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请详细介绍SMT贴片技术?
时间:2021-10-08 阅读: 473

SMT技术简介

表面贴装技术(SurfacdMountingTechnolegy简称SMT)是新一代电子组装技术,它将传统的电子元器件压缩成为几十分之一的器件,从而实现了电子产品组装的高密度、高可靠、小型化、低成本,以及生产的自动化。这种小型化的元器件称为:SMY器件(或称SMC、片式器件)。将元件装配到印刷(或其它基板)上的工艺方法称为SMT工艺。相关的组装设备则称为SMT设备。


目前,先进的电子产品,特别是在计算机及通讯类电子产品,已普遍采用SMT技术。SMD器件产量逐年上升,而传统器件产量逐年下降,因此随着进间的推移,SMT技术将越来越普及。


SNT工艺及设备

<1>基本步骤:

SMT工艺过程主要有三大基本操作步骤:涂布、贴装、焊接。


涂布

—涂布是将焊膏(或固化胶)涂布到PCB板上。涂布相关设备是:印刷机、点膏机。

—涂布相关设备是印刷机、点膏机。

—本公司可提供的涂布设备:精密丝网印刷机、管状多点立体精密印刷机。


贴装

—贴装是将SMD器件贴装到PCB板上。

—相关设备贴片机。

—本公司可提供的贴装设备:全自动贴片机、手动贴片机。


回流焊:

—回流焊是将组件板加温,使焊膏熔化而达到器件与PCB板焊盘之间电气连接。

—相关设备:回流焊炉。

—本公司可提供SMT回流焊设备。


<2>其它步骤:

在SMT组装工艺中还有其它步骤:清洗、检测、返修(这些工艺步骤在传统的波峰沓工艺中也采用):


清洗

—将焊接过程中的有害残留物清洗掉。如果焊膏采用的是免清洗焊膏则本步骤可省去。

—相关设备气相型清洗机或水清洗机。检测—对组件板的电气功能及焊点质量进行检查及测试。

—相关设备在线仪、X线焊点分析仪。


返修

—如果组件在检测时发现有质量问题则需返修,即把有质量问题的SMD器件拆下并重行焊接。

—相关设备:修复机。

—本公司可提供修复机:型热风修复机。


<3>基本工艺流程及装备:

开始--->

涂布:用印刷机将焊膏或固化胶印刷PCB上

贴装:将SMD器件贴到PCB板上

--->回流焊接?


合格<--

合格否<-

检测

清洗

回流焊:进行回流焊接


不合格<--

波峰焊:采用波峰焊机进行焊接

固化:将组件加热,使SMD器件固化在PCB板上

返修:对组件板上不良器件拆除并重新焊接

SMT相关知识

对叠好的层板进行热压,要控制适当以免半固化片边多地渗出,热压过程中半固化片固化,使多层层板粘合后把多层板由夹具中取出,清除半固化片渗出的毛边。按多层电路板需要的通孔直径和位置生成程序,控制数控钻孔,用压缩空气或水清除孔中的碎屑。通孔化学镀铜前,先用硫酸清理孔壁中铜层端面上的残留环氧树脂,以接受化学镀铜。然后在孔壁的铜层端面和环氧端面上化学沉积一层铜。

1.阻焊膜盖在锡铅合金的电路图形上的工艺。由图5-19所示,首先将B阶段材料即半固化片按电路内层板的尺寸剪裁成块,根据多层板的层数照图5-21的次序叠放,层压夹具底层板上有定位销,把脱模纸套入定位销中垫在夹具的底层上,然后放在上铜箔,铜箔上方放半固化片,半固化片上方放腐蚀好电路图形的内层层板在内层层板上方再放半固化片,半固化片上方再放腐蚀好电路图形的内层层板,直至叠放到需要的层数后,在半固化片上方再放一层铜箔和脱模纸,把夹具顶板的定位孔套入位销中。对夹具的定位装置要求很严,因为它是多层印制电路板层间图形对准的保证。


对多层印制电路板的外层板进行图形转移,应把感光膜贴压在铜岐表面上,并将外层电路图形的照相底板平再置于紫外线下曝光,对曝光后的电路板进行显影,显影后对没有感光膜覆盖的裸铜部分电镀铜和锡铅合金、电膜,再以锡铅镀层为抗蚀剂把原来感光膜覆盖的铜层全部腐蚀掉,那么在多层负责制电路板的表面就形成有锡铅和已电镀的通孔。


许多电路板为了和系统连接,在电路板边缘设计有连接器图形,俗称“金手指”。为了改善连接器的性能,表面电镀镍层和金层,为了预防镀液污染电路板其它部位,应先在金手掼上方贴好胶带再进行电镀,电镀后揭下加热使原镀有的锡铅层再流,再在组装时对不需焊接的部位覆盖上阻焊膜,预防焊接时在布线间产生焊锡连桥或伤。然后在阻焊膜上印刷字符图(指元器件的框、序号、型号以及极性等),待字符油漆固化,再在电路板上钻电路板要经过通断测试,要保证电路布线和互连通孔无断路、而布线间没有短路现象。一般可采用程控多探针针目检电路图形、阻焊膜和字符图是否符合规范。


2.SMOBC工艺

SMOBC工艺如图5-20所示,前部分工艺和在锡铅层涂覆阻焊膜的多层板工艺相同。从19道工序开始不同,图形腐蚀后,就将电路图形上的锡铅层消除,在裸铜的电路图形上涂覆阻焊膜和印刷字符图。可是焊盘和互连通露着铜,为了预防铜墙铁壁表面氧化影响可焊性和提高通孔镀层的可靠性,必须在焊盘表面和孔壁镀层上有锡铅风整平(HAL)工艺,把已印好字符图的电路板浸入热风整平机的熔化焊锡槽中,并立即提起用强烈的热风束吹的焊锡从焊盘靓面和电镀通孔中吹掉,这样的焊盘表面和通孔壁上留有薄而均匀的焊锡层,见图5-23。然后再在器上镀金,钻非导电孔、进行通、断测试和自检。


印制电路板的重要检验指标是板面金属布线的剥离强度。对FR-4层板,在125℃下处理1小时后其剥离强度为不小于0.89Kg。

表面组装用的电路板应采用SMOBC工艺制造,因为在阻焊膜下方的锡铅层,在再流焊接或波峰焊接时会产生


3、阻焊膜和电镀

(1)阻焊膜

传统印制板的组装密度低,很少采用阻膜。而SMT电路板一般采用阻焊膜。阻焊膜是一种聚全物材料主要分为非的两大类


1)非[敏感词]性的阻焊膜在波峰焊接时,波峰会穿过电路板的工具孔冲到非焊接面上,又如边缘连接器的导电会影响插座的可靠性,因此在插装元件前用非[敏感词]性的阻焊膜把工艺孔和金手指等表面覆盖起来,在清除过程掉或溶解掉。


2)[敏感词]性的阻焊膜[敏感词]性的阻焊膜是电路板的一个组成部分,它的作用除预防波峰焊接时产生焊锡连桥外表面上还可避免布线受机械损坏或化学腐蚀。

[敏感词]性的阻焊膜又分为干膜和湿膜二种。干膜是水基或溶剂基的聚合物薄膜,一般用真空贴压工艺把干膜贴在电膜是液态或膏状的聚合物,可用紫外线或对流炉以及红外炉固化。


①干膜阻焊膜干膜阻焊膜的图形分辨率高,适用于高密度布线的电路板,能[敏感词]地和电路板上布线条对准。的,所以不会流入电路板的通孔中,而且能盖信通孔,当电路板用针床测试时,要用真空吸住电路板来定位,通对真空的建立极有帮助。另外干膜不易污染焊盘而影响焊接可靠性。


在使用过程中干膜也存在些不利的因素:

A:干膜阻焊膜贴压在电路板表面上,电路板表面有焊盘、布线,所以表面并不平整,加之干膜无流动性。厚度。所以,干膜和电路板表面间就可能留有气体,受热后气体膨胀,干膜有可能发生破裂现象。


B、干膜的厚度比较厚,一般为0.08~0.1mm(3~4mil),干膜覆盖在表面组装的电路板上,会将片式电阻开电路板表面,可能造成元件端头焊锡润湿不好。另外阻焊膜覆盖在片式元件下方焊盘之间,在再流焊接时可能(即元件的一个端头在一个焊盘上直立起来)及元件偏移现象。

C、干膜阻焊膜的固化条件严格,若固化温度低或时间短则固化不充分,在清洗时会受溶剂的影响,固化过脆,受热应力时可能产生裂纹。

D、耐热冲击能力差,据报导盖有干膜阻焊膜的电路板在-40~+100℃温度下连续100次就出现阻焊膜裂纹。

E、干膜比湿膜价格高


②湿膜阻焊膜湿膜有用丝网印刷涂覆工艺的和光图形转移涂覆工艺二种。

用丝网印刷工艺的湿膜可以和电路板表面严密贴合,在阻焊膜下方无气体,调节印刷参数可以控制湿膜层的厚度于和高密度细布线图形[敏感词]对准,而且容易沾污焊盘表面,影响焊点质量。因为它呈液体状,有可能流入通孔而虽有以上缺点,但是它的膜层结实而且价格便宜,所以在低密度布线的电路板中仍大量采用。


光图形转换的湿膜阻焊膜结合了干膜和湿膜的特点,涂覆工艺简单,图形分辨率高,适用于高密度、细线条坚固而且价格比干膜便宜。光图形转换阻焊膜涂覆到电路板上可用丝网印刷或挂帘工艺。挂帘工艺是把印制板高焊膜的挂历帘或悬泉装置,得到一层均匀的阻焊膜。


光图形转换的湿膜曝光可采用非接触式的。非接触式的曝光装置需要一套对准的光学系统,使光的绕射的散形失真,因些投资大。而接触式曝光无需光学对准系统,直接在紫外线下曝光,这样可降低成本。


(2)电镀

电路板制造中需要电镀多种金属,如铜、金、镍和锡等电镀层的质量对电路板的可靠性着重要作用。

1)镀铜电路板制造采用二种镀铜方法:化学镀铜和电镀铜。多层印制电路板中各层间的互连要靠通孔来是由铜层端面和环氧端面相间组成,在这样的表面上要电镀一层边疆的电镀层是不可能的,因为环氧端面不导电。
首先采用化学镀铜在孔壁上形成一层连续的铜沉积层,然后再用电镀工艺在孔壁上电镀铜层,这样电镀通孔就起作用。


铜镀层的抗拉强度,也就是在拉伸情况下,镀层能承受的最在应力约为20.4~34Kg/mm2,_____抗拉强度越高则通实。同时也希望镀层的延伸性好,即在镀层未断裂前允许被拉得长些,这样在镀层断裂前可产生“屈服”现象以化学镀铜和电镀铜中剩余应力类型也不同,化学镀铜层中剩余应力是压缩应力,可提高化学镀铜层对孔壁上的铜

脂的粘合力,而电镀铜层中的剩余应力是拉伸应力,这也是在电镀铜前采用化学镀铜的原因之一。


表5-6列出了电路板上可用铜的初始重量和最终重量,注意,每盎司铜的厚度为1.4mil。所以使用1盎司铜时1.4mil铜加上1mil锡铅镀层,共为2.4mil。


2)镀金印制电路板边缘连接器的导电带(金手指),表面要镀上一层金层,以改善铜层表面的接触电阻

即使电路工作在高温高湿下,金表面层也不会氧化,这样就可保证电路板和系统插座间良好的接触。有多种镀金型是按溶液的PH值划分的,有酸性镀金溶液、中性镀金溶液、氰化物碱性溶液和无氰碱性溶液。电镀层的性能和很有关系,例如金镀层的硬度和多孔性是和电镀液的类型及具体电镀工艺参数密切相关的,连接器镀金一般采用用钴作为抛光剂。


3)镀镍电路板的镍层采用电镀工艺形成。镍层是作为镀金层的底层金属,电路板在镀金前先要在导电带上镀一镀金层的附着力和耐磨性,同时镍和金层之间也形成势垒层,控制金属互化物的生成。


4)镀锡铅焊料在电路板上要得到锡铅层有二种工艺,电镀法和热风整平法。

采用热风整平工艺得到的锡铅层致密度好和底层铜箔的附着力强,因为它们之间形成了金属互化物。但是热风整不易控制,尤其在发求锡铅层厚度比较厚时,均匀性就比较差。


电镀的锡铅层其厚度容易控制,而且也均匀,但是电镀层的致密度差,多孔一般电镀后的锡铅层要加热再流,改性。因此电镀铅锡工艺在印刷电路板制造中仍被广泛应用。


4、导通孔、定位孔和标号

(1)小导通孔

SMT电路板一般采用小导通孔。表5-7列出导通孔范围,所采用的钻孔方法和成本。通孔开头比是指基板厚度比,典型的比率为5:1。利用高速钻孔机可达到10:1。通孔形状比是决定多层板的可靠性和通孔镀层的质量关


5-25为通孔位置。

(2)环形圈(AnnularRings)

环形圈是指尺寸大于钻孔的焊盘,用作有引线元件的焊接区域,预防钻孔偏斜,通孔也可用于互连和测试。

层焊盘尺寸可不同。见图5-26、图5-27和表5-8。


(3)定位孔

这里定位孔是用于组装和测试和固定孔,大多是非镀通孔,需要在钻孔时做出,并与板上其它孔尽可孔的尺寸通常为0.003"。所有定位孔应标出彼此的间距和到PCB基准点和另一个镀通孔的尺寸,定位误差一般为


(4)基准标号

基准标号主要有三类:总体(Globcl),拼板(Local)如图5-29所示。标号为裸铜面,通常离阻焊膜距离有锡铅镀层,较大厚度为2mil。需要采用非[敏感词]性阻焊涂覆在标号上。


5、拼板加工


在SMT中,除了大、中型计算机用多层板外,大多数的PCB面积较小,为了充分利用基材,高效率地制造、往往将同一电子设备上的几种小块印制板,或多块同种小型印制板拼在一张较大的板面上。板面除了有每种(电路图形之外,还设计有制造工艺夹持边和安装工艺孔,以及定位标记。板面上所有的元器件装焊完毕,甚至在后,才将每种小块印制板从大的拼版上分离下来。常用的分离技术是V型槽分离法。


对PCB的拼版格式有以下几点要求。

(1)拼版的尺寸不可太大,也不可太小,应以制造、装配和测试过程中便于加工,不产生较大形变为宜。

(2)拼版的工艺夹持边和安装工艺孔应由SMB的制造和安装工艺来确定。

(3)除了制造工艺所需的定位孔之外,拼版上通常还需要设置1~2组(每组2个)安装工艺孔。孔的位置和安装设备来决定,孔径一般为Φ2.5~Φ2.8mm。每组定位孔中一个孔应为椭圆形(如图5-30),以保证SMB能迅地放置在表面安装设备的夹具上。

(4)若表面安装设备采用了光学对准定位系统,应在每件拼版上设置光学对准标记,

(5)拼版的非电路图形区原则上应是无铜箔,无阻焊剂的绝缘基材。

(6)拼板的连接和分离方式,主要采用双面对刻的V型槽来实现,V型槽一般控制在板厚的1/6~1/8左


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