体蒸发掉，同时，焊膏中的助焊剂润湿焊盘、元器件端头和引脚，焊膏软化、塌落、覆盖了焊盘、元器件端头和引脚与氧气隔离→PCB进入保温区时，PCB和元器件得到充分的预热，以防PCB突然进入焊接高温区而损坏PCB和元器件→当PCB进入焊接区时，温度迅速上升使焊膏达到熔化状态，液态焊锡对PCB的焊盘、元器件端头和引脚润湿、扩散、漫流或回流混合形成焊锡接点→PCB进入冷却区，使焊点凝固。
此时完成了再流焊。
一、再流焊特点
与波峰焊技术相比，再流焊有以下特点：
1、不像波峰焊寻样，要把元器件直接浸渍在熔融的焊料中，所以元器件受到的热冲小。
2、能控制焊料的施加量，避免了虚焊、桥接等焊接缺
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