SMT基础知识讲义.pdf

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1、1讲师：张明（工程部）2006年11月LONGCHEER CONFIDENTIALSMT基础知识基础知识（培训教材）（培训教材）2目录目录?SMT技术与应用?SMT相关名词?SMT典型元器件及包装方式?PCB基本常识?SMT生产与检测设备?SMT焊接原理?SMT生产及工艺流程?SMT生产中的静电与防护3SMTSMT技术与应用（一）技术与应用（一）?什么是SMT？什么是SMT？它是一种电路组装技术。是将体积很小的无（或短）引线片状器件贴装在印制板铜箔上，从而实现了电子产品的高密度、高可靠、小型化、低成本，以及生产的自动化。?SMT技术应用：SMT技术应用：史于上世纪七十年代，之前采用THT（通孔

2、安装）技术。?SMT技术组成：SMT技术组成：元器件/印制板PCB/材料，生产设备、工艺方法、产品设计等。?SMT优点：SMT优点：1、组装密度高、电子产品体积小、重量轻。2、可靠性高、抗振能力强。3、密集的安装减少了电磁和射频干扰；在高频电路中减少了分布参数的影响，提高了整个产品性能。4、易于实现自动化，提高生产效率。降低加工成本。4SMTSMT技术与应用（二）技术与应用（二）5SMTSMT相关名词（一）相关名词（一）?SMTSMT：Surface Mount Technology Surface Mount Technology 表面贴装技术表面贴装技术?SMDSMD：Surface Mo

3、unt Devices Surface Mount Devices 表面贴装装置表面贴装装置?SMCSMC：Surface Mount Component Surface Mount Component 表面贴装器件表面贴装器件?PCBPCB：printed circuit board printed circuit board 印制板电路印制板电路?CCLCCL：Copper Clad Laminates Copper Clad Laminates 覆铜箔层压板覆铜箔层压板，简称覆铜箔板或覆简称覆铜箔板或覆铜板，是制造印制电路板（称铜板，是制造印制电路板（称PCBPCB）的基板材料。的基板材

4、料。?SMASMA：surface mount adhesivessurface mount adhesives 表面贴片胶，用于波峰焊接和回流焊表面贴片胶，用于波峰焊接和回流焊接，使元件粘在印刷电路板接，使元件粘在印刷电路板(PCB)(PCB)上，在装配线上传送过程中元件不上，在装配线上传送过程中元件不会丢失。会丢失。AOIAOIAOIAOI：AutomaticAutomaticAutomaticAutomatic opticalopticalopticaloptical inspectioninspectioninspectioninspection 自动光学检查，在自动系统自动光学检查，

5、在自动系统上，用相机来检查模型或物体。上，用相机来检查模型或物体。6SMTSMT相关名词（二）相关名词（二）CAD FileCAD FileCAD FileCAD File：SMTSMT应用中指器件贴片坐标。应用中指器件贴片坐标。GerberGerberGerberGerber：是印制板设计生产行业的标准数据格式。是印制板设计生产行业的标准数据格式。GerberGerber格式的命格式的命名引用自光绘机设计生产的先驱者名引用自光绘机设计生产的先驱者-美国美国GerberGerber公司。公司。Solder PasteSolder PasteSolder PasteSolder Paste（焊锡

6、膏）（焊锡膏）（焊锡膏）（焊锡膏）：是一种由锡合金粉、助焊剂及其它有机是一种由锡合金粉、助焊剂及其它有机溶剂组成的混合物溶剂组成的混合物；是裸片；是裸片(die)(die)、包装、包装(package)(package)和电路板装配和电路板装配(board(board assembly)assembly)的连接材料。另外，锡的连接材料。另外，锡/铅铅(tin/lead)(tin/lead)焊锡通常用于元件引脚和焊锡通常用于元件引脚和PCBPCB的表面涂层。的表面涂层。Surface tensionSurface tensionSurface tensionSurface tension：表面张

7、力（表面张力（与可熔湿性和其后的可焊接性相与可熔湿性和其后的可焊接性相关），关），熔化的焊锡由于在表面的断裂的结合，作用在表面分子之间的熔化的焊锡由于在表面的断裂的结合，作用在表面分子之间的吸引力相对强度比焊锡内部的分子力要弱。因此材料的自由表面比其吸引力相对强度比焊锡内部的分子力要弱。因此材料的自由表面比其内部具有更高的能量。内部具有更高的能量。7SMTSMT典型元器件及包装（一）典型元器件及包装（一）集成电路的发展过程集成电路的发展过程集成电路的发展过程集成电路的发展过程?随着芯片集成化程度的提高，芯片的封装 形式随之而改变，从DIP双列直插到QFP矩型扁平封装，再到目前的CSP Micr

8、o BGA，使电路板组装工艺和设备发生了变化。通 孔 DIP 封 装QFPBGA8?四边具有J性短引线，典型引线间距为1.27mm，采用塑料封装的芯片载体，外形有正方形和矩形两种。按照引线的多少可分为：PLCC20,PLCC44,PLCC68,PLCC28等Plastic Leaded Chip Carriers(PLCC)塑封有引线芯片载体塑封有引线芯片载体QFN封 装Chip Capacitor 电容电容/Chip Resistor电阻电阻 两端无引线，有焊端，外形为薄片矩两端无引线，有焊端，外形为薄片矩形的表面贴装元件。常见的尺寸有：形的表面贴装元件。常见的尺寸有：02010201，04

9、020402，06030603，08050805，12061206等。等。9Metal Electrode Face(MELF)component圆柱形表面组装元器件圆柱形表面组装元器件?两端无引线，又焊端的圆柱形表面组装元器件。Small Outline Transistor(SOT)小外形晶体管小外形晶体管?采用小外形封装结构的表面组装晶体管。一般是只有两边有引线，而且一边只有一个引线。按照尺寸大小可分为：SOT323,SOT23,SOT89,DPACKS10Small Outline Package(SOP)小外形封装Small Outline Package(SOP)小外形封装?小外形

10、模压塑料封装；两侧具有翼形或J形断引线的一种表面组装元件封装形式。SOP可分为：SO,SSOP等。Small Outline Integrated Circuit(SOIC)小外形集成电路小外形集成电路?指外引线数不超过28条的小外形集成电路，一般有宽体和窄体两种封装形式。11Ball Grid Array(BGA)球栅列阵球栅列阵?集成电路的包装形式，其输入输出点是在元件底面上按栅格样式排列的锡球。BGA可分为：BGA，PBGA（塑封），CBGA（陶瓷封装），TBGA等封 装 定 义 为 芯 片 的 封 装 尺寸 不 超 过 半 导 体 硅片尺 寸的.2倍。CSP(Chip Scale Pa

11、ckage)CSP(Chip Scale Package)CSP(Chip Scale Package)CSP(Chip Scale Package)12?微型化，高密度集成电路集成电路集成电路集成电路ICICICIC的发展趋向的发展趋向的发展趋向的发展趋向?PBGAPBGA封装结构封装结构载体：载体：FR4FR4连接方式：金属丝压焊，连接方式：金属丝压焊，连接硅片和载体连接硅片和载体封装：塑料模压成形封装：塑料模压成形?TBGATBGA封装结构封装结构载体：铜载体：铜/聚酰亚胺聚酰亚胺/铜铜连接方式：倒装芯片焊连接方式：倒装芯片焊接，环氧树脂填充，用胶接，环氧树脂填充，用胶连接加固层连接加固

12、层/载体载体/散热片散热片封装：带载封装：带载13SMTSMT典型元器件及包装（二）典型元器件及包装（二）典型元器件及包装（二）典型元器件及包装（二）Tape-and-reel(带和盘)：贴片用的元件包装，在连续的条带上，把元件装入凹坑内，凹坑由塑料带盖住，以便卷到盘上，供元件贴片机用。14PCB基本常识（一）基本常识（一）通常把在绝缘材上，按预定设计，制成印制线路、印制元件或两者组合而成的导电图形称为印制电路。而在绝缘基材上提供元器件之间电气连接的导电图形，称为印制线路。这样就把印制电路或印制线路的成品板称为印制线路板或印制电路板。印制线路板（印制电路板）的定义印制线路板（印制电路板）的定义

13、印制线路板（印制电路板）的分类印制线路板（印制电路板）的分类柔性银浆印制线路板：柔性银浆印制线路板：采用柔性的绝缘基材（软性薄膜），通用丝网漏印方法印上有银白色（银浆）的导电图形与健位图形，这种印制线路板称作称作柔性银浆印制线路板。如电脑键盘。刚性印制线路板：刚性印制线路板：所用的基材是由纸基（常用于单面）或玻璃布基（如FR4，常用于双面及多层），预浸酚醛或环氧树脂，表层一面或两面粘上覆铜簿再层压固化而成。这种覆铜簿板材线制成的线路板就称为刚性印制线路板。15 PCB的制作的制作图示是一个采用HDI（High Density Interconnection）类型高密度板制作的6层线路板示意图。

14、PCB基本常识（二）基本常识（二）16 PCB板材的性能要求板材的性能要求基于PCB用的板材的特殊性，在阻燃效果、耐热性、吸水性、耐化学性、电性能等方面均有做出严格要求。评估PCB基材质量的主要参数是CTE低、Tg较高（玻璃化转变温度）、耐热性强、电气性能（介质常数与介质损耗tg小）等。PCB的三种表面处理方式化学镍与浸金（的三种表面处理方式化学镍与浸金（ENIG）：平均金厚为0.067um时具有较好的可焊性及耐老化性能，可以承受4次以内的焊接及存储3个月。PCBPCB基本常识（三）基本常识（三）基本常识（三）基本常识（三）有机涂覆（有机涂覆（OSP）：）：平均膜厚应在0.20.3um内，OS

15、P适用于2次以上焊接，可存储期一般为50天。化学银：化学银：平均金厚为0.21um时具有较好的可焊性及耐老化性能，可以承受6次以内的焊接及存储3个月。其它：其它：早期采用的还有喷锡及热风整平方式。17SMTSMT生产与检测设备生产与检测设备丝网印刷机器丝网印刷机器丝网印刷机器丝网印刷机器丝网印刷机器的组成：丝网印刷机器的组成：刮刀头传输及支撑系统光学识别系统钢网自动擦拭系统工程18化学腐蚀激光切割电铸模板：模板：模板：模板：三个主要的制造技术是:激光切割（Laser-Cut)、化学蚀刻（Chemically Etched)和电铸法成形（Electroform),每种方式都有自己的优缺点。激光切

16、割和化学蚀刻是减成法制造工艺，电铸法成形是加成法制造工艺。Laser Stencil激光模板P=0.5mm CSP，切割时有毛刺,Solder Paste脱膜效果不佳.Laser Stencil 电抛光模板P=0.5mm CSP,抛光孔壁光滑无毛刺.Solder Paste脱膜效果佳.19模板开孔设计基本规则开孔设计将影响到印刷性能,开孔尺寸宽(W)、长(L)和模板之厚度(T)决定锡膏印刷释放於PCB焊盘上的体积。在印刷周期中，随着刮刀在模板上运行，锡膏充满模板的开孔，然后,在PCB与stencil分开期间，锡膏被释放到PCB的焊盘上。理想状态是所有充满开孔的锡膏从孔壁释放，并且附着于PCB的

17、焊盘上，形成完整的锡砖。锡膏从内孔壁释放的因素决定於模板设计的宽深比/面积比，开孔侧壁的几何形状和孔壁的光洁度。一般的锡膏印刷模板的开口参考尺寸一般的锡膏印刷模板的开口参考尺寸元件类型引脚间距焊盘宽度焊盘长度开口宽度开口长度模板厚度PLCC 1.27mm 0.65mm 2.00mm 0.6mm 1.95mm 0.15-0.25mmQFP 0.635mm 0.35mm 1.50mm 0.30mm 1.45mm 0.15-0.18mm20模板开孔常规方法0402&BGA常规开孔方法Chip防锡珠开孔方案21锡膏印刷原理22贴片机器贴片机器贴片机器贴片机器转塔型转塔型转塔型转塔型(Turret)(T

18、urret)元件送料器放于一个单坐标移动的料车上，基板(PCB)放于一个X/Y坐标系统移动的工作台上，贴片头安装在一个转塔上，工作时，料车将元件送料器移动到取料位置，贴片头上的真空吸料嘴在取料位置取元件，经转塔转动到贴片位置(与取料位置成180度)，在转动过程中经过对元件位置与方向的调整，将元件贴放于基板上。FUJI IPFUJI IP（利华厂）（利华厂）（利华厂）（利华厂）贴片机器组成：贴片机器组成：贴片头，传输及定位系统，供料系统，控制系统等。23拱架型拱架型拱架型拱架型(Gantry)(Gantry)元件送料器、基板(PCB)是固定的，贴片头(安装多个真空吸料嘴)在送料器与基板之间来回移

19、动，将元件从送料器取出，经过对元件位置与方向的调整，然后贴放于基板上。由于贴片头是安装于拱架型的X/Y坐标移动横梁上，所以得名。SiemensSiemens SH60(SH60(裕廊厂）裕廊厂）裕廊厂）裕廊厂）Universal GSMIIUniversal GSMII（鼎讯厂）（鼎讯厂）（鼎讯厂）（鼎讯厂）Philips FCMII&ACMPhilips FCMII&ACM（华龙厂）（华龙厂）（华龙厂）（华龙厂）24贴片原理贴片原理贴片原理贴片原理贴片过程：贴片过程：贴片过程：贴片过程：转角度贴装板定位PCB进板吸料器件识别Mark基准识别25贴片机主要技术参数?贴装精度：贴装精度/分辨率/

20、重复精度?贴片速度：高速机/泛用机?对中方式：机械/激光/视觉对中（标准图像/管脚缺陷/中心坐标）等26SMTSMT机器传动结构机器传动结构机器传动结构机器传动结构顶针支撑顶针支撑PCBPCBPCBPCB在入口段待板在入口段待板StopStop顶杆顶杆PCBPCB在中间段停板贴片在中间段停板贴片夹板装置夹板装置27回流焊接设备回流焊接设备红外/对流强制空气对流 加热方式加热方式加热方式加热方式 设备组成：设备组成：设备组成：设备组成：加热系统传输系统控制系统28PCB(Tb)Source(Ts)Ts TbSource(Ts)Hot-Air(Ts)回流焊接回流焊接强制空气回流强制空气回流29回流

21、焊接回流焊接红外传导红外传导IR Source(Ts)IR Source(Ts)PCB(Tb)Ts Tb30其它设备其它设备台式台式/在线点胶机器在线点胶机器X-RayAOI 光学自动检查机光学自动检查机31SMTSMT焊接原理（一）焊接原理（一）焊接原理（一）焊接原理（一）焊锡膏知识焊锡膏知识焊锡膏知识焊锡膏知识焊膏类型：焊膏类型：焊膏类型：焊膏类型：合金主要成份與熔點合金成份合金成份熔点熔点c焊膏1焊膏1焊膏2焊膏2外协厂外协厂62Sn/36Pb/2Ag179/乐泰乐泰RP15利华、钮创、德意科利华、钮创、德意科含铅低温含铅低温43Sn/43Pb/14Bi144-163/无铅无铅96.5S

22、n/3.0Ag/Cu0.5221/锡铅锡铅63Sn/37Pb183All/铟泰铟泰51AC乐泰乐泰MP218华龙华龙32焊膏主要成分及作用焊膏主要成分及作用焊膏主要成分及作用焊膏主要成分及作用?金属合金成分：金属合金成分：二元或三元合金成分?松香松香/树脂：树脂：辅助热传异/去除氧化物/降低表面张力/防止再氧化?溶剂：溶剂：溶解固化物、活性剂，需有挥发速率及沸点（坍塌、空洞）?活性剂：活性剂：降低焊剂表面张力，增加焊剂对焊粉及焊盘的亲润性?粉球尺寸粉球尺寸?#2(7545um)?#3(4525um)?#4(3820um)33焊锡膏的使用焊锡膏的使用焊锡膏的使用焊锡膏的使用PART#-62/36

23、/2 UP78/90-3-90合金=62Sn/36Pb/2AgUP78=松香系统90=金属含量3=Type III Metal90=即粘度900kcps冰箱溫度控制冰箱:2100C回温环境控制室温:20-250C,相对湿度4565%RH回温时间控制4小时以上顏色控制控制白.黃.綠.灰.藍.灰白循環使用，遵循先进先出原则 焊锡膏的使用包装与识别焊锡膏的使用包装与识别34时间时间时间时间(3)回流区回流区(2)预热预热2区区温度温度温度温度(1)预热区预热区环境温度环境温度(4)冷却区冷却区SMTSMT焊接原理（二）焊接原理（二）焊接原理（二）焊接原理（二）回流焊接工艺回流焊接工艺回流焊接工艺回流

24、焊接工艺回流曲线图回流曲线图PCB 层结构/地线层等PCB 尺寸/厚度/材料PCB上元器件密度焊盘材料类型回流炉的类型焊膏类型元器件的温度敏感性确定温度曲线的要素确定温度曲线的要素35?预热区：预热区：溶剂蒸发；温升慢避免溶剂爆溅及锡球产生。?预热二预热二/浸润区：浸润区：助焊剂浸润将要被焊接的金属及焊料表面；浸润区也被用于平衡PCB板上冷热不均区域的温度。?回流区：回流区：焊料熔化，其在金属表面的浸润开始；最高温度（有铅 210 c 230 c，无铅235 c 245 c）。?冷却区：冷却区：PCB 很快降到液态温度(179 c/183 c)以下；避免焊点和元器件之间的热应力，降温一定不能太

25、快。Profile 分析分析 焊球熔化，浸润开始溶剂蒸发清除金属氧化层冷却阶段焊料熔化完全表面张力 作用050100150200250时间温度 时间温度 C36回流焊点检查无铅焊点比较焊点缺陷37SMTSMT生产及工艺流程生产及工艺流程生产及工艺流程生产及工艺流程SMTSMT生产线配置生产线配置生产线配置生产线配置上板机上板机锡印机锡印机AOI高速机高速机高速机高速机多功能机多功能机泛用机泛用机回流炉回流炉38回流焊接回流焊接测试测试焊膏印刷焊膏印刷-印刷网板-焊锡膏-电铸镍刮刀元器件贴装元器件贴装-网板清洗剂BGA、CSP/120150焊接优化仪SMTSMT生产及工艺流程生产及工艺流程生产及

26、工艺流程生产及工艺流程生产工艺流程生产工艺流程生产工艺流程生产工艺流程可以贴装尺寸小于44*44mm的器件。AOI软件下载/校准底部充胶底部充胶/固化固化OQA/Pac.检验/包装39SMTSMT生产及工艺流程生产及工艺流程生产及工艺流程生产及工艺流程底部充胶工艺底部充胶工艺底部充胶工艺底部充胶工艺底部填充胶可以减少焊接点的应力，将应力均匀地分散在倒装芯片的界面上，对芯片的跌落和热冲击的可靠性都起到了保护作用。主要是针对于倒装芯片，如，BGA、CSP等。底部充胶（底部充胶（UNDERFILL）目的底部充胶（目的底部充胶（UNDERFILL）工艺工艺40SMTSMT生产及工艺流程生产及工艺流程生

27、产及工艺流程生产及工艺流程底部充胶失效返修底部充胶失效返修底部充胶失效返修底部充胶失效返修41静电与防护静电与防护静电与防护静电与防护（一）静电防护符号静电防护符号?ESD Susceptibility Symbol 静电敏感标志?ESD Protective Symbol 静电防护标志42静电与防护（二）静电与防护（二）静电与防护（二）静电与防护（二）静电的产生静电的产生静电的产生静电的产生?两个物体互相摩擦，一起滑动或分离时，会使物体带电。其中一个物体带正电，另一个物体带负电。?人在工作中产生的静电：?在塑料地板上步行能产生12000V?在地毯上步行能产生35000V?从桌子上拿起一个塑料

28、包就能产生20000V43静电与防护（三）静电与防护（三）静电与防护（三）静电与防护（三）静电的危害静电的危害静电的危害静电的危害?损坏元件?影响产品综合性能?提高制造成本44静电防护（静电防护（静电防护（静电防护（五五五五）静电防护包装静电防护包装静电防护包装静电防护包装?Tray?Reel45静电与防护（六）静电与防护（六）静电与防护（六）静电与防护（六）静电防护原理静电防护原理静电防护原理静电防护原理(1)(1)对可能产生静电的地方要防止静电积聚。对可能产生静电的地方要防止静电积聚。采取措施在安全范围内。采取措施在安全范围内。(2)(2)对已经存在的静电积聚迅速消除掉，即对已经存在的静电积聚迅速消除掉，即时释放（泄漏与接地时释放（泄漏与接地)。46静电与防护（七）静电与防护（七）静电与防护（七）静电与防护（七）静电防护方法静电防护方法充分接地和穿防静电衣与电子元件隔离离子化消除静电每天自我检查带电情况47谢 谢谢 谢谢 谢