表面装贴工艺技术(1).ppt

表面组装工艺技术 西北大学信息科学与技术学院电子工程系 概论 课程基本情况介绍课程内容 表面组装工艺技术 课程主要学习现代电子产品组装技术 重点介绍表面贴 组 装技术所涉及的表面组装元器件 表面组装材料 表面组装工艺 表面组装设备等 同时简单介绍与微电子技术关系密切的薄膜电路和厚膜电路工艺 概论 选用教材 本课程选用的教材 表面组装工艺技术 是表面组装技术SMT SurfaceMountTechnology 系列教材的一部分 是电子工程类本科生有关电子产品组装工艺的专业课教材之一 本课程学习目的 通过本课程的学习 掌握表面组 贴 装工艺的基本流程 初步掌握表面贴装元件SMC SMD Surfacemountcomponents Surfacemountdevice 的结构和生产工艺 了解薄膜电路和厚膜电路的基本结构和原理 为从事电子产品及其组件的设计和制造打下一定的基础 学习目的 学习时间及考核 本课程的计划学习时间为36学时 9周内完成学习 每周4学时 课程考核为期末成绩60 期中成绩20 平时综合成绩20 含到课情况 课堂纪律 作业 学习目的 参考书籍1 实用表面安装技术与元器件 廖汇芳编电子工业出版社2 SMT工艺材料 周瑞山编四川省电子学会SMT专委会3 表面安装技术原理和实践 美 R P 普拉沙德著与本课程相关的课程 薄膜技术 微电子专业实验 和 电子产品组装技术 第一章表面组装技术的现状和发展 第二章SMT工艺流程与组装生产线 第三章SMT工艺材料 第七章SMA清洗工艺技术 第八章SMT检测与返修工艺 第六章SMT焊接工艺技术 第五章SMC SMD贴装工艺技术 第四章粘接剂和焊膏涂敷工艺技术 目录 1 1电子产品组装技术的发展历程1 1 1电子产品组装技术的诞生1904年弗莱明在真空中加热的电丝 灯丝 前加了一块板极 发明了第一只电子管 这种装有两个极的电子管称为二极管 利用新发明的电子管 可以给电流整流 此后不久 美国发明家德福雷斯特 在二极管的灯丝和板极之间加了一个栅板 从而发明了第一只真空三极管 第一章表面组装技术的现状和发展 1 1电子产品组装技术的发展历程真空三极管不仅反应更为灵敏 能够发出音乐或声音的振动 而且 集检波 放大和振荡三种功能于一体 因此 许多人都将三极管的发明看作电子工业真正的诞生起点 电子管的问世 推动了无线电电子学的蓬勃发展 到1960年前后 西方国家的无线电工业年产10亿只无线电电子管 电子管除应用于电话放大器 海上和空中通讯外 也广泛渗透到家庭娱乐领域 将新闻 教育节目 文艺和音乐播送到千家万户 军事工业中的飞机 雷达 火箭的发明和进一步发展 也有电子管的一臂之力 发展历程1 由于单个电子管无法实现复杂的电路功能 还需要其它元器件的配合 这样才能够形成完整的电路系统 实现预定的功能 由此促生了电子产品的组装技术 发展历程1 1 1 2电子产品组装技术的发展最早的组装技术靠导线连接元器件 属于第一代组装技术 为了使得产品的结构紧凑 便于维护 出现了用绝缘支架加金属铆钉作为过渡桥梁 连接元器件的第二代连接技术 桥联技术 产品连接效果如图 可以看出 由这种组装技术形成的产品体积是非常庞大的 发展历程1 发展历程2 1947年12月23日 世界第一只固体放大器 晶体管诞生了 电子技术发展史上一座里程碑晶体管的出现 是电子技术之树上绽开的一朵绚丽多彩的奇葩 同电子管相比 晶体管具有诸多优越性 发展历程2 晶体管的构件是没有消耗的 无论多么优良的电子管 都将因阴极原子的变化和慢性漏气而逐渐劣化 晶体管的寿命一般比电子管长100到1000倍 称得起永久性器件的美名 发展历程2 晶体管消耗电子极少 仅为电子管的十分之一或几十分之一 它不像电子管那样需要加热灯丝以产生自由电子 一台晶体管收音机只要几节干电池就可以半年一年地听下去 这对电子管收音机来说 是难以做到的 发展历程2 晶体管不需预热 一开机就工作 快速工作 例如 晶体管收音机一开就响 晶体管电视机一开就很快出现画面 电子管设备就做不到这一点 显然 在军事 测量 记录等方面 晶体管是非常有优势的 发展历程3 晶体管结实可靠 机械强度好 比电子管可靠100倍 耐冲击 耐振动 这都是电子管所无法比拟的 另外 晶体管的体积只有电子管的十分之一到百分之一 发热很少 可用于设计小型 复杂 可靠的电路 发展历程3 晶体管的制造工艺虽然复杂精密 但工序简便 有利于提高元器件的安装密度 正因为晶体管的性能如此优越 晶体管诞生之后 便被广泛地应用于工农业生产 国防建设以及人们日常生活中 发展历程4 晶体管的出现 使得电子产品的体积大大缩小 同时 也使电子产品的组装技术得到了发展 在对桥联技术进行改革的过程中 出现了以绝缘基板做为载体 金属薄膜做为导线的PCB板 从而诞生了第三代组装技术 通孔插装技术 THT ThroughHolePackagingTechnology 发展历程4 通孔插装技术 THT ThroughHolePackagingTechnology 是将元器件和焊接部位放在PCB板不同面的连接技术 形成的产品如图 这种组装技术使得电子产品的体积大为缩小 发展历程5 1 1 3表面组装技术的出现通孔插装技术由于元件面和焊接面不同 同时受导电线条宽度的限制 使得对于产品体积有特殊要求的军事 航天等领域的发展受到了限制 人们首先在缩小元器件体积方面进行探索 由此促成集成电路的诞生 这样使得电子产品组件的体积变得更小 发展历程5 由于无源元件 电阻 电容 电感等 体积的限制 使组件体积的缩小受到了限制 为此人们利用微电子技术的精细加工手段 制造出薄膜电路和厚膜电路 将无引线的元件连接起来 形成了现代表面组装技术的雏形 随着电子材料和工艺水平的发展提高 使得表面组装技术得到了飞速的发展 并成为现代电子产品组装的主要方式 发展历程5 表面组装技术的发展与表面组装元器件 SMC SMD 的发展是分不开的 元器件的小型化加快了组件 SMA 的小型化 组件小型化的要求又促进了元器件的小型化 1 2SMT及其工艺技术的内容与特点1 2 1SMT的内容SMT是SurfaceMountTechnology的缩写形式 译成表面安装技术 SMT工艺技术的内容与特点 美国是SMT的发明地 1963年世界出现第一只表面贴装元器件和飞利蒲公司推出第一块表面贴装集成电路以来 SMT已由初期主要应用在军事 航空 航天等尖端产品和投资类产品逐渐广泛应用到计算机 通讯 军事 工业自动化 消费类电子产品等各行各业 SMT工艺技术的内容与特点 自20世纪80年代以来 随着电子元器件向小型化 复合化 轻量化 多功能 高可靠 长寿命的方向变革 从而相继出现了各种类型的片式电子元器件 SMC SMD 导致了第四代组装技术即表面组装技术 SMT 的出现 SMT技术已成为国际上最热门的新一代电子组装技术 被誉为电子组装技术一次革命 SMT工艺技术的内容与特点 SMT定义 采用 粘 或者 贴 的方式 将无引线元器件 SMC SMD 固定到基板 PCB 指定位置的电子组装技术 1 2 2SMT的构成 SMT技术按照其产品构成由以下8个方面组成 表面组装元器件技术 组装基板技术 组装材料技术 组装工艺技术 组装设计技术 组装测试技术 设备技术和组装管理技术等 SMT技术技术范畴涉及到材料 制造 电子技术 检测与控制 系统工程等诸多学科 是一项综合性工程科学技术 按照生产流程可分为以下四个方面 组装元器件 组装基板 组装设计和组装工艺 本课程主要讲述工艺部分所涉及的内容 本课程学习的主要内容是组装材料选择 组装工艺设计 组装技术和组装设备 1 2 3SMT工艺技术的主要特点采用表面组装技术形成的电子产品 以下简称SMT产品 一般均具有元器件种类繁多 元器件在印刷电路板 PCB PrintedCircuitBoard 上高密度分布 引脚间距小 焊点微型化等特征 SMT组装焊接点既有机械性能要求又有电气 物理性能要求 与之对应的表面组装工艺技术除了其涉及的技术领域范围宽 学科综合性强的特征外 还具有下列特点 1 组装对象 元器件 多芯片组件 接插件等 种类多 2 组装精度和组装质量要求高 组装过程复杂及控制要求严格 3 组装过程自动化程度高 大多需借助或依靠专用组装设备完成 特点 4 组装工艺所涉及技术内容丰富且有较大技术难度 5 SMT及其元器件发展迅速引起的组装技术更新速度快等 特点 THT与SMT区别 1 2 4SMT和THT的比较SMT工艺技术的特点还可通过其与传统通孔插装技术 THT 的差别比较体现出来 从组装工艺技术的角度分析 SMT和THT的根本区别是 贴 和 插 二者的差别还体现在基板 元器件 组件形态 焊点形态和组装工艺方法各个方面 THT与SMT区别 具体表现在 THT采用有引线元器件 通过把元器件引线插入PCB上预先钻好的安装孔中 暂时固定后在基板的另一面采用波峰焊接等软钎焊技术进行焊接 形成可靠的焊点 建立长期的机械和电气连接 元器件主体和焊点分别分布在基板两侧 THT与SMT区别 采用SMT时 表面组装元件 器件 SMC SMD 无长引线 设计有焊接端子 外电极或短引线 在PCB或其它电路基板上则设计了相应于元器件焊接端子的平面图形 焊盘图形 THT与SMT区别 SMT是利用粘接剂或焊膏的粘性将SMC SMD上的焊接端子对准基板上的焊盘图形 把SMC SMD贴到电路基板的表面上 通过再流焊等焊接方法进行焊接 使元器件端子和电路焊盘之间建立牢固和可靠的机械与电气连接 元器件主体和焊点在基板同侧 两者的根本区别在于采用了外形结构和引脚形式完全不同的两种类型的电子元器件 发展趋势 1 3SMT工艺技术要求和技术发展趋势1 3 1SMT工艺技术要求随着SMT的快速发展和普及 其工艺技术日趋成熟 并开始规范化 发达国家针对SMT工艺技术制订了相应标准 我国也制订有 表面组装工艺通用技术要求 印制板组装件装联技术要求 电子元器件表面安装要求 等中国电子行业标准 发展趋势 表面组装工艺通用技术要求 对SMT生产线和组装工艺流程分类 对元器件和基板及工艺材料的基本要求 对各生产工序的基本要求 对储存和生产环境及静电防护的基本要求等内容进行了规范 SMT工艺设计和管理中以上述标准为指导来规范其技术要求 由于SMT发展速度很快 其工艺技术将不断更新 所以 在实际应用中要了解上述标准引用的适用性问题 发展趋势1 1 3 2SMT工艺技术发展趋势SMT工艺技术将会沿着以下几个方向发展 一是与新型表面组装元器件的组装需求相适应 二是与新型组装材料的发展相适应 三是与现代电子产品的品种多 更新快特性相适应 四是与高密度组装 三维立体组装 微机电系统组装等新型组装形式的组装需求相适应 发展趋势2 主要体现在 1 随着元器件引脚细间距化 0 3mm引脚间距的微组装设备及其工艺技术已趋向成熟 并正在向着提高组装质量和提高一次组装通过率方向发展 2 随着器件底部阵列化球型引脚形式的普及 与之相应的组装工艺及其检测 返修技术已趋向成熟 同时仍在不断完善之中 发展趋势2 3 为适应绿色组装的发展需求和无铅焊料等新型组装材料投入使用后的组装工艺需求 相关组装工艺技术研究正在进行之中 4 为适应多品种 小批量生产和产品快速更新的组装需求 组装工序快速重组技术 组装工艺优化技术 组装设计制造一体化技术等技术正在不断提出和正在进行研究之中 发展趋势2 5 为适应高密度组装 三维立体组装的组装工艺技术 是今后一个时期内需要研究的主要内容 6 有严格安装方位 精度要求等特殊组装要求的表面组装工艺技术 也是今后一个时期需要研究的内容 如微机电系统 MEMS 的表面组装等 组装元器件分类 1 4表面组装元器件介绍 增补内容 元器件是电子电路中具有独立电气功能的最小单元 如果把电子设备比做一个整体话 元器件就是组成电子设备这个整体的细胞 电子元器件包括电阻器 电容器 电感器 晶体管 集成电路 继电器 开关等几大类 组装元器件分类 习惯上 把电阻 电容 电感 开关等这类 不含有半导体PN结的电路单元称为元件 Component 把二极管 三极管 集成电路器件含有PN结的电路单元称为器件 Device 目前 在电子业中使用的电路组装技术有两种 传统的THT通孔 或穿孔 安装技术 ThroughHoleTechnology 新型SMT表面安装技术 SurfaceMounttenology 1 4 1表面组装元器件SMC的主要特点是 微小型化 无引线 或扁平 短小引线 适合在印制电路板上进行表面组装 SMC按其功能可为为无源 Inactive 有源 Active 和机电元件三类 有源元件 无源元件 电容 电阻 电感 机电元件 二极管 三极管 集成电路 开关等 电阻 电阻电阻器是组成电路的一种基本元件 在电路中 电阻器用来稳定和调节电流 电压 作分流器和分压器 也可作消耗电路的负载 电阻的种类繁多 按用途分为通用电阻 精密电阻 电位器等 根据封装方式分为通孔安装电阻和表面安装电阻两大类 其中在通孔安装电阻这类中 根据材料分为 碳膜电阻 金属膜电阻 绕线电阻等 根据引出线的形式又分为轴向安装方式 axial 和径向 radial 安装方式和双列直插式 DIP dualinlinepackage 排电阻 电阻 常用的电阻封装形式 电阻符号 各种电阻形式 电阻 片式电阻实物图 片式电阻结构图 片式电阻外形图 电阻 电容 电容器电容器由两个金属电极中间加一层绝缘材料构成 电容量反映了接收和容纳电荷的能力 电容的大小取决于两个极板相面对的面积 极板之间的距离以及介质的介电常数 电容器的基本性能 隔断直流 导通交流 在电路中具有交流耦合 旁路 滤波 信号调谐等作用 电容 电容器的类型固体介质电容器 云母电容器 涤纶电容器 陶瓷电容器 电解质电容器 铝电解电容器 钽电解电容器 电容 SMT电容器的类型SMT电容有两种封装形式 chip电容和钽电容一 chip电容结构与封装结构 片式电容通体一色 为土黄色 两端是金属可焊端 一般的片式电容器大多数是多层迭层结构 又称为MLC MULTILAYERCERAMICCAPACITY 由于片式陶瓷电容器的端电极 金属电极 介质三者的热膨胀系数不同 因此在焊接过程中生温速率不能太快 要特别注意预热 否则 易造成片式电容的损坏 钽电容 钽电容结构与封装钽电解电容器 简称钽电容 单位体积容量大 在容量超过0 33uF都采用钽电容 由于其电解质响应速度快 因此在需要高速工作的大规模集成电路中应用较多 钽电容是一种有极性的电容器 有斜坡的一端是正极 在使用时不能接反 电感 电感器凡能产生电感作用的元件统称为电感器 电感线圈有阻碍交流通过 导通直流的作用 在交流电路中作阻流 滤波 选频 退耦合等用 电感器的类型按电感的形式分 有固定电感线圈和可变线圈 按导磁体性质分 有空气线圈和磁芯 按工作性质分 有天线线圈 振荡线圈 低频扼流圈和高频扼流圈等 电感 电感器按工作波段分 有中波天线 短波天线 中频振荡和高频振荡线圈 电感线圈的结构电感线圈的结构通常由骨架 绕组 磁芯 屏蔽罩组成 线圈的用途不同 结构也有所不同 电感 常见几种电感的外形图 返回 有源元件 有源元件二极管三极管集成电路 二极管 二极管 二极管的种类与封装二极管是一种具有单向导电特性和非线性伏安特性的半导体器件 根据用途可分为检波二极管 混频二极管 开关二极管 整流二极管 稳压二极管 发光二极管等 根据材料可分有锗 硅 砷化钾二极管等 常用二极管的外型图 特别要说明的是 所有的二极管都有极性 安装时元件的正极对准PCB中二极管位置 标记 二极管负极对准PCB中二极管位置 标记 二极管 二极管 表面安装二极管表面安装的二极管有MELF 金属端接头无引线 封装和SOT 小外形晶体管 封装两种 MELF金属端接头封装见下图 色环端是元件的负极 SOT封装有SOT23 SOT89这两种外形23 89代表元件的尺寸 三极管 三极管 三极管的种类及封装晶体三极管由两个PN结组成 有PNP及NPN两种结构 这类晶体管工作时 半导体中的电子和空穴两种载流子同时都起主要作用 所以又叫双极性晶体管 习惯上称为晶体三极管 三极管在模拟电路的基本功能是起放大作用 在数字电路起开关作用 常用THT安装三极管外型图 三极管 三极管 三极管 表面安装三极管常见的封装形式有SOT23 SOT89和D形封装几种 其中SOT 23SOT 89最常用 这些两种外形都很小 型号没有印在表面上 为区别是三极管还是二极管 必须检查元件带上的标签 D形封装比较大 三极管的型号印在元件体外 表面安装三极管的外形图及封装形式 三极管 集成电路 IC集成电路 集成电路 是把完成特定功能的电阻 电容 二极管 三极管及其互连布线一起制作在一块半导体基片上 形成结构上紧密联系具有特定功能的整体电路 集成电路与分立元件电路相比 大大减小了电路的体积 重量 引出线和焊点数目 提高了电路性能和可靠性 一 集成电路的种类按功能分 按集成度分 可分为小规模 SSI 中规模 MSI 大规模 LSI 和超大规模 VLSI 集成电路 集成电路 IC集成电路 集成电路 是把完成特定功能的电阻 电容 二极管 三极管及其互连布线一起制作在一块半导体基片上 形成结构上紧密联系具有特定功能的整体电路 集成电路与分立元件电路相比 大大减小了电路的体积 重量 引出线和焊点数目 提高了电路性能和可靠性 一 集成电路的种类按功能分 按集成度分 可分为小规模 SSI 中规模 MSI 大规模 LSI 和超大规模 VLSI 集成电路 常见IC的封装方式 IC的封装方式分为PTH pinthroughhole 和SMT两大类 二 集成电路的封装形式及结构 常见IC的封装方式 常见IC的封装方式 表面组装元器件的封装形式 常见集成电路封装实物图 BGA TSSOP TQFP PLCC SOJ PQFP DIP SOP 返回 机电元件 机电元件 开关开关用来控制电路电流的通断或方向 常用开关的种类如下 1 铡刀开关 knife 仅仅控制电路的通断两