SMT表面貼裝技術(shù)工藝應(yīng)用實踐與趨勢分析

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)SMT表面貼裝技術(shù)已成為微小型電子產(chǎn)品制造所使用的主流裝配工藝技術(shù)，并越來越受到人們的關(guān)注。文章簡單闡述了SMT表面貼裝技術(shù)的基本概念及特點，分析了表面貼裝技術(shù)工藝的應(yīng)用實踐，并展望了SMT表面貼裝技術(shù)的發(fā)展趨勢。

【關(guān)鍵詞】SMT 表面貼裝技術(shù) 回流焊接

微電子技術(shù)及計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，使得貼片元器件的使用范圍也越來越廣泛，這就對電子組裝工藝提出了更高的要求。SMT是一種新型的電子表面貼裝技術(shù)，近些年來，諸多電子技術(shù)相對發(fā)達(dá)的國家都紛紛擴(kuò)大SMT的應(yīng)用領(lǐng)域，現(xiàn)很多技術(shù)發(fā)達(dá)國家已利用SMT取代了傳統(tǒng)的通孔插裝技術(shù)，有效提高了電子產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。發(fā)展至今，SMT表面貼裝技術(shù)已被世界認(rèn)同，并成為電子設(shè)備不斷向前發(fā)展的主要技術(shù)支持。

1 SMT表面貼裝技術(shù)概述及特點

SMT全稱“Surface Mount.Technology”，即表面貼裝技術(shù)，簡單來說就是將SMC（貼片元器件）貼到PCB（印刷電路板）上的一種新型電子產(chǎn)品裝配技術(shù)，具體的就是利用工具在SMB板的焊盤上涂上粘接劑或是焊膏印，然后再將SMC的引腳貼于焊盤上，最后采取波峰焊或是回流焊等方式進(jìn)行焊接，從而使機械與電氣相互連接，其示意圖如圖1。表面貼裝技術(shù)是一項系統(tǒng)化的工程，其涵蓋了多種學(xué)科和技術(shù)，如表面安裝元器件技術(shù)、SMT設(shè)備技術(shù)、SMT基板制造技術(shù)、SMT組裝設(shè)計技術(shù)、SMT工藝制造技術(shù)、SMT組件測試技術(shù)等等。相比于傳統(tǒng)的THT（通孔技術(shù)），SMT最大的不同之處在于元器件，THT使用的是長引腳元器件，元器件置于PCB的組裝方式為插入焊盤孔內(nèi)；而SMT所使用的是無引線或是短引線元器件，元器件置于PCB的組裝方式為貼裝在其表面。另二者的焊接方式也存在差異，SMT采取的是回流焊接法；THT采取的是焊料熔化焊接法。

SMT表面貼裝技術(shù)的特點主要表現(xiàn)在以下方面：

1.1 組裝密度高、體積小

相比于通孔元器件，貼片元器件的體積大大減小，重量也只有通孔元器件的10%左右。據(jù)分析，使用SMT之后，電子產(chǎn)品的體積可縮小40%-60%，重量也可減輕60%-80%。

1.2 可靠性強

因貼片元器件體積小、重量輕，中上其焊點缺陷率低，所以SMT具強可靠性，且抗震能力也有所提高。

1.3 良好的高頻特性

SMT所使用的是無引線或是短引線元器件，有效減小了寄生電感及寄生電容存在的可能性，從而使電路高頻特性得以提高，減少了電磁和頻射所帶來的干擾。

1.4 成本低

因SMC體積減小，PCB的使用面積則會減小，電子產(chǎn)品的體積自然也會大大減小，這在很大程度上降低了電子產(chǎn)品的生產(chǎn)成本；PCB的鉆孔數(shù)量少，產(chǎn)品的維修成本也會下降；另因具良好的頻率特性，有效降低了電路調(diào)試成本。據(jù)分析，使用SMT之后，電子產(chǎn)品的生產(chǎn)成本將下降30%-50%，大大節(jié)省了材料、能源及人力等方面的消耗。第五，有效實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，SMT生產(chǎn)線上可利用自動貼片機來實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率。

2 SMT表面貼裝技術(shù)工藝應(yīng)用實踐

2.1 SMT表面貼裝技術(shù)的組裝類型及流程

SMT表面貼裝技術(shù)涉及各專業(yè)及學(xué)科技術(shù)，除了其本身設(shè)備的相關(guān)技術(shù)如SMC的封裝與制造、電路基板、電路布局、貼裝工藝流程設(shè)計、貼裝材料選擇、涂敷、焊接等技術(shù)之外，還包括清洗、檢測、維修及維護(hù)等方面技術(shù)。SMT組裝類型的分類主要是根據(jù)元器件及組裝方式進(jìn)行劃分的，包括全表面組裝、單面混合組裝和雙面混合組裝。

全表面組裝是指PCB單面或雙面所使用元器件均為貼片式元器件的組裝方式。此組裝方式具工藝簡單、組裝元器件體積小、重量輕等特征，且其組裝密度較高。其工藝流程如下：

PCB投板——錫膏印刷——印刷檢查——貼片——貼片檢查——回流焊接——焊接后檢查

單面混合組裝是指PCB單面所使用元器件為貼片元器件與通孔元器件的混合的組裝方式。此組裝方式的工藝相對復(fù)雜，但因有部分元器件為通孔封裝式，有時也需要使用通孔元器件，所以單面混合組裝類型也比較適用。其工藝流程如下：

PCB投板——錫膏印刷——印刷檢查——貼片——貼片檢查——回流焊接——焊接后檢查——插件安裝——插件檢查——波峰焊接——冷卻——清洗——焊接后檢查

雙面混合組裝包括兩種情況：一種是PCB的一面都利用插裝法進(jìn)行通孔元器件的安裝，另一面則都利用表面貼裝法進(jìn)行貼片元器件的安裝；另一種是PCB雙面所使用的元器件既有貼片元器件也有通孔元器件，貼片元器件的焊接位置與元器件同面，通孔元器件的焊接位置在元器件背面。此組裝方式要求操作者具較高的工藝水平，且焊接無法一次性完成，在安裝另一面元器件時需將之前已貼好或是插裝好的元器件進(jìn)行加固之后才能進(jìn)行。其工藝流程如下：

PCB投板——錫膏印刷——印刷檢查——貼片——貼片檢查——回流焊接——焊接后檢查——插件安裝——插件檢查——加固——波峰焊接——冷卻——清洗——焊接后檢查

SMT表面貼裝技術(shù)的三種不同組裝類型各具優(yōu)勢，工藝流程的復(fù)雜程度也各不相同，在實際工作當(dāng)中，操作者可根據(jù)電子產(chǎn)品的具體裝配要求來選擇適當(dāng)?shù)慕M裝方式。

2.2 SMT表面貼裝技術(shù)的應(yīng)用實踐

以某產(chǎn)品的PCB絲印為例。此產(chǎn)品PCB所使用元器件既有貼片元器件也有通孔元器件。利用SMT技術(shù)的一般工藝流程為：PCB質(zhì)量檢查——PCB預(yù)烘——絲印錫焊膏——絲印質(zhì)量檢查——貼裝元件——貼裝質(zhì)量檢查——回流焊接——焊接質(zhì)量檢查。其中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)有絲印、貼裝元件和回流焊接，本文重點討論此三個關(guān)鍵環(huán)節(jié)的工藝過程。

2.2.1 絲印

本產(chǎn)品利用SMT技術(shù)時進(jìn)行絲印時所使用的是德國AUTODESK公司推出的BS1400型絲印機，此設(shè)備視覺對位系統(tǒng)精度高、編程軟件靈活且刮刀為金屬質(zhì)地，可實現(xiàn)產(chǎn)品的批量生產(chǎn)。絲印過程包括攪拌焊膏和絲印錫焊膏兩個步驟。其中攪拌焊膏主要目的是使焊膏更均勻并控制焊膏的粘度。焊膏的粘度會對印刷性能產(chǎn)生很大影響，若粘度過大，焊膏難以通過模板開孔，導(dǎo)致印刷細(xì)條不完整；若粘度過小，則容易出現(xiàn)流淌和塌邊的情況，導(dǎo)致印刷分辨率降低、線條不平整。焊膏的保存環(huán)境要求溫度保持在0-5℃，在此環(huán)境下，焊膏中的各成分會自然分離。為此，在使用時應(yīng)將焊膏取出后置于常溫20min，使其自然升溫，然后再利用玻璃棒進(jìn)行攪拌，攪拌時間為10-20min；同時焊膏的使用對于環(huán)境也有要求，其理想環(huán)境要求溫度保持在20-25℃，濕度保持在40%-60%之間。

絲印錫焊膏是利用絲印機將攪拌好的錫焊膏以漏印的方式置于于PCB焊盤上，以準(zhǔn)備焊接元器件。絲印錫焊膏是SMT生產(chǎn)線的始端。在進(jìn)行印刷時，對刮刀進(jìn)行加壓就可使刮刀以一定速度進(jìn)行推移，從而使錫焊膏從絲印網(wǎng)板上的各個窗口漏印至PCB的焊盤上。在本產(chǎn)品的絲印過程中所使用的網(wǎng)板為激光切割式且經(jīng)電鍍成形，厚度0.15mm，具較高的焊接質(zhì)量，焊接效果飽滿且不會出現(xiàn)橋接現(xiàn)象。

2.2.2 貼裝元件

貼裝元件是指利用貼片機將SMC安裝到PCB的固定位置。在進(jìn)行印制板的生產(chǎn)之前，都需利用貼片機對其進(jìn)行編程，程序的編制需根據(jù)元器件封裝形式的不同以及送料器位置的不同進(jìn)行編寫，程序編寫完成之后，利用該印刷板進(jìn)行元器件的貼裝時也必須依照程序而來，因此程序的編制必須準(zhǔn)確無誤，以免因程序編制錯誤而導(dǎo)致印制板無法使用，在進(jìn)行元件的貼裝時也務(wù)必要對首板進(jìn)行檢驗。

在對印制板進(jìn)行程序編寫時應(yīng)遵循先結(jié)構(gòu)簡單后結(jié)構(gòu)復(fù)雜的順序，即先編寫阻容類元件程序后編寫芯片類元件程序，每個程序編寫完成后須進(jìn)行封裝，每個元件程序編輯完畢之后系統(tǒng)會自動跳入下一元件的編輯。要注意的是，若元件存在方向性，則要依照圖紙的相關(guān)注明按正確的方向進(jìn)行放置。另在焊接芯片類元器件之前，必須對引腳進(jìn)行仔細(xì)檢查，看其是否平整、完好。編程結(jié)束之后便可開始實施貼片生產(chǎn)，此過程由貼片機依照已編制好的程序進(jìn)行自動化生產(chǎn)。

2.2.3 回流焊接

元器件貼片完成需進(jìn)行檢查，經(jīng)檢查無錯誤、反向或誤貼等情況之后將印制板置于回流焊爐傳送帶上，實施最后一個步驟——回流焊接。對于回流焊接來說，最為關(guān)鍵的便是對溫度的控制。回流焊接包括預(yù)熱、保溫、回流、冷卻四步。預(yù)熱是指加熱PCB，使其溫度由室溫上升至150-170℃，從而快速進(jìn)入保溫段。保溫的目的主要是使元器件能保持一個相對穩(wěn)定的溫度，以減小各元器件之間的溫差，從而平衡電路板的溫度，保溫區(qū)溫度一般控制在180℃左右。在回流區(qū)進(jìn)行加熱時，加熱器的溫度設(shè)置不得超過245℃，使各元器件溫度能快速上升并達(dá)到最高值。

加熱完成之后，利用傳送帶將PCB板運出爐膛，將其置于室溫環(huán)境下自然冷卻。在加熱的過程當(dāng)中，焊膏所含鉛錫粉末已被融化且得到充分濕潤，此時焊膏已可連接于PCB板表面，經(jīng)自然冷卻，PCB板便會現(xiàn)出明亮且有良好外形的焊點。在進(jìn)行回流焊接時，焊接質(zhì)量受環(huán)境濕度的影響較大，若環(huán)境濕度高于75%，零件的引腳和金屬上則易出現(xiàn)白色腐蝕物，因此在實際操作的過程當(dāng)中，要注意將環(huán)境濕度控制在40%-60%，以保證焊接質(zhì)量。

2.2.4 防靜電要求

靜電會導(dǎo)致芯片失效，從而使生產(chǎn)出來的產(chǎn)品調(diào)試失敗，影響產(chǎn)品生產(chǎn)的成功率。為避免這種情況，在實際的生產(chǎn)過程當(dāng)中還應(yīng)注意采取有效的防靜電措施。首先要保持生產(chǎn)環(huán)境的防靜電條件，如操作間使用防靜電地板、防靜電工作臺；其次相關(guān)工作人員需著防靜電裝備；再次在進(jìn)行檢驗及返修時需保持工作臺面的清潔，工作人員需戴防靜電手環(huán)，并利用防靜電鑷子或是真空吸筆取料，以免因用手直接接觸元器件而出現(xiàn)靜電；最后還應(yīng)對相關(guān)設(shè)施進(jìn)行定期防靜電測試。

3 SMT表面貼裝技術(shù)的發(fā)展趨勢

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，SMT將會獲得更好的發(fā)展，其在未來的發(fā)展趨勢將會朝精細(xì)化、小型化道路前進(jìn)，主要表現(xiàn)在以下方面：

（1）SMC/SMD體積將會更小，產(chǎn)量會不斷擴(kuò)大，現(xiàn)1005、0603型等表面貼裝式電阻及電容已實現(xiàn)商品化。

（2）集成電路將實現(xiàn)SMT化并朝小型化方向發(fā)展，現(xiàn)腳間距為0.3mm的IC業(yè)已進(jìn)入市場，并朝BGA方向發(fā)展。

（3）焊接技術(shù)將會更成熟。1994年，就已有焊接設(shè)備廠家制造出利用惰性氣體實現(xiàn)波峰焊、回流焊的相關(guān)設(shè)備，同時出現(xiàn)了免清洗工藝，在未來的發(fā)展當(dāng)中，免清洗工藝將會被大范圍推廣，利用惰性氣體進(jìn)行焊接的工藝也會被廣泛使用。

（4）貼片設(shè)備及測試設(shè)備將會更加靈活、高效?，F(xiàn)利用SMT技術(shù)的貼片速度為5500片/h左右，智能化及具高柔性貼片系統(tǒng)的使用大大降低了制造商的生產(chǎn)成品，提高了其生產(chǎn)效率和精度，同時滿足了其貼片功能多樣化的需求。

4 結(jié)語

相比于傳統(tǒng)的THT，SMT具強可靠性、體積小、組裝密度高、性能好等優(yōu)勢，基于這些優(yōu)勢，現(xiàn)SMT已成為電子產(chǎn)品及電子設(shè)備的主要裝配技術(shù)，廣泛應(yīng)用于電子產(chǎn)品的生產(chǎn)制造領(lǐng)域。雖然SMT在實際的使用過程當(dāng)中也存在部分問題，但是其所發(fā)揮的正面作用要更強，因此應(yīng)大力提倡SMT技術(shù)的使用，同時不斷深入研究，以完善SMT各工藝流程，使SMT能發(fā)揮其應(yīng)有的作用，真正實現(xiàn)電子產(chǎn)品生產(chǎn)的自動化、集成化、裝配模塊化及工藝制程清潔化，引領(lǐng)電子行業(yè)走向可持續(xù)發(fā)展道路。

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作者簡介

杜江淮（1974-），男，安徽省合肥市人。碩士學(xué)位。現(xiàn)為安徽職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系實驗師。研究方向為電氣自動化技術(shù)。

作者單位

安徽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 安徽省合肥市 230011