表面貼裝技術的特點及工藝流程

黃紹鋒

摘 要：表面貼裝技術 就是SMT（Surface Mounted Technology的縮寫），是目前電子組裝行業里最流行的一種技術和工藝。本文對這一技術的特點和工藝流程加以詳細闡述。

關鍵詞：表面貼裝技術；工業特點；工藝流程

表面貼裝技術無需對印制板鉆插裝孔，直接將表面組裝元器件貼、焊到印制板表面規定位置上的裝聯技術。通常表面組裝技術中使用的電路基板并不限于印制板。本文中所述的“焊”或“焊接”，一般均指采用軟釬焊方法，實現元器件焊接或弓I腳與印制板焊盤之間的機械與電氣連接；本標準正文中所述的“焊料”和“焊劑”，分別指“軟釬料”和“軟釬焊劑”。

一、表面貼裝技術的特點

組裝密度高、電子產品體積小、重量輕，貼片元件的體積和重量只有傳統插裝元件的1/10左右，一般采用SMT之后，電子產品體積縮小40%～60%，重量減輕60%～80%。可靠性高、抗振能力強。焊點缺陷率低。高頻特性好。減少了電磁和射頻干擾。易于實現自動化，提高生產效率。降低成本達30%～50%。節省材料、能源、設備、人力、時間等。

二、表面貼裝技術的工藝流程

印刷（或點膠）--> 貼裝 -->（固化）--> 回流焊接 --> 清洗 --> 檢測 --> 返修 印刷：其作用是將焊膏或貼片膠漏印到PCB的焊盤上，為元器件的焊接做準備。所用設備為印刷機（錫膏印刷機），位于SMT生產線的最前端。點膠：因現在所用的電路板大多是雙面貼片，為防止二次回爐時投入面的元件因錫膏再次熔化而脫落，故在投入面加裝點膠機，它是將膠水滴到PCB的固定位置上，其主要作用是將元器件固定到PCB板上。所用設備為點膠機，位于SMT生產線的最前端或檢測設備的后面。有時由于客戶要求產出面也需要點膠，而現在很多小工廠都不用點膠機，若投入面元件較大時用人工點膠。貼裝：其作用是將表面組裝元器件準確安裝到PCB的固定位置上。所用設備為貼片機，位于SMT生產線中印刷機的后面。固化：其作用是將貼片膠融化，從而使表面組裝元器件與PCB板牢固粘接在一起。所用設備為固化爐，位于SMT生產線中貼片機的后面。回流焊接：其作用是將焊膏融化，使表面組裝元器件與PCB板牢固粘接在一起。所用設備為回流焊爐，位于SMT生產線中貼片機的后面。清洗：其作用是將組裝好的PCB板上面的對人體有害的焊接殘留物如助焊劑等除去。所用設備為清洗機，位置可以不固定，可以在線，也可不在線。檢測：其作用是對組裝好的PCB板進行焊接質量和裝配質量的檢測。所用設備有放大鏡、顯微鏡、在線測試儀（ICT）、飛針測試儀、自動光學檢測（AOI）、X-RAY檢測系統、功能測試儀等。位置根據檢測的需要，可以配置在生產線合適的地方。返修：其作用是對檢測出現故障的PCB板進行返工。所用工具為烙鐵、返修工作站等。配置在生產線中任意位置。

三、貼片機

元件送料器、基板（PCB）是固定的，貼片頭（安裝多個真空吸料嘴）在送料器與基板之間來回移動，將元件從送料器取出，經過對元件位置與方向的調整，然后貼放于基板上。由于貼片頭是安裝于拱架型的X/Y坐標移動橫梁上，所以得名。對元件位置與方向的調整方法：1）機械對中調整位置、吸嘴旋轉調整方向，這種方法能達到的精度有限，較晚的機型已再不采用。2）激光識別、X/Y坐標系統調整位置、吸嘴旋轉調整方向，這種方法可實現飛行過程中的識別，但不能用于球柵列陳元件BGA。3）相機識別、X/Y坐標系統調整位置、吸嘴旋轉調整方向，一般相機固定，貼片頭飛行劃過相機上空，進行成像識別，比激光識別耽誤一點時間，但可識別任何元件，也有實現飛行過程中的識別的相機識別系統，機械結構方面有其它犧牲。這種形式由于貼片頭來回移動的距離長，所以速度受到限制。現在一般采用多個真空吸料嘴同時取料（多達上十個）和采用雙梁系統來提高速度，即一個梁上的貼片頭在取料的同時，另一個梁上的貼片頭貼放元件，速度幾乎比單梁系統快一倍。但是實際應用中，同時取料的條件較難達到，而且不同類型的元件需要換用不同的真空吸料嘴，換吸料嘴有時間上的延誤。這類機型的優勢在于：系統結構簡單，可實現高精度，適于各種大小、形狀的元件，甚至異型元件，送料器有帶狀、管狀、托盤形式。適于中小批量生產，也可多臺機組合用于大批量生產。

四、表面貼裝技術的發展趨勢

在整個電子行業中，新型封裝技術正推動制造業發生變化，市場上出現了將傳統分離功能混合起來的技術手段，正使后端組件封裝和前端裝配融合變成一種趨。不難觀察到，面向部件、系統或整機的多芯片組件封裝技術的出現，徹底改變了只是面向器件的概念，并很有可能會引發SMT產生一次工藝革新。

元器件是SMT技術的推動力，而SMT的進步也推動著芯片封裝技術不斷提升。片式元件是應用最早、產量最大的表面貼裝元件，自打SMT形成后，相應的IC封裝則開發出了適用于SMT短引線或無引線的LCCC、PLCC、SOP等結構。四側引腳扁平封裝（QFP）實現了使用SMT在PCB或其他基板上的表面貼裝，BGA解決了QFP引腳間距極限問題，CSP取代QFP則已是大勢所趨，而倒裝焊接的底層填料工藝現也被大量應用于CSP器件中。

隨著01005元件、高密度CSP封裝的廣泛使用，元件的安裝間距將從目前的0.15mm向0.1mm發展，這勢必決定著SMT從設備到工藝都將向著滿足精細化組裝的應用需求發展。但SiP、MCM、3D等新型封裝形式的出現，使得當今電子制造領域的生產過程中遇到的問題日益增多。

由于MCM技術是集混合電路、SMT及半導體技術于一身的集合體，所以我們可稱之為保留器件物理原型的系統。多芯片模組等復雜封裝的物理設計、尺寸或引腳輸出沒有一定的標準，這就導致了雖然新型封裝可滿足市場對新產品的上市時間和功能需求，但其技術的創新性卻使SMT變得復雜并增加了相應的組裝成本。

可以預見，隨著無源器件以及IC等全部埋置在基板內部的3D封裝最終實現，引線鍵合、CSP超聲焊接、PoP（堆疊裝配技術）等也將進入板級組裝工藝范圍。這些技術的應用必定帶來一個全新的時代。

參考文獻

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