表面組裝技術(shù)

前言

表面組裝技術(shù)（Surface Mount Technology，SMT）是先進(jìn)的電子制造技術(shù)，是無(wú)須對(duì)印制電路板鉆插裝孔、直接將表面貼裝微型元器件貼焊到印制電路板（PCB）或其他基板表面規(guī)定位置的先進(jìn)電子裝聯(lián)技術(shù)。與傳統(tǒng)的通孔插裝技術(shù)比較，SMT具有以下優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊、組裝密度高、體積小、質(zhì)量小；高頻特性好；抗振動(dòng)沖擊性能好，有利于提高可靠性；工序簡(jiǎn)單，焊接缺陷極少；適合自動(dòng)化生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高、勞動(dòng)強(qiáng)度低；降低生產(chǎn)成本。因此，近年來(lái)得到了迅速發(fā)展。下面簡(jiǎn)單回顧一下電子組裝技術(shù)的發(fā)展概況（參見(jiàn)表0-1）。隨著電子元器件小型化、高集成度的發(fā)展，電子組裝技術(shù)也經(jīng)歷了手工、半自動(dòng)插裝浸焊、全自動(dòng)插裝波峰焊和SMT四個(gè)階段，目前SMT正向窄間距和超窄間距的微組裝方向發(fā)展。SMT是從厚、薄膜混合電路演變發(fā)展而來(lái)的。美國(guó)是世界上SMD與SMT起源最早的國(guó)家，并一直重視在投資類(lèi)電子產(chǎn)品和軍事裝備領(lǐng)域發(fā)揮SMT在高組裝密度和高可靠性能方面的優(yōu)勢(shì)，具有很高的水平。日本在20世紀(jì)70年代從美國(guó)引進(jìn)SMD和SMT，應(yīng)用于消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品領(lǐng)域，并投入巨資大力加強(qiáng)基礎(chǔ)材料、基礎(chǔ)技術(shù)和推廣應(yīng)用方面的開(kāi)發(fā)研究工作。從20世紀(jì)80年代中后期起，加速了SMT在產(chǎn)業(yè)電子設(shè)備領(lǐng)域中的全面推廣應(yīng)用，僅用了4年時(shí)間就使SMT在計(jì)算機(jī)和通信設(shè)備中的應(yīng)用數(shù)量增長(zhǎng)了近30%，在傳真機(jī)中增長(zhǎng)40%，使日本很快超過(guò)了美國(guó)，在SMT方面處于世界領(lǐng)先地位。歐洲各國(guó)SMT的起步較晚，但它們重視發(fā)展并有較好的工業(yè)基礎(chǔ)，發(fā)展速度也很快，其發(fā)展水平和整機(jī)中SMC/SMD的使用率僅次于日本和美國(guó)。20世紀(jì)80年代以來(lái)，新加坡、韓國(guó)、中國(guó)的香港特區(qū)和臺(tái)灣省亞洲四小龍不惜投入巨資，紛紛引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)，使SMT獲得較快的發(fā)展。我國(guó)SMT的應(yīng)用起步于20世紀(jì)80年代初期，最初從美、日等國(guó)成套引進(jìn)SMT生產(chǎn)線(xiàn)，用于彩電調(diào)諧器生產(chǎn)。之后應(yīng)用于錄像機(jī)、攝像機(jī)及袖珍式高檔多波段收音機(jī)、隨身聽(tīng)等生產(chǎn)中，近幾年在計(jì)算機(jī)、通信設(shè)備、汽車(chē)電子、醫(yī)療設(shè)備、航空航天電子等產(chǎn)品中也得到廣泛應(yīng)用。隨著改革開(kāi)放的深入及WTO的實(shí)現(xiàn)，一些美、日、新加坡廠(chǎng)商將SMT加工廠(chǎng)搬到了中國(guó)；SMT的設(shè)備制造商與中國(guó)合作，還把一些SMT的設(shè)備制造業(yè)也搬到中國(guó)來(lái)。例如，英國(guó)DEK公司和日本日立公司分別在東莞和南京生產(chǎn)印刷機(jī)，美國(guó)HELLER公司和BTU公司在上海生產(chǎn)再流焊爐，日本松下公司和美國(guó)環(huán)球公司分別在蘇州和深圳蛇口生產(chǎn)貼裝機(jī)，等等。目前我國(guó)的SMT正處于快速發(fā)展階段，近3年以來(lái)，每年進(jìn)口貼裝機(jī)5 000臺(tái)以上，我國(guó)已經(jīng)成為SMT世界加工基地之一，SMT的發(fā)展前景非常廣闊。目前，我國(guó)的SMT設(shè)備已經(jīng)與國(guó)際接軌，但設(shè)計(jì)、制造、工藝、管理技術(shù)等方面與國(guó)際還有差距。為了與國(guó)際接軌，我們要加強(qiáng)基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)，開(kāi)展深入的工藝研究，提高工藝水平和管理能力，努力使我國(guó)真正成為SMT制造大國(guó)、制造強(qiáng)國(guó)。SMT在投資類(lèi)電子產(chǎn)品、軍事裝備領(lǐng)域、安防領(lǐng)域、電力、汽車(chē)電子、計(jì)算機(jī)、通信設(shè)備、彩電、錄像機(jī)、攝像機(jī)及袖珍式高檔多波段收音機(jī)、隨身聽(tīng)、傳呼機(jī)、手機(jī)等幾乎所有的電子產(chǎn)品生產(chǎn)中都得到廣泛應(yīng)用。正是SMT的普及應(yīng)用，使電子產(chǎn)品的功能越來(lái)越強(qiáng)、體積越來(lái)越小、造價(jià)越來(lái)越低、更新?lián)Q代的速度也越來(lái)越快?？梢哉f(shuō)SMT為信息化時(shí)代的高速發(fā)展做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。據(jù)飛利浦公司預(yù)測(cè)，到2010年全球范圍插裝元器件的使用率將下降到10%，SMC/SMD將上升到90%左右。SMT是電子裝聯(lián)技術(shù)的發(fā)展方向，已成為世界電子整機(jī)組裝技術(shù)的主流。表面組裝技術(shù)的組成如下。

內(nèi)容概要

本書(shū)比較全面地介紹了當(dāng)前國(guó)際上先進(jìn)的表面組裝技術(shù)（SMT）生產(chǎn)線(xiàn)及主要設(shè)備、建線(xiàn)工程、設(shè)備選型、基板、元器件、工藝材料等基礎(chǔ)知識(shí)和表面組裝印制電路板可制造性設(shè)計(jì)（DFM）等內(nèi)容。本書(shū)內(nèi)容對(duì)正確建立SMT生產(chǎn)線(xiàn)、設(shè)備選型，提高SMT工程技術(shù)人員工藝能力，提高設(shè)計(jì)人員可制造性設(shè)計(jì)水平等方面都具有很實(shí)用的指導(dǎo)作用，同時(shí)也可作為提高SMT產(chǎn)品組裝質(zhì)量和降低制造成本的重要參考資料。    本書(shū)每章后都配有思考題，既可作為中高等院校先進(jìn)電子制造SMT專(zhuān)業(yè)教材，也可作為工程師繼續(xù)教育、技術(shù)培訓(xùn)教材與參考資料。

書(shū)籍目錄

第1章  SMT生產(chǎn)線(xiàn)及主要設(shè)備、儀器、工具　1.1  SMT生產(chǎn)線(xiàn)　1.2  印刷機(jī)　　1.2.1  印刷機(jī)的基本結(jié)構(gòu)　　1.2.2  印刷機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)　　1.2.3  印刷機(jī)的工作原理　　1.2.4  印刷方式　　1.2.5  印刷機(jī)的發(fā)展方向　1.3  點(diǎn)膠機(jī)　1.4  貼裝機(jī)　　1.4.1  貼裝機(jī)的分類(lèi)　　1.4.2  貼裝機(jī)的基本結(jié)構(gòu)　　1.4.3  貼裝頭　　1.4.4  X、Y與Z/軸的傳動(dòng)定位（伺服）系統(tǒng)　　1.4.5  貼裝機(jī)對(duì)中定位系統(tǒng)　　1.4.6  傳感器　　1.4.7  送料器　　1.4.8  貼裝工具（吸嘴）　　1.4.9  貼裝機(jī)的主要易損件　　1.4.10  貼裝機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)　　1.4.11  貼裝機(jī)的發(fā)展方向　1.5  再流焊爐　　1.5.1  焊接傳熱的3種基本方式　　1.5.2  再流焊爐的分類(lèi)　　1.5.3  全熱風(fēng)再流焊爐的基本結(jié)構(gòu)與性能　　1.5.4  再流焊爐的主要技術(shù)指標(biāo)　　1.5.5  再流焊爐的發(fā)展方向及無(wú)鉛焊接對(duì)再流焊設(shè)備的要求　1.6  波峰焊機(jī)（包括選擇性波峰焊機(jī)）　　1.6.1  波峰焊機(jī)的種類(lèi)　　1.6.2  雙波峰焊機(jī)的基本結(jié)構(gòu)　　1.6.3  波峰焊機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)　　1.6.4  波峰焊機(jī)的發(fā)展方向及無(wú)鉛焊接對(duì)波峰焊設(shè)備的要求　1.7  檢測(cè)設(shè)備　　1.7.1  自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)設(shè)備（AOI）　　1.7.2  自動(dòng)X射線(xiàn)檢測(cè)設(shè)備（AXI）　　1.7.3  在線(xiàn)測(cè)試設(shè)備　　1.7.4  功能測(cè)試設(shè)備　1.8  手工焊接與返修設(shè)備　　1.8.1  電烙鐵　　1.8.2  焊接機(jī)器人　　1.8.3  SMD返修系統(tǒng)　　1.8.4  返修設(shè)備及修板專(zhuān)用工具發(fā)展方向　1.9  手工貼片工具　1.10  清洗設(shè)備　　1.10.1  超聲清洗設(shè)備　　1.10.2  汽相清洗設(shè)備　　1.10.3  水清洗設(shè)備　1.11  選擇性涂敷設(shè)備　1.12  其他輔助設(shè)備　1.13  表面組裝建線(xiàn)工程和設(shè)備選型　　1.13.1  SMT生產(chǎn)線(xiàn)設(shè)備選型的依據(jù)　　1.13.2  SMT生產(chǎn)線(xiàn)設(shè)備選型的步驟　　1.13.3  SMT生產(chǎn)線(xiàn)設(shè)備選型的注意事項(xiàng)　1.14  SMT設(shè)備的合同、安裝與驗(yàn)收　　1.14.1  設(shè)備的合同　　1.14.2  設(shè)備的安裝　　1.14.3  合同設(shè)備的試運(yùn)行　　1.14.4  合同設(shè)備的驗(yàn)收　思考題第2章  表面組裝印制電路板（SMB）　2.1  印制電路板的定義和作用　2.2  印制電路基板的分類(lèi)　2.3  常用印制電路板的基板材料　2.4  評(píng)估SMB基材質(zhì)量的相關(guān)參數(shù)　2.5  SMT對(duì)印制電路板的要求　2.6  印制電路板的制造工藝流程　2.7  過(guò)孔、微孔技術(shù)　　2.7.1  導(dǎo)通孔（Via）　　2.7.2  微孔（Micro Via）　2.8  PCB焊盤(pán)表面涂（鍍）層及其選擇　　2.8.1  表面處理的基本工藝　　2.8.2  PCB表面涂（鍍）層　　2.8.3  PCB可焊性表面涂（鍍）層的選擇　2.9  PCB可焊性與可焊性測(cè)試　　2.9.1  影響PCB焊盤(pán)可焊性的因素　　2.9.2  PCB可焊性測(cè)試　2.10  印制電路板的發(fā)展趨勢(shì)　思考題第3章  表面組裝元器件（SMC/SMD）　3.1  SMC/SMD的歷史和發(fā)展　3.2  SMC/SMD的基本要求　3.3  SMC的封裝命名及標(biāo)稱(chēng)　3.4  SMD的封裝命名　3.5  SMC/SMD的焊端結(jié)構(gòu)　3.6  SMC/SMD的包裝類(lèi)型　3.7  表面組裝元件（SMC）　　3.7.1  表面貼裝電阻器　　3.7.2  片式微調(diào)電位器　　3.7.3  片式電容器　　3.7.4  片式電感器　　3.7.5  片式變壓器　　3.7.6  表面貼裝機(jī)電元件　3.8  表面組裝器件（SMD）　　3.8.1  片式二極管　　3.8.2  SOT系列片式晶體管　　3.8.3  SOP（Small Outline Packages）翼形小外形塑料封裝　　3.8.4  PQFP（Plastic Quad Flat Pack）翼形四邊扁平封裝器件　　3.8.5  SOJ（Small Outline Integrated Circuits）J形引腳小外形集成電路　　3.8.6  PLCC（Plastic Leaded Chip Carriers）塑封有引腳芯片載體　　3.8.7  LCCC陶瓷芯片載體　　3.8.8  BGA/CSP（Ball Grid Array/Chip Scale Package）球形柵格陣列封裝　　3.8.9  PQFN（Plastic Quad Flat No-lead）方形扁平無(wú)引腳塑料封裝　3.9  SMC/SMD的運(yùn)輸和存儲(chǔ)　3.10  濕度敏感器件（MSD）的管理、存儲(chǔ)、使用要求　　3.10.1  濕度敏感器件（MSD）的潮濕敏感等級(jí)　　3.10.2  濕度敏感器件（MSD）的管理與控制　　3.10.3  濕度敏感器件（MSD）控制中的注意事項(xiàng)　　思考題第4章  表面組裝工藝材料　4.1  電子焊接材料　4.2  錫鉛焊料合金　　4.2.1  錫的基本物理/化學(xué)特性　　4.2.2  鉛的基本物理/化學(xué)特性　　4.2.3  錫鉛合金的基本物理/化學(xué)特性　　4.2.4  鉛在焊料中的作用　　4.2.5  錫鉛合金中的雜質(zhì)及其影響　　4.2.6  無(wú)鉛焊料合金　　4.2.7  焊料合金的潤(rùn)濕性（可焊性）測(cè)試與評(píng)估　4.3  助焊劑　　4.3.1  對(duì)助焊劑物理/化學(xué)特性的要求　　4.3.2  助焊劑的分類(lèi)和組成　　4.3.3  助焊劑的作用　　4.3.4  四類(lèi)常用助焊劑　　4.3.5  助焊劑的測(cè)試與評(píng)估　　4.3.6  助焊劑的選擇　　4.3.7  無(wú)鉛助焊劑的特點(diǎn)、問(wèn)題與對(duì)策　4.4  焊膏　　4.4.1  焊膏的技術(shù)要求　　4.4.2  焊膏的分類(lèi)　　4.4.3  焊膏的組成　　4.4.4  影響焊膏特性的主要參數(shù)　　4.4.5  焊膏的選擇　　4.4.6  焊膏的正確使用與保管　　4.4.7  焊膏的檢測(cè)與評(píng)估　　4.4.8  焊膏的發(fā)展動(dòng)態(tài)　4.5  焊料棒和絲狀焊料（焊錫絲）　　4.6  粘結(jié)劑（貼片膠）　　4.6.1  貼片膠的分類(lèi)　　4.6.2  貼片膠的組成　　4.6.3  貼片膠的性能指標(biāo)及其評(píng)估　　4.6.4  表面組裝工藝對(duì)貼片膠的要求　　4.6.5  常用貼片膠　　4.6.6  貼片膠的選擇方法　　4.6.7  貼片膠的存儲(chǔ)、使用工藝要求　4.7  清洗劑　　4.7.1  有機(jī)溶劑清洗劑的種類(lèi)　　4.7.2  有機(jī)溶劑清洗劑的性能要求　　4.7.3  常用有機(jī)溶劑清洗劑的性能　　4.7.4  清洗效果的評(píng)價(jià)方法與標(biāo)準(zhǔn)　　思考題第5章  SMT印制電路板的可制造性設(shè)計(jì)（DFM）及審核　5.1  不良設(shè)計(jì)在SMT生產(chǎn)中的危害　5.2  國(guó)內(nèi)SMT印制電路板設(shè)計(jì)中普遍存在的問(wèn)題及解決措施　　5.2.1  SMT印制電路板設(shè)計(jì)中的常見(jiàn)問(wèn)題舉例　　5.2.2  造成不良設(shè)計(jì)的原因　　5.2.3  消除不良設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)DFM的措施　5.3  編制本企業(yè)可制造性設(shè)計(jì)規(guī)范文件　5.4  PCB設(shè)計(jì)包含的內(nèi)容及可制造性設(shè)計(jì)實(shí)施程序　5.5  SMT工藝對(duì)設(shè)計(jì)的要求　　5.5.1  SMC/SMD（貼裝元器件）焊盤(pán)設(shè)計(jì)　　5.5.2  THC（Through Hole Component）通孔插裝元器件焊盤(pán)設(shè)計(jì)　　5.5.3  布線(xiàn)設(shè)計(jì)　　5.5.4  焊盤(pán)與印制導(dǎo)線(xiàn)連接的設(shè)置　　5.5.5  導(dǎo)通孔的設(shè)置　　5.5.6  測(cè)試孔和測(cè)試盤(pán)設(shè)計(jì)——可測(cè)試性設(shè)計(jì)DFT（Design for Testability）　　5.5.7  阻焊、絲網(wǎng)的設(shè)置　　5.5.8  元器件整體布局設(shè)置　　5.5.9  再流焊與波峰焊貼片元件的排列方向設(shè)計(jì)　　5.5.10  元器件最小間距設(shè)計(jì)　　5.5.11  模板設(shè)計(jì)　5.6  SMT設(shè)備對(duì)設(shè)計(jì)的要求　　5.6.1  PCB外形、尺寸設(shè)計(jì)　　5.6.2  PCB定位孔和夾持邊的設(shè)置　　5.6.3  基準(zhǔn)標(biāo)志（Mark）設(shè)計(jì)　　5.6.4  拼板設(shè)計(jì)　　5.6.5  選擇元器件封裝及包裝形式　　5.6.6  PCB設(shè)計(jì)的輸出文件　5.7  印制電路板可靠性設(shè)計(jì)　　5.7.1  散熱設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介　　5.7.2  電磁兼容性（高頻及抗電磁干擾）設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介　5.8  無(wú)鉛產(chǎn)品PCB設(shè)計(jì)　5.9  PCB可加工性設(shè)計(jì)　5.10  SMT產(chǎn)品設(shè)計(jì)評(píng)審和印制電路板可制造性設(shè)計(jì)審核　　5.10.1  SMT產(chǎn)品設(shè)計(jì)評(píng)審　　5.10.2  SMT印制電路板可制造性設(shè)計(jì)審核　5.11  IPC-7351《表面貼裝設(shè)計(jì)和焊盤(pán)圖形標(biāo)準(zhǔn)通用要求》簡(jiǎn)介　5.12  有關(guān)印制電路板設(shè)計(jì)的部分標(biāo)準(zhǔn)　思考題附錄A  SMT常用縮略語(yǔ)、術(shù)語(yǔ)、金屬元素中英文名稱(chēng)及物理性能表參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：第1章 SMT生產(chǎn)線(xiàn)及主要設(shè)備、儀器、工具SMT生產(chǎn)設(shè)備具有全自動(dòng)、高精度、高速度、高效益等特點(diǎn)。SMT生產(chǎn)線(xiàn)主要生產(chǎn)設(shè)備包括印刷機(jī)、點(diǎn)膠機(jī)、貼裝機(jī)、再流焊爐和波峰焊機(jī)，輔助設(shè)備有檢測(cè)設(shè)備、返修設(shè)備、清洗設(shè)備、干燥設(shè)備和物料存儲(chǔ)設(shè)備等。1.1 SMT生產(chǎn)線(xiàn)SMT生產(chǎn)線(xiàn)按照自動(dòng)化程度可分為全自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)和半自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)，按照生產(chǎn)線(xiàn)的規(guī)模大小可分為大型、中型和小型生產(chǎn)線(xiàn)。全自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)是指整條生產(chǎn)線(xiàn)的設(shè)備都是全自動(dòng)設(shè)備，通過(guò)自動(dòng)上板機(jī)、緩沖連接線(xiàn)和卸板機(jī)將所有生產(chǎn)設(shè)備連成一條自動(dòng)線(xiàn)；半自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)是指主要生產(chǎn)設(shè)備沒(méi)有連接起來(lái)或沒(méi)有完全連接起來(lái)，印刷機(jī)是半自動(dòng)的，需要人工印刷或人工裝卸印制板。大型生產(chǎn)線(xiàn)是指具有較大的生產(chǎn)能力，一條大型單面貼裝生產(chǎn)線(xiàn)上的貼裝機(jī)由一臺(tái)多功能機(jī)和多臺(tái)高速機(jī)組成；中、小型SMT生產(chǎn)線(xiàn)主要適合研究所和中、小型企業(yè)，滿(mǎn)足多品種，中、小批量或單一品種、中、小批量的生產(chǎn)任務(wù)，可以是全自動(dòng)線(xiàn)或半自動(dòng)線(xiàn)。貼裝機(jī)一般選用中、小型機(jī)，如果產(chǎn)量比較小，可采用一臺(tái)速度較高的多功能機(jī)；如果有一定的生產(chǎn)量，可采用一臺(tái)多功能機(jī)和一至兩臺(tái)高速機(jī)。一條大型雙面貼裝生產(chǎn)線(xiàn)靠一臺(tái)翻板機(jī)可將兩條單面貼裝生產(chǎn)線(xiàn)連接在一起。中、大型生產(chǎn)線(xiàn)，如手機(jī)、計(jì)算機(jī)主板生產(chǎn)線(xiàn)，一般可采用以下3種配置方式。

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《表面組裝技術(shù)(SMT)基礎(chǔ)與可制造性設(shè)計(jì)(DFM)》由電子工業(yè)出版社出版。

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