《表面安装技术》PPT课件

第五章焊接工艺,长江师范学院物理学与电子工程学院,Lecturer:杨恒E-mail:shanksyoungTelYANGTZENORMALUNIVERSITY,5.1焊接基础知识5.2焊接工具与材料5.3手工焊接工艺5.4浸焊与波峰焊5.5表面安装技术5.6无铅焊接技术5.7接触焊技术,第五章焊接工艺,YANGTZENORMALUNIVERSITY,5.5表面安装技术,第五章焊接工艺,表面安装技术,表面贴装技术SMT（SurfaceMountTechnology）有以下特点：1）贴装密度高、电子产品体积小、重量轻，贴片元件的体积和重量只有传统插装元件的1/10左右，一般采用SMT之后，电子产品体积缩小40%-60%，重量减轻60%-80%。2）可靠性高、抗振能力强。焊点缺陷率低。3）高频特性好。减少了电磁和射频干扰。4）易于实现自动化，提高生产效率。降低成本达30%-50%。,表面安装技术,表面组装元器件主要分为片式无源元件和有源器件两大类。它们的主要特点是：微型化、无引线（扁平或短引线），适合在PCB上进行表面组装。同时，一些机电元件，如开关、继电器、滤波器、延迟线、热敏和压敏电阻，也都实现了片式化。,表面安装技术,表面安装技术,从结构形状说，包括薄片矩形、圆柱形、扁平形等；从功能上分类为无源器件、有源器件和机电器件三类，见表5-2。,表面安装技术,表5-2面组装元器件按功能分类,表面安装技术,片式无源元件SMC包括片状电阻器、电容器、滤波器和陶瓷振荡器等。,（1）电阻器表面组装电阻器最初为矩形片状，20世纪80年代初出现了圆柱形。随着表面组装器件（SMD）和机电元件等向集成化、多功能化方向发展，又出现了电阻网络、阻容混合网络、混合集成电路等短小、扁平引脚的复合元器件。,表面安装技术,1）矩形片式电阻器。片式电阻根据制造工艺不同可分为两种类型，一类是厚膜型（RN型），另一类是薄膜型（RK型），其电阻温度系数分F、G、H、K、M五级。厚膜型是在扁平的高纯度Al2O3基板上网印电阻膜层，烧结后经光刻而成，精度高、温度系数小、稳定性好，但阻值范围较窄，适用精密和高频领域。薄膜电阻是在基体上喷射一层镍铬合金而成，性能稳定，阻值精度高，但价格较贵。,表面安装技术,基本结构如图5-3所示。电极一般采用三层电极结构：内层电极、中间电极和外层电极。内层为钯银（Pd-Ag）合金（05mil），它与陶瓷基板有良好的结合力。中间为镍层（05mil），它是防止在焊接期间银层的浸析。最外层为端焊头，不同的国家采用不同的材料，日本通常采用Sn-Pb合金，厚度为1mil，美国则采用Ag或Pd-Ag合金。,表面安装技术,图5-3表贴电阻器基本结构,表面安装技术,2）圆柱形片式电阻器。圆柱形片式电阻器的结构形状和制造方法基本上与带引脚电阻器相同，只是去掉了原来电阻器的轴向引脚，做成无引脚形式，因而也称为金属电极无引脚面接合MELF（MetalElectrodeLeadlessFace）。MELF主要有碳膜ERD型、高性能金属膜ERO型及跨接用的0电阻器3种，它是由传统的插装电阻器改型而来。电极不用插装焊接用的引线，而是要使电极金属化和涂覆焊料，以用于表面贴装。MELF吸取了现代制造技术的优点，因而其成本稍低于矩形片式电阻器。,表面安装技术,与矩形片式电阻器相比，MELF电阻器无方向性和正反面性，包装使用方便，装配密度高，固定到PCB上有较高的抗弯曲能力，特别是噪声电平和3次谐波失真都比较低，常用与高档音响电器产品中。,表面安装技术,3）标识方法。片状电阻器的阻值和一般电阻器一样，标称法就是在电阻体上，用三位数字来标明其阻值。它的第一位和第二位为有数字，第三位表示在有效数字后面所加“0”的个数，这一位不会出现字母。例如：“472”表示“4700”，“151”表示“150”。如果是小数，则用“r”表示小数点，并占用一位有效数字，其余两位是有效数字。例如：“2r4”表示“2.4”，“r15”表示“0.15”。,表面安装技术,（2）电容器电容器的基本结构十分简单，它是由两块平行金属极板以及极板之间的绝缘电介质组成。绝缘电介质的绝缘强度（V/mil，伏特/密耳，1密耳=0.001英寸）和厚度决定了电容器的最高直流耐压。,表面安装技术,1）瓷介质电容器。片式瓷介电容器有矩形和圆柱性两种。圆柱形是单层结构，生产量很少；矩形则少数为单层结构，大多数为多层叠层结构，又称MLC，有时也称独石电容器。,表面安装技术,矩形瓷介质电容器。单层盘形电容器为当今多层单片陶瓷电容器的基础，因为它改善了组装效率。在多层陶瓷电容器上，电极位于内部且与陶瓷介质交错放置。同时，两个电极在两端处裸露并连在电容器的端片上。,a）电容器结构,b）陶瓷电容器外形,表面安装技术,圆柱形瓷介质电容器。圆柱形瓷介质电容器的主体是一个被覆盖有金属内表面电极和外表面电极的陶瓷管。瓷管的外表面再涂覆一层树脂，在树脂上打印有关标记，这样就构成了圆柱形瓷介质电容器。,表面安装技术,2）片式钽电解电容器。钽电解电容器具有最大的单位体积容量，因而容量超过0.33F的表面组装元器件通常要使用钽电容器。钽电解电容器的电解质响应速度快，由于价格上的优势，适合在消费类电子设备中应用。片式钽电解电容器有矩形和圆柱形两大类。,表面安装技术,矩形钽电解电容器。固体钽电解电容器的结构如图5-5所示图5-6为钽电解电容实物。矩形钽电容外壳为有色塑料封装，一端印有深色标记线，为正极。在封面上有电容的容值及耐压值，一般有醒目的标志，以防用错。,表面安装技术,图5-5钽电解电容结构示意图,图5-6钽电解电容,表面安装技术,圆柱形钽电解电容器。圆柱形钽电解电容器由阳极、固体半导体阴极组成，采用环氧树脂封装。钽电解电容器主要用于铝电解电容器性能参数难以满足要求的场合，如要求电容器体积小、上下限温度范围宽、频率特性及阻抗特性好、产品稳定性高的军用和民用整机电路。,表面安装技术,3）铝电解电容器。如图5-7a所示。将正、负极按其中心轴卷绕，便构成了铝电解电容器的芯子，然后将芯子放大铝外壳封装，便构成了铝电解电容器。为了保持电解质溶液不泄漏、不干涸，在铝外壳的口部用橡胶塞进行密封，如图5-7b所示。,表面安装技术,图5-7铝电解电容器的构造,表面安装技术,表面贴装铝电解电容器实物如图5-8所示，在铝电解电容器外壳上的深色标记代表负极，容量值及耐压值在外壳上也有标注。铝电解电容器适合在直流或脉动电路中作整流、滤波和音频旁路使用。,图5-8表贴铝电解电容器,4）标识方法。片式电容表面印有英文字母及数字，它们均代表特定的数值，只要查到表格就可以估算出电容的容值，见表5-3。,表面安装技术,表面安装技术,表5-3片式电容容值系数,表面安装技术,（3）电感器片式电感器亦称表面贴装电感器，它与其他片式元器件（SMC及SMD）一样，是适用于表面贴装技术（SMT）的新一代无引线或短引线微型电子元件。其引出端的焊接面在同一平面上。,表面安装技术,从制造工艺来分，片式电感器主要有4种类型，即绕线型、叠层型、编织型和薄膜片式电感器。常用的是绕线式和叠层式两种类型。前者是传统绕线电感器小型化的产物；后者则采用多层印刷技术和叠层生产工艺制作，体积比绕线型片式电感器还要小，是电感元件领域重点开发的产品。,表面安装技术,表面安装技术,为适应SMT的发展，各类半导体器件，包括分立器件中的二极管、晶体管、场效应管，集成电路的小规模、中规模、大规模、超大规模、甚大规模集成电路及各种半导体器件，如气敏、色敏、压敏、磁敏和离子敏等器件，正迅速地向表面组装化发展，成为新型的表面组装器件（SMD）。,表面安装技术,（1）片状分立器件大多数表面组装分立组件都是塑料封装。功耗在几瓦以下的功率器件的封装外形已经标准化。目前常用的分立组件包括二极管、晶体管、小外形晶体管和片式振荡器等。对于SMD分立元件，典型SMD分立元件的外形如图5-10分立引脚外形示意图所示。,表面安装技术,二端SMD有二极管和少数晶体管器件，三端SMD一般为晶体管类器件，四至六端SMD大多封装了两只晶体管或场效应管。,a）2引脚b）3引脚c）4引脚d）5引脚e）6引脚,图5-10分立引脚外形示意图,表面安装技术,1）二极管。其外壳有的用玻璃封装，塑料封装等。用于表面组装的二极管有3种封装形式。如图5-11所示。第一种是圆柱形的无引脚二极管，其封装结构是将二级管芯片装在具有内部电极的细玻璃管中，玻璃管两端装上金属帽作正负电极。外形尺寸有1.5mm3.5mm和2.7mm2mm两种。,表面安装技术,a）圆柱形二极管,b）塑料矩形薄片,c）SOT-23封装二极管,图5-11二极管封装形式,表面安装技术,第二种片状二极管为塑料封装矩形薄片，外形尺寸为3.8mm1.5mm1.1mm，可用在VHF（VeryHighFrequency，甚高频）频段到S频段，采用塑料编带包装。第3种是SOT23封装形式的片状二极管，多用于封装复合二极管，也用于封装高速开关二极管和高压二极管。片状二极管极性的标识同传统二极管相似，一般情况有颜色的一端就是负极。,表面安装技术,2）晶体管。一般封装尺寸小的大都是小功率晶体管，封装尺寸大的多为中功率晶体管。片状晶体管很少有大功率管。片状极管有3引脚的，也有4-6个引脚的，其中3引脚的为小功率普通晶体管，4引脚的为双栅场效应管或高频晶体管，而5-6引脚的为组合晶体管。,表面安装技术,小外形塑封晶体管SOT（SmallOutlineTransistor），又称作微型片式晶体管，通常是一种三端或四端器件，主要用于混合式集成电路中，被组装在陶瓷基板上。小外形晶体管主要包括SOT-23、SOT-89和SOT-143等。如图5-12所示。,表面安装技术,a）SOT-23封装二极管b）SOT-89封装晶体管c）SOT-143封装晶体管,图5-12晶体管封装形式,表面安装技术,SOT-23。SOT-23是通用的表面组装晶体管，其外部结构如图5-12a所示。SOT-23封装有三条翼形引脚，引脚材质为42号合金，强度好，但可焊性差。常见为小功率晶体管、场效应管、二极管和带电阻网络的复合晶体管。SOT-23表面均印有标记，通过相关半导体器件手册可以查出对应的极性、型号与性能参数。SOT-23采用编带包装，现在也普遍采用模压塑料空腔带包装。,表面安装技术,SOT-89。其外部结构图如图5-12b所示。SOT-89的集电极、基极和发射极从管子的同一侧引出，管子底面有金属散热片和集电极相连。SOT-89具有3条薄的短引脚分布在晶体管的一端，通常用于较大功率的器件。在25的空气中，它可以耗散500mW的热量，这类封装常见于硅功率表面组装晶体管。,表面安装技术,SOT-23、SOT-89和SOT-143最常见的提供方式是采用EIA标准RS-481的编带或卷盘形式供应。其中，最流行的是带有放置器件的模压凹槽的导电带。这些封装是惟一采用波峰焊和再流焊两种方法焊接的有源器件。其余的有源器件，如SOIC和PLCC，大都只用再流焊进行焊接。这些类型的封装在外形尺寸上略有差别，产品的极性排列和引脚也基本相同，具有一定的互换性。,表面安装技术,片状晶体管的极性标识一般是这样的：将器件有字模的一面对着自己，又一只引脚的一端朝上，上端为集电极，下左端为基极，下右端为发射极。,表面安装技术,（2）片状集成电路SMD集成电路包括各种数字电路和模拟电路的SSIULSI集成电路器件。集成电路封装不仅起到集成电路芯片内键合点与外部进行电气连接的作用，也为集成电路芯片提供了一个稳定可靠的工作环境，对集成电路芯片起到机械和环境保护的作用，从而使得集成电路芯片能发挥正常的功能。,表面安装技术,与传统的双列直插、单列直插式集成电路不同，商品化的SMD集成电路按照它们的封装方式，可以分为以下几类。,表面安装技术,1）小外形集成电路。小外形集成电路SOIC又称小外形封装SOP或小外形SO，在日本被称为小型扁平封装器件，它由双列直插式封装DIP演变而来，是DIP集成电路的缩小形式。它采用双列翼形引脚结构，中心距为0.05in。小外形集成电路常见于线性电路、逻辑电路、随机存储器等单元电路中。如图5-13所示。,表面安装技术,a）SOJ封装b）SOP封装c）TSOP封装,图5-13SOIC封装,表面安装技术,J形引脚的SOIC又称SOJ，这种引脚结构不易损坏，且占用PCB面积较小，能够提高装配密度。与J形引脚封装相比，SOIC在装卸搬运过程中需要格外小心，以防损坏引脚。翼形引脚的SOP封装特点是引脚容易焊接，在工艺过程中检测方便，但占用PCB的面积较SOJ大。由于SOJ能节省较多的PCB面积，采用这种封装能提高装配密度，因而集成电路表面组装采用SOJ的比较多。,表面安装技术,与DIP相比，SOIC占用PCB的面积比较小，重量比DIP减轻了1/91/3。与PLCC相比，当引脚数少于20时，小外形集成电路可以节省更大的覆盖面积，而且焊点也较容易检验。多数数字逻辑电路和各种线性电路都采用这种封装形式,表面安装技术,SOIC中引脚1的位置与DIP的相同。SOIC视外形、间距大小采用以下几种不同的包装方式：塑料编带包装，带宽分别为16mm、24mm和44mm；32mm粘接式编带包装；棒式包装和托盘包装。,表面安装技术,2）无引脚陶瓷芯片载体（LCCC）。陶瓷芯片载体封装的芯片是全密封的，具有很好的环境保护作用，一般用于军品中。陶瓷芯片载体分为无引脚和有引脚两种结构，前者称为LCCC，后者成为LDCC（LeadedCeramicChipCarrier）。由于LCCC没有金属线，若直接组装在有机电路板上，则会由于温度、热膨胀系数不同，而在焊点上造成应力，甚至引起焊点开裂，因而有LDCC的出现。,表面安装技术,LDCC用铜合金或可代合金制成J形或翼形引脚，焊在LCCC封装体的镀金凹槽端点，而成为有引脚陶瓷芯片载体。由于在这种附加引脚的工艺复杂繁琐，成本高且不适于大批量生产，故目前这类封装很少采用。,表面安装技术,LCCC芯片载体封装的特点是没有引脚，在封装体的四周有若干个城堡状的镀金凹槽，作为与外电路连接的端点，可直接将它焊到PCB的金属电极上。这种封装因为无引脚，故寄生电感和寄生电容都较小。同时，由于LCCC采用陶瓷基板作为封装，密封性和抗热应力都较好。但LCCC成本高，安装精度高，不宜规模生产，仅在军事及高可靠领域使用的表面组装集成电路中采用，如微处理单元、门阵列和存储器等。如图5-14所示。,表面安装技术,a）LCCC外形b）LDCC外形c）LCCC底视图,图5-14LCCC封装,表面安装技术,LCCC的电极中心距主要有1.0mm和1.27mm两种，其外形有矩形和方形。常用矩形LCCC有18、22、28和32个电极数，方形LCCC则有16、20、24、28、44、52、68、84、109、124和156个电极数。,表面安装技术,LCCC封装有依靠空气散热和通过PCB基板散热两种类型。安装时可直接将LCCC贴装在PCB上，封装体盖板无论朝上或朝下都可以。盖板的朝向是对器件芯片背面而言的，芯片背面是封装热传导的主要途径。当芯片背面朝向PCB基板时，器件产生的热量主要通过基板传导出去。因此，采用盖板朝上的LCCC封装，不宜用空气对流冷却系统。,表面安装技术,3）塑封有引脚芯片载体。有引脚塑料芯片载体PLCC也是由DIP演变而来的，相对于陶瓷芯片载体，它是一种较便宜的芯片载体形式。PLCC几乎是引脚数大于40的塑料封装DIP所必须替代的封装形式。如图5-15所示。,a）外形图b）引脚排列图c）84引脚的PLCC封装,图5-15PLCC封装,表面安装技术,PLCC采用的是在封装体的四周具有下弯曲的J形短引脚，其间距为0.05in，如图5-15a所示。由于PLCC组装在电路基板表面，不必承受插拔力，故一般采用铜材料制成，这样可以减小引脚的热阻柔性。当组件受热时，还能有效地吸收由于器件和基板间热膨胀系数不一致而在焊点上造成的应力，防止焊点断裂。但这种封装的IC被焊在PCB上后，检测焊点比较困难。PLCC的引脚数一般为数十至上百条，这种封装一般用在计算机微处理单元IC、专用集成电路ASIC、门阵列电路等处。,表面安装技术,每种PLCC表面都有标记点定位，以供贴片时判断方向，使用PLCC时要特别注意引脚的排列顺序。与SOIC不同，PLCC在封装体表面并没有引脚标识，它的标识通常为一个斜角，如图5-15b所示。一般将此标识放在向上的左手边，若每边的引脚数为奇数，则中心线为1号引脚；若每边引脚为偶数，则中心两条引脚中靠左的引脚为1号。通常以标识处开始计算引脚的起止。,表面安装技术,4）方形扁平封装。QFP是专用为小引脚间距表面组装IC而研制的新型封装形式。QFP是适应IC容量增加、I/O数量增多而出现的封装形式，目前已被广泛使用，常见封装为门阵列的ASIC器件。,表面安装技术,QFP引脚用合金制成，引脚的中心距有1.0mm、0.8mm、0.6mm三种使用最普通，0.5mm、0.3mm的也已普及应用。引脚形状有翼形、J形和I形。J形引脚的QFP又称QFJ。QFP的封装结构如图5-16所示。QFP封装由于引脚数多，接触面较大，因而具有较高的焊接强度。但在运输、贮存和安装中，引脚易折弯和损坏，使封装引脚的共面度发生改变，影响器件引脚的共面焊接，因而在使用中要特别注意。,表面安装技术,a）QFP外形b）带脚垫QFPc）QFP引线排列,图5-16QFP封装,表面安装技术,方形封装的主要优点在于它能使封装具有高密度，0.6mm引脚中心距对封装的互连数超过PLCC的两倍，从而大大地改善了封装密度。方形封装有某些局限性。就是在运输、操作和安装时，引脚易损坏，引脚共面度易发生畸变。尤其是角处的引脚更易损坏，且薄的本体外形易于碎裂。在装运中，把每一只封装放入相应的载体，从而把引脚保护起来，这又使得成本显著增加而超过管式或卷带式包装。在组装工艺中，也必须使用专门的自动放置设备。,表面安装技术,为了避免方形封装的这些问题，美国开发了一种特殊的QFP器件封装，其鸥翼形引脚中心间距为0.025in，可容纳的引脚数为44244个，这种封装突出的特征是：它有一个角垫减振，一般外形比引脚长3mil，以保护引脚在操作、测试和运输过程中不至损坏。因此，这种封装通常称作“垫状”封装。焊盘超出引脚至少10mil，以便形成焊点，PCB所占空间并不因这种角垫减振的存在而浪费，这就允许封装以卷带式或管式输送而不损坏引脚，其结构如图5-16b所示。除了这些“耳朵”以外，其本体尺寸和PLCC一致。,表面安装技术,5）BGA封装。BGA即球栅阵列，特点主要包括：芯片引脚不是分布在芯片的周围而是在封装的底面，实际是将封装外壳基板四面引出脚变成以面阵布局的Pb-Sn凸点引脚，I/O端子间距大（如1.0mm、1.27mm、1.5mm），可容纳的I/O数目多（如1.27mm间距的BGA在25mm边长的面积上可容纳350个I/O端子，而0.5mm间距的QFP在40mm边长的面积上只容纳304个I/O端子）；I/O引脚数虽然增多，但引脚之间的距离远大于QFP方式，提高了成品率；封装可靠性高，焊点缺陷率低，焊点牢固；,表面安装技术,虽然BGA的功耗增加，但由于采用眼来观察，当引脚间距小于0.4mm时，对中与焊接十分困难，而BGA芯片的端子间距较大，借助对中放大系统，对中与焊接都不困难；焊接共面性较QFP容易保证，因为焊料在融化后可以自动补偿芯片与PCB之间的平面误差，可靠性大大提高；有较好的电特性，特别适合在高频电路中使用；由于端子小，导体的自感和互感很低，频率特性好；,表面安装技术,再流焊时，焊点之间的张力产生良好的自动对中效果，允许有50%的贴片精度误差；信号传输延迟小，适应频率大大提高；能与原有的SMT贴装工艺和设备兼容，原有的丝印机、贴装机和再流焊设备都可使用。,表面安装技术,BGA通常由芯片、基座、引脚和封壳组成。按引脚排列分类，分为球栅阵列均匀分布、球栅阵列交错分布、球栅阵列周边分布、球栅阵列带中心散热和接地点的周边分布等；依据基座材料不同，BGA可分为塑料球栅阵列PBGA（PlasticBallGridArray）、陶瓷球栅阵列CBGA（CeramicBallGridArray）、陶瓷柱栅阵列CCGA（CeramicColummGridArray）和载带球栅阵列TBGA（TapeBallGridArray）4种。,表面安装技术,PBGA。PBGA是目前应用最广泛的一种BGA器件，主要应用在通信产品和消费产品上，其结构如图5-17所示。,a）PBGA引脚部分分布,b）PBGA结构图,图5-17PBGA封装图,表面安装技术,PBGA的包装一定要使用密封方式，包装开封后应在规定的时间内完成贴装与焊接，如果超过了规定的时间，贴装前应将器件烘干后使用。,表面安装技术,CBGA。CBGA是为了解决PBGA吸潮性而改进的品种。CBGA的芯片连接在多层陶瓷载体的上面，芯片与多层陶瓷载体的连接可以有两种形式：一种是芯片线路层朝上，采用金属丝压焊的方式实现连接；另一种是芯片的线路层朝下，采用倒装片结构方式实现芯片与载体的连接。CBGA的外形尺寸及包装与PBGA相同。,表面安装技术,CCGA。CCGA是CBGA在陶瓷尺寸大于32mm32mm时的另一种形式。与CBGA不同的是，在陶瓷载体的小表面连接的不是焊球，而是焊料柱。焊料柱阵列可以是完全分布或部分分布，常见的焊料柱直径约为0.5mm，高度约为2.21mm，柱阵列间距典型值为1.27mm，如图5-18所示。CCGA的外形尺寸和包装也与PBGA相同。,表面安装技术,图5-18CCGA外形图,图5-19TBGA外形图,表面安装技术,TBGA。TBGA是BGA相对较新的封装类型，其外形如图5-19所示。焊球通过采用类似金属丝压焊的微焊接工艺连接到过孔焊盘上，形成焊球阵列。TBGA的焊球直径约0.65mm，典型的焊球间距有1.0mm、1.27mm和1.5mm几种。TBGA的外形尺寸与PBGA相同。,表面安装技术,6）CSP。是封装尺寸与裸芯片相同或封装尺寸比裸芯片稍大（通常封装尺寸与裸芯片之比定义为1.2：1）。CSP外端子间距大于0.5mm，并能适应再流焊组装。CSP的封装结构如图5-20所示。无论是柔性基板还是刚性基板，CSP封装均是将芯片直接放在凸点上，然后由凸点连接引线，完成电路的连接。,表面安装技术,a）CSP基本结构b）柔性基板封装CSP结构,c）刚性基板封装CSP结构,图5-20CSP结构,表面安装技术,CSP器件具有的优点包括：CSP是一种有品质保证的器件，即它在出厂时半导体制造厂家均经过性能测试，确保器件质量是可靠的（KGD）；封装尺寸比BGA小（如Xilinx公司的XC953b新封装，尺寸为7mm7mm，有48个I/O引脚，中心间距为0.8mm；美国国家半半导体公司的双运算放大器采用CSP封装，尺寸为1.6mm1.6mm，有8个I/O引脚，中心间距为0.5mm）；安装高度低，可达1mm；,表面安装技术,CSP比BGA更平，更易于贴装，贴装公差小于0.3mm；它比QFP提供了更短的互联，因此电性能更好，即阻抗低、干扰小、噪声低、屏蔽效果好，更适合在高频领域应用；具有高导热性。CSP技术封装的内存条如图5-21所示。可以看出，采用CSP技术后，内存颗粒所占用的PCB面积大大减小。,图5-21CSP封装的内存条,表面安装技术,表面组装元器件包装形式直接影响组装生产的效率，必须结合贴装机送料器的类型和数目进行优化设计。表面组装元器件的包装形式主要有4种，即编带、管装、托盘和散装。,表面安装技术,表面安装技术,（1）密度锡和铅混合时，总体积几乎等于分体积之和，即不收缩不膨胀。,表面安装技术,（2）粘度与表面张力锡铅焊料的粘度与表面张力是焊料的重要性能，通常优良的焊料应具有低的粘度和表面张力，这对增加焊料的流动性及被焊金属之间的润湿性是非常有利的。锡铅焊料的粘度与表面张力与合金的成分有密切关系，合金成分与粘度及表面张力的关系见表5-4。,表面安装技术,表5-4锡铅合金配比与表面张力及粘度关系（280测试）,表面安装技术,（3）锡铅合金的电导率不同配比的锡铅合金电导率见表5-5。,表面安装技术,（4）热膨胀系数（CTE）在0100之间，纯锡的CTE是23.5106，纯铅的CTE是29106，63Sn37Pb合金的CTE是24.5106，从室温升温到183，体积会增大1.2%，而从183降到室温，体积的收缩却为4%，故锡铅焊料焊点冷却后有时有微微的缩小现象。在25100的温度范围内，Cu6Sn5的CTE约为20.0106，Cu3Sn的CTE是18.4106，可见，Cu3Sn与63Sn37Pb的CTE之差为最大，这也是Cu3Sn易引起焊点缺陷的内因。,表面安装技术,目前无铅焊料仍是以锡主体的焊料，因此在类焊料中仍含有微量的铅。无铅焊料无统一的标准。欧盟EUELVD协会的标准是：Pb质量含量0.1%；美国JEDEC协会的标准是：Pb质量含量0.2%；国际标准组织（ISO）提案，电子装联用焊料合金中铅质量含量应低于0.1%。,表面安装技术,无论是0.1%还是0.2%均是很低的数值。所以目前国际公认的无铅焊料的定义为：以Sn为基体，添加了其他金属元素，而Pb的含量在0.10.2wt%（wt%重量百分比）以下的主要用于电子组装的软钎料合金。,目前应用最多的用于再流焊的无铅焊料是三元共晶或近共晶形式的Sn-Ag-Cu焊料。Sn（34wt%）Ag（0.50.7wt%）Cu（wt%重量百分比）是可接受的范围，其熔点为217左右。Sn-Ag-Cu合金，相当于在Sn-Ag合金里添加Cu，能够在维持Sn-Ag合金良好性能的同时稍微降低熔点。因此Sn-Ag-Cu合金已成为国际上应用最多的无铅合金。,表面安装技术,表面安装技术,焊膏是将焊料粉末与具有助焊功能的糊状焊剂混合而成的，通常合金焊料粉末比例占总的重量的85%90%左右，占体积的50%左右，其余是化学成分。如图5-25所示。焊膏是一个复杂的物料系统，制造焊膏需涉及到流体力学、金属冶炼学、有机化学、物理学等综合知识。锡膏的包装外观如图5-26所示。,表面安装技术,下面详细介绍几类常用的焊膏,图5-25焊粉与助焊剂的重量比与体积比,图5-26锡膏包装外观,表面安装技术,表面安装技术,贴片胶又叫粘合剂。在混合组装中把表面组装元器件暂时固定在PCB的焊盘图形上，以便随后的波峰焊接等工艺操作得以顺利进行；在双面表面组装情况下，辅助固定表面组装元器件，以防翻板和工艺操作中出现振动时导致表面组装元器件掉落。因此，在贴装表面组装元器件前，就要在PCB上设定焊盘位置涂敷贴片胶。,表面安装技术,贴片胶其主要成分为：基本树脂、固化剂和固化剂促进剂、增韧剂、填料等。为了使贴片胶具有明显区别PCB的颜色，需要加入色料，通常为红色，因此贴片胶又俗称红胶。常用的表面安装贴片胶主要有两类，即环氧树脂和聚炳烯类。,表面安装技术,手工贴片所使用的工具一般有吸笔、贴片台和BGA专用贴装系统，为了保证贴片效率和品质，需要根据元件的封装类型选择合适的工具。吸笔是一种跟自动贴片机的贴装头很相似的工具，它的头部有一个用真空泵控制的吸盘，在笔杆的中部有一个小孔，当用手指堵塞小孔时，头部的负压把元件从料盒里吸起，当手松开时，元件就被释放到电路板上。吸笔主要用于贴装尺寸比较小的元件，如果贴装大型的芯片，则需要使用贴片台。,表面安装技术,贴片台是将吸笔固定在贴装头上，起稳定作用，吸取头的真空靠手动按钮控制，它比吸笔有更高的精度和稳定性，配合微调台可以保证贴片的准确性。贴片台主要用于贴装引脚多，引脚间距比较小的芯片，如QFP，TSOP等。如果芯片的封装是BGA形式，那么需要使用BGA专用贴装系统。BGA专用贴装系统是贴片台与对准系统的组合，它通过光学棱镜将BGA焊锡球与PCB焊盘对准，实现准确贴装。,表面安装技术,焊接工具需要有的铜头小烙铁，有条件的可使用温度可调和带保护的焊台，注意烙铁尖要细，顶部的宽度不能大于。一把尖头镊子可以用来移动和固定芯片以及检查电路。还要准备细焊丝和助焊剂、异丙基酒精等。使用助焊剂的目的主要是增加焊锡的流动性，这样焊锡可以用烙铁牵引，并依靠表面张力的作用光滑地包裹在引脚和焊盘上。在焊接后用酒精清除板上的焊剂。,表面安装技术,表面安装技术,手工焊接是一名电子工程技术人员的基本技能，最常见的手工焊接有两种：接触焊接与热风焊接。,表面安装技术,表面安装技术,下面以常见的PQFP封装芯片为例，介绍表面贴装元件的基本焊接方法。,表面安装技术,拆焊过程就是将返修器件从已固定好的SMT组件的PCB上取下，其最基本的原则就是不损坏或损伤被拆器件本身、周围元器件和PCB焊盘。加热控制是拆焊过程中的一个关键因素，焊料必须完全熔化，以免在取走元器件时损伤焊盘。与此同时，还要防上PCB加热过度，不应该因加热而造成PCB扭曲。先进的返修系统采用计算机控制加热过程，使之与焊膏制造厂商给出的规格参数尽量接近，并且应采用顶部和底部组合加热方式。,表面安装技术,底部加热用以升高PCB的温度，而顶部加热则用来加热元器件，元件器加热时有部分热量会从返修位置传导流走。而底部加热则可以补偿这部分热量而减少元器件在上部所需的总热量，另外，使用大面积底部加热器可以消除因局部加热过度而引起的PCB扭曲。同时，经验证明拆焊过程中防止临近元件加热也很重要。因为将焊点加热到熔点以下温度的后果可能实际上影响到焊接点的可靠性，元件内的温度梯度大于25OC可能在过高温度下发生损害。一个好的经验是：在返修期间任何时候使得返修区域没有相邻元件会受热高于150OC，其次尽量选择能密封住拆焊元件而不影响相邻元件的加热喷嘴。,表面安装技术,拆卸被返修器件所要设置的温度曲线是非常重要的一个环节。加热曲线应精心设置，先预热，然后使焊点回焊。好的加热曲线能提供足够但不过量的预热时间，以激活助焊剂，时间太短或温度太低则不能做到这一点。正确的再流焊温度和高于此温度的停留时间非常重要，温度太低或时间太短会造成浸润不够或焊点开路。温度太高或时间太长会形成金属互化物。设计最佳加热曲线最常用的方法是将一根热电偶放在返修位置焊点处，先推测设定一个最佳温度值、温升率和加热时间，然后开始试验，并把测得的数据记录下来，将结果与所希望的曲线相比较，根据比较情况进行调整。这种试验和调整过程可以重复多次，直至获得理想的效果。,表面安装技术,一旦加热曲线设定好，就可准备取走元器件，返修系统应保证这部分工艺尽可能简单并具有重复性。加热喷嘴对准好元器件以后即可进行加热，一般先从底部开始，然后将喷嘴和元器件吸管分别降到PCB和元器件上方，开始顶部加热。加热结束时许多返修工具的元器件吸管中会产生真空，吸管升起将元器件从板上提起。在焊料完全熔化以前吸起元器件会损伤板上的焊盘，“零作用力吸起”技术能保证在焊料液化前不会取走元器件。至此，就完成了被返修元器件的拆焊。,表面安装技术,球栅阵列封装取下之后需要进行锡球重整，该过程通常又称为植球。BGA封装类的器件从PCB上取下时总会有一些锡球保留在器件上，另一些留在焊盘上。残留在焊盘上的锡球通常是像焊锡冰柱一样，如果要求仍然将该类器件重新安装于PCB上时，要求进行全部的锡球重整和PCB焊盘的清理准备。因此，BGA类封装器件的返修极为繁琐，过程有以下几个步骤。,表面安装技术,用烙铁将PCB焊盘残留的焊锡清理干净、平整，可采用拆焊编织带和扁铲形烙铁头进行清理，操作时注意不要损坏焊盘和阻焊膜。用专用清洗剂将助焊剂残留物清洗干净。,表面安装技术,一般情况采用高沾度的助焊剂，起到粘接和助焊作用，应保证印刷后助焊剂图形清晰、不漫流。有时也可以采用焊膏代替，采用焊膏时焊膏的金属组分应与焊球的金属组分相匹配。印刷时采用BGA专用小模板，模板厚度与开口尺寸要根据球径和球距确定，印刷完毕必须检查印刷质量，如不合格，必须清洗后重新印刷。,表面安装技术,选择焊球时要考虑焊球的材料和球径的尺寸。目前PBGA焊球的焊膏材料一般都是63Sn/37Pb，与目前再流焊使用的材料是一致的，因此必须选择与BGA器件焊球材料一致的焊球。焊球尺寸的选择也很重要，如果使用高粘度助焊剂，应选择与BGA器件焊球相同直径的焊球；如果使用焊膏，应选择比BGA器件焊球直径小一些的焊球。,表面安装技术,表面安装技术,进行再流焊处理，焊球就固定在BGA器件上了。,表面安装技术,完成植球工艺后，应将BGA器件清洗干净，并尽快进行贴装和焊接，以防焊球氧化和器件受潮。,SMT基本工艺构成要素（总结）,SMT基本工艺构成要素包括:丝印（或点胶）,贴装（固化）,回流焊接,清洗,检测,返修。1、丝印：其作用是将焊膏或贴片胶漏印到PCB的焊盘上，为元器件的焊接做准备。所用设备为丝印机（丝网印刷机），位于SMT生产线的最前端。2、点胶：它是将胶水滴到PCB的的固定位置上，其主要作用是将元器件固定到PCB板上。所用设备为点胶机，位于SMT生产线的最前端或检测设备的后面。3、贴装：其作用是将表面组装元器件准确安装到PCB的固定位置上。所用设备为贴片机，位于SMT生产线中丝印机的后面。4、固化：其作用是将贴片胶融化，从而使表面组装元器件与PCB板牢固粘接在一起。所用设备为固化炉，位于SMT生产线中贴片机的后面。,SMT基本工艺构成要素（总结）,SMT基本工艺构成要素包括:丝印（或点胶）,贴装（固化）,回流焊接,清洗,检测,返修。5、回流焊接：其作用是将焊膏融化，使表面组装元器件与PCB板牢固粘接在一起。所用设备为回流焊炉，位于SMT生产线中贴片机的后面。6、清洗：其作用是将组装好的PCB板上面的对人体有害的焊接残留物如助焊剂等除去。所用设备为清洗机，位置可以不固定，可以在线，也可不在线。7、检测：其作用是对组装好的PCB板进行焊接质量和装配质量的检测。所用设备有放大镜、显微镜、在线测试仪（ICT）、飞针测试仪、自动光学检测（AOI）、X-RAY检测系统、功能测试仪等。位置根据检测的需要，可以配置在生产线合适的地方。8、返修：其作用是对检测出现故障的PCB板进行返工。所用工具为烙铁、返修工作站等。配置在生产线中任意位置。,SMT贴片加工工艺流程,一、单面组装：来料检测=丝印焊膏（点贴片胶）=贴片=烘干（固化）=回流焊接=清洗=检测=返修,SMT贴片加工工艺流程,二、双面组装：A：来料检测=PCB的A面丝印焊膏（点贴片胶）=贴片=烘干（固化）=A面回流焊接=清洗=翻板=PCB的B面丝印焊膏（点贴片胶）=贴片=烘干=回流焊接（最好仅对B面=清洗=检测=返修）此工艺适用于在PCB两面均贴装有PLCC等较大的SMD时采用。B：来料检测=PCB的A面丝印焊膏（点贴片胶）=贴片=烘干（固化）=A面回流焊接=清洗=翻板=PCB的B面点贴片胶=贴片=固化=B面波峰焊=清洗=检测=返修）此工艺适用于在PCB的A面回流焊，B面波峰焊。在PCB的B面组装的SMD中，只有SOT或SOIC（28）引脚以下时，宜采用此工艺。,SMT贴片加工工艺流程,三、单面混装工艺：来料检测=PCB的A面丝印焊膏（点贴片胶）=贴片=烘干（固化）=回流焊接=清洗=插件=波峰焊=清洗=检测=返修,SMT贴片加工工艺流程,四、双面混装工艺：A：来料检测=PCB的B面点贴片胶=贴片=固化=翻板=PCB的A面插件=波峰焊=清洗=检测=返修先贴后插，适用于SMD元件多于分离元件的情况B：来料检测=PCB的A面插件（引脚打弯）