P5M1 表面贴装设备的操作 P5M1.1 SMT概述 P5M1.2 表面组装工艺材料与设备 P5M1.3 表面组装的类型及制程.

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1 P5M1 表面贴装设备的操作 P5M1.1 SMT概述 P5M1.2 表面组装工艺材料与设备 P5M1.3 表面组装的类型及制程

2 P5M1.1 SMT概述 表面组装技术的组成 表面组装技术 静电防护技术 封装设计 制造技术 表面组装技术元器件 包装技术
PCB板技术：单层、双层、多层、陶瓷基板、环氧基板 组装设计技术：电设计、热设计、元件布局、电路布线、焊盘图形设计 组装工艺技术 制造技术 包装技术 组装材料 组装方式与制程 组装技术 组装设备 静电防护技术

3 P5M1.1 SMT概述 表面组装技术的特点 1、组装密度高

4 P5M1.1 SMT概述 DIP集成电路与表面安装集成电路的引脚数目、重量对比

5 P5M1.1 SMT概述 DIP集成电路与表面安装集成电路面积对比

6 P5M1.1 SMT概述 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
　焊点不良率小于百万分之一。 3、高频特性好，减少了电磁和射频干扰 　电路最高频率达3GHz，而采用通孔元件为500MHz。 4、成本低 5、便于自动化生产

7 P5M1.1 SMT概述 SMT生产中存在问题 （1）元器件上的标称数值看不清，维修工作困难； （2）维修调换器件困难，并需专用工具；
（3）元器件与印制板之间热膨胀系数(CTE)一致性差，对元器 件、印制板等都提出更高的要求。

8 P5M1.1 SMT概述 表面组装技术工艺要素 一、表面组装技术定义
　表面组装技术是一种无需在印制板上钻插装孔，直接将表面组装元器件贴、焊到印制电路板表面规定位置上的电路装联技术。 　 S： Surface M：Mounted T： Technology

9 P5M1.1 SMT概述 二、SMT工艺构成要素 　 1．印锡膏 　 2．贴装 3．回流焊接 4．清洗 5．检测

10 P5M1.2 表面组装工艺材料与设备 根据SMT的工艺构成，表面组装应包括三个主要环节，即焊膏印刷、贴片及回流焊接。 印焊膏 贴片 回流焊

11 P5M1.2 表面组装工艺材料与设备 焊膏印刷 焊膏印刷是SMT的第一道工序，是SMA质量优劣的关键因素之一，70%左右的缺陷来源于焊膏的印刷。焊膏印刷工艺要素主要包括焊锡膏、模板和印刷机。

12 P5M1.2 表面组装工艺材料与设备 一、焊锡膏（Soldering Paste）
焊锡膏是由合金焊料粉和糊状助焊剂均匀搅拌而成的膏状体，广泛用于回流焊中。　　 焊锡膏在常温下具有一定的粘性，可将电子元件初粘在既定的位置，在焊接温度下，随着溶剂和部分添加剂挥发，将被焊元件与PCB互联在一起形成永久连接。

13 P5M1.2 表面组装工艺材料与设备 1.锡膏的化学成份 锡膏主要由合金焊料粉末和助焊剂组成。其中合金焊料粉末占总重量的85%-90%，助焊剂占10%-15%。 （1）合金焊料粉末　　　　　　　　　　　　　　　 合金焊料粉末是锡膏的主要成分，传统的合金粉末有Sn63%-Pb37%，熔解温度为183℃。

14 P5M1.2 表面组装工艺材料与设备 SMT引脚间距与锡粉颗粒的关系
合金焊料粉末的形状、粒度和表面氧化程度对焊膏性能的影响很大。锡粉形状分成无定形和球形两种。锡粉的粒度一般在200—400目。粒度愈小，粘度愈大；粒度过大，会使锡膏粘接性能变差；粒度太细，表面积增大，会使其表面含氧量增高，也不宜采用。 SMT引脚间距与锡粉颗粒的关系 引脚间距/mm 0.8以上 0.65 0.5 0.4 颗粒直径/um 75以下 60以下 50以下 40以下

15 P5M1.2 表面组装工艺材料与设备 （2）助焊剂 助焊剂是锡粉的载体，为了改善印刷效果有时还需加入适量的溶剂。通过助焊剂中活性剂的作用，能清除被焊材料表面及锡粉本身的氧化物，使焊料迅速扩散并附着在被焊金属表面。

16 P5M1.2 表面组装工艺材料与设备 2.锡膏的分类 （1）根据锡粉合金的熔点可分为普通锡膏(熔点 度)、高温锡膏(熔点250度以上)、低温锡膏(熔点150度以下)。 不同熔点锡膏的回流焊温度 合金类型 熔化温度（℃) 再流焊温度（℃） 熔化温度(℃) Sn63/Pb37 　　183 Sn30/Pb70 　 Sn60/Pb40 Sn25/Pb75 Sn50/Pb50 　 　 Sn15/Pb85 　 Sn45/Pb55 Sn10/Pb90 　 　 Sn40/Pb60 　 Sn5/Pb95 　

17 P5M1.2 表面组装工艺材料与设备 不同熔点锡膏的回流焊温度 （续表） 合金类型 熔化温度 (℃) 再流焊温度 （℃） 合金类型
　 　　 合金类型 熔化温度 　(℃) 再流焊温度 　（℃） 　合金类型 Sn62/Pb36/Ag2 　　179 　 Sn43/Pb43/Bi14 Sn3/Pb97 　 　 Au80/Sn20 280 Sn96.5/Pb3.5 　　221 　 Sn37.5/Pb37.5/In25 138 Sn95/Ag5 In60/Pb40 Sn1/Pb97.5/Ag1.5 309 In50/Pb50 Sn100 232 In19/Pb81 Sn95/Pb5 Sn5/Pb92.5/Ag2.5 300 Sn42/Bi58 139

18 P5M1.2 表面组装工艺材料与设备 （2) 根据助焊剂的活性可分为无活性(R)、中等活性(RMA)、活性(RA)。
（3) 根据清洗方式可分为有机溶剂清洗型、水清洗型、免清洗型。

19 P5M1.2 表面组装工艺材料与设备 3.焊膏使用注意事项 （1)储存温度：建议在冰箱内储存温度为5℃-10℃，请勿低于0℃。 （2)出库原则：必须遵循先进先出的原则 （3)解冻要求：从冷柜取出锡膏后自然解冻至少4个小时 （4)生产环境：建议车间温度为25±2℃,相对湿度在45%-65%RH 的条件下使用。 （5)搅拌控制：取已解冻好的锡膏进行搅拌。

20 P5M1.2 表面组装工艺材料与设备 （6)使用过的旧锡膏：开盖后的锡膏建议在12小时内用完，如需保存，请用干净的空瓶子来装，然后再密封放回冷柜保存。 （7)放在钢网上的膏量：第一次放在钢网上的锡膏量，以印刷滚动时不要超过刮刀高度的1/2为宜。 （8)印刷暂停时：如印刷作业需暂停超过40分钟时，最好把钢网上的锡膏收在瓶子里，以免变干造成浪费。 （9)贴片后时间控制：贴片后的PCB板要尽快过回流炉，最长时间不要超过12个小时。　　

21 P5M1.2 表面组装工艺材料与设备 二、模板/钢板
模板（Stencils），又称漏板、钢板，其作用是用于定量分配焊膏，它由铸铝框架、丝网、金属模板组成。　　

22 P5M1.2 表面组装工艺材料与设备 模板的制作方法有化学蚀刻法（chemical etch）、激光切割法（laser cutting）、电铸成型法（electroform）。

23 P5M1.2 表面组装工艺材料与设备 1.化学蚀刻法(chemical etch) 化学蚀刻法是采用化学腐蚀的方式，工艺流程如图所示。
数据文件 PCB 张 网 钢片清洗 蚀 刻 菲林制作 曝 光 显 影

24 P5M1.2 表面组装工艺材料与设备 2.激光切割法(laser cutting) 激光切割法是采用专用激光机进行切割，工艺流程如图所示。
菲 林 PCB 张 网 打 磨 激光切割 取 坐 标 数据文件 数据处理

25 P5M1.2 表面组装工艺材料与设备 3.电铸成型法（electroform） 电铸成型法是采用金属电铸来成型网板，工艺流程如图所示。
基板上涂 感光膜 张 网 钢片清洗 成 型 曝 光 显 影 电 铸 镍

26 P5M1.2 表面组装工艺材料与设备 化学蚀刻法、激光切割法和电铸成型法制作模板各有特点，开口效果如图所示。
（a） 蚀刻模板 (b) 激光模板 (c) 电铸模板

27 P5M1.2 表面组装工艺材料与设备 三、印刷机 印刷机可分为半自动和全自动两种，半自动不能与其他SMT设备连接，需要人为干预，但结构简单、价格便宜。 全自动印刷机（见图）可连进SMT生产线，无需人为干预，自动化程度高，适用于规模化生产。

28 P5M1.2 表面组装工艺材料与设备 1.印刷机性能要求
好的印刷机工艺性能应具备充填性能好、脱版性能强及方便清洁，并具备高精度、精间隙、快节拍，稳定性高、可靠性强，智能化，安全性好，可维修性好和使用寿命长等特性。

29 P5M1.2 表面组装工艺材料与设备 2.丝网/模板印刷基本原理
在印刷时，锡膏因受到刮刀的推力滚动前进。锡膏所受推力可分解为水平方向的力和垂直方向的力，当锡膏运行至模板窗口附近时，其垂直方向的力导致锡膏顺利地通过窗口沉到PCB焊盘上，当模板抬起后便留下精确的焊膏图形。

30 P5M1.2 表面组装工艺材料与设备 3.工艺参数 丝网印刷通常使用硬度为70～90的橡胶或聚亚安酯刮板，模板印刷通常使用硬度为90以上的聚氨脂橡胶和金属刮刀。具体工艺参数如下： （1）刮刀速度：一般25～50mm/s；细间距20～30mm/s；超细间距10～20mm/s （2）刮刀角度：范围45～75°；最佳60～70℃ （3）脱模速度：一般0.8～2.0mm/s；细间距0.3～1.0mm/s；超细间距0.1～0.5mm/s

31 P5M1.2 表面组装工艺材料与设备 贴片 贴片是通过吸取-位移-定位-放置等过程将SMD元器件快速、准确地贴放到PCB指定的焊盘位置上，这一任务主要由贴片机来完成。

32 P5M1.2 表面组装工艺材料与设备 一、贴片机种类
贴片机是机-电-光以及计算机控制技术的综合体。目前生产贴片机的厂家众多，结构也各不相同，一般可分为高速机、中速机和多功能机。

33 P5M1.2 表面组装工艺材料与设备 二、贴片机结构 目前贴片机结构大致可分为四种类型：动臂式、复合式、转塔式和大型平行系统。

34 P5M1.2 表面组装工艺材料与设备 1.动臂式 动臂式又称“拱架式”，是传统的贴片机，具有较好的灵活性和精度，适用于大部分元件，高精度机器一般都是这种类型，但其速度无法与复合式、转塔式和大型平行系统相比。动臂式机器又分为单臂式和多臂式。

35 P5M1.2 表面组装工艺材料与设备 2.复合式 复合式机器是从动臂式机器发展而来，它在动臂上安装有转盘，像Siemens的Siplace80S系列贴片机，有两个带有12个吸嘴的转盘。从严格意义上来说，复合式机器仍属于动臂式结构。

36 P5M1.2 表面组装工艺材料与设备 3.转塔式 工作时，料车将元件送料器移动到取料位置，贴片头上的真空吸料嘴在取料位置取元件，经转塔转动到贴片位置（与取料位置成180度），在转动过程中经过对元件位置与方向的调整，将元件贴放于基板上。

37 P5M1.2 表面组装工艺材料与设备 4.大规模平行系统
大规模平行系统使用一系列小的单独的贴装单元。每个单元有自己的丝杆位置系统，安装有相机和贴装头。每个贴装头可吸取有限的带式送料器，贴装PCB的一部分，PCB以固定的间隔时间在机器内步步推进。这种机型也主要适用于规模化生产。

38 P5M1.2 表面组装工艺材料与设备 三、贴片机工作过程
贴片机工作是非常复杂的过程，在计算机的统一管理下各部分协调完成，主要包括四个主要工作环节，即元件拾取、元件检查、元件传送和元件放置。

39 P5M1.2 表面组装工艺材料与设备 三、贴片机工作过程 1.元件拾取（Component Pick-Up）
元件拾取是由吸嘴从供料器吸住元件并进行角度调整的过程。具体是旋转头移动至元件拾取位置，Z-axis快速下降到安全间隙的位置，元件与贴装吸嘴接触，通过传感器反馈启动真空阀，用真空负压的方式吸住SMD元件，在此同时，完成Z轴位置储存和Z轴位置在线校准。

40 P5M1.2 表面组装工艺材料与设备 供料器 贴片头示意图

41 P5M1.2 表面组装工艺材料与设备 2.元件检查（Component Check）
元件检查过程是检查元件是否被拾取到并与标准数据库比较，主要内容包括元件至视觉摄像头直下方，摄像头成像，视觉系统把所成图像数据同标准数据（自于标准元件库）比较，确认元件位置（包括X-Y坐标及角度），并计算补偿值。贴装时进行X-Y及角度的补偿并对下一次取料位置作预先优化。

42 P5M1.2 表面组装工艺材料与设备 3.元件传送（Component Transport）
元件传送是通过贴片头及PCB相互移动，使SMD元件到达PCB的指定位置。主要是器件经光学检查后到达角度驱动位置，由角度驱动机构进行贴片角度的达成；所有吸嘴的元件被吸取后，在贴装前均完成贴片角度的设定；贴片头移至贴片位置，结合X-Y的补偿置进行贴装，并就X-Y及角度的补偿值对下一工序进行预处理。

43 P5M1.2 表面组装工艺材料与设备 4.元件放置（Placement Procedure）
元件放置是使元件准确地放在PC指定位置的过程。主要包括贴片头移至贴片位置上方；进行真空检测，以确认器件是否吸付良好；Z轴快速下降，考虑器件高度并到达安全间隙；Z轴下降加速度减小，与PCB接触、感知PCB的翘曲程度并通过Z轴压力传感器数据反馈，按预设贴片压力放置元件。

44 P5M1.2 表面组装工艺材料与设备 回流焊接 回流焊接是利用外部热源使焊盘上的焊料回流，利用适当的温度控制，达到焊接要求而进行的成组或逐点焊接工艺。下图是回流炉示意图。

45 P5M1.2 表面组装工艺材料与设备 一、特点 1.回流焊不需要象波峰焊那样需把元器件直接浸渍在熔融焊料中，故元器件所受到的热冲击小；
2.回流焊仅在需要的部位上施放焊料，大大节约焊料的使用； 3.回流焊能控制焊料的施放量，避免桥接等缺陷的产生； 4.当元器件贴放位置有一定偏离时，回流焊能在焊接时将此微小偏差自动纠正，使元器件固定在正确位置上； 5.可采用局部加热热源，从而可在同一基板上用不同的回流焊接工艺进行焊接；

46 P5M1.2 表面组装工艺材料与设备 二、分类 1. 汽相回流焊
回流焊接技术按照加热方式不同，分有：汽相回流焊、红外回流焊、激光回流焊，热风回流焊、红外热风回流焊等。 1. 汽相回流焊 利用加热高沸点液体作为转换介质，使其沸腾后产生饱和蒸汽，遇到冷却被焊元器件放出汽化潜热，从而使被焊元器件本身升温而实现被焊元器件加热的焊接方式。

47 P5M1.2 表面组装工艺材料与设备 2.红外回流焊 3．激光回流焊
红外回流焊机主要是以红外线辐射的方式实现被焊元器件加热的焊接方式，其优点是热效率高，温度陡度大，双面焊接时PCB上、下温度易控制；其缺点是易造成PCB上各种不同元件之间，以及相同元件不同区域之间存在温度不均匀现象。 3．激光回流焊 利用激光束来直接照射焊接部位，焊点吸收光能转变成热能，加热焊接部位使焊料熔化从而实现被焊元件加热的焊接方式；激光回流焊可快速在焊接部位局部加热，实现多引脚细间距器件的可靠焊接。

48 P5M1.2 表面组装工艺材料与设备 4．热风回流焊 热风回流焊是通过对流喷射管嘴或耐热风机来迫使炉内热气流循环，从而实现被焊元件加热的焊接方式。该加热方式使PCB上元器件的温度接近设定的加热温区的气体温度，因而温度均匀、焊接质量好；缺点是PCB上、下温差以及沿焊接炉长度方向温度梯度不易控制。

49 P5M1.2 表面组装工艺材料与设备 5．红外热风回流焊
红外热风回流焊是在红外线加热的基础上追加了热风循环，通过红外线和热风的双重作用来实现被焊元件加热的焊接方式。该加热方式使炉内的温度更均匀，充分利用了红外线穿透能力强、热效率高、能耗低的特点，同时有效地克服了红外线加热方式的温差和屏蔽效应。

50 P5M1.2 表面组装工艺材料与设备 三、回流焊温度曲线与工艺分区 1.回流焊温度曲线
回流焊炉的温度控制是通过温度曲线实现的，温度曲线是保证焊接质量的关键。典型温度曲线如图所示。

51 P5M1.2 表面组装工艺材料与设备 设置回流焊温度曲线设置依据如下： （1）根据使用焊膏的温度曲线进行设置。不同金属含量的焊膏有不同的温度曲线，应按照焊膏生产厂商提供的温度曲线进行设置具体产品的回流焊温度曲线； （2）根据PCB板的材料、厚度、是否多层板、尺寸大小等； （3）根据表面组装板上元器件的密度、元器件的大小以及有无BGA、CSP等特殊元器件进行设置。 （4）根据设备的具体情况，例如：加热区的长度、加热源的材料、回流焊炉的构造和热传导方式等因素进行设置。

52 P5M1.2 表面组装工艺材料与设备 2．焊接过程 在回流焊接过程中，焊膏需经过以下几个阶段：溶剂挥发、焊剂清除焊件表面的氧化物、焊膏的熔融、再流动以及焊膏的冷却、凝固。根据回流焊温度曲线，分四个阶段完成。

53 P5M1.2 表面组装工艺材料与设备 （1）预热阶段 （2）保温阶段
使PCB和元器件预热，达到平衡，同时除去焊膏中的水份、溶剂，以防焊膏发生塌落和焊料飞溅。要保证升温比较缓慢，溶剂挥发。同时焊膏中的助焊剂润湿焊盘、元器件端头和引脚，焊膏软化、塌落、覆盖了焊盘，将焊盘、元器件引脚与氧气隔离。 （2）保温阶段 保证在达到再流温度之前焊料能完全干燥，同时还起着焊剂活化的作用，清除元器件、焊盘、焊粉中的金属氧化物。时间约60-120秒，根据焊料的性质有所差异。

54 P5M1.2 表面组装工艺材料与设备 （3）再流焊阶段 （4）冷却区阶段
焊膏中的焊料使金粉开始熔化，再次呈流动状态，液态焊锡对PCB的焊盘、元器件端头和引脚润湿、扩散、漫流或回流混合形成焊锡接点。 （4）冷却区阶段 焊料随温度的降低而凝固，使元器件与焊膏形成良好的电和机械接触。

55 P5M1.3 表面组装的类型及工艺制程 组装好的SMC／SMD的电路基板叫做表面组装组件(简称SMA)。在不同的应用场合，对SMA的安装密度、功能和可靠性等方面有不同的要求，只有采用不同的方式进行组装才能满足这些要求。 当把有源和无源元件贴装在基板上时，就会形成三种最基本的组件。即I型SMA、Ⅱ型SMA、III型SMA。

56 P5M1.3 表面组装的类型及工艺制程 I型SMA制程
I型SMT组件的元器件分布如图所示。特征是只含有表面组装元器件，它们可以是单面组装，也可以是双面组装。该类SMA采用锡膏——回流焊工艺。

57 P5M1.3 表面组装的类型及工艺制程 1．单面组装 单面组装是指在印制电路板的一面贴装元器件，其制程如图所示： 来料检测
 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

58 P5M1.3 表面组装的类型及工艺制程 2．双面组装 双面组装是指印制电路板的两面贴装元器件，如两面均贴装有PLCC等较大的SMD时采用如下制程，如图所示：  来料检测 PCB的A面印焊膏 贴片 烘干（固化） A面回流焊 清洗 翻板 PCB的B面印焊膏 烘干 回流焊（最好仅对B面） 检测 翻修

59 P5M1.3 表面组装的类型及工艺制程 Ⅲ型SMA制程
Ⅲ型SMA的元器件排列方式见下图所示。其特点是PCB上既有表面安装元件又有通孔安装的元器件，Ⅲ型SMA采用波峰焊工艺焊接。带PN结的半导体器件不能直接经过波峰焊，Ⅲ型SMA中的A面只能是通孔安装器件，B面（即通孔元器件的底面）只能排列电阻、电容，而不能排列集成电路。

60 P5M1.3 表面组装的类型及工艺制程 Ⅲ型SMA采用贴片——波峰焊工艺。这类型SMA的工艺又分成先贴法和后贴法两种。

61 P5M1.3 表面组装的类型及工艺制程 当SMD元件多于分立元件时,采用先贴后插制程，即先在电路板side B面贴SMC，而后在side A面插装THC。制程如图所示：  来料检测 PCB的B面点贴片胶 贴片 固化 PCB的A面插件 清洗 翻板 波峰焊 检测 翻修 其工艺特点是操作简单，但需留下插装THC弯曲引线的操作空间，因此组装密度低，另外要求粘接剂应具有较高的粘接强度，以耐机械冲击。

62 P5M1.3 表面组装的类型及工艺制程 当分立元件多于SMD元件时，采用先插后贴。即先在PCB的A面插装THC，后在PCB的B面贴SMC，工艺制程如图所示。  来料检测 PCB的A面插件（引脚打弯） 固化 翻板 PCB的B面点贴片胶 清洗 贴片 检测 翻修 波峰焊 这种工艺克服了第—种组装方式的缺点，提高了组装密度，但要涂敷粘接剂。Ⅲ型SMA多采用后一种工艺。

63 P5M1.3 表面组装的类型及工艺制程 Ⅱ型SMA制程
Ⅱ型SMA的器件排列方式见下图，其特点是A面混装，B面贴装。B面不包含任何表面安装的半导体器件SMD，在底面只有分立的表面组装无源元件（SMC）。

64 P5M1.3 表面组装的类型及工艺制程 当SMD元件多于分立元件时，可先贴后插，制程如图所示。 工艺要点是先贴后插，A面回流焊，B面波峰焊。
 来料检测 PCB的A面印焊膏 固化 烘干 回流焊 清洗 贴片 检测 翻修 翻板 波峰焊 插件（引脚打弯） PCB的B面点贴片胶