SMT表面貼裝技術工藝應用實踐與趨勢分析

隨著科學技術的發展，現SMT表面貼裝技術已成為微小型電子產品制造所使用的主流裝配工藝技術，并越來越受到人們的關注。文章簡單闡述了SMT表面貼裝技術的基本概念及特點，分析了表面貼裝技術工藝的應用實踐，并展望了SMT表面貼裝技術的發展趨勢。

【關鍵詞】SMT 表面貼裝技術 回流焊接

微電子技術及計算機技術的不斷發展，使得貼片元器件的使用范圍也越來越廣泛，這就對電子組裝工藝提出了更高的要求。SMT是一種新型的電子表面貼裝技術，近些年來，諸多電子技術相對發達的國家都紛紛擴大SMT的應用領域，現很多技術發達國家已利用SMT取代了傳統的通孔插裝技術，有效提高了電子產品的生產效率。發展至今，SMT表面貼裝技術已被世界認同，并成為電子設備不斷向前發展的主要技術支持。

1 SMT表面貼裝技術概述及特點

SMT全稱“Surface Mount.Technology”，即表面貼裝技術，簡單來說就是將SMC（貼片元器件）貼到PCB（印刷電路板）上的一種新型電子產品裝配技術，具體的就是利用工具在SMB板的焊盤上涂上粘接劑或是焊膏印，然后再將SMC的引腳貼于焊盤上，最后采取波峰焊或是回流焊等方式進行焊接，從而使機械與電氣相互連接，其示意圖如圖1。表面貼裝技術是一項系統化的工程，其涵蓋了多種學科和技術，如表面安裝元器件技術、SMT設備技術、SMT基板制造技術、SMT組裝設計技術、SMT工藝制造技術、SMT組件測試技術等等。相比于傳統的THT（通孔技術），SMT最大的不同之處在于元器件，THT使用的是長引腳元器件，元器件置于PCB的組裝方式為插入焊盤孔內；而SMT所使用的是無引線或是短引線元器件，元器件置于PCB的組裝方式為貼裝在其表面。另二者的焊接方式也存在差異，SMT采取的是回流焊接法；THT采取的是焊料熔化焊接法。

SMT表面貼裝技術的特點主要表現在以下方面：

1.1 組裝密度高、體積小

相比于通孔元器件，貼片元器件的體積大大減小，重量也只有通孔元器件的10%左右。據分析，使用SMT之后，電子產品的體積可縮小40%-60%，重量也可減輕60%-80%。

1.2 可靠性強

因貼片元器件體積小、重量輕，中上其焊點缺陷率低，所以SMT具強可靠性，且抗震能力也有所提高。

1.3 良好的高頻特性

SMT所使用的是無引線或是短引線元器件，有效減小了寄生電感及寄生電容存在的可能性，從而使電路高頻特性得以提高，減少了電磁和頻射所帶來的干擾。

1.4 成本低

因SMC體積減小，PCB的使用面積則會減小，電子產品的體積自然也會大大減小，這在很大程度上降低了電子產品的生產成本；PCB的鉆孔數量少，產品的維修成本也會下降；另因具良好的頻率特性，有效降低了電路調試成本。據分析，使用SMT之后，電子產品的生產成本將下降30%-50%，大大節省了材料、能源及人力等方面的消耗。第五，有效實現自動化生產，SMT生產線上可利用自動貼片機來實現自動化生產，提高生產效率。

2 SMT表面貼裝技術工藝應用實踐

2.1 SMT表面貼裝技術的組裝類型及流程

SMT表面貼裝技術涉及各專業及學科技術，除了其本身設備的相關技術如SMC的封裝與制造、電路基板、電路布局、貼裝工藝流程設計、貼裝材料選擇、涂敷、焊接等技術之外，還包括清洗、檢測、維修及維護等方面技術。SMT組裝類型的分類主要是根據元器件及組裝方式進行劃分的，包括全表面組裝、單面混合組裝和雙面混合組裝。

全表面組裝是指PCB單面或雙面所使用元器件均為貼片式元器件的組裝方式。此組裝方式具工藝簡單、組裝元器件體積小、重量輕等特征，且其組裝密度較高。其工藝流程如下：

PCB投板——錫膏印刷——印刷檢查——貼片——貼片檢查——回流焊接——焊接后檢查

單面混合組裝是指PCB單面所使用元器件為貼片元器件與通孔元器件的混合的組裝方式。此組裝方式的工藝相對復雜，但因有部分元器件為通孔封裝式，有時也需要使用通孔元器件，所以單面混合組裝類型也比較適用。其工藝流程如下：

PCB投板——錫膏印刷——印刷檢查——貼片——貼片檢查——回流焊接——焊接后檢查——插件安裝——插件檢查——波峰焊接——冷卻——清洗——焊接后檢查

雙面混合組裝包括兩種情況：一種是PCB的一面都利用插裝法進行通孔元器件的安裝，另一面則都利用表面貼裝法進行貼片元器件的安裝；另一種是PCB雙面所使用的元器件既有貼片元器件也有通孔元器件，貼片元器件的焊接位置與元器件同面，通孔元器件的焊接位置在元器件背面。此組裝方式要求操作者具較高的工藝水平，且焊接無法一次性完成，在安裝另一面元器件時需將之前已貼好或是插裝好的元器件進行加固之后才能進行。其工藝流程如下：

PCB投板——錫膏印刷——印刷檢查——貼片——貼片檢查——回流焊接——焊接后檢查——插件安裝——插件檢查——加固——波峰焊接——冷卻——清洗——焊接后檢查

SMT表面貼裝技術的三種不同組裝類型各具優勢，工藝流程的復雜程度也各不相同，在實際工作當中，操作者可根據電子產品的具體裝配要求來選擇適當的組裝方式。

2.2 SMT表面貼裝技術的應用實踐

以某產品的PCB絲印為例。此產品PCB所使用元器件既有貼片元器件也有通孔元器件。利用SMT技術的一般工藝流程為：PCB質量檢查——PCB預烘——絲印錫焊膏——絲印質量檢查——貼裝元件——貼裝質量檢查——回流焊接——焊接質量檢查。其中最為關鍵的環節有絲印、貼裝元件和回流焊接，本文重點討論此三個關鍵環節的工藝過程。

2.2.1 絲印

本產品利用SMT技術時進行絲印時所使用的是德國AUTODESK公司推出的BS1400型絲印機，此設備視覺對位系統精度高、編程軟件靈活且刮刀為金屬質地，可實現產品的批量生產。絲印過程包括攪拌焊膏和絲印錫焊膏兩個步驟。其中攪拌焊膏主要目的是使焊膏更均勻并控制焊膏的粘度。焊膏的粘度會對印刷性能產生很大影響，若粘度過大，焊膏難以通過模板開孔，導致印刷細條不完整；若粘度過小，則容易出現流淌和塌邊的情況，導致印刷分辨率降低、線條不平整。焊膏的保存環境要求溫度保持在0-5℃，在此環境下，焊膏中的各成分會自然分離。為此，在使用時應將焊膏取出后置于常溫20min，使其自然升溫，然后再利用玻璃棒進行攪拌，攪拌時間為10-20min；同時焊膏的使用對于環境也有要求，其理想環境要求溫度保持在20-25℃，濕度保持在40%-60%之間。

絲印錫焊膏是利用絲印機將攪拌好的錫焊膏以漏印的方式置于于PCB焊盤上，以準備焊接元器件。絲印錫焊膏是SMT生產線的始端。在進行印刷時，對刮刀進行加壓就可使刮刀以一定速度進行推移，從而使錫焊膏從絲印網板上的各個窗口漏印至PCB的焊盤上。在本產品的絲印過程中所使用的網板為激光切割式且經電鍍成形，厚度0.15mm，具較高的焊接質量，焊接效果飽滿且不會出現橋接現象。

2.2.2 貼裝元件

貼裝元件是指利用貼片機將SMC安裝到PCB的固定位置。在進行印制板的生產之前，都需利用貼片機對其進行編程，程序的編制需根據元器件封裝形式的不同以及送料器位置的不同進行編寫，程序編寫完成之后，利用該印刷板進行元器件的貼裝時也必須依照程序而來，因此程序的編制必須準確無誤，以免因程序編制錯誤而導致印制板無法使用，在進行元件的貼裝時也務必要對首板進行檢驗。

在對印制板進行程序編寫時應遵循先結構簡單后結構復雜的順序，即先編寫阻容類元件程序后編寫芯片類元件程序，每個程序編寫完成后須進行封裝，每個元件程序編輯完畢之后系統會自動跳入下一元件的編輯。要注意的是，若元件存在方向性，則要依照圖紙的相關注明按正確的方向進行放置。另在焊接芯片類元器件之前，必須對引腳進行仔細檢查，看其是否平整、完好。編程結束之后便可開始實施貼片生產，此過程由貼片機依照已編制好的程序進行自動化生產。

2.2.3 回流焊接

元器件貼片完成需進行檢查，經檢查無錯誤、反向或誤貼等情況之后將印制板置于回流焊爐傳送帶上，實施最后一個步驟——回流焊接。對于回流焊接來說，最為關鍵的便是對溫度的控制。回流焊接包括預熱、保溫、回流、冷卻四步。預熱是指加熱PCB，使其溫度由室溫上升至150-170℃，從而快速進入保溫段。保溫的目的主要是使元器件能保持一個相對穩定的溫度，以減小各元器件之間的溫差，從而平衡電路板的溫度，保溫區溫度一般控制在180℃左右。在回流區進行加熱時，加熱器的溫度設置不得超過245℃，使各元器件溫度能快速上升并達到最高值。

加熱完成之后，利用傳送帶將PCB板運出爐膛，將其置于室溫環境下自然冷卻。在加熱的過程當中，焊膏所含鉛錫粉末已被融化且得到充分濕潤，此時焊膏已可連接于PCB板表面，經自然冷卻，PCB板便會現出明亮且有良好外形的焊點。在進行回流焊接時，焊接質量受環境濕度的影響較大，若環境濕度高于75%，零件的引腳和金屬上則易出現白色腐蝕物，因此在實際操作的過程當中，要注意將環境濕度控制在40%-60%，以保證焊接質量。

2.2.4 防靜電要求

靜電會導致芯片失效，從而使生產出來的產品調試失敗，影響產品生產的成功率。為避免這種情況，在實際的生產過程當中還應注意采取有效的防靜電措施。首先要保持生產環境的防靜電條件，如操作間使用防靜電地板、防靜電工作臺；其次相關工作人員需著防靜電裝備；再次在進行檢驗及返修時需保持工作臺面的清潔，工作人員需戴防靜電手環，并利用防靜電鑷子或是真空吸筆取料，以免因用手直接接觸元器件而出現靜電；最后還應對相關設施進行定期防靜電測試。

3 SMT表面貼裝技術的發展趨勢

隨著科學技術的不斷進步，SMT將會獲得更好的發展，其在未來的發展趨勢將會朝精細化、小型化道路前進，主要表現在以下方面：

（1）SMC/SMD體積將會更小，產量會不斷擴大，現1005、0603型等表面貼裝式電阻及電容已實現商品化。

（2）集成電路將實現SMT化并朝小型化方向發展，現腳間距為0.3mm的IC業已進入市場，并朝BGA方向發展。

（3）焊接技術將會更成熟。1994年，就已有焊接設備廠家制造出利用惰性氣體實現波峰焊、回流焊的相關設備，同時出現了免清洗工藝，在未來的發展當中，免清洗工藝將會被大范圍推廣，利用惰性氣體進行焊接的工藝也會被廣泛使用。

（4）貼片設備及測試設備將會更加靈活、高效。現利用SMT技術的貼片速度為5500片/h左右，智能化及具高柔性貼片系統的使用大大降低了制造商的生產成品，提高了其生產效率和精度，同時滿足了其貼片功能多樣化的需求。

4 結語

相比于傳統的THT，SMT具強可靠性、體積小、組裝密度高、性能好等優勢，基于這些優勢，現SMT已成為電子產品及電子設備的主要裝配技術，廣泛應用于電子產品的生產制造領域。雖然SMT在實際的使用過程當中也存在部分問題，但是其所發揮的正面作用要更強，因此應大力提倡SMT技術的使用，同時不斷深入研究，以完善SMT各工藝流程，使SMT能發揮其應有的作用，真正實現電子產品生產的自動化、集成化、裝配模塊化及工藝制程清潔化，引領電子行業走向可持續發展道路。

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作者簡介

杜江淮（1974-），男，安徽省合肥市人。碩士學位。現為安徽職業技術學院電氣工程系實驗師。研究方向為電氣自動化技術。

作者單位

安徽職業技術學院 安徽省合肥市 230011