SMT之基础课程

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一、传统制程简介
, Y! X" e: i0 m  p传统穿孔式电子组装流程乃是将元件之引脚插入PCB的导孔固定之后，利用波峰焊(Wave Soldering)的制程，如图一所示，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、表面黏着技术简介
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，相对地促使各种零元件的体积及重量越来越小，其功能密度也相对提高，以符合时代潮流及客户需求，在此变化影响下，表面黏着元件即成为PCB上之主要元件，其主要特性是可大幅节省空间，以取代传统浸焊式元件(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、元件置放、回流焊接。
$ E2 Q" ]. v$ h其各步骤概述如下：
锡膏印刷(Stencil Printing)：锡膏为表面黏著元件與PCB相互连接导通的接着材料，首先将刚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。
8 j" H  Y1 h5 Z元件置放(Component Placement)：元件置放是整个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置放设备，经由电脑编程将表面黏着元件准确的置放在已印好锡膏的PCB的焊垫上。由于表面黏着元件之设计日趋精密，其接脚的间距也随之变小，因此置放作业的技术层次之困难度也与日俱增。
回流焊接(Reflow Soldering)：回流焊接是将已置放表面黏着元件的PCB，经过回流焊先行预热以活化助焊剂，再提升其温度至183℃使锡膏熔化，元件脚与PCB的焊垫相连结，再经过降温冷却，使焊锡固化，即完成表面黏着元件与PCB的接合。
三. SMT设备简介
1.Stencil Printing: MPM3000 / MPM2000 / PVⅡ
7 |& V$ d7 v1 A% W7 c; R3 }. \) I  ]2.Component Placement: FUJI ( CP643E / CP742ME & QP242E / QP341E )
3.Reflow Soldering: FURUKAWA( XN-425PHG / XN-445PZ / XNⅡ-651PZ ) ETC410, ETC411.
8 h; Q! @" \4 k( d$ O四. SMT 常用名称解释
5 R; C+ P0 E. ~; U4 x3 q8 ^- oSMT : 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.
2 B( e# {" ^5 K; i7 O! `SMD : surface mounted devices (表面贴装元件): 外形为矩形片状,圆柱形状或異形,其焊端或引脚制作在同一平面內,并适用于表面黏着的电子元件.
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,实现表面黏着元件端子或引脚与印刷电路板焊垫之间机械与电气连接.
& L' C/ V5 o, H. N7 rChip : 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.
- a$ S, D  k0 H6 c0 {( jSOP : small outline package(小外形封装): 小型模压塑膠封装,两侧具有翼形或J形短引脚的一种表面组装元器件.
# j& {% V$ v( nQFP : quad flat pack (四边扁平封裝): 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等的塑膠封装薄形表面组装集体电路.
BGA : Ball grid array (球栅列阵): 积体电路的包装形式，其输入输出点是在元件底面上按栅格样式排列的锡球。
1 F" i! m0 w# {9 s五. 元件包裝方式.
料條(magazine/stick)(装运管) - 主要的元件容器：料條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。料條尺寸为工业标准的自動裝配设备提供适当的元件定位与方向。料條以单个料條的数量组合形式包装和运输。
托盘(tray) - 主要的元件容器：托盘由碳粉或纖維材料制成，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溫下的元件(潮湿敏感元件)的托盘具有通常150°C或更高的耐温。托盘鑄塑成矩形标准外形，包含统一相间的凹穴矩阵。凹穴托住元件，提供运输和处理期间对元件的保护。间隔为在电路板装配过程中用于贴装的标准工业自動化裝配设备提供准确的元件位置。托盘的包裝与运输是以单个托盘的组合形式，然后堆叠和捆绑在一起，具有一定刚性。一个空蓋托盘放在已装元件和堆叠在一起的托盘上。
带卷(tape-and-reel) - 主要元件容器：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蓋带卷包裝结构的标准。EIA-481应用与压纹结构(embossed)，而EIA-468 应用于径向引线(radial leaded)的元件。到目前为止，对于有源(active)IC的最流行的结构是压纹带 (embossed tape).
7 N9 q7 o  b" ~" U! A6 k: X$ `六. 为什么在表面贴装技术中应用免清洗流程？
, z- P% Z/ h; t" G7 ~( s% l1.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，应用含有氯氟氫的有机溶剂(CFC&HCFC)作清洗，亦对空气、大气层进行污染、破坏。
2 q, A) T' E1 r( s0 @8 @5 n3.清洗剂残留在机板上带来腐蚀现象，严重影响产品质量。
8 U7 [, L: M' @4 \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。仍有部分元件不堪清洗。
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。
6 Q7 H" T1 q# w8.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-PCB的设计原则
* e* M) `5 ?' b! E一、SMT-PCB上元器件的布局
+ ~" H9 o; l1 L0 ]. W% R* I+ L1、当电路板放到回流焊接炉的传送带上时﹐元器件的长轴应该与设备的传动方向垂直﹐这样可以防止在焊接过程中出现元器件在板上漂移或 “竖碑”的现象。
- x7 B0 l9 }- e2 a# V7 z  y2、PCB 上的元器件要均匀分布﹐特别要把大功率的器件分散开﹐避免电路工作时PCB 上局部过热产生应力﹐影响焊点的可靠性。
3、双面贴装的元器件﹐两面上体积较大的器件要错开安裝位置﹐否則在焊接过程中会因为局部热容量增大而影响焊接效果。
2 I% L, P9 l3 d0 ?9 w5 r. t& U% N4、在波峰焊接面上不能放置PLCC/QFP 等四边有引脚的器件。
5、安装在波峰焊接面上的SMT大器件﹐其长轴要和焊锡波峰流动的方向平行﹐这样可以减少电极间的焊锡桥接。
' {3 Z& h$ r' Z: F9 X# L4 V6、波峰焊接面上的大﹑小SMT元器件不能排成一条直线﹐要错开位置﹐这样可以防止焊接时因焊料波峰的 “阴影”效应造成的虚焊和漏焊。
二、SMT-PCB上的焊盘
7 H) U% k5 l; \, V* O4 _6 N1、波峰焊接面上的SMT元器件﹐其较大元件之焊盘(如三极管﹑插座等)要适当加大﹐如SOT23 之焊盘可加长0.8-1mm﹐这样可以避免因元件的 “阴影效应”而产生的空焊。
2、焊盘的大小要根据元器件的尺寸确定﹐焊盘的宽度等于或略大于元器件的电极的宽度﹐焊接效果最好。
3、在两个互相连接的元器件之间﹐要避免采用单个的大焊盘﹐因为大焊盘上的焊锡将把两元器件接向中间﹐正确的做法是把两元器件的焊盘分开﹐在两个焊盘中间用较细的导线连接﹐如果要求导线通过较大的电流可并联几根导线﹐导线上覆盖绿油。
- q! V: b2 O  _/ B+ @# @4、SMT 元器件的焊盘上或在其附近不能有通孔﹐否则在REFLOW过程中﹐焊盘上的焊锡熔化后会沿着通孔流走﹐会产生虚焊﹐少锡﹐还可能流到板的另一面造成短路。

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锡膏为表面黏著元件與PCB相互连接导通的接着材料