什么是SMT和SMT工艺流程介绍

SMT就是表面组装技术（Surface Mounted Technology）的缩写,是目前电子组装行业里最流行的一种技术和工艺。表面组装技术是一种无需在印制电路板上钻插件孔，直接将表面组装元器件贴﹑焊到印制电路板表面规定位置上的电路装联技术。

SMT基础知识

表面贴装技术(Surfacd Mounting Technolegy简称SMT)是新一代电子组装技术,它将传统的电子元器件压缩成为体积只有几十分之一的器件,从而实现了电子产品组装的高密度、高可靠、小型化、低成本，以及生产的自动化。这种小型化的元器件称为：SMY器件（或称SMC、片式器件）。将元件装配到印刷基板（或其它基板）上的工艺方法称为SMT工艺。相相关的组装设备则称为SMT设备。

目前，先进的电子产品，特别是在计算机及通讯类电子产品，已普遍采用SMT技术。国际上SMD器件产量逐年上升，而传统器件产量逐年下降，因此随着进间的推移，SMT技术将越来越普及。

一、传统制程简介

传统穿孔式电子组装流程乃是将组件之引脚插入PCB的导孔固定之后，利用波峰焊(Wave Soldering)的制程，经过助焊剂涂布、预热、焊锡涂布、检测与清洁等步骤而完成整个焊接流程。

二、表面贴装技术简介

由于电子工业之产品随着时间和潮流不断的将其产品设计成短小轻便，相对地促使各种零组件的体积及重量愈来愈小，其功能密度也相对提高，以符合时代潮流及客户需求，在此变迁影响下，表面贴装组件即成为PCB上之主要组件，其主要特性是可大幅节省空间，以取代传统浸焊式组件(Dual In Line Package；DIP).

表面黏着组装制程主要包括以下几个主要步骤锡膏印刷、组件贴装、回流焊接.

其各步骤概述如下：

锡膏印刷(Stencil Printing)：锡膏为表面黏着组件与PCB相互连接导通的接着材料，首先将钢板透过蚀刻或雷射切割后，由印刷机的刮刀(squeegee)将锡膏经钢板上之开孔印至PCB的焊垫上，以便进入下一步骤。

组件贴装(Component Placement)：组件贴装是整个SMT制程的主要关键技术及工作重心，其过程使用高精密的自动化贴装设备，经由计算机编程将表面贴装组件准确的置放在已印好锡膏的PCB的焊垫上。由于表面黏着组件之设计日趋精密，其接脚的间距也随之变小，因此置放作业的技术层次困难度也与日俱增。

回流焊接(Reflow Soldering)：回流焊接是将已置放表面黏着组件的PCB，经过回流炉先行预热以活化助焊剂，再提升其温度至217℃使锡膏熔化，组件脚与PCB的焊垫相连结，再经过降温冷却，使焊锡固化，即完成表面黏着组件与PCB的接合。

三. SMT设备简介

1. Stencil Printing：DEK、SP18-L

2. Component Placement CM202-DS、CM212-A/D/E系列

3. Reflow Soldering：BTU98N

4.AOI 外观检测机

四. SMT 常用名称解释

SMT surface mounted technology (表面贴装技术)直接将表面黏着元器件贴装,焊接到印刷电路板表面规定位置上的组装技术.

SMD surface mounted devices (表面贴装组件) 外形为矩形片状,圆柱行状或异形,其焊端或引脚制作在同一平

面内,并适用于表面黏着的电子组件.

Reflow soldering (回流焊接)通过重新熔化预先分配到印刷电路板焊垫上的膏状锡膏,实现表面黏着组件端子或引脚与印刷电路板焊垫之间机械与电气连接.

Chip rectangular chip component (矩形片状元件) 两端无引线,有焊端,外形为薄片矩形的表面黏着元器件.

SOP small outline package(小外形封装) 小型模压塑料封装,两侧具有翼形或J形短引脚的一种表面组装元器件.

QFP quad flat pack (四边扁平封装) 四边具有翼形短引脚,引脚间距1.00,0.80,0.65,0.50,0.40,0.30mm等的塑料封装薄形表面组装集体电路.

BGA Ball grid array (球栅列阵) 集成电路的包装形式，其输入输出点是在组件底面上按栅格样式排列的锡球。

五. 组件包装方式.

料条(magazinestick)(装运管) - 主要的组件容器：料条由透明或半透明的聚乙烯(PVC)材料构成，挤压成满足现在工业标准的可应用的标准外形。料条尺寸为工业标准的自动装配设备提供适当的组件定位与方向。料条以单个料条的数量组合形式包装和运输。

托盘(tray) - 主要的组件容器：托盘由碳粉或纤维材料制成，这些材料基于专用托盘的最高温度率来选择的。设计用于要求暴露在高温下的组件(潮湿敏感组件)的托盘具有通常150°C或更高的耐温。托盘铸塑成矩形标准外形，包含统一相间的凹穴矩阵。凹穴托住组件，提供运输和处理期间对组件的保护。间隔为在电路板装配过程中用于贴装的标准工业自动化装配设备提供准确的组件位置。托盘的包装与运输是以单个托盘的组合形式，然后堆迭和捆绑在一起，具有一定刚性。一个空盖托盘放在已装组件和堆迭在一起的托盘上。

带卷(tape-and-reel) - 主要组件容器：典型的带卷结构都是设计来满足现代工业标准的。有两个一般接受的覆盖带卷包装结构的标准。EIA-481应用于压纹结构(embossed)，而EIA-468 应用于径向引线(radial leaded)

的组件。到目前为止，对于有源(active)IC的最流行的结构是压纹带(embossed tape).

六. 为什幺在表面贴装技术中应用免清洗流程？

1. 生产过程中产品清洗后排出的废水，带来水质、大地以至动植物的污染。

2. 除了水清洗外，应用含有氯氟氢的有机溶剂(CFC&HCFC)作清洗，亦对空气、大气层进行污染、破坏。

3. 清洗剂残留在机板上带来腐蚀现象，严重影响产品质素。

4. 减低清洗工序操作及机器保养成本。

5. 免清洗可减少组板(PCBA)在移动与清洗过程中造成的伤害。仍有部分组件不堪清洗。

6. 助焊剂残留量已受控制，能配合产品外观要求使用，避免目视检查清洁状态的问题。

7. 残留的助焊剂已不断改良其电气性能，以避免成品产生漏电，导致任何伤害。

8. 免洗流程已通过国际上多项安全测试，证明助焊剂中的化学物质是稳定的、无腐蚀性的

SMT工艺材料

表面组装材料则是指SMT装联中所用的化工材料,即SMT工艺材料.它主要包括以下几方面内容:锡膏.助焊膏

贴片胶等.

一.锡膏

锡膏是由合金焊料粉和糊状助焊剂均匀搅拌而成的膏状体.它是SMT工艺中不可缺少的焊接材料,广泛用于回流焊中.锡膏在常温下具有一定的粘性,可将电子元件初粘在既定的位置,在焊接温度下,随着溶剂和部分添加剂挥发,将被焊元件与PCB互联在一起形成永久连接.

目前涂布锡膏多数采用丝钢网漏印法,其优点是操作简便.快速印刷后即刻可用.但其缺陷是:1.

难保证焊点的可靠性,易造成虚焊.2.浪费锡膏,成本较高.

现在有用计算机控制的自动锡膏点涂机可以克服上述缺陷.

1.锡膏的化学组成

锡膏主要由合金焊料粉末和助焊剂组成.其中合金焊料粉末占总重量的85%---90%,助焊剂占10%---15%.

1)合金焊料粉末是锡膏的主要成分.常用的合金粉末如下:

Sn96.5%-Ag3.0%-Cu0.5% 熔解温度为:217

合金焊料粉末的形状.粒度和表面氧化程度对焊膏性能的影响很大.锡粉形状分成无定形和球形

两种, 球形合金粉末的表面积小,氧化程度低,制成的锡膏具有良好的印刷性能.锡粉的粒度一般在200—400目.

度愈小,粘度愈大;粒度过大,会使锡膏粘接性能变差;粒度太细,表面积增大,会使其表面含氧量增高.,也不宜采用.

下表是SMT引脚间距与锡粉颗粒的关系

引脚间距/mm 0.8以上0.65 0.5 0.4

颗粒直径/um 75以下60以下50以下40以下

2).助焊剂

助焊剂是锡粉的载体,其组成与通用助焊剂基本相同.为了改善印刷效果有时还需加入适量的溶剂.通过助焊剂中活性剂的作用,能清除被焊材料表面以及锡粉本身的氧化物,使焊料迅速扩散并附着在被焊金属表面.助焊剂的组成对锡膏的扩展性.润湿性.塌陷.粘度变化.清洗性.和储存寿命起决定性作用.

2).按助焊剂的活性分

无活性( R ) 中等活性(RMA) 活性(RA)

3).按清洗方式分

有机溶剂清洗型水清洗型免清洗型

3.使用注意事项

1).储存温度: 建议在冰箱内储存温度为5℃-10℃，请勿低于0℃。

2).出库原则：必须遵循先进先出的原则，切勿造成锡膏在冷柜存放时间过长。

3).解冻要求：从冷柜取出锡膏后自然解冻至少4个小时，解冻时不能打开瓶盖。

4).生产环境：建议车间温度为18~28℃,相对湿度在45%-65%RH的条件下使用。

5).搅拌控制：取已解冻好的锡膏进行搅拌。机器搅拌时间控制约3分钟（视搅拌机转速而定），手工搅拌约5分钟，以搅拌刀提起锡膏缓慢流下为准。

6).使用过的旧锡膏：开盖后的锡膏建议在12小时内用完，如需保存，请用干净的空瓶子来装，然后再密封放回冷柜保存。

7).放在钢网上的膏量：第一次放在钢网上的锡膏量，以印刷滚动时不要超过刮刀高度的1/2为宜，做到勤观察、勤加次数少加量。

8).印刷暂停时：如印刷作业需暂停超过40分钟时，最好把钢网上的锡膏收在瓶子里,以免变干造成浪费。

9).贴片后时间控制：贴片后的PCB板要尽快过回流炉，最长时间不要超过12个小时.

4.印刷作业时需要的条件

1)、刮刀；刮刀质材: 最好采用钢刮刀，有利于印刷在PAD上的锡膏成型和脱膜。

刮刀角度: 人工印刷为45-60度；机器印刷为60度。

印刷速度: 人工30-45mm/min；印刷机40mm-80mm/min。

印刷环境: 温度在23±3℃,相对湿度45%-65%RH。

2)、钢网；钢网开孔：根据产品的要求选择钢网的厚度和开孔的形状、比例。

QFP\CHIP：中心间距小于0.5mm和0402的CHIP需用激光开孔。

检测钢网：要每周进行一次钢网的张力测试,张力值要求在35N/cm以上。

清洁钢网: 在连续印刷5-10片PCB板时,要用无尘擦网纸擦拭一次。最好不使用碎布。

3)、清洁剂：IPA溶剂：清洁钢网时最好采用IPA和酒精溶剂，不能使用含氯成份的溶剂，因为会破坏锡膏的成份，影响整个品质。

二.助焊剂

1.助焊剂的特性:

助焊剂是SMT焊接过程中不可缺少的辅料.在波峰焊中,助焊剂和焊锡分开使用,而回流焊中,助焊剂则

作为焊膏的重要组成部分.焊接效果的好坏,除了与焊接工艺.元器件和PCB的质量有关外,助焊剂的选择是十分重要的.性能良好的助焊剂应具有以下作用:

(1).去除焊接表面的氧化物,防止焊接时焊锡和焊接表面的再氧化降低焊锡的表面张力.

(2) .熔点比焊料低,在焊料熔化之前,助焊剂要先熔化,才能充分发挥助焊作用.

(3) .浸润扩散速度比熔化焊料快,通常要求扩展在90%左右或90%以上.

(4) .粘度和比重比焊料小,粘度大会使浸润扩散困难,比重大就不能覆盖焊料表面.

(5) .焊接时不产生焊珠飞溅,也不产生毒气和强烈的刺激性臭味.

(6) .焊后残渣易于去除,并具有不腐蚀.不吸湿和不导电等特性.

(7) .不沾性,焊接后不沾手,焊点不易拉尖.

(8) .在常温下贮存稳定.

2.助焊剂的化学组成:

传统的助焊剂通常以松香为基体.松香具有弱酸性和热熔流动性,并具有良好的绝缘性.耐湿性.无腐蚀性.无毒性和长期稳定性,是不多得的助焊材料.

目前在SMT中采用的大多是以松香为基体的活性助焊剂.由于松香随着品种.产地和生产工艺的不同,其化学组成和性能有较大差异,因此,对松香优选是保证助焊剂质量的关键.

通用的助焊剂还包括以下成分:活性剂.成膜物质.添加剂和溶剂等.

a.活性剂:

活性剂是为了提高助焊能力而在焊剂中加入的活性物质.活性剂的活性是指它与焊料和被焊材料表面氧化物起化学反应以便清洁金属表面和促进润湿的能力.活性剂分为无机活性剂,如氯化锌.氯化铵等;有机活性剂,如有机酸及有机卤化物等.通常无机活性剂助焊性好,但作用时间长.腐蚀性大,不宜在电子装联中使用;有机活性剂作用柔和.时间短.腐蚀性小.电气绝缘性好,适宜在电子装联中使用.活性剂含量约为2%-10%,若为含氯化合物,其含氯量应控制在0.2%以下.

b.成膜物质:

加入成膜物质,能在焊接后形成一层紧密的有机膜,保护了焊点和基板,具有防腐蚀性和优良的电气绝缘性.常用的成膜物质有松香.酚醛树脂.丙烯酸树脂.氯乙烯树脂.聚氨酯等.一般加入量在10%-20%,加入过多会影响扩展率,使助焊作用下降.在普通家电或要求不高的电器装联中,使用成膜物质,装联后的电器部件不清洗,以降低成本,然而在精密电子装联中焊后仍要清洗.

c.添加剂:

添加剂是为适应工艺和环境而加入的具有特殊物理和化学性能的物质.常用的添加剂有: (1).调节剂: 为调节助焊剂的酸性而加入的材料,如三乙醇胺可调节助焊剂的酸度;在无机助焊剂加?入盐酸可抑制氧化锌生成.

(2).消光剂: 能使焊点消光,在操作和检验时克服眼睛疲劳和视力衰退.一般加入无机卤化物.无机

,有机酸及其金属盐类,如氯化锌.氯化锡.滑石.硬脂酸铜.钙等.一般加入量约5%.

(3).缓蚀剂: 加入缓蚀剂能保护印制板和无器件引线,具有防潮.防霉.防腐蚀性能,又保持了优良的

可焊性.用缓蚀剂的物质大多是含氮化物为主体的有机物. ?

(4).光亮剂: 能使焊点发光,可加入甘油.三乙醇胺等,一般加入量约为1%.

(5).阻燃剂: 为保证使用安全,提高抗燃性而加入的材料.

d.溶剂:

实用的助焊剂大多是液态的.为此必须将助焊剂的固体成分溶解在一定的溶剂里,使之成为均相溶液. 大多采用异丙醇和乙醇作为溶剂.

用作助焊剂中各种固体成分均具有良好的溶解性.

(1).对助焊剂中各种固体成分均具有良好的溶解性.

(2).常温下挥发程度适中,在焊接温度下迅速挥发.

(3).气味小.毒性小.

4.助焊剂的分类:

(1).按状态分有液态.糊状和固态三类.

(2).按用途分有涂刷.喷涂和浸渍三类. ?

(3).按助焊剂的活性大小分为未活化.低活化.适度活化.全活化和高度活化五类.