原创 SMT表面安装技术

　　表6-2 RI11型片式电阻的技术特征

　　表6-3 不同的外形尺寸对应的额定功率

　　6、标记识别方法
　　a、元件上的标注。当片式电阻阻精度为5%时，采用3个数字表示。跨接线记为000，阻值小于10Ω，在两个数字之间补加“R”表示，阻值在10 Ω以上的，则最后一数值表示增加的零的个数。例如4.7Ω记为4R7；0Ω(跨接线)记为000记为101；1MΩ。当片式电阻值精度为1%时，则采用4个数字表示，前面3个数字为有效数字，第四位表示增加的零的个数；阻值小于10Ω的，仍在第二位补加“R”，阻值为100Ω，则在第四位补“0”。例如4.7Ω记为4R70,100Ω记为1000,1MΩ记为1004,10Ω记为10R0。
　　b、料盘上的标注，华达电子片状阻器标识含义：如RC05K103JT其中，RC为产品代号，表示片状电阻器
　　05表示型号，02(0402),03(0603),05(0805),06(1206)
　　K表示电阻温度系数，F：±25；G：±50；H：±100；K：±250；M：±500
　　103表示阻值
　　J表示电阻值误差，F：±1%；G：±25%；J：±5%；0：跨接电阻
　　T表示包装，T编带包装；B：塑料盒散包装
　　(2)圆柱形固定电阻
　　圆柱形固定电阻，即金属电极无端子面元件(Metal Electrode Face Bonding Type)简称MELF电阻。MELF 主要有碳膜ERD型，高性能金属膜ERO用跨接用的0Ω电阻三种。它与片式电阻相比，无方向性和正反面性，包装使用方便，装配密度高，固定到印制板上有较高的抗弯能力，特别是噪声电平和三次谐波失真都比较低，常用于高档音响电器产品中。
　　1、结构 MELF电阻是在高铝陶瓷基体上覆上金属膜或碳膜，两端压上金属帽电有，采用刻螺纹槽的方法调整电阻值，表面涂上耐热漆密封，最后根据电阻值涂上色码标志。
　　2、性能 MELF的主要技术特性和额定值见表6-5。

　　表6－5 MELF的主要技术特性和额定值

　　3、标志识别 MELF的阻值以色球标志法表示。
　　(3)片式电位器
　　表面安装电位器，又称片式电位器(Chip Potentiometer)。它包括片状、

　　圆、柱状、扁平矩形结构等各类电位器，它在电路中起调节分电路电压和分路电阻的作用，故分别称之为分压式电位器和可变电阻器。
　　①结构　　片式电位器有四种不同的外形结构，分别为敞开式结构，防尘式结构，微调式结构和全密封式结构。
　　②性能
　　a标称阻值范围：100Ω-1MΩ
　　b阻值允许范围：±25%
　　c电阻规律：线性
　　d接触电阻变化：3%或3Ω
　　e分辩率：无限
　　f电阻温度系数：250×10－6./℃
　　g最大电流：100mA
　　h使用温度范围：－55－＋100℃
　　I额定功耗系列：0.05W，0.1W，0.125W，0.2W，0.25W，0.5W
　　③外形尺寸　　片状电位器型号有3型、4型和6型、其外形尺寸见表6－6。

　　表6－6片状电位器外形尺寸

　　③外形尺寸
　　 片式电容的外形尺寸见表6－8

　　④标注识别方法
　　a、元件表面标注值表示法。有些厂家在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，现将这种表格　介绍如下（见表6－9）。

　　b、外包装表示法。一般标识于电容外包装上。
　　（2）钽电解电容器
　　钽电解电解器，简称钽电容，单位体积容量大，在容量超过0.33F时，在都用钽电解电容器，由于其电解质响应速度快，因此在需要高速运算处理的大规模集成电路中应用广泛。
　　1、结构
　　 片式钽电解电容采用高纯度的钽粉末与胶黏剂混合，埋入钽端子后，在1800－2000的真空炉中烧结成多孔性的烧结体作为阳坡，用硝酸酸锰热解反应，在烧结体表面形成固体电解质的二氧化锰用为阴极，经石墨层、导电涂料层涂敷后同，进行阴、阳极引出线的的边接，然后用模型封装成型。
　　片式钽电解电容器有三种不同类型：裸片型、模塑封装型和端帽型。
　　裸征型即无封装型，成本低，但对环境的适应性差，开关不规则，不宜自动安装。
　　模塑封的装型即常见的矩形钽电解电容，成本较高，阴极和阳极与框架端子的连接导致热应力过大，对机械强度影响较大，广泛应于通讯类电子产品中。
端帽型也称树脂封装型，主体为树脂封装，两端有金属电极，体积小，高频、特性好，机械强度高，常用于投资类电子产品中。
　　2、性能
　　片式钽电解电容的主要性能见表6－10

　　③标志
　　 矩形钽电解电容外壳为有色塑料封装，一端印有深色标志线，为正极，在封面上有电容量的数值及耐压值，一般有醒目的标志，以防用错。
　　（3）铝电解电容器
　　铝电解电容器主要应用于各种消费类电子产品中，价格低廉，按外形和封装材料诉不同，可分为矩形铝电解电容器（树脂封装）和圆柱形电解电容器（金属封装）两类。
　　1、结构
　 将高纯度的铝箔（含铝99.9%－99.99%）电解腐蚀成高倍率的附着面，然后在硼酸，磷酸待弱酸性的溶液中进行阳极氧化，形成电介质薄膜，作为阳极箔，将低纯度的铝箔（含铝99.5%－99.8%）电解腐蚀成高倍率的附着面，作为阴极，电解纸将阳极箔和阴极箔隔离后绕成电容器芯子，经电解液浸透，根据电解电容器的工作电压及电导率的差异，分成不同的规格，然后用密封桷胶铆接封口，最后用金属铝壳或耐热性环氧树脂封装。由于铝电解电容器中采用非固体介质作为电有材料，因此在再流焊工艺中，应严格控制焊接温度。
　　2、性能
　 圆柱形铝封电解电容器性能见表6－11。

　　表6－11 圆柱形铝电解电容器的主要性能

　　3、识别标志
　 铝电解容器外壳上的深色标志代表负极，容量及地压值在外壳上也有标注。

　　20世纪80年代日本，美国和西欧等国家研制出了种类繁多的片式电感器，其中相当多的产品已系列化、标准化、并批量生产。片式电感器同插装式电感一样，在电路中起扼流、退耦、滤波、调谐、延迟、补偿等作用。
片式电感器的种类较多，按形形状可分为矩形圆柱形；按磁路可分为开路和闭路形；按电感量可分为固定的和可调的；按结构的制造工艺可分为绕线型、多层的卷绕型。
　　（１） 性能
　　绕线型电感器量范围宽、值高、工艺简单，因此在片式电器感器中使用最多，但体积较大、热性较差。
　　（２） 外形
　　绕线型片式电感器的品种很多，各异，表６－１２列出了国外一些公司生产的绕线片式电感器的型号、主要的性能参数。
　　表6-12列出了国外一些公司生产的绕线片式电感器的型号、主要的性能参数。

　　表6－11国外厂商制造的绕线型片式电感的外形尺寸及主要性能

　　（3） 识别标志
　　国产华达电子绕线型片式电感器的标识含义如下。
　　以ＨＤＷ２０１２ＵＧＲ１０ＫＧＴ为例
　　其中，
ＨＤＷ表示产品代码
２０１２表示规格
ＵＣ表示蕊子类型，ＵＦ陶瓷蕊；ＵＦ铁氧体蕊
Ｒ１０表示电感量，Ｒ１０；０１　Ｈ；２Ｎ２，０３３；０。３３Ｈ
F表示公差，Ｊ；５％；Ｋ；１０％；Ｍ；２０％
G表示端头，Ｇ；金端头；Ｓ；锡端头
Ｔ表示包装方法，Ｂ散包装；Ｔ编包装

3 表面安装的工艺流程

SMT工艺有两类最基本的工艺流程式，一类是锡膏再流焊工艺，另一类是贴片波峰焊工艺。在实际生产中，应根据所用元器件和生产装备的类型以及产品的需求，选择单独进行或者重复、混合使用，应根据所用元器件和生产装备的类型以及产品的需求，选择单独进行或者重复，混合使用，以满足不同产品生产的需要。 　　1、锡膏再流焊工艺 如图6-1所示。该工艺流程式的特点是简单、快捷、有利于产品体积的减小。 　　2、贴片波峰焊工艺 如图6-2所示。该工艺流程的特点是利用双面板空间，电子产品的体积可以进一步减小，且仍使用通孔元件，价格低廉，但设备要求增多，波峰焊过程中缺陷较多，难以实现高密度组装。 　　图6-1 锡膏-再流焊工艺流程 　　图6-2 贴片-波峰焊工艺流程 　　若将上述两种工艺流程式混合与重复，则可以演变成多种工艺流程供电子产品组装之用，如混合安装。 　　③、混合安装 如图6-3所示，该工艺流程特点是充分利用PCB双面空间，是实现安装面积最小化的方法之一，并仍保留通孔元件廉的优点，多用于消费类电子产品的组装。 　　图 6－3 混合安装工艺流程 　　图6-4 双面再流焊接工艺流程 　　④双面均采用锡膏再流焊工艺，如图6-4所示。该工艺流程的特点是采用双面锡膏再流焊工艺，能充分利用PCB空间，并实现安装面积最小化，工艺控制复杂，要求严格，常用于密集型或超小型电子产品，移动电话是典型产品之一。

4 表面安装的焊接工艺

6.4．1焊接方法 　　焊接是表面安装技术中的主要工艺技术。在一块表面安装组件（SMA）上少则有几十多则有成千上万个焊点，一个焊点不良就会导致整顿秩序个SMD产品失效，所以焊接质量是SMA可靠性的关键，它直接影响电子设备的性能和经济效益，焊接质量取决于所用的焊接方法、焊接材料，焊接工艺和焊接设备。 　　表面组装有用软钎焊技术，它将SMC/SMD焊接到PCB的焊盘图形上，使元器件与PCB电路之间建立可靠的电气和机械连接，从而实现具有一定可靠性的电路功能，这种焊接技术主要工艺特征是；用焊剂将要焊接的金属表面洗净（去除氧化物等）使之对焊接料具有良好的润湿性；供给熔焊料润金属表面。 　　根据溶融焊料的供给方式，在SMT中采用的软钎焊技术主要有波峰焊（Wave Solde\ring）和再流焊（Reflow Soldering）. 一般情况下，波峰焊用于混合组装方式，再流焊用于全表面组装方式，波峰焊是通孔插技术中使用的传统焊接工艺技术，根据波峰的形状不同有单波峰焊、双波峰焊等形式之分，根据提供热源的方式不同，再流焊有传导，对流、红外、激光、气相等方式。表6-15比较了SMT中使用的各种软焊方法。 　　波峰焊与再流焊之间的基本区别在于热源与钎料的供给方式不同。在波峰焊中，钎料波峰有两个作用：一是供热，二是提供钎料，在再流焊中，热是由再流焊技术是印制电路板上进行大批量焊接元器件的主要方式。就目前而言，再流焊技术与设备是SMT组装厂商组装SMC/SMD的主选技术与设备，但波峰焊仍不失为一种高效自动化，商产量，可在生产线上串联的焊接技术。因此，在今后相当长的一段时间内，波峰技术与再流焊技术仍然电子组培装的首选焊接设备。 　　6.4．2焊接特点 　　由于SMC/SMD的微型化和SMA的高密度化，SMA上元器件之间和元器件与PCB之间的间隙很小，因此，表面组装元器件的焊接与传统引线插装元器件的焊接相比，主要有以下几个特点。 　　1、元器件本身受热冲击大 　　2、要求形成微细化的焊接连接。 　　3、由于表面组装元器件的电极或引线的形状，结构及材料种类繁多，要求能对各种类型的电极或引线进行焊接。 　　4、要求表面组培装元器件与PCB上焊盘图形的接合强度和可靠性高。 　　所以，SMT与THT相比，对焊接技术提出了更高的要求。然而，这并不是说获得高可靠性的SMA是困难的，事实上，只要对SMA进行正确设计和执行严格的组装工艺，其中包括严格的焊接工艺，SMA进行正确设计和执行严格的组装工艺，其中包括严格的焊接技术、方法和设备，严格控制焊接工艺。 　　除了波峰焊接和再流焊接技术之外，为了确保SMA的可靠性，对于一些热敏感性强的SMD常采用局部加热方式进行焊接。     5 表面安装设备 　　6.5.1 贴片设备 　　为了满足大生产需要，特别是随着SMC/SMD的精细化，人们越来越重视彩自动化的机器——贴片机来实现高速精度的贴放元器件。 　　近30年来，贴片机已由早期的低速度（1~1.5S/片）和低精度（机械对中）发展到高速（0.08S/片）和高精度、（光学对中，贴片精度±60）高精度全自动贴片机是由计算机、光学、精密机械、滚珠丝杆、直线导轨、线性电机、谐波驱动器及真空系统和各种传感器构成的机电一体化的高科技术装备。从某种意义上来说，贴片机技术已成为SMT的支柱和深入发展重要标志，贴片机是整个SMT的生产中最关键，最复杂的设备，也是人们在初次建立SMT生产线时最难选择的设备。 　　（1）贴片机的分类 　　目前世界上已有近几十个贴片机生产厂家，生产的贴片机达几百种之多，贴片机的分类没有固定的格式，习惯上有下列几种。 　　1、按速度分类 　　中速贴片 3000片/h〈贴片速度〈9000片/h 　　高速贴片机 9000片/h〈40000片/h 　　超速贴片机 大于40000片/h 　　通常高速贴片机采用固定多头（约6头）或双组贴片安装在X、Y导轨上，X-Y伺服系统为闭环控帛，故有较高的定位精度，贴片器件的种类较广泛，这类贴片机种类最多，生产厂家也多，能在多种场合下使用，并可以根据产品的生产能力大小组合拼装使用，也可以单台使用，而超高速贴片机则采用旋转式多系统，根据多送煤旋转方向又分为水平旋转式与垂直旋转式，前者多见于松下和三洋产品，后者多见于西门子等产品。 　　还有一种超高速贴片机，如Assembleon-FCM和FUJI-QP-132贴片机，它们均由16个贴片送煤组合而成，其贴片速度分别9.6万片/h和12.7万片/h。它们的特点是16个贴片头可以同时贴装，故整体贴体速度快，但对单个头来说却仅相当于速机的速度，故贴片头运动惯性小，贴片精度能得以保证。 　　2、按功能分类 由于近来来元器件片式化率越来越高，SMC/SMD品种越来越多，形状不同，大小各异，此外还有大量的接插件，因此对贴片装品种的能力要求越来越高。目前，一种贴片机还不能做到即能高速度贴装又能处理异型，超大型元件，故专业贴片机又根据能贴装元器件的品种分为两大类，一类是高速/超高速贴片机，主要以贴片元件为主体，另一类能贴装大型器件和异型器件，称为多功能机。 　　目前这两类贴片机的贴片分为两大类：一类是高速/超高速贴片机，主要以贴片式元件为主体；另一类能贴装大型器件和异型器件，称为多功能机。 　　目前这两类贴片机贴和片功能可互相兼容，即高速贴装机不仅只贴片式元器件，而且能贴装尺寸不太大的QFP和PLCCC（32mm×32mm），甚至能贴装CSP，这样做的好处是将速度、精度、尺寸三者兼容，若两台贴片机边线工作时，能将所有元器件进行适当分配，以达到两台贴片机的总体贴装时间互相平衡，这对提高总体贴装速度是非常有意义的。 　　3、按贴装方式分类，这种分类方法在现实生产中不常用，仅用于理论分析，其分类方法有如下几种。 　　a、顺序式。使用通常见到的贴片机，它是按照顺序将元器件一个一个贴到PCB上，因此又称之为顺序贴片机。 　　b、同时式。使用专用料斗（每个斗中放一种圆柱式元件），通过一个塑料管送到PCB对应的焊盘上，每个焊盘都有一个元件的料仓和塑料管，一个动作就能将元件全部贴装到PCB相应的焊盘上。这种方法多见于高频头的生产中，它适应大批量长线产品，但仅适用于圆柱元件，它的缺点是，更换产品时，所有工装夹全部要更换，费用高，时间长，目前这种方法已很少使用。 　　C同时在线式。这类贴片机由多个贴片送煤组合而成，最典型的是Assembleiom-FCM。工作时，16个头依次同时对一块PCB贴片，故称之为同时在线式。 　　4、按自动化程度分类，目前大部分贴片机是全自动机电一体休的机遇，但也有一种是手动式贴片机，这类贴片机的机送煤有一套简易的手动支架，手动贴片安装在Y轴头部，X、Y、定位可以靠人手的移动和旋转来校正位置。有时还中用光学系统配套来帮助定位，这类手动贴片主要用于新产品开发，具有价廉的优点。 　　（2）典型贴片机 　　典型的贴片有松下MSR贴片机，西门子的HS-50；Assmbleon-FCM贴片体贴，多功能一体机等。 　　（3）贴片机的发展趋势 　　贴片机从早期的机械对中，发燕尾服到现在的光学对中，具有超高速的贴片能力，然而技术总是向前发展的，贴片机还会向贴片速度更快、贴片精度更高、材料管理更方便的方向发展，其趋势如下。 　　①采用双轨道以实现一轨道上进行PCB贴片，另一轨道送板（西门子的HS-50已出现）减少PCB输送时间和贴片头待机停留时间。 　　②采用多头组合技术（类似FCM机）飞行对中技术和Z轴软着陆技术，以使贴片速度更快，元件放置更稳，精度更高、真正做到PCB贴片后直接进入再流焊炉中再流。 　　③改进送料器的供料方式，缩短元器件更换时间。目前大部分阻容元件已实现散装供料，但减少管式包装的换料时间尚有许多工作可做。 　　④采用模块化概念，通过快速配置，整合设备可轻易在生产线间拼装或转移，真正实现线体柔性化和多功能化。 　　⑤开发更强大的软件功能系统，包括各种形式的PCB文件，直接优化生成贴片程序文件，减少人工编程时间，机器故障自诊断系统及大生产综合管理系统，实现智能化操作。 　　6.5.2 焊接设备 　　（1）波峰焊机 　　传统插装元件的波峰焊工艺基本流程式包括准备、元器件插装、波峰焊、清洗等。 　　波峰焊机通常由波峰发生器，印制电路板传输，助焊剂喷涂系统，印制电路板预热，冷却装置与电气控制系统等基本部分组成，其他可添加部分包括风刀，油搅拌和惰性气体氮等。 　　①波峰发生器 波峰发生器是波峰焊机的核心，是衡量一台波峰焊系统性能优劣的判据。而波峰动力学又是波峰发生器技术水平的标志。它融合流体力学、金属表面理论、治金学和热工学等学科为一体，随着世界各国对波峰焊的高度重视与研究，钎料波峰动力学逐渐成为一门独立的边缘学科。 　　②助焊剂喷涂系统 在生产中，必须借助焊接表面上的氧化层。通常焊剂的密度在0.8~0.85g/cm3之间，固体量在1.5%~10%左右时，焊剂能够方便均匀地涂布到PCB上。根据使用的焊剂类型，焊接需要的固态焊剂量在0.5~3g/m2之间，这相当于润湿焊剂层的厚度为3~20m。SMA上必须均匀地涂布上一定量的焊剂，才能保证SMA的焊接质量。 　　③预热系统 波峰焊设备采用系统以升印制电路板组件和钎剂的温度，这样做有助于在印制电路板进入钎料波峰时降低冲击，同时也有助于活化钎剂，这两大因素在实施大批量焊接时，是非常关键的，预热处理能使印制电路板材料和元器件上的热应力作用降低至最小的程度。 　　④钎料波峰 涂覆助焊剂的印制电路板组件离开了预热阶段，通过传输带穿过钎料波峰。钎料波峰是由来自于容器内熔化了钎料上下往复运动而形成的，波峰的长度，高度和特写的流体动态特性，呆以通过挡板强迫限定来实施控制，随着涂覆钎剂的印制电路板通过钎料波峰，就可以形成焊接点。 　　⑤传输系统 传输系统是一条安放在滚轴上的金属传送带，它支撑着印制电路板移动着通过波峰焊区域。在该类传输带上，印制电路板组件一般通过机械手或其他机械机构予以支撑。托架能够进行调整，以满足不同足尺寸类型的印制电路板的需求，或者按特殊规格尺寸进行制造。 　　⑥控制系统 随着当代控制技术、微电子技术和计算机技术的迅猛发展，为波峰焊控制技术进入到计算机控制阶段奠定了基础。在波峰焊设备中采用了计算机控制，不仅降低了成本，缩短了研制和更新换代周期，而且还可通过硬件软化设计技术，简化系统结构，使得整机可靠性大的提高，操作维修方便，人机界面友好。 　　（2）再流焊炉 　　典型的再流焊炉通常有5个温区组成，第一和第四温匹配置了面状远红外加热器，从第一到第四个温区各配置了热风加热器。第二和第三温区有加热和保温作用，主要是为了使SMA加热更均匀，以保证SMA在充分良好的状态下进入焊接温区。 　　①加热器 红外加热器的种类很多，大体可分两大类：一类是直接辐射热量，又称为一次辐射体；另一类是陶瓷板，铝板和不锈钢式加热器，加热器铸造在板内，热能首先通过传导转移到板面上来。管式加热器，具有工作温度高，辐射波长短和热响应快的优点滴，但因加热时有光的产生，故对焊接不同颜色的元器件有不同的反射效果，同时也不利于与强制冷热风配套。板式加热衷器，热响应慢，效率稍低，但由于热惯量大，通过穿孔有利于热风的加热，对焊接元件中颜色敏感性小，阴影效应较小，此外结构上整体性强，利于装卸和维修，在与热电偶配套方面也比前者有明显的优越性。因此，目前销售的再流炉中，加热器几乎全是铝板或不锈钢加热器，有些制造厂还在其表面涂有红外涂层，以增加约外发射能力。 　　②传送系统 再流焊炉的传送系统有三种。一是耐热的四氟乙烯玻璃纤维布，它以0.2mm厚的四氟乙稀纤维布为传送带，运行平衡，导热性好。仅适用小型并且是热板红外型再流炉；二是不锈钢网，它氢不锈钢网张紧后成为传送带，刚性好，运行平稳，但不适用双面PCB焊接，故使用受到限制；三是链条导轨，这是目前普遍采用的方法，链条的宽度可实现机调或电调，PCB放置在链积极分子导轨上，能实现SMA的双面焊接。选购时应观察链条导轨本身是否带有加热系统也是不能忽视的问题，因为导轨也参与散热，并且直接影响PCB上的温度，通常应选用带有架热器的产品。此外还应考虑导轨本身材料的耐热性，否则长期在高温下工作会引起生锈和变形。链条导轨的一致性也不呆忽视，差的精度有时会导致PCB在炉腔中脱落，故有的再流焊又装上不锈网，即网链混装式，可防止PCB脱落。 　　③温控系统 带有炉温测试功能的温控系统，不管是用控温表控制炉温，还是用计算机控制炉温，均应做到控温精度高。好的控温仪表做到高精度的控制。