表面贴装技术专题讲座 — 基础知识篇 何仲明 高级工程师 中国电子学会高级会员 四川省电子学会SMT专委会副主任委员

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1 表面贴装技术专题讲座 — 基础知识篇 何仲明 高级工程师 中国电子学会高级会员 四川省电子学会SMT专委会副主任委员
何仲明 高级工程师 中国电子学会高级会员 四川省电子学会SMT专委会副主任委员 广东省电子学会SMT专委会委员

2 课程目录 1. 电子元器件的发展推动SMT发展 2. SMT设备成为SMT发展的基础 3. SMT应用是SMT发展的核心
4. 电子组装技术的最新发展 5. 我们 能为SMT发展做什么？

3 电子元器件的发展推动SMT 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（Surface Mount Technology)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

4 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。

5 电子元器件的发展推动SMT SMT是电子组装领域里应用最为广泛的技术。 传统的电子组装技术是手工焊接技术和通孔安装技术THT。
电子组装的任务是将电子元器件按设计的要求焊接到印制电路板上。 电子元器件封装形式的不断变革促进电子组装工艺技术和工艺装备的持续发展。 电子组装的简单与复杂是由PCB的可制造性设计DFM所确定。

6 电子元器件的发展推动SMT 电子组装的几种常见类型

7 电子元器件的发展推动SMT 电子组装的几种常见类型

8 电子元器件的发展推动SMT 常见电子元器件 电阻器和电容器
电阻器和电容器简称为阻容元件，在各类电子元器件中，它们是生产量最大，使用范围最广的一类元件。 变压器和电感器是很容易混乱的，因为它们有同样的物理形状。它们之间只有一个规律可分别出来，变压器用“TR”标明，电感器用“ L”标明。 二极管是一种单向导电性元件,所谓单向导电性就是指:当电流从它的正向流过时,它的电阻很小,当电流从它的负极流过时,它的电阻很大,所以二极管是一种有极性的元件。 三极管是一种能将电信号放大的元件，是组成放大电路关键元件之一，其外形特征是有三个脚 。 集成电路是将组成电路的有源元件（晶体管、二极管）、无源元件（电阻、电容等）及其互连布线，通过半导体工艺或者薄、厚膜工艺（或这些工艺的结合），制作在半导体或绝缘体基片上，形成结构上紧密联系的具有一定功能的电路

9 电子元器件的发展推动SMT SMT名词术语： 表面安装技术SMT (surface mount technology)
不通过安装孔，直接将电子元器件焊接装配在电路基板表面规定位置上的装联技术。 通孔安装技术THT( through hole mount technology) 通过电子元器件引线，将电子元器件焊接装配在电路基板规定的安装焊接孔位置上的装联技术。

10 电子元器件的发展推动SMT 印制电路板PCB（Printed Circuit Board）
印制电路板是一种导电图形附着于绝缘基体材料表面，用于连接电子元器件（包括屏蔽元件）的结构件。有人也称为印制线路板PWB(Printed Wire Board). 无铅焊接 lead-free solder 使用的焊接材料、被焊接PCB原料等均符合无铅标准情况下的焊接。无铅标准要求构成电子和电器元件或部件的原材料中的铅的含量（按重量比）不能超过0.1%。

11 电子元器件的发展推动SMT 贴片胶 adhesives
贴片胶是一种热固型或光固型的膏状胶粘剂。用于将表面贴装元件（SMC）或通孔元件（THC）固定在PCB的规定的位置上，然后通过波峰焊机或人工进行焊接。按照SMT工艺的需要，其电性能、化学性能、安全性能均有较严格的要求。 焊膏（贴片胶）漏印模板 paste（adhesive） stencil 漏印模板专用于焊膏、贴片胶的涂布。采用回流焊接工艺时，焊膏通过漏印模板涂布在印制电子线路板（PCB）上。表面贴装器件（SMD）通过波峰焊接机焊接时，则使用贴片胶将其粘贴在 PCB上，再通过波峰焊接工艺。

12 电子元器件的发展推动SMT 传统的电子元器件 轴向元件与径向元件

13 电子元器件的发展推动SMT 传统的电子元器件 变压器 电感器

14 电子元器件的发展推动SMT 传统的电子元器件 半导体三极管 晶体谐振器

15 电子元器件的发展推动SMT 传统的电子元器件 开关 发光二极管

16 电子元器件的发展推动SMT 传统的电子元器件 二极管 IC插座

17 电子元器件的发展推动SMT Chip元件的发展 SMT发展概述 时间（年） 1975 1979 1995 1997 2002 2004
外形代码 英制 1206 0805 0603 0402 0201 01005 公制 3216 2012 1605 1005 外形 外形尺寸（mm) 3.2×1.6×1.2 2.0×1.2×1.2 1.6×0.8×0.8 1.0×0.5×0.5 0.6×0.3×0.3 0.4×0.02×0.13 SMT发展概述

18 电子元器件的发展推动SMT Chip元件的发展

19 电子元器件的发展推动SMT Chip元件的发展

20 电子元器件的发展推动SMT IC封装的发展 DIP SOP TSOP Flat Pack SIP SOJ BGA TQFP
Flip Chip QFP PGA QFN PLCC CLCC CSP

21 电子元器件的发展推动SMT IC封装的发展趋势

22 电子元器件的发展推动SMT述 IC封装形式的改变

23 电子元器件的发展推动SMT SMT元器件的包装方式 编带包装： 片式元件Chip 圆柱形形封装Melf 小外形晶体管SOT
小外形集成电路SOIC 塑料有引线芯片载体 PLCC（少于44pin） 小外形表贴连接器

24 电子元器件的发展推动SMT SMT元器件的包装方式 华夫盘(Waffle)包装: 四方形封装器件
PLCC、LCCC、QFP、BGA、CSP、FLIP-CHIP

25 电子元器件的发展推动SMT 片式元件Chip—电阻器

26 电子元器件的发展推动SMT 片式元件Chip—电容器 多层陶瓷电容器 钽电容器 铌电容器

27 电子元器件的发展推动SMT 片式元件— 电感器

28 电子元器件的发展推动SMT 异型元件—柱形元件、小外形晶体管 SOT223 MELF SOT123

29 电子元器件的发展推动SMT 异型元件 电位器 IC卡座 变压器

30 电子元器件的发展推动SMT 表面贴装微波同轴连接器

31 电子元器件的发展推动SMT 小外形集成电路SOIC （Small outline integrated circuit）

32 电子元器件的发展推动SMT TSOP封装(Thin Small Outline Package ) Thin

33 电子元器件的发展推动SMT QFP封装(Quad Flat Package) Quad flat package

34 电子元器件的发展推动SMT TQFP封装(Thin Quad Flat Package)

35 电子元器件的发展推动SMT 球栅阵列BGA(Ball Grid Arrays)

36 电子元器件的发展推动SMT 芯片尺寸封装器件CSP (Chip Scale Package)

37 电子元器件的发展推动SMT 无引线框架封装Leadless Leadframe Package (LLP)
Plastic Quad Flat Pack – No Leads (PQFN) IPC-A-610D对此类器件的新命名

38 课程目录 1. 电子元器件的发展推动SMT发展 2. SMT设备成为SMT发展的基础 3. SMT应用是SMT发展的核心
4. 电子组装技术的最新发展 5. 我们 能为SMT发展做什么？

39 SMT发展历程 SMT生产设备的发展 SMC/ SMD的发展趋势 检测技术AOI/X-RAY 绿色制造 技术的发 展RoHS

40 SMT设备成为SMT发展的基础 丝网印刷技术 将锡膏（或贴片胶）涂敷转移到PCB的设备是丝网印刷机。丝网印刷机
可分为：手工印刷机、半自动机、自动印刷机。

41 SMT设备成为SMT发展的基础 丝网印刷设备 MPM全自动丝印机 国产半自动丝印机

42 SMT设备成为SMT发展的基础 丝网印刷技术的发展 手工印刷 半自动印刷 自动印刷 喷射印刷 特丽珑网感光掩模 不锈钢网感光掩模
手工印刷 半自动印刷 自动印刷 喷射印刷 特丽珑网感光掩模 不锈钢网感光掩模 铜皮蚀刻掩模 不锈钢皮蚀刻掩模 不锈钢皮光刻掩模 电铸镍掩模 丙烯酸脂模板 焊料开放性印刷 焊料封闭性印刷 锡膏量控制： 目测锡膏转移图形 AOI检查 锡膏厚度测量

43 SMT设备成为SMT发展的基础 丝网印刷（Screen Printer）质量控制的关键因素
网板（Stencil）开口设计（IPC-7525 Stencil Design Guidelines）； 锡膏的粘度控制（搅拌、锡膏固体重量比、金属粉末直径等）； 刮刀速度、刮刀压力、模板脱离时间、模板与PCB的距离等； 网板清洁度、网板平整度、网板张力及网板的制造工艺和质量； 刮刀质量、刮刀材料、刮刀安装的倾斜角； 丝印网框夹持尺寸范围和PCB尺寸适应范围；

44 SMT设备成为SMT发展的基础 序号 开口设计 宽深比 面积比 锡膏释放 1 QFP 间距20mil；开孔：10×50×5 2.0 0.83
☼ 2 QFP 间距16mil ；开孔：7×50×5 1.4 0.61 ☼ ☼ 3 BGA 间距50mil；开孔： 圆形25 厚度6 4.0 1.04 4 BGA 间距40mil； 圆形15 厚度5 3.2 0.75 5 微型BGA 间距30mil；开孔：方形11 厚度5 2.2 0.55 ☼ ☼ ☼ 6 微型BGA 间距30mil；开孔：方形13 厚度5 2.6 0.65 ☼ 表示难度.

45 SMT设备成为SMT发展的基础 焊膏金属粉末的质量比与粉末的公称尺称 单位：m 金属粉末类型 少于0.055质 量的粉末尺寸
少于1.0质量 的粉末尺寸 至少80质量 最多10质量 1 180 150 150～75 20 2 90 75 75～54 3 53 45 45～35 4 38 38～20 15 5 32 25 25～15 10 6 15 15～5 5

46 SMT设备成为SMT发展的基础 二次印刷工艺

47 SMT设备成为SMT发展的基础

48 SMT设备成为SMT发展的基础

49 SMT设备成为SMT发展的基础 贴片机（PLACEMENT ）

50 SMT设备成为SMT发展的基础 贴片机（PLACEMENT ）FUJI XP 142/242E

51 SMT设备成为SMT发展的基础 贴片机（PLACEMENT ）的发展 SMT组装设备中，贴片机是最为复杂的系统。他集中了自动控制、机电
一体化技术、光学测量技术、计算机辅助设计和制造CAD/CAM等诸多方 面的技术整合而成。 贴片机的发展完全沿着电子元器件封装形势的发展、电子产品发展以及 电子产品制造业的发展的需求来发展的。其发展变化主要表现为以下几 点： 表面贴装元件SMC的外形尺寸越来越小；IC引脚的间距越来越小；PCBA的组装密度越来越大； PCBA上电子元器件的品种数越来越多；组装控制精度要求越来越高；生产速度要求越来越快； 工艺技术的变更引出了诸如：堆叠(PoP)组装 、柔性印制电路板FPCB组装(COF)、立体多芯片组装3D-MCM、板载芯片COB等。

52 SMT设备成为SMT发展的基础 贴片机分类 半自动贴片机：用于实验室对小批量SMT产品试制 中速贴片机： 常用于中小批量生产企业
中速贴片机： 常用于中小批量生产企业 高速贴片机： 用于大批量，少品种的大型企业 多功能贴片机：既可用于小批量多品种的生产线，也可用于 与中、高速机搭配形成柔性生产线 异形元件贴片机：专用于异形电子元件的放置，如高频电路 的屏蔽罩、连接器、IC卡插座等

53 SMT设备成为SMT发展的基础 贴片设备的关键参数
贴片机的重复精度（3δ），贴片元件范围，PCB外形尺寸范围； Chip：±50㎛ x 400 x 4.2 ~ 50 x 40 x 0.38 (Return Weight : 3 kg) 贴片速度（Samsung SM321)： (0603) Chip : 21K CPH (IPC) 1005 (0402) Chip : 20K CPH (IPC) SOP16 : 15K CPH (IPC) / Feeder QFP100 : 5.5K CPH (IPC) / Tray 供料器站位 及供料器（Feeder)种类数;( Max: 120) 吸嘴（Nozzle)品种数； 能适应所有封装元器件（包括异形元件）； 照相机对IC外形尺寸的捕捉范围 贴片机的元器件封装尺寸库的覆盖范围

54 SMT设备成为SMT发展的基础 贴片工序控制的关键点： 元器件库与实际贴装元件的封装尺寸偏差； 拼板贴片时板间积累偏差的补偿；
PCB翘曲度引起的偏位控制； NOZZLE维护不力引起漏贴和丢片； 在进行第二面贴装时，PCB底部支撑位置不合理引起器件损坏或损伤； 因程序旋转角度错误或包装方向变更引起元器件方向或极性倒置； 物料补充时未经核对确认，引起物料错误； FEEDER为安装到位引起贴片头撞坏； PCB上的定位标记（Mark)错误，引起贴片偏位或死机；

55 SMT设备成为SMT发展的基础

56 SMT设备成为SMT发展的基础 回流焊接机 回流焊接设备是SMT组装过程的关键设备，PCBA的焊接的焊点质量完
全取决于回流焊接设备的性能和温度曲线的设置。 回流焊接技术经历了板式辐射加热、石英红外管加热、红外热风加热、 强制热风加热、强制热风加热加氮气保护等不同形式的发展过程。 回流焊接的冷却过程的要求提升，也对回流焊接设备冷却区的发展起 到促进作用，冷却区由室温自然冷却、风冷到为适应无铅焊接而设计的 水冷系统。 回流焊接设备因生产工艺对温度控制精确度、温区温度的均匀度、传 送速度等要求的提升。而由三温区发展出了五温区、六温区、七温区、 八温区、十温区等不同的焊接系统。

57 SMT设备成为SMT发展的基础 深圳劲拓电子的NS-800八温区回流焊设备

58 SMT设备成为SMT发展的基础

59 SMT设备成为SMT发展的基础

60 SMT设备成为SMT发展的基础

61 SMT设备成为SMT发展的基础 回流焊接设备结构示意图

62 SMT设备成为SMT发展的基础 回流焊接设备的关键参数 温区的数量、长度和宽度； 上下加热器的对称性； 温区内温度分布的均匀性；
温区间传送速度控制的独立性； 惰性气体的保护焊接功能； 冷却区温度下降的梯度控制； 回流焊接加热器最高温度； 回流焊接加热器温度控制精度；

63 SMT设备成为SMT发展的基础 回流焊接工序的关键工艺参数
焊接温度曲线：根据PCB的外形尺寸、多层板层数和厚度、焊接元器件的体积和密度、PCB上的铜层面积和厚度等因素，测试焊点处的实际焊接温度来设定温度曲线。 对预热时间、回流时间、冷却时间进行控制：根据加热器长度，通过对传送带速度的控制来控制回流曲线的轨迹，冷却区滚降梯度由冷却时间和冷却区风量来控制。 回流温度曲线尽量与锡膏供应商所提供的参考温度曲线重叠。 在处理两面SMT回流焊接时，一般先焊接小质量元件的一面，如果两面均有大质量器件或工艺上必须先贴装大质量器件面时，进行第二面回流焊接时，应对底部已焊好的大质量器件进行保护，防止二次回流引起大质量器件脱落。 在进行通孔回流焊接时，应注意设备和传送系统抖动引起元件位移。

64 SMT设备成为SMT发展的基础 回流焊接的温度曲线 JEDEC J-STD-020B Profile tP Critical Zone
Temperature Time tP TAL Critical Zone Lead-free Tin-lead

65 SMT应用是SMT发展的核心 电子组装技术的发展 年代 60年代 70年代 80年代 代表产品 器件 元件 组装技术 电子管收音机
黑白电视机 彩色电视机 录像机 电子照相机 器件 电子管 晶体管 集成电路 大规模集成电路 元件 带引线的 大型元件 有引线的 小型化元件 带整形有引线小型化元件 无引线的贴片元件 组装技术 扎线、配线、手工焊接 手工或半自 动插件浸焊 或波峰焊接 自动插装 波峰焊接 自动贴片 回流焊接

66 SMT应用是SMT发展的核心 电子组装技术近期的发展

67 SMT应用是SMT发展的核心 3G 手机中的POP组装

68 SMT应用是SMT发展的核心 Sn96.5％Ag3％Cu0.5％ 无铅电子产品组装的应用 焊膏金属成份 锡/铅（Sn/Pb)
锡/银/铜（SnAgCn） 工艺影响 重量比 63 ％ Sn 37 ％ Pb Sn96.5％Ag3％Cu0.5％ 熔点（℃） 183 217 焊接温度提高 合金密度（g/mm3 ） 8.5 7.5 印刷粘度变大 金属比重（% ） 92.0 88.0 印刷转移难 液态表面张力 380达因/260℃ 460达因/260℃ 焊接润湿困难 润湿时间（s ) 0.6 2.0 焊接时间延长

69 SMT工程技术 丝网印刷 贴片 回流焊接技术 波峰焊接技术 温度曲线的设定 回流焊接中的氮 保护 通孔回流焊技术 手工印刷技术
回流焊接 /波峰焊接 贴片机的功能 CAM文件获得 贴片机对元器件 封装和包装的 基本要求 贴片对PCB设计 的基本要求 回流焊接技术 波峰焊接技术 温度曲线的设定 回流焊接中的氮 保护 通孔回流焊技术 手工印刷技术 半自动印刷技术 全自动印刷技术 锡膏印刷 贴片胶印刷

70 SMT设备的基本配置 文本 文本 文本 AOI Placement（Mount） Reflow Stencils Printer

71 SMT设备的基本配置 Placement（Mount） Reflow Stencils Printer Wave Soldering

72 课程目录 1. 电子元器件的发展推动SMT发展 2. SMT设备成为SMT发展的基础 3. SMT应用是SMT发展的核心
4. 电子组装技术的最新发展 5. 我们 能为SMT发展做什么？

73 电子组装技术的最新发展 特征 PCB要求 丝印要求 贴片要求 回流要求 AOI要求 小型化 细间距 RoHS FPC组装 Lead-Free
0201和 01005封装 焊盘设计 网板厚度和开口设计 Feeder&Nozzle 温度曲线 视频分辨率 细间距 ≤0.5mm Pitch（QFP/CSP） RoHS 欧盟法令 表面处理 基材中的溴化联苯 锡膏合金成分的选用 回流温度控制精度 焊点表面判决差异 FPC组装 基板的轻、薄、软 加工精度要求高，对FPC提出弯折次数要求 专用托盘 托盘支撑 回流夹具 Lead-Free 熔点温度提高、环境控制 专用网板

74 电子组装技术的最新发展 1、RoHS & Lead Free 2、FPCB 3、检测设备和技术的应用

75 电子组装技术的最新发展 RoHS 是什么？ RoHS
DIRECTIVE 2002/95/EC OF THE EUROPEAN PARLIAMENT AND OF THE COUNCIL of 27 January 2003 on the Restriction of the use of certain Hazardous Substances in electrical and electronic equipment 欧洲议会和理亊会 2003 年 1 月 27 日第 2002/95/ EC 号《关于在电气, 电子设备中限制使用某些有害物质指令》 与 RoHS 密不可分的伙伴 WEEE DIRECTIVE 2002/96/EC OF THE EUROPEAN PARLIAMENT AND OF THE COUNCIL of 27 January 2003 on waste electrical and electronic equipment 欧洲议会和理亊会 2003 年 1 月 27 日第 2002/96/ EC 号《关于废弃电气, 电子设备指令》

76 电子组装技术的最新发展 中国政府的 RoHS 法令 信息产业部在 2003 年 9 月推出了中国的 RoHS
《电子信息产品污染防治管理办法》（征求意见稿） 2006 年 2 月 28 日由七部委联合签署公布 中华人民共和国信息产业部 中华人民共和国国家发展和改革委员会 中华人民共和国商务部 中华人民共和国海关总署 中华人民共和国国家工商行政管理总局 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 中华人民共和国国家环境保护总局 自 2006 年 3 月 1 日起生效;2007年3月1日起执行

77 电子组装技术的最新发展 RoHS 所限制的有害物质 序号 限制物质 重量比 应用场合 1 铅（ Pb) ＜ 0.1 ％ 电子产品 2
六价铬（ Cr6+ ） 金属电镀 3 汞 (Hg) 日光灯 4 聚合溴化联苯（ PBB) 电路板和塑料 5 聚合溴化联苯乙醚（ PBDE ） 6 镉（ Cd ） 0.01 ％

78 电子组装技术的最新发展 RoHS 对电子产品的限制 --无铅 与之相关的国际标准
IPC-1066 《确定无铅装配、构件和设备中无铅和其他可报告材料的记号、符号和标签 》January 2005 IPC/JEDEC J-STD-609 《电子组装的焊接端子材料的记号、符号和标签》February 2006 IPC/JEDEC J-STD -020D 《非密闭式固态表面安装组件的湿度 / 回流焊敏感性分类》May 2006（Supersedes IPC/JEDEC J-STD-020C July 2004） IPC-1065《 材料声明手册》 （IPC /2《材料声明表格》IPC 《材料声明格式用户指南》 IPC-1401 《材料声明手册》(仅针对印制电路板制造和用户） JESD201《锡及锡合金表面涂层的锡须磁化率环境验收要求》 JESD22-A121《测量锡及锡合金表面涂层的锡须生长的测试办法》 J-STD-033 《潮湿／回流焊敏感表面安装器件的包装、运输和使用 》 电子组装技术的最新发展

79 电子组装技术的最新发展 RoHS 对电子产品的限制 --无铅 IPC/EIA J-STD-001C:
英文名称为:Requirements for Soldered Electrical and Electronic Assemblies； 中文名称为:电气电子组件焊接技术要求。 IPC/EIA J-STD-002A: 英文名称为: Solderability Tests for Component Leads,Terminations, Lugs,Terminals and Wires； 中文名称为:元件引线\焊端\接线头\接线柱和导线的可焊性测试。

80 电子组装技术的最新发展 RoHS 对电子产品的限制 --无铅 电子产品的无铅化是环保的需要还时法律的 需要？
无铅化对电子组装是机遇还是挑战？ 无铅组装对制造工艺技术提出了什么要求？ 无铅电子产品的豁免权

81 电子组装技术的最新发展 铅在产品中的消耗量 产品 消耗量(%) 蓄电池 80.81 其它氧化物(油画、玻璃和陶瓷产品、颜料和化学品)
4.78 弹药 4.69 铅箔纸 1.79 电缆覆盖物 1.40 铸造金属 1.13 铜锭、铜坯 0.72 管道、弯头和其它挤压成型产品 焊锡(非电子焊锡) 0.70 电子焊锡 0.49 其它 2.77

82 电子组装技术的最新发展 有铅和无铅的的优劣比较 1. 无铅焊料以SAC305(Sn96.5％Ag3％Cu0.5％)为主流选择,熔点度
( Liquidus m.p)217℃～221℃。比现行Sn63/Pb37共熔合金(Eutectic Composition)高出34℃;以回流焊为例,其平均操作时间延长20秒,致使 热量(Thermal Mass)大增,对元件和PCB影响极大。 2. 现行Sn63/Pb37回流峰温为225℃，波峰焊约为250℃；但SAC305回流 温度仅能提高至245℃，波峰焊（PCB喷锡）也只能在270℃，以防零件或组件在高温下受损。即使如此，高温下的溶锡效应将破坏焊料的金属比份，使熔点上升、流动性变差。 3. Sn63.Pb37液态表面张力约为380达因/260℃，在铜基上的接触角 （Contact Angle)约为11°；AC305液态表面张力约为460达因/260℃。 接触角（Contact Angle)增大到44°；表面张力的增大使内聚力增加， 从而使向外的附着力变小，不但容易立碑（Tombstoning )并使散锡性和上锡性变差；通常，Sn63/Pb37的润湿时间（Wetting Time)为0.6S,而SAC305的润湿时间为2S。

83 电子组装技术的最新发展 无铅焊接面临的问题

84 电子组装技术的最新发展 无铅焊料的合金成分 美国确定的合金比例 Sn3.9wt％Ag0.6wt％Cu（SAC406） 欧盟确定的合金比例
日本确定的合金比例 Sn3.0wt％Ag0.5wt％Cu（SAC305） 三种合金的比分接近,熔点均接近217℃

85 电子组装技术的最新发展 RoHS的豁免条款 以下情况可以继续使用铅（Pb）： CRT、电子元件和荧光管的玻璃材料中的铅。
含铅的高温焊料（含铅量超过85％） 含铅焊料用于服务器和数据存储器（豁免有效期到2010年） 含铅焊料用于网络基础设备如交换机、信令设备、传输设备、电信网管设备。 电子陶瓷器件中的铅（如压电陶瓷器件） 作为合金元素，钢合金中不超过0.35％，铝合金中不超过0.4％，铜合金中不超过4％。

86 电子组装技术的最新发展 常用焊接材料 焊料名称 固态温度(℃) 液态温度(℃) Sn 232 63Sn37Pb 183 10Sn90Pb
268 302 42Sn/58Bi 139 170 43Sn/43Pb/14Bi 163 180 96.5Sn3.5Ag 221 Sn3.0Ag0.5Cu 216.65 217 Sn3.8Ag0.7Cu 216.4

87 电子组装技术的最新发展 柔性(挠性)印制电路板FPCB
FPCB作为一种新兴的电子互联材料正处在一个迅猛发展的时期。正从军用电子、医疗电子、工业控制电子的使用领域，大幅度的转移到民用电子产品之中；手机、数码相机、数码摄像机、车载GPS、液晶电视机、笔记本电脑等电子产品中都少不了FPCB的存在。 2003年FPCB的销售额达43.36亿美元，从2003到2007年预计将以12％年平均增长率高速增长。我国FPCB 2003年的产值占世界总额的11.5％，到2007年我国FPCB 的产值约占世界总额的20％。 FPCB的异军突起，已渗透到更多的电子产品里，全球FPCB产值预测将会提高的占PCB总产值的40％。 FPCB的组装工艺已成为电子组装领域的一门新课题，从手工焊接、热压焊接到回流焊接。刚—柔性电路板也进入了批量化生产。

88 电子组装技术的最新发展 柔性印制电路板FPCB
软性电路是以聚酰亚胺(PI)或聚脂薄膜为基材制成的一种具有高度可靠性，绝佳的可挠性印刷电路，此种电路既可弯曲、折叠、卷绕，可在三维空间随意移动及伸缩、散热性能好，可利用FPC缩小体积，实现轻量化、小型化、薄型化，从而达到元件装置和导线连接一体化。

89 电子组装技术的最新发展 FPC的缺点与优点 FPC的缺点
(1)一次性初始成本高 由于柔性PCB是为特殊应用而设计、制造的，所以开始的电路设计、布线和照相底版所需的费用较高。除非有特殊需要应用软性PCB外，通常少量应用时，最好不采用。 (2)柔性PCB的更改和修补比较困难 柔性PCB一旦制成后，要更改必须从底图或编制的光绘程序开始，因此不易更改。其表面覆盖一层保护膜，修补前要去除，修补后又要复原，这是比较困难的工作。 (3)尺寸受限制 柔性PCB在尚不普及的情况下，通常用间歇法工艺制造，因此受到生产设备尺寸的限制，不能做得很长，很宽。 (4)操作不当易损坏 装联人员操作不当易引起柔性电路的损坏，其锡焊和返工需要经过训练的人员操作

90 电子组装技术的最新发展 FPC的缺点与优点 FPC的优点
柔性印刷电路板（Flexible Printed Circuit Board）是用柔性的绝缘基材制成的印刷电路，具有许多硬性印刷电路板不具备的优点： （1）可以自由弯曲、卷绕、折叠，可依照空间布局要求任意安排，并在三维空间任意移动和伸缩，从而达到元器件装配和导线连接的一体化； （2）利用FPC可大大缩小电子产品的体积和重量，适用电子产品向高密度、小型化、高可靠方向发展的需要。因此，FPC在航天、军事、移动通讯、手提电脑、计算机外设、PDA、数字相机等领域或产品上得到了广泛的应用； （3）FPC还具有良好的散热性和可焊性以及易于装连、综合成本较低等优点，软硬结合的设计也在一定程度上弥补了柔性基材在元件承载能力上的略微不足

91 电子组装技术的最新发展 脉冲加热回流焊接(pulse-heated reflow soldering)是一
种将FPCB安装焊接到刚性PCB上的常规工艺，将两个预先上 好助焊剂的、镀锡的零件加热到足以使焊锡熔化、流动的温 度，固化后，在零件与焊锡之间形成一个永久的电气机械连 接。与传统的焊接相反，脉冲加热回流焊接通过对每个连接 使用一个热电极加热和冷却来焊接。在整 个加热、回流和冷却周期内要施加压力。 脉冲加热控制将能量传送到安装在流 焊接头上的热电极。

92 电子组装技术的最新发展 FPCB的SMT工艺 FPCB基板厚度很轻、薄(双面板的厚度约为0.138mm)SMT 操作难点是:
丝网印刷、贴片、回流焊接均需使用载板支撑。 支撑载板确保FPCB的平整度，需采用带有一定粘性有耐高温的有机硅材料。 焊点与基板间的硬度梯度很大，操作是FPCB很易折损。 PCB和FPCB焊点交界处应力较大，极易出现断裂。 采用硅胶对FPCB易折断处加以保护是行之有效的办法。

93 电子组装技术的最新发展 小型化电子组装 表面贴装技术随着电子元器件尺寸的越来越小，面临
着许许多多工艺技术的挑战 ，小型化电子元件的组装，需考虑以下几个问题： 焊盘的设计和元器件排列间隙的设计 焊料的选择，印刷焊膏的粒度、粘度、焊膏中助焊剂 类型选择 漏印模板的开口设计，丝网印刷精度控制 贴片精度控制，贴片机精度的选择 回流焊温度曲线的确定，焊接气象选择 装联质量的检测，选择自动光学检测AOI和自动X-射 线检测AXI（Auto X-Ray Instrument)

94 电子组装技术的最新发展 焊盘的设计和元器件排列间隙的设计 0201元件回流焊时的元件焊盘设计建议。建议两焊盘间距0.009英寸，
焊盘长度0.012英寸，宽度在0.015英寸到0.018英寸之间，具体取决于助 焊剂成分类型和焊膏回流焊环境0.018英寸宽度适用于充氮焊接环境、氧 气含量很低(50ppm以下)以及焊剂活性很强或润湿时间很短的情况；而 0.015英寸宽度焊盘则适用于在空气环境中进行回流焊接、焊膏溶剂活性 较弱以及有较长的润湿时间等情况。

95 电子组装技术的最新发展 少，总数为66个；使用水溶性焊膏在空气环境下进行回流焊 次之，不良有1,499个；使用免清洗型焊膏在充氮环境下进
使用免清洗焊膏在空气环境下进行回流焊产生的不良最 少，总数为66个；使用水溶性焊膏在空气环境下进行回流焊 次之，不良有1,499个；使用免清洗型焊膏在充氮环境下进 行回流焊产生的不良数最多，为5,665个。这表明在充氮 环境下以及焊膏助焊成分活性增大(水溶性焊膏)时，产生的 不良数目会增多。

96 电子组装技术的最新发展 焊料的选择 粒的尺寸。很明显，较细的颗粒印刷的分辨率更高，但是多细才足够呢？在今天的生产场合，通常使
随着焊盘变小，开孔尺寸和模板印刷厚度也将缩小。对印刷焊盘质量影响很大的一个方面是焊锡颗 粒的尺寸。很明显，较细的颗粒印刷的分辨率更高，但是多细才足够呢？在今天的生产场合，通常使 用的是第三类的粉末，焊锡颗粒为38-45微米。这类一般叫做“细间距锡膏”。金属颗粒小的则在形状上 不规则，很难分类和分离。对第五或六类的粉末的需求是未来锡膏需求的关键。对于BGA、CSP、 Flip-Chip、CCGA（陶瓷柱栅阵列）应参考器件供应商的数据手册，确定焊球（焊柱）的合金成分， 选择相同的合金焊料。 焊膏金属粉末的质量比与粉末的公称尺称 单位：m 为满足0.5mm 间距器件的焊接，推荐选用粒度为 25～75 m的焊膏。金属粉末的形状应为球形，但允许长轴与短轴的 最大比为1.5的近球形粉末。 金属粉末类型 少于0.055质 量的粉末尺寸 少于1.0质量 的粉末尺寸 至少80质量 最多10质量 1 180 150 150～75 20 2 90 75 75～54 3 53 45 45～35 4 38 38～20 15 5 32 25 25～15 10 6 15 15～5 5

97 电子组装技术的最新发展 漏印模板的开口设计 选择一种有非常光洁孔壁的模板技术。
模板(stencil)厚度与和网板的开孔是越来越重要的工艺考虑因素。许多焊接缺陷如 桥接、锡珠、焊锡量过少、焊锡量过多等，均与网板的开孔设计密不可分。模板厚 度为125微米，100%的开孔率。对于0201器件, 研究试验的锡膏印数据显示， 0.005“的模板，0.49的面积比率的0.096 x “ 的焊盘，对四号粉的Sn/Pb锡膏 的释放性能很差。可是，0.56面积比的0.0108“ x ” 的开口尺寸提供比较好的 锡膏量和释放性能。20-mil 间距的QFP，在 5-mil 厚的模板上10 x 50-mil 的开孔， 得到 2.0 的宽深比。使用一种光滑孔壁的模板技术将产生很好的锡膏释放和连续的 印刷性能。16-mil 间距的QFP，在 5-mil 厚的模板上7 x 50-mil 的开孔，得到 1.4 的 宽深比，这是一个锡膏释放很困难的情况，甚至对高技术的模板都一样。对于这种 情况应该考虑一个或者全部三个选择： 增加开孔宽度(增加宽度到 8-mil 将宽深比增加到 1.6) 减少厚度(减少金属箔厚度到 4.4-mil 将宽深比增加到 1.6) 选择一种有非常光洁孔壁的模板技术。

98 电子组装技术的最新发展 贴片机与贴片精度 高密度元件贴装的趋势将间隔标准推向0.15mm，用于0201、CSP、
Flip-Chip等元器件的贴装设备正受到挑战，以适应生产环境中的越来越 精密的公差要求。为了达到这个新的0.15mm的0201间隔标准，贴装设 备必须维持工艺能力指数(Cpk)大于1.5的3σ的0.05mm精度水平，和工 艺能力指数(Cpk)大于1.67的6σ的0.10mm精度水平。 应该说，2000年以后的新型号贴装设备大多数均具备上述能力。对于 2000年以前的工艺能力指数(Cpk)达不到达1.67的6σ的0.10mm精度水 平的贴装设备，则需进行升级。然而，在现有设备上升级往往是很困难 的，解决小型化、高密度电子元件的贴装问题需对生产线进行新的投资 改造。如果你的资金短缺，建议在产品设计中避免选择像0201片式元件 和间距小于0.8mm的CSP、Flip-Chip这样的元器件。

99 电子组装技术的最新发展 贴装设备拾放引起的元件位置偏差 如果元件贴放不准确，诸如墓碑或相邻元件之间的锡桥等缺陷机会急剧
地增加。当考虑使用0201元件设计电路板的最小元件间距的时候，贴装 系统的精度也应该考虑。 如果贴装系统的精度为±45µm，那么应该设定大约90µm的最小间距。 定义基准点(Fiducal)的方法对贴装精度有重要影响。 基准点不管圆形“●”还是“十”字形都比采用其他焊盘所界定的基准点达到 更高的贴装精度。

100 电子组装技术的最新发展 回流焊接 回流焊接对组装质量的影响至关重要。回流焊接的几个工艺参数：温
度的上升梯度、预热温度、焊接温度、冷却区温度的下降梯度、预热时 间、焊接时间、板上温度的均匀度、焊接区（BGA、CSP）器件底部温度 等都是工艺工程师所关注的。温度和时间涵盖了整个回流焊接过程。这些 参数是回流焊接的可变参量，需要工艺工程师依据自己的设备情况，进行 细致的工艺实验得出一组理想的回流温度曲线。 要获得准确的温度参数，采用温度测试分析仪是必要的。用温度测试分 析仪对PCBA（带有部分元器件的实验板）进行温度测试。测试点不应少于 五个。对于CSP器件还应测试器件底部的温度。

101 电子组装技术的最新发展 回流焊接的温度测试

102 电子组装技术的最新发展 温度曲线测试仪测定的温度曲线（选择了三个点）

103 电子组装技术的最新发展 装联质量的检测 视觉检查方法是最普通和低成本的，但对检验人员的依赖性太大。X
射线方法成本高、速度慢，对BGA、CSP、Flip-CHIP、CCGA、LLP等 焊点处于器件底部的检测非常重要。自动光学检查(AOI, automated optical inspection)速度较快但价格昂贵，在批量生产过程中，小型化高 密度PCBA检查已不能采用视觉检查方法，AOI则是最佳的选择。 在线测试(ICT, in-circuit test) 作为PCBA的检查工具也很普遍，但其 探针对PCBA物理空间的要求，在高密度PCBA上很难得到满足。 功能测试有时也作检查工具使用，一个好的功能测试夹具或程序往往 是比较经济的，对于数字电路采用自检程序进行测试往往收到事半功倍 的效果。

104 电子组装技术的最新发展 PCBA的外观检查标准 （IPC-美国电子工业联接协会） 《IPC-A-610D》（电子装联的可接受条件）
《IPC-A-600F》（印制板的可接受条件） 《J-STD-001D》（电气与电子组装件锡焊要求） 《J-STD-027 》（FC（倒装片）和CSP(芯片级封装)的 外形轮廓标准 ） 《IPC-DRM-SMT-C 》（表面安装焊接点评价手册） 《IPC-SC-60A 》 （锡焊后溶剂清洗手册 ）

105 电子组装技术的最新发展 目视检验 在PCBA方面《IPC610C电子组装件的验收条件》的规定是： 焊盘宽度或焊盘直径 用于检测放大倍数
用于仲裁放大倍数 >1.0mm(0.039in) 1.75X 4X >0.5～1.0 mm (0.02～0.039inch) 10X 0.25～0.5mm （ ～0.02inch） 20X <0.025mm 40X

106 电子组装技术的最新发展 三种检测方式的功能比较 检测方法 检测能力 检测强项 临界检测 检测弱项 ICT
In-Circuit Testing 在线测试 开路、桥接 元器件缺陷 元器件参数 焊料不足 焊接裂缝 元件错误 引脚变形 气孔 冷焊 位置偏移 AOI Automated Optical Inspection 自动光学检测 桥接 元件缺损 开路 元件数值（型号） 遮蔽焊点 X-Ray Laminography 分层X射线照相技术 极性 助焊剂残留 焊点裂纹 元件参数

107 电子组装技术的最新发展 结束语 电子产品的小型化发展所引导的小型化电子组 装，是一个涉及很宽领域的综合技术。仅就电子组
装而言，还有返修部分在这里没有提及。我认为小 型花高密度组装中的返修技术非常重要，应单列题 目与以讲述。 随着SMT的不断发展和进步，新的技术改革将要 求工艺技术人员将工艺设计和产品设计融为一体， 通过大量的工艺基础研究去寻找合理的工艺窗口和 电路板设计。

108 我们 能为SMT发展做什么？ 电子产品的轻、薄、小型化是SMT发展的永恒主题。掌握 新的工艺、新技术和应用新材料，不断地改善SMT的生产过
程控制，不断地提升生产效率、产品的可靠性，是每一位 SMT从业者的奋斗目标。 SMT已成为一种成熟的生产工艺技术，我们必须根据自己 产品生产的基本需求，从制造质量、生产效率、设备能力、 过程可控制等方面去综合评估。制订出科学生产制造流程。 勇于创新，在满足效率、质量提升又不降低产品可靠性的 条件下。发展新工艺、使用新材料将是对SMT发展做出的最 大贡献。

109 我们 能为SMT发展做什么？ 目前公司产品的PCBA组装，需要改善的几个方面： BGA/CSP的组装和返修 QFN的一次完全润湿焊接
通过贴片机对FPC进行放置 推进DFM/DFT实施 扩大通孔回流焊接应用范围 利用SMT组装光电子组件或平面光波导

110 思考题 RoHS限制了哪几种有害物质？ 有铅和无铅工艺有何明显区别？ SMT生产设备主要包括哪些？ 影响SMT工艺质量的关键工序有哪些？
SMT生产中，PCBA产生批次性错误（元器件型号错误、元件极性倒置、元件位置偏移等）一般由哪个工艺环节错误引起？

111 现场问答 您有什么问题吗？ 谢 谢 大 家