第一章表面组装元器件.ppt

1963年 菲利浦公司生产出第一片表面贴装集成电路 小外形集成电路SOIC 基于电子表对小型化的需求 表面贴装技术SMT SurfaceMountTechnology 应运而生 采用无引脚或短引脚的电子元器件直接安装在PCB的表面焊盘上 相对于有引脚的通孔安装而言 将新的组装技术称之为 表面贴装技术 SMT 表面组装技术 SMT 是无需对印制板钻插装孔 直接将片式元器件或适合于表面贴装的微型元器件贴 焊到印制板或其他基板表面规定位置上的装联技术 表面组装技术 的英文 SurfaceMountTechnolog 缩写为 SMT 电子元器件的发展推动SMT 20世纪70年代 消费类电子的迅猛发展 对电子产品的自动化生产提出了新的要求 针对SMT的电子元器件和生产设备得到了很快的发展 各种片式元件Chip 封装满足表面贴装用的半导体器件大量出现 丝网印刷机 自动贴片机 回流焊接系统装备到生产线 20世纪80年代 表面贴装元件SMC和表面贴装器件SMD的数量和品种剧增 价格大幅下调 SMT渗透到了航空航天 通信与计算机 汽车和医疗电子 办公自动化和家用电子等领域 同时SMT落户中国大陆 1 1SMT发展及特点 1 1 1表面组装技术的发展过程1 产生背景电子应用技术的发展 智能化 多媒体化 网络化对电路组装技术提出更高的要求 密度化 高速化 标准化表面组装技术 2 表面组装技术的发展史 1 20世纪60年代 问世美国 最早应用 注重投资类电子产品和军事装备日本 70年代从美国引进开始发展 注重消费类电子产品 80年代开始迅速发展 2 20世纪80年代 高速发展期 3 20世纪90年代 成熟期 我国表面组装技术的发展概况 1 20世纪80年代初开始起步彩电调谐器 成套引进 2 2000年后开始进入发展高峰期 3 截止2004年我国已经成为世界第一的SMT产业大国 4 2005年起进入调整转型期SMT强国 3 表面组装技术的发展趋势 1 元器件体积进一步小型化 2 进一步提高SMT产品的可靠性 3 新型生产设备的研制 4 柔性PCB表面组装技术的刚性固定 1 1 2SMT的组装技术特点1 SMT与THT ThroughHoleTechnology 比较 1 元器件的差别 2 焊点形态不同 3 基板 4 组装工艺 2 SMT技术的特点 1 元器件实现微型化 2 信号传输速度高 3 高频特性好 4 有利于自动化生产 提高成品率和生产效率 5 材料成本低 6 SMT技术简化了电子整机产品的生产工序 降低了生产成本 1 2SMT及SMT工艺技术的基本内容 1 2 1SMT主要内容 SMT 表面组装元器件 组装工艺 电路基板 组装设计 组装系统控制和管理 1 2 2SMT工艺技术基本内容 组装材料 涂敷材料 工艺材料 组装工艺设计 组装方式 工艺流程 工序优化设计 组装技术 涂敷技术 贴装技术 焊接技术 清洗技术 检测技术 组装设备 涂敷设备 贴装设备 焊接设备 清洗设备 测设设备 表面组装工艺技术 一 SMT技术的优势 1结构紧凑 组装密度高 体积小 重量轻 采用双面贴装时 组装密度达到5 5 20个 cm2 为插装元器件组装密度的5倍以上 从而使印制板面积节约60 70 以上 重量减轻90 以上 2高频特性好 无引线或短引线 寄生参数 电容 电感 小 噪声小 去偶合效果好 3耐振动抗冲击 SMT技术的优势 4有利于提高可靠性 焊点面接触 消除了元器件与PCB之间的二次互连 减少了焊接点的不可靠因素 SMT技术的优势 5工序简单 焊接缺陷极少 前提 设备 PCB设计 元器件 材料 工艺 6适合自动化生产 生产效率高 劳动强度低等优点 7降低生产成本 双面贴装起到减少PCB层数的作用 元件不需要成形 由于工序短节省了厂房 人力 材料 设备的投资 目前阻 容元件的价格已经与插装元件合当 甚至还要便宜 表面组装元器件 封装技术 制造技术 包装技术 基板技术 单 多层印制板 PCB 陶瓷基板 金属基板 组装材料 粘结剂 焊膏 焊丝 焊球 焊片 焊棒 阻焊剂 助焊剂 清洗剂 组装设计 电 结构 散热 高频 布线和元器件布局 焊盘图形和工艺性设计 组装设备 涂敷设备 贴装设备 焊接设备清洗设备 检测设备 修板工具 返修设备 组装工艺 贴装技术 焊接技术 清洗技术检测技术 返修技术 防静电技术 表面组装技术的组成 表面组装技术的组装类型 1 按焊接方式可分为再流焊和波峰焊两种类型a再流焊工艺 在PCB的焊盘上印刷焊膏 贴装元器件 从再流焊炉入口到出口大约需要5 6分钟就完成了干燥 预热 熔化 冷却全部焊接过程 印刷焊膏贴装元器件再流焊 b波峰焊工艺 用微量的贴片胶将片式元器件粘接在印制板上 然后插装分立元器件 最后与插装元器件同时进行波峰焊接 印刷贴片胶贴装元器件胶固化插装元器件波峰焊 2 按组装方式可分为全表面组装 单面混装 双面混装 见表1 表面组装元件 表面组装器件 的英文是SurfaceMountedComponents SurfaceMountedDevices 缩写为SMC SMD 以下称SMC SMD 表面组装元件也称片式元件 片状元件 表面贴装元件 表面组装元器件是指外形为矩形片式 圆柱形或异形 其焊端或引脚制作在同一平面内并适用于表面组装的电子元器件 第一章表面组装元器件 1 表面组装元器件 SMC SMD 介绍1 1表面组装元器件基本要求a元器件的外形适合自动化表面贴装 b尺寸 形状标准化 并具有良好的尺寸精度 c包装形式适合贴装机自动贴装要求 d具有一定的机械强度 e元器件焊端或引脚可焊性要求235 5 2 0 2s或230 5 3 0 5s 焊端90 沾锡 f符合再流焊和波峰焊的耐高温焊接要求 再流焊 235 5 10 15s 波峰焊 260 5 5 0 5s g可承受有机溶剂的洗涤 1 2表面组装元件 SMC 的外形封装 尺寸 主要参数及包装方式 表面组装元件 SMC 举例 SMC常用外形尺寸长度和宽度命名 来标志其外形大小 通常有公制 mm 和英制 inch 两种表示方法 如英制0805表示元件的长为0 08英寸 宽为0 05英寸 其公制表示为2012 或2125 即长2 0毫米 宽1 25毫米 b公制 mm 英制 inch 转换公式 25 4mm 英制 inch 尺寸 公制 mm 尺寸d表面组装电阻 电容标称值表示方法举例102十位和百位表示数值个位表示0的个数a片式电阻举例 片式电阻表面有标称值 102 表示1K 471 表示470 105 表示1M b片式电容举例 片式电容表面没有标称值 102 表示1000Pf 471 表示470Pf 105 表示1uf 表面组装电阻 电容的阻值 容值误差表示方法 阻值误差表示方法J 5 K 10 M 20 容值误差表示方法C 0 25PfD 0 5PfF 1 0PfJ 5 K 10 M 20 1 3表面组装器件 SMD 的外形封装 引脚参数及包装方式 QFPquadflatpackage 四侧引脚扁平封装 4边翼形引脚 间距一般为由0 3至1 0mm 引脚数目有32至360左右 有方形和长方形两类 视引脚数目 此类器件易产生引脚变形 虚焊和连锡缺陷 贴装时也要注意方向 种类和名称繁多 SMD常用器件封装介绍 BGA BallGridArray 球形触点陈列 比QFP还高的组装密度 体形可能较薄 接点多为球形 常用间距有1 1 2和1 5MM 一般焊接点不可见 工艺规范难度较高 因无法目视检验 多借助于AXI设备检测 PLCC plasticleadedchipcarrier 带引线的塑料芯片载体 引脚一般采用J形设计 16至100脚 间距采用标准1 27MM式 可使用插座 此类器件易产生方向错 打翻及引脚变形缺陷 SOP smallOut Linepackage 小外形封装 引脚从封装两侧引出呈海鸥翼状 L字形 主要有SOP VSOP SSOP TSOPTSOP比SSOP的引脚间距更小 此类器件易产生引脚变形及虚焊 连锡缺陷 SOJ SmallOut LineJ LeadedPackage J形引脚小外型封装 从体形上可看成是采用J形引脚的SOL系列 引脚数目从16至40之间 SOJ20 SOT SmallOutlineTransistor 小外形晶体管 组装容易 工艺成熟 SOT23封装最为普遍 其次是SOT143和 SOT223 受到欢迎 包装形式都为带装 Tape and Reel SOT23封装结构 必须注意方向性 SOT143 SOT23 SOT143 SOT25 SOT26 SOT89 DPAK D3PAK 晶体管封装器件 易产生打翻 方向错及飘移缺陷 二极管封装 常用封装有SOD和SOT23 此类器件易产生偏位 方向错缺陷 发光二极管LED 阻容类器件 J或C接脚 无接脚式 无接脚式 电阻 电容 极性标记 外形区别 此类器件易产生立碑缺陷 无接脚矩形元件封装 无引脚式 多连矩形电阻封装 电阻网络 端接点 采用LCCC式多端接点 体形采用标准矩形件 0603 0805和1206尺寸 也有采用新的SIP不固定长度封装的 SIP封装 矩形封装 端点间距一般0 8和1 27mm 易产生连锡和虚焊缺陷 电感器封装 常用封装 模塑式 多层式 常用封装 线绕式 其它无引源SMD封装 插座Connectors 表面组装元件的封装形式分类 片式元件类一般是指形状规则 两引出端的片式元件 主要有片式电阻 片式电容和片式电感 IPC J STD 020D 1标准名称 非密封型固态表面贴装组件的湿度回流焊敏感性分类 其它元器件 MOS管 插座 晶振 封装PACKAGE 元件本身的外形和尺寸 包装PACKAGING 成形元件为了方便储存和运送的外加包装 封装 SOT89 包装 TAPE AND REEL Base Collector Emitter Die wire 封装和包装 了解封装和包装有助于现场的质量控制 带式包装 有单边孔和双边孔 上料时注意进料角度 管式包装 常用在SOIC和PLCC包装上 添料时可能受人的影响 注意方向性 盘式包装 供体形较大或引脚较易损坏的元件如QFP BGA等器件使用 添料时注意方向性 Chip元件的发展动态 1 4表面组装元器件的焊端结构 无引线片式SMC元件端头三层金属电极示意图 无引线片式元件焊接端头电极一般为三层金属电极 其内部电极一般为厚膜钯银电极 由于钯银电极直接与铅锡焊料焊接时 在高温下 熔融的铅锡焊料中的焊锡会将厚膜钯银电极中的银食蚀掉 这样会造成虚焊或脱焊 俗称 脱帽 现象 因此在钯银电极外面镀一层镍 镍的耐焊性比较好 而且比较稳定 用镍作中间电极可起到阻挡层的作用 但是镍的可焊性不好 因此还要在最外面镀一层铅锡 以提高可焊性 1 5 2表面组装器件 SMD 的焊端结构表面组装器件的焊端结构可分为羽翼形 J形和球形 羽翼形J形球形图2表面组装器件 SMD 的焊端结构示意图羽翼形的器件封装类型有 SOT SOP QFP J形的器件封装类型有 SOJ PLCC 球形的器件封装类型有 BGA CSP FlipChip 无引线引线框架封装类型 QFN QuadFlatNo lead 无引线引线框架 新型元器件 BGA CSP的分类 PBGA plasticBGA塑料封装的BGACBGA ceramicBGA 陶瓷封装的BGACCGA ceramiccolumnBGA陶瓷柱状封装的BGATBGA tapeBGA载带球栅阵列CSP ChipScalePackaging芯片级封装 又称 BGA 封装尺寸 裸芯片 1 6表面组装元器件 SMC SMD 的包装类型表面组装元器件的包装类型有编带 散装 管装和托盘 1 6 1表面组装元器件包装编带表面组装元器件包装编带有纸带和塑料带两种材料 纸带主要用于包装片式电阻 电容的8mm编带 塑料带用于包装各种片式无引线元件 复合元件 异形元件 SOT SOP 小尺寸QFP等片式元件 纸带和塑料带的孔距为4mm 1 0 0 5mm以下的小元件为2mm 元件间距4mm的倍数 根据元器件的长度而定 编带的尺寸标准见表3 1 6 2散装包装散装包装主要用于片式无引线无极性元件 例如电阻 电容1 6 3管状包装主要用于SOP SOJ PLCC PLCC的插座 以及异形元件等 1 6 4托盘包装托盘包装用于QFP 窄间距SOP PLCC PLCC的插座等 编带 管装和托盘 1 7表面组装元器件的运输和存储 国际电工委员会IEC标准 不适合的运输和存储条件会导致元器件质量下降 引起可焊性差 造成各种焊接缺陷 1 运输条件 应带包装运输 避免超温 超湿以及机械力的影响 最低温度 40 温度变化 在 40 30 范围内 低压 30Kpa 压力变化 6Kpa min 运输时包装箱不可变形 并不应有直接作用在内部包装上的力 总共运输时间 指不在受控的存储时间 尽可能短 最好不超过10天 运输条件取决于电子元器件的敏感性 优先选择受控的货舱空运 不建议海运 2 存储条件 温度 40 30 相对湿度 10 75 总共存储时间 不应超过2年 从制造到用户使用 到用户手中至少有一年的使用期 在南方潮湿环境条件下 表面组装元器件存放周期一般在3个月以内 存储期间不应打开最小包装单元 SPU SPU最好保持原始包装 不要存储在有害气体和有害电磁场在环境中 3 使用时遵循先到先用的原则 4 静电敏感元器件 SSD 运输 存储 使用要求 a SSD运输过程中不得掉落在地 不得任意脱离包装 b 存放SSD的库房相对湿度 30 40 RH c SSD存放过程中保持原包装 若须更换包装时 要使用具有防静电性能的容器 d 库房里 在放置SSD器件的位置上应贴有防静电专用标签 防静电警示标志 e 发放SSD器件时应用目测的方法 在SSD器件的原包装内清点数量 1 8表面组装元器件使用注意事项 1 对具有防潮要求的SMD器件 打开封装后按照SMD潮敏等级规定的使用期限内必须使用完毕 如果不能使用完毕 应存放在 RH20 的干燥箱内 对已经受潮的SMD器件应按照规定作去潮烘烤处理 2 操作人员拿取SMD器件时应带好防静电手镯 3 运输 分料 检验 手工贴装等操作需要拿取SMD器件时尽量用吸笔操作 使用镊子时要注意不要碰伤SOP QFP等器件的引脚 预防引脚翘曲变形 SMD潮湿敏感等级 敏感性芯片拆封后置放环境条件拆封后必须使用的期限 标签上最低耐受时间 1级 30 90 RH无限期2级 30 60 RH1年2a级 30 60 RH4周3级 30 60 RH168小时4级 30 60 RH72小时5级 30 60 RH48小时5a级 30 60 RH24小时 1 设计在明细表