SMT实用工艺基础-SMT概述
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。
1.2 SMT发展动态
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。
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，ball grid arrag）、CSP（UBGA）和FILP CHIP（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 *31mmR BGA 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PLOWER FLOWER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。
1.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＊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（ball grid array）;
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。