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一分钟了解SMT

发布日期:2020-01-16 作者: 点击:

近年来,新型电子表面贴装技术SMT(Surface Mounting Technology)已取代传统的通孔插装技术,并支配电子设备发展,被共识为电子装配技术的革命性变革。

SMT以提高产品可靠性及性能,降低成本为目标,无论是在消费类电子产品,还是在军事尖端电子产品领域中,都将使电子产品发生重大变革。

表面贴装技术及元器件介绍

表面贴装工艺,又称表面贴装技术(SMT),是一种无需在印制电路板上钻插装孔,而直接将表面组装元器件贴焊到印制线路板的规定位置,用焊料使元器件与印制线路板之间构成机械和电气连接的电子组装技术。SMT钢网

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需要进行表面贴装的电子产品一般由印制线路板和表面贴装元器件组成。

表面贴装元器件包括表面贴装元件和表面贴装器件两大类。

其中表面贴装元件是指各种片状无源元件,如电阻,电容,电感等;

而表面贴装器件是采用封装的电子器件,通常是指各种有源器件,如小外形封装器SOP(Small Outline Package),球栅阵列封装器BGA(Ball Grid Array)等。有些元器件不能用于SMT,如部分接线器,变压器,大电容等。


表面贴装技术流程

1.表面贴装工艺包括核心和辅助两大工艺。

其中核心工艺由印刷、贴片和回流焊3部分组成,任何类型产品的生产都要经过这3道工序,各部分必不可少;

辅助工艺主要由“点胶”工艺和光学辅助自动检测工艺等组成,并非必需,而是根据产品特性以及用户需求决定的。

2.印刷工艺目的是使焊膏通过模板和印刷设备的共同作用,准确印刷到印制线路板。

印刷工艺涉及的工艺元素主要有焊膏,模板和印刷系统。

焊膏是将元器件与印制线路板连接导通,实现其电气和机械连接的重要材料。焊膏主要由合金和助焊剂组成。在焊接过程中,它们分别发挥功效完成焊接工作。

模板用来将焊膏准确印到印制线路板上,模板的制作方法和开孔设计对印刷质量有很大影响。

印刷系统主要是指印刷设备和印刷参数。印刷设备的质量对印刷准确度影响很大,印刷设备的重复印刷精度与印刷参数设置的合理匹配,是准确印刷的重要保证。

3.贴片工艺的目的是确保所有零件准确、快速地被贴片到印制线路板。贴片工艺主要涉及贴片机及其贴片能力。

贴片机的贴片能力是准确贴片的重要保证。

贴片机的关键技术包括:运动,执行及送料机构高速。微型化技术;高速机器视觉识别及照明技术;高速,高精度智能控制技术;并行处理实时多任务技术;设备开放式柔性模块化技术及系统集成技术。

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4.回流焊工艺是通过熔化预先分配到印制线路板焊盘上的焊膏,实现表面贴装元器件的焊接面或引脚与印制线路板焊盘之间机械和电气连接的焊接。

回流焊可保证优异的焊接效果。回流焊工艺的主要工艺元素是回流焊炉及其焊接能力,其焊接能力主要体现在回流焊炉的加热系统、冷却系统、助焊剂管理系统及惰性气体保护系统。

5.辅助工艺用于协助贴装顺利进行并积极预防检测和事后检测。辅助工艺主要由“点贴”工艺和光学辅助自动检测工艺组成。

“点胶”工艺是通过将专用胶水“点贴” 到所需元件的下方或周边,对元件进行适当保护,以确保元器件在经受多次回流焊接不脱落;减少元件在贴装过程中受到的应力冲击;保护元件在复杂的使用环境中不受损。

“点胶”工艺的工艺元素主要包括“点胶”设备,专用胶水和“点胶”参数的设置。需要合理选择设备,胶水并设计好参数设置才能确保工艺效果。

光学辅助自动检测工艺主要是:

一是使用专门光学设备测量印刷后的焊膏厚度均匀性和印刷准确度,在贴片后检测贴片准确度,在回流焊前将有缺陷的线路板检测出来并及时报警;

二是在回流焊后使用专门的光学设备检测焊点,将有焊点缺陷的线路板检测出来并报警。专门的光学测量设备主要有可见光检测设备和X光检测设备。


回流焊的原理及温度曲线

从回流焊温度曲线分析回流焊原理:

当PCB进入预热区时,焊锡膏的溶剂、气体被蒸发,同时焊锡膏的助焊剂润湿焊盘、元器件端头和引脚,焊锡膏软化、塌落、覆盖了焊盘,将焊盘、元器件引脚与氧气隔离;

PCB进入保温区时,PCB和元器件得到充分预热。以防PCB突然进入再流焊区升温过快而损坏PCB和元器件;

当PCB进入再流焊区时,温度迅速上升使焊锡膏达到熔化状态,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;

PCB进入冷却区,焊点凝固,完成整个回流焊。

回流焊过程中,焊膏需经溶剂挥发。焊剂清除焊件表面的氧化物,焊膏熔融、再流动以及焊膏冷却、凝固。

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所以,回流焊过程中,焊接温度主要分4个温度区:预热区、保温区、再流焊区以及冷却区。

预热区为室温到120℃;保温区为120℃~170℃;回流区为170℃~230℃,高温度为210℃~230℃;冷却区为从210℃降到约100℃。

温度曲线是保证焊接质量的关键,实际温度曲线和焊锡膏温度曲线的升温斜率和峰值温度应基本一致。

160℃前的升温速度控制在1℃/s~2℃/s,如果升温速度太快,一方面使元器件及PCB受热太快,易损坏元件,造成PCB变形;另一方面,焊锡膏中的溶剂挥发速度太快。容易溅出金属成分,产生焊锡球。

峰值温度一般设定比焊锡膏熔化温度高20℃~40℃(例如Sn63/Pb37焊锡膏的熔点为183℃,峰值温度应设置在205℃~230℃),回(再)流时间 10~60 s,峰值温度低或回(再)流时间短,会使焊接不充分,严重时会造成焊锡膏不熔;

峰值温度过高或回(再)流时间长,造成金属粉末氧化,影响焊接质量,甚至损坏元器件和PCB。

需特别注意:回流焊炉必须每周测试一次,将测试温度曲线与标准温度曲线进行对比,确定二者是否完全吻合。


小结

表面贴装技术渗透于各个领域,可直接影响到电子产品的焊接水平,以及电子产品的性能与质量。

叙述表面贴装技术整个流程,阐述焊接过程中的回流焊的原理及温度曲线。

对比实际生产过程中的某印制电路板的标准回流焊接温度曲线与实际回流焊接温度曲线,只要满足实际回流焊温度区域在标准温度范围内,就可以满足贴装元器件的性能指标。


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