SMT與SMT工藝全解以及SMT貼片機詳解

SMT與SMT工藝全解以及SMT貼片機詳解

SMT就是表面組裝技術（Surface Mounted Technology）的縮寫,是目前電子組裝行業里*流行的一種技術和工藝。 表面組裝技術是一種無需在印制電路板上鉆插件孔，直接將表面組裝元器件

貼﹑焊到印制電路板表面規定位置上的電路裝聯技術。
SMT基礎知識 
表面貼裝技術(Surfacd Mounting Technolegy簡稱SMT)是新一代電子組裝技術,它將傳統的電子元器件壓縮成為體積只有幾十分之一的器件,從而實現了電子產品組裝的高密度、高可靠、小型

化、低成本， 以及生產的自動化。這種小型化的元器件稱為：SMY器件（或稱SMC、片式器件）。將元件裝配到印刷基板（或其它基板）上的工藝方法稱為SMT工藝。相相關的組裝設備則稱為

SMT設備。
目前，先進的電子產品，特別是在計算機及通訊類電子產品，已普遍采用SMT技術。國際上SMD器件產量逐年上升，而傳統器件產量逐年下降，因此隨著進間的推移，SMT技術將越來越普及。
一、傳統制程簡介 SMT與SMT工藝全解以及SMT貼片機詳解

傳統穿孔式電子組裝流程乃是將組件之引腳插入PCB的導孔固定之后，利用波峰焊(Wave Soldering)的制程，經過助焊劑涂布、預熱、焊錫涂布、檢測與清潔等步驟而完成整個焊接流程。
二、表面貼裝技術簡介
由于電子工業之產品隨著時間和潮流不斷的將其產品設計成短小輕便，相對地促使各種零組件的體積及重量愈來愈小，其功能密度也相對提高，以符合時代潮流及客戶需求，在此變遷影響下

，表面貼裝組件即成為PCB上之主要組件，其主要特性是可大幅節省空間，以取代傳統浸焊式組件(Dual In Line Package；DIP). 
表面黏著組裝制程主要包括以下幾個主要步驟 錫膏印刷、組件貼裝、回流焊接. 
其各步驟概述如下：
錫膏印刷(Stencil Printing)：錫膏為表面黏著組件與PCB相互連接導通的接著材料，首先將鋼板透過蝕刻或雷射切割后，由印刷機的刮刀(squeegee)將錫膏經鋼板上之開孔印至PCB的焊墊上

，以便進入下一步驟。
組件貼裝(Component Placement)：組件貼裝是整個SMT制程的主要關鍵技術及工作重心，其過程使用高精密的自動化貼裝設備，經由計算機編程將表面貼裝組件準確的置放在已印好錫膏的PCB

的焊墊上。由于表面黏著組件之設計日趨精密，其接腳的間距也隨之變小，因此置放作業的技術層次困難度也與日俱增。
回流焊接(Reflow Soldering)：回流焊接是將已置放表面黏著組件的PCB，經過回流爐先行預熱以活化助焊劑，再提升其溫度至217℃使錫膏熔化，組件腳與PCB的焊墊相連結，再經過降溫冷卻

，使焊錫固化，即完成表面黏著組件與PCB的接合。

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三. SMT設備簡介
1. 松下貼片機：cm602 cm212 cm402 cm101 cm401 DT401 NPM-W CM202-DS CM202-DH CM202-D CM88S CM88C CM86 CM20F CM301 MSR MV2VB MSF M2VF MPAG3
 
2. 富士貼片機：NXT XP143 XP142 XP242 XP243 XPF CP743 CP7432 CP733 CP732 CP643 CP642 CP6 CP65 QP242 QP341 
 
3. 雅馬哈貼片機：YS24 YS12 YS12F YG12 YG12F YG300 YG200 YV100XG YV100XGP YV100XTG YV100XE YX100X YV100II YV100A YV180 YV88
 
4.三星貼片機：SM481 SM482 SM471 SM411 SM431 SM421 SM320 SM321 CP45F CP45NEO
5.西門子貼片機：X4 X3 X2 X1  D4 D3 D2 D1 HS60 HS50 HF HF3 F5HM F5 F4
6.環球貼片機GC120 GC60 GI14 GSM2 GSM1
7.全自動印刷機 DEK MPM GKG 德森 和田古德 
8、二手回流焊HELLER 偉創力 BTU ETC 日東 勁拓 科隆威 和西等
 
SMT與SMT工藝全解以及SMT貼片機詳解
四. SMT 常用名稱解釋 
SMT surface mounted technology (表面貼裝技術)直接將表面黏著元器件貼裝,焊接到印刷電路板表面規定位置上的組裝技術.
SMD surface mounted devices (表面貼裝組件) 外形為矩形片狀,圓柱行狀或異形,其焊端或引腳制作在同一平面內,并適用于表面黏著的電子組件. 
Reflow soldering (回流焊接)通過重新熔化預先分配到印刷電路板焊墊上的膏狀錫膏,實現表面黏著組件端子或引腳與印刷電路板焊墊之間機械與電氣連接. 
Chip rectangular chip component (矩形片狀元件) 兩端無引線,有焊端,外形為薄片矩形的表面黏著元器件. 
SOP small outline package(小外形封裝) 小型模壓塑料封裝,兩側具有翼形或J形短引腳的一種表面組裝元器件. 
QFP quad flat pack (四邊扁平封裝) 四邊具有翼形短引腳,引腳間距1.00,0.80,0.65,0.50,0.40,0.30mm等的塑料封裝薄形表面組裝集體電路. 
BGA Ball grid array (球柵列陣) 集成電路的包裝形式，其輸入輸出點是在組件底面上按柵格樣式排列的錫球。
五. 組件包裝方式.SMT與SMT工藝全解以及SMT貼片機詳解
料條(magazinestick)(裝運管) - 主要的組件容器：料條由透明或半透明的聚乙烯(PVC)材料構成，擠壓成滿足現在工業標準的可應用的標準外形。料條尺寸為工業標準的自動裝配設備提供適

當的組件定位與方向。料條以單個料條的數量組合形式包裝和運輸。
托盤(tray) - 主要的組件容器：托盤由碳粉或纖維材料制成，這些材料基于專用托盤的*高溫度率來選擇的。設計用于要求暴露在高溫下的組件(潮濕敏感組件)的托盤具有通常150°C或更高

的耐溫。托盤鑄塑成矩形標準外形，包含統一相間的凹穴矩陣。凹穴托住組件，提供運輸和處理期間對組件的保護。間隔為在電路板裝配過程中用于貼裝的標準工業自動化裝配設備提供準確

的組件位置。托盤的包裝與運輸是以單個托盤的組合形式，然后堆迭和捆綁在一起，具有一定剛性。一個空蓋托盤放在已裝組件和堆迭在一起的托盤上。
帶卷(tape-and-reel) - 主要組件容器：典型的帶卷結構都是設計來滿足現代工業標準的。有兩個一般接受的覆蓋帶卷包裝結構的標準。EIA-481應用于壓紋結構(embossed)，而EIA-468 應用

于徑向引線(radial leaded)的組件。到目前為止，對于有源(active)IC的*流行的結構是壓紋帶 (embossed tape). 
六. 為什幺在表面貼裝技術中應用免清洗流程？SMT與SMT工藝全解以及SMT貼片機詳解
1. 生產過程中產品清洗后排出的廢水，帶來水質、大地以至動植物的污染。
2. 除了水清洗外，應用含有氯氟氫的有機溶劑(CFC&HCFC)作清洗，亦對空氣、大氣層進行污染、破壞。
3. 清洗劑殘留在機板上帶來腐蝕現象，嚴重影響產品質素。
4. 減低清洗工序操作及機器保養成本。 
5. 免清洗可減少組板(PCBA)在移動與清洗過程中造成的傷害。仍有部分組件不堪清洗。
6. 助焊劑殘留量已受控制，能配合產品外觀要求使用，避免目視檢查清潔狀態的問題。
7. 殘留的助焊劑已不斷改良其電氣性能，以避免成品產生漏電，導致任何傷害。
8. 免洗流程已通過國際上多項安全測試，證明助焊劑中的化學物質是穩定的、無腐蝕性的

SMT工藝材料  
表面組裝材料則是指SMT裝聯中所用的化工材料,即SMT工藝材料.它主要包括以下幾方面內容:錫膏.助焊膏 
貼片膠等.  
 
一.錫膏  
錫膏是由合金焊料粉和糊狀助焊劑均勻攪拌而成的膏狀體.它是SMT工藝中不可缺少的焊接材料,廣泛用于回流焊中.錫膏在常溫下具有一定的粘性,可將電子元件初粘在既定的位置,在焊接溫度

下,隨著溶劑和部分添加劑揮發,將被焊元件與PCB互聯在一起形成長久連接.  
目前涂布錫膏多數采用絲鋼網漏印法,其優點是操作簡便.快速印刷后即刻可用.但其缺陷是:1.難保證 焊點的可靠性,易造成虛焊.2.浪費錫膏,成本較高. ? 
現在有用計算機控制的自動錫膏點涂機可以克服上述缺陷.  
1.錫膏的化學組成  
錫膏主要由合金焊料粉末和助焊劑組成.其中合金焊料粉末占總重量的85%---90%,助焊劑占10%---15%.  
1)合金焊料粉末是錫膏的主要成分.常用的合金粉末如下:  
Sn96.5%-Ag3.0%-Cu0.5% 熔解溫度為:217  
合金焊料粉末的形狀.粒度和表面氧化程度對焊膏性能的影響很大.錫粉形狀分成無定形和球形兩種, 球形合金粉末的表面積小,氧化程度低,制成的錫膏具有良好的印刷性能.錫粉的粒度一般在

200—400目. 
度愈小,粘度愈大;粒度過大,會使錫膏粘接性能變差;粒度太細,表面積增大,會使其表面含氧量增高.,也不宜采用.  
下表是SMT引腳間距與錫粉顆粒的關系  
引腳間距/mm 0.8以上 0.65 0.5 0.4  
顆粒直徑/um 75以下 60以下 50以下 40以下  
2).助焊劑  
助焊劑是錫粉的載體,其組成與通用助焊劑基本相同.為了改善印刷效果有時還需加入適量的溶劑.通過助焊劑中活性劑的作用,能**被焊材料表面以及錫粉本身的氧化物,使焊料迅速擴散并附

著在被焊金屬表面.助焊劑的組成對錫膏的擴展性.潤濕性.塌陷.粘度變化.清洗性.和儲存壽命起決定性作用.  
2).按助焊劑的活性分  
無活性( R ) 中等活性(RMA) 活性(RA) 
3).按清洗方式分  
有機溶劑清洗型 水清洗型 免清洗型  
3.使用注意事項 
 
1).儲存溫度: 建議在冰箱內儲存溫度為5℃-10℃，請勿低于0℃。 
2).出庫原則：必須遵循先進先出的原則，切勿造成錫膏在冷柜存放時間過長。  
3).解凍要求：從冷柜取出錫膏后自然解凍至少4個小時，解凍時不能打開瓶蓋。  
4).生產環境：建議車間溫度為18~28℃,相對濕度在45%-65%RH的條件下使用。  
5).攪拌控制：取已解凍好的錫膏進行攪拌。機器攪拌時間控制約3分鐘（視攪拌機轉速而定），手工攪拌約5分鐘，以攪拌刀提起錫膏緩慢流下為準。  
6).使用過的舊錫膏：開蓋后的錫膏建議在12小時內用完，如需保存，請用干凈的空瓶子來裝，然后再密封放回冷柜保存。  
7).放在鋼網上的膏量：**次放在鋼網上的錫膏量，以印刷滾動時不要超過刮刀高度的1/2為宜，做到勤觀察、勤加次數少加量。  
8).印刷暫停時：如印刷作業需暫停超過40分鐘時，*好把鋼網上的錫膏收在瓶子里,以免變干造成浪費。  
9).貼片后時間控制：貼片后的PCB板要盡快過回流爐，*長時間不要超過12個小時.  
4.印刷作業時需要的條件  
1)、刮刀； 刮刀質材: *好采用鋼刮刀，有利于印刷在PAD上的錫膏成型和脫膜。  
刮刀角度: 人工印刷為45-60度；機器印刷為60度。  
印刷速度: 人工30-45mm/min；印刷機40mm-80mm/min。  
印刷環境: 溫度在23±3℃,相對濕度45%-65%RH。 
2)、鋼網； 鋼網開孔：根據產品的要求選擇鋼網的厚度和開孔的形狀、比例。  
QFP\CHIP：中心間距小于0.5mm和0402的CHIP需用激光開孔。 
檢測鋼網：要每周進行一次鋼網的張力測試,張力值要求在35N/cm以上。 
清潔鋼網: 在連續印刷5-10片PCB板時,要用無塵擦網紙擦拭一次。*好不使用碎布。  
3)、清潔劑：IPA溶劑：清潔鋼網時*好采用IPA和酒精溶劑，不能使用含氯成份的溶劑，因為會破壞錫膏的成份，影響整個品質。  
二.助焊劑 
1.助焊劑的特性:  
助焊劑是SMT焊接過程中不可缺少的輔料.在波峰焊中,助焊劑和焊錫分開使用,而回流焊中,助焊劑則  
作為焊膏的重要組成部分.焊接效果的好壞,除了與焊接工藝.元器件和PCB的質量有關外,助焊劑的選擇是十分重要的.性能良好的助焊劑應具有以下作用:  
(1).去除焊接表面的氧化物,防止焊接時焊錫和焊接表面的再氧化降低焊錫的表面張力.  
(2) .熔點比焊料低,在焊料熔化之前,助焊劑要先熔化,才能充分發揮助焊作用.  
(3) .浸潤擴散速度比熔化焊料快,通常要求擴展在90%左右或90%以上.  
(4) .粘度和比重比焊料小,粘度大會使浸潤擴散困難,比重大就不能覆蓋焊料表面.  
(5) .焊接時不產生焊珠飛濺,也不產生毒氣和強烈的刺激性臭味. 
(6) .焊后殘渣易于去除,并具有不腐蝕.不吸濕和不導電等特性. 
(7) .不沾性,焊接后不沾手,焊點不易拉尖. 
(8) .在常溫下貯存穩定. 
2.助焊劑的化學組成:  
傳統的助焊劑通常以松香為基體.松香具有弱酸性和熱熔流動性,并具有良好的絕緣性.耐濕性.無腐蝕 性.無毒性和長期穩定性,是不多得的助焊材料.  
目前在SMT中采用的大多是以松香為基體的活性助焊劑.由于松香隨著品種.產地和生產工藝的不同,其化學組成和性能有較大差異,因此,對松香優選是保證助焊劑質量的關鍵. 
通用的助焊劑還包括以下成分:活性劑.成膜物質.添加劑和溶劑等.  
a.活性劑:  
活性劑是為了提高助焊能力而在焊劑中加入的活性物質.活性劑的活性是指它與焊料和被焊材料表面氧化物起化學反應以便清潔金屬表面和促進潤濕的能力.活性劑分為無機活性劑,如氯化鋅.

氯化銨等;有機活性劑,如有機酸及有機鹵化物等.通常無機活性劑助焊性好,但作用時間長.腐蝕性大,不宜在電子裝聯中使用;有機活性劑作用柔和.時間短.腐蝕性小.電氣絕緣性好,適宜在電子

裝聯中使用.活性劑含量約為2%-10%,若為含氯化合物,其含氯量應控制在0.2%以下.  
b.成膜物質:  
加入成膜物質,能在焊接后形成一層緊密的有機膜,保護了焊點和基板,具有防腐蝕性和優良的電氣絕緣性.常用的成膜物質有松香.酚醛樹脂.丙烯酸樹脂.氯乙烯樹脂.聚氨酯等.一般加入量在

10%-20%,加入過多會影響擴展率,使助焊作用下降.在普通家電或要求不高的電器裝聯中,使用成膜物質,裝聯后的電器部件不清洗,以降低成本,然而在精密電子裝聯中焊后仍要清洗. 
c.添加劑: 
添加劑是為適應工藝和環境而加入的具有特殊物理和化學性能的物質.常用的添加劑有:  
(1).調節劑: 為調節助焊劑的酸性而加入的材料,如三乙醇胺可調節助焊劑的酸度;在無機助焊劑加 ?入鹽酸可抑制氧化鋅生成.  
(2).消光劑: 能使焊點消光,在操作和檢驗時克服眼睛疲勞和視力衰退.一般加入無機鹵化物.無機  
,有機酸及其金屬鹽類,如氯化鋅.氯化錫.滑石.硬脂酸銅.鈣等.一般加入量約5%.  
(3).緩蝕劑: 加入緩蝕劑能保護印制板和無器件引線,具有防潮.防霉.防腐蝕性能,又保持了優良的 
可焊性.用緩蝕劑的物質大多是含氮化物為主體的有機物. ? 
(4).光亮劑: 能使焊點發光,可加入甘油.三乙醇胺等,一般加入量約為1%.  
(5).阻燃劑: 為保證使用安全,提高抗燃性而加入的材料.  
d.溶劑:  
實用的助焊劑大多是液態的.為此必須將助焊劑的固體成分溶解在一定的溶劑里,使之成為均相溶液. 大多采用異丙醇和乙醇作為溶劑.  
用作助焊劑中各種固體成分均具有良好的溶解性. 
(1).對助焊劑中各種固體成分均具有良好的溶解性.  
(2).常溫下揮發程度適中,在焊接溫度下迅速揮發.  
(3).氣味小.毒性小.  
4.助焊劑的分類:  
(1).按狀態分有液態.糊狀和固態三類.  
(2).按用途分有涂刷.噴涂和浸漬三類. ? 
(3).按助焊劑的活性大小分為未活化.低活化.適度活化.全活化和高度活化五類.