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SMT实用工艺基础

第一章 SMT概述

SMT（表面组装技术）是新一代电子组装技术。经过20世纪80年代和90年代的迅速发展，已进入成熟期。SMT已经成为一个涉及面广，内容丰富，跨多学科的综合性高新技术。最新几年，SMT又进入一个新的发展高潮，已经成为电子组装技术的主流。

1.1SMT概述

SMT是无需对印制板钻插装孔，直接将处式元器件或适合于表面组装的微型元件器贴、焊到印制或其他基板表面规定位置上的装联技术。

由于各种片式元器件的几何尺寸和占空间体积比插装元器件小得多，这种组装形式具有结构紧凑、体积小、耐振动、抗冲击、高频特性好和生产效率高等优点。采用双面贴装时，组装密度的5倍以左右，从而使印制板面积节约了60％-70％，重量减轻90％以上。

SMT在投资类电子产品、军事装备领域、计算机、通信设备、彩电调谐器、录像机、摄像机及袖珍式高档多波段收音机、随身听、传呼机和手机等几乎所有的电子产品生产中都得到广泛应用。SMT是电子装联技术的发展方向，已成为世界电子整机组装技术的主流。

SMT是从厚、薄膜混合电路演变发展而来的。

美国是世界上SMD和SMT最早起源的国家，并一直重视在投资类电子产品和军事装备领域发挥SMT高组装密度和高可靠性能方面的优势，具有很高的水平。

日本在70年代从美国引进SMD和SMT应用在消费类电子产品领域，并投入世资大力加强基础材料、基础技术和推广应用方面的开发研究工作，从80年代中后期起加速了SMT在产业电子设备领域中的全面推广应用，仅用四年时间使SMT在计算机和通信设备中的应用数量增长了近30％，在传真机中增长40％，使日本很快超过了美国，在SMT方面处于世界领先地位。

欧洲各国SMT的起步较晚，但他们重视发展并有较好的工业基础，发展速度也很快，其发展水平和整机中SMC/SMD的使用效率仅次于日本和美国。80年代以来，新加坡、韩国、香港和台湾省亚洲四小龙不惜投入巨资，纷纷引进先进技术，使SMT获得较快的发展。

据飞利浦公司预测，到2010年全球范围插装元器件的使用率将由目前和40％下降到10％，反之，SMC/SMD将从60％上升到90％左右。

我国SMT的应用起步于80年代初期，最初从美、日等国成套引进了SMT生产线用于彩电谐器生产。随后应用于录像机、摄像机及袖珍式高档多波段收音机、随身听等生产中，近几年在计算机、通信设备、航空航天电子产品中也逐渐得到应用。

据2000年不完全统计，我国约有40多家企业从事SMC/SMD的生产，全国约有300多家引进了SMT生产线，不同程度的采用了SMT。全国已引进4000-5000台贴装机。随着改革 开放的深入以及加入WTO，近两年一些美、日、新加坡、台商已将SMT加工厂搬到了中国，仅2001-2002一年就引进了4000余台贴装机。我国将成为SMT世界加工厂的基地。我国SMT发展前景是广阔的。

SMT总的发展趋势是：元器件越来越小、组装密度越来越高、组装难度也越来越大。最近几年SMT又进入一个新的发展高潮。为了进一步适应电子设备向短、小、轻、薄方向发展，出现了0210（0.6mm＊0.3mm）的CHIP元年、BGA、CSP、FLIP、CHIP、复合化片式元件等新型封装元器件。由于BGA等元器件技术的发展，非ODS清洗和元铅焊料的出现，引起了SMT设备、焊接材料、贴装和焊接工艺的变化，推动电子组装技术向更高阶段发展。SMT发展速度之快，的确令人惊讶，可以说，每年、每月、每天都有变化。

1.2 SMT相关技术

一、元器件

1. SMC――片式元件向小、薄型发展。其尺寸从1206（3.2mm＊1.6mm）向0805（2.0mm＊1.25mm）－0603（1.6mm＊0.8mm）－0402（1.0mm＊0.5mm）－0201（0.6mm＊0.3mm）发展。
2. SMD――表面组装器件向小型、薄型和窄引脚间距发展。引脚中心距从1.27向0.635mm－0.5mm－0.4mm及0.3mm发展。
3. 出现了新的封装形式BGA（球栅阵列，ball grid arrag）、CSP（UBGA）和FILP CHIP（倒装芯片）。

由于QFP（四边扁平封装器件受SMT工艺的限制，0.3mm的引脚间距已经是极限值。而BGA的引脚的球形的，均匀地分布在芯片的底部。BGA和QFP相比最突出的优点首先是I/O数的封装面积比高，节省了PCB面积，提高了组装密度。其次是引脚间距较大，有1.5mm、1.27mm和1.00mm，组装难度下降，加工窗口更大。例：31mm *31mmR BGA 引脚间距为1.5mm时，有400个焊球（I/O）；引脚间距为1.0mm时，有900个焊球（I/O）。同样是31mm＊31mm的QFP-208，引脚间距为0.5mm时，只有208条引脚。

BGA无论在性能和价格上都有竞争力，已经在高（I/O）数的器件封装中起主导作用。

二、窄间距技术（FPT）是SMT发展的必然趋势

FPT是指将引脚间距在0.635－0.3mm之间的SMD和长＊宽小于等于1.6mm＊0.8mm的SMC组装在PCB上的技术。

由于计算机、通信、航空航天等电子技术飞速发燕尾服，促使半导体集成电路的集成度越来越高，SMC越来越小，SMD的引脚间距也越来越窄。目前，0.635mm和0.5mm引脚间距的QFP已成为工业和军用电子装备中的通信器件。

三、无铅焊接技术

为了防止铅对环境和人体危害，元铅焊接也迅速地被提到议事日程上，日本已研制出无铅焊接并应用到实际生产中，美国和欧洲也在加紧研究。由于目前无铅焊接的焊接温度较高，因此焊接设、PCB材料及焊盘表面镀锡的工艺、元器件耐高温性能及端头电极工艺、再流焊与波峰焊接工艺等等一系列新技术有待研究和解决。

四、SMT主要设备发展情况

1、印刷机

    由于新型SMD不断出现、组装密度的提高以及免清洗要求，印刷机的高密度、高精度的提高以及多功能方向发展。目前印刷机大致分为三种档次：

（1）半自动印刷机

（2）半自动印刷机加视觉识别系统。增加了CCD图像识别，提高了印刷精度。

（3）全自动印刷机。全自动印刷机除了有自动识别系统外，还有自动更换漏印模板、清洗网板、对QFP器件进行45度角印刷、二维和三维检查印刷结果（焊膏图形）等功能。

目前又有PLOWER FLOWER软料包（DEK挤压式、MINAMI单向气功式等）的成功开发与应用。这种方法焊膏是密封式的，适合免清洗、元铅焊接以及高密度、高速度印刷的要求。

2、贴片机

随着SMC小型化、SMD多引脚窄间距化和复合式、组合式片式元器件、BGA、CSP、DCA（芯片直接贴装技术）、以及表面组装的接插件等新型片式元器件的不断出现，对贴装技术的要求越来越高。近年来，各类自动化贴装机正朝着高速、高精度和多功能方向发展。采用多贴装头、多吸嘴以及高分辨率视觉系统等先进技术，使贴装速度和贴装精度大大提高。

目前最高的贴装速度可达到0.06S/Chip元件左右；高精度贴装机的重复贴装精度为0.05-0.25mm; 多功能贴片机除了能贴装0201(0.6mm*0.3mm)元件外,还能贴装SOIC(小外型集成电路)、PLCC（塑料有引线芯片载体）、窄引线间距QFP、BGA和CSP以及长接插件（150Mm长）等SMD/SMC的能力。

此外，现代的贴片机在传动结构（Y轴方向由单丝械向双丝杠发展）；元件的对中方式（由机械向激光向全视觉发展）；图像识别（采用高分辨CCD）；BGA和CSP的贴装（采用反射加直射镜技术）；采用铸铁机架以减少振动，提高精度，减少磨损；以及增强计算机功能等方面都采用了许多新技术，使操作更加简便、迅速、直观和易掌握。

3、再流焊炉

   再流焊炉主要有热板式、红外、热风、红外＋热风和气相焊等形式。

   再流焊热传导方式主要有辐射和对流两种方式。

   辐射传导――主要有红外炉。其优点是热效率高，温度陡度大，易控制温度曲线，双面焊接时PCB上、下温差易控制。其缺点是温度不均匀；在同一块PCB上由于器件的颜色和大小不同、其温度就不同。为了使深颜色和大体积的元器件达到焊接温度、必须提高焊接温度，容易造成焊接不良和损坏元器件等缺陷。

　对流传导――主要有热风炉。其优点是温度均匀、焊接质量好。缺点是PCB上温差以及沿焊接长度方向的温度梯度不易控制。

（1）目前再流焊倾向采用热风小对流方式，在炉子下面采用制冷手段，以保护炉子上、下和长度方向的温度梯度，从而达到工艺曲线的要求。

（2）是否需要充N₂选择（基于免清洗要求提出的）

　　充N₂的主要作用是防止高温下二次氧化，达到提高可焊性的目的。对于什么样的产品需要充N₂，目前还有争议。总的看起来，无铅焊接，以及高密度，特别是引脚中心距为0.5mm以下的焊接过程有必要用N₂，否则没有太大必要。另外，如果N₂纯度低（如普通20PPN）效果不明显，因此要求N₂纯度为100PPN。

　　蒸汽焊炉有再次兴起的趋势。特别是对电性能要求极高的军品。

1.3常用基本术语

SMT――表面组装技术；

PCB――印制电路板；

SMA――表面组装组件；

SMC\SMD――片式元件片/片式器件

FPT――窄间距技术。FPT是指将引脚间距在0.635－0.3mm之间的SMD和长乘宽小于等于1.6mm*0.8mm的SMC组装在PCB上的技术。

MELF――园柱形元器件

SOP――羽翼形小外形塑料封装；

SOJ――J形小外形塑料封装；

TSOP――薄形小小外塑料封装；

PLCC――塑料有引线（J形）芯片载体；

QFP――四边扁平封装器件；

PQFP――带角耳的四边扁平封装器件；

BGA――球栅阵列（ball  grid  array）;

DCA――芯片直接贴装技术；

CSP――芯片级封装（引脚也在器件底下，外形与BGA相同，封装尺寸BGA小。芯片封装尺寸与芯片面积比≦1.2称为CSP）；

THC――通孔插装元器件。

第二章 SMT工艺概述

2.1 SMT工艺分类

一、按焊接方式，可分为再流焊和波峰焊两种类型

1、再流焊工艺――先将微量的锡铅（SN/PB）焊膏施加到印制板的焊盘上，再将片式元器件贴放在印刷板表面规定的位置上，最后将贴装好元器件的印制板放以再流焊设备的传送带上，从炉子入口到出口（大约5-6分钟）完成干燥、预热、熔化、冷却全部焊接过程。

2、波峰焊工艺――先将微量的贴片胶（绝缘粘接胶）施加到印制板的元器件底部或连忙缘位置上，再将片式元器件贴放在印制表面规定的位置上，并进行胶固化。片式元器件被牢固地粘接在印制板的焊接面，然后插装分立元器件，最后对片式元器件与插装元器件同时进行波峰焊接。

二、按组装方式，可分为全表面组装、单面混装、双面混装三种方式（见表2-1）

2.2施加焊膏工艺

一、工艺目的

把适量的SN/PB焊膏均匀地施加在PCB焊盘上，以保证片式元器件与PCB相对应的焊盘达到良好的电气连接。

二、施加焊膏的要求

1、要求施加的焊膏量均匀，一致性好。焊膏图形要清晰，相邻的图形之间尽量不要粘连，焊膏图形与焊盘图形要一致，尽量不要错位。

2、一般情况下，焊盘上单位面积的焊膏量应为0.8mg/mm²左右，窄间距元器件应为0.5mg/mm²左右。

3、焊膏应覆盖每个焊盘的面积，应在75％以上；

4、焊膏印刷后，应无严重塌落，边缘整齐，错位不大于0.2mm；对窄间距元器件焊盘，错位不大于0.1mm。

5、基板不允许被焊膏污染。

三、施加焊膏的方法

施加焊膏的方法有三种：滴涂式（即注射式，滴除式又分为手工操作和机器制作）、丝网印刷和金属模板印刷。

各种方法的适用范围如下：

1、手工滴涂法――用于极小批量生产，或新产品的模型样机和性能样机的研制阶段，以及生产过程中修补、更换元器件等。

2、丝网印刷――用于元器件焊盘间距较大，组装密度不高的中小批量生产中。

3、金属模板印刷――用于大批量生产以及组装密度大，有多引线窄间距元器件的产品。

金属模板印刷的质量比较好，模板使用寿命长，因此一般应优先采用金属模板印刷工艺。

2.3施加贴片胶工艺

一、工艺目的

    在片式元件与插装元器件混装采用波峰焊工艺时，需要用贴片胶把片式元件暂时固定在PCB的焊盘位置上，防止在传递过程或插装元器件、波峰焊等工序中元件掉落。在双面再流焊工艺中，为防止已焊好面上大型器件因焊接受热熔化而掉落，也需要用贴片胶起辅助固定作用。

二、表面组装工艺对贴片胶的要求及选择方法

1、  表面组装工艺对贴片胶的要求

（1）    具有一定粘度，胶滴之间不拉丝，在元器件与PCB之间有一定的粘接强度，元器件贴装后在搬运过程中不掉落。

（2）    触变性好，涂敷后胶滴不变形，不漫流，能保持足够的高度；

（3）    对印制板和元器件无腐蚀，绝缘电阻高和高频特性好；

（4）    常温下使用寿命长（常温下固化速度慢）；

（5）    在固化温度下固化速度快，固化温度要求在150℃以下，5分钟以内完全固化；

（6）    固化后粘接强度高，能经得住波峰焊时260℃的高温以及熔融的锡流波剪切刀的冲击；在焊接过程中无释放气体现象，波峰焊过程中元件不掉落。

（7）    有颜色，便于目视检查和自动检测；

（8）    应无毒、无嗅、不可燃，符合环保要求；

2、  贴片胶的选择方法

用于表面组装的贴片胶主要有两种类型：环氧树脂和聚丙烯。

环氧树脂型贴片胶属于热固型，一般固化温度在140±20℃/5min以内；

聚丙烯型贴片胶属于光固型，需要先用UV（紫外）灯照一下，打开化学键，然后再用150±10℃/1－2min完成完全固化。

（1）目前普通采用热固型贴片胶，对设备和工艺的要求都比较简单。由于光固型贴片胶比较充分，粘接牢度高，对于较宽大的元器件应选择光固型贴片胶。

（2）要考虑固化前性能、固化性能及固化后性能，应满足表面组装工艺对贴片胶的要求。

（3）应优先选择固化温度较低、固化时间较短的贴片胶。目前较好的贴片胶的固化条件一般在120-130℃/60c-120s.

3、  贴片胶的使用与保管

（1）  必须储存在5-10℃的条件下，并在有效期（一般3-6个月）内使用；

（2）    要求使用前一天从冰箱中取出贴片胶，待贴片胶达到室温后才能打开容器盖，防止水汽凝结；

（3）    使用前用不锈钢搅拌棒将贴片胶搅拌均匀，待贴片胶完全无气泡状态下装入注射器，添加完贴片胶后，应盖好容器盖；

（4）    点胶或印刷操作工艺应在恒温条件下（23±3℃）进行，因为贴片胶的粘度随温度而变化，以防影响涂敷质量。

（5）    采用印刷工艺时，不能使用回收的贴片胶；

（6）    为预防贴片胶硬化和变质，搅拌后贴片胶应在24小时内使用完。剩余的贴片胶要单独存放，不能与新贴片胶混装一起；

（7）    点胶或印刷后，应在24小时内完成固化；

（8）    操作者尽量避免贴片胶与皮肤接触，若不慎接触，应及时用乙醇擦洗干净。

4、  施加贴片胶的技术要求

（1）   采用光固型贴片胶，元器件下面的贴片胶致少有一半的量处于被照射状态；采用热固型贴片胶，贴片胶可完全被元器件覆盖，见图2-1；

（2）  小元件可涂一个胶滴，大尺寸元器件可涂敷多个胶滴；

（3）    胶滴的尺寸与高度取决于元器件的类型，胶滴的高度应达到元器件贴装后胶滴能充分接触到元器件底部的高度。胶滴量（尺寸大小或胶滴数量）应根据元器件的尺寸和重量而定；尺寸和重量大的元器件胶滴量应大一些，但也不宜过大，以保证足够的粘接强度为准。

（4）    为了保护可焊接以及焊点的完整性，要求贴片胶在贴装前和贴装后都不能污染元器件端头和PCB焊盘

三、施加贴片胶的方法和各种方法的适用范围

施加贴片胶主要有三种方法：分配器滴涂、针式转印和印刷。

5、分配器滴涂贴片胶

分配器滴涂可分为手动和全自动两种方式。手动滴涂用于试验或小批量生产中；全自动滴涂用于大批量生产中。全自动滴涂需要专门的全自动点胶设备，也有些全自动贴片机上配有点胶头，具备点胶和贴片两种功能。

   手动滴涂方法与焊膏滴涂相同，只是要选择更细的针嘴，压力与时间参数的控制有所不同。

6、针式转印贴片胶

针式转印机是采用针矩阵组件，先在贴片胶供料盘上蘸取适量的贴片胶，然后转移动PCB的点胶位置上同时进行多点涂敷。此方法效率较高，用于单一品种大批量生产中。

7、印刷贴片胶

   印刷贴片胶的生产效率较高，用于大批量生产中，有丝网和模板两种印刷方法。印刷贴片胶的方法与焊膏印刷工艺相同，只是丝网和模板的设计要求，印刷参数的设置有所不同。

2.4贴装元器件

一、定义

用贴装机或人工将片式元器件准确地贴放在印好焊膏或贴片胶的PCB表面上。

二、贴装元器件的工艺要求

1、各装配位号元器件的型号、标称值和极性等特征标记要符合装配图和明细表要求。

2、贴装好的元器件要完好无损。

3、元器件焊端或引脚不小于1/2的厚度要浸入焊膏。

元器件的端头或引脚均应与焊盘图形对齐、居中。由于再流焊时有自定位效应，因此元器件贴装位置允许有一定的偏差。

2.5再流焊

一、定义

再流焊是通过重新熔化预先分配到印制板焊盘上的膏状软纤焊料，实现表面组装元器件焊端或引脚与印制板焊盘之间机械与电气连接的软钎焊。

二、再流焊原理

从温度曲线（见图2-2）分析再流焊的原理：当PCB进入升温区（干燥区）时，焊膏中的溶剂、气体蒸发掉，同时，焊膏中的助焊剂润湿焊盘、元器件端头和引脚，焊膏软化、塌落、覆盖了焊盘、元器件端头和引脚与氧气隔离→PCB进入保温区时，PCB和元器件得到充分的预热，以防PCB突然进入焊接高温区而损坏PCB和元器件→当PCB进入焊接区时，温度迅速上升使焊膏达到熔化状态，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，使焊点凝固。此时完成了再流焊。

一、    再流焊特点

与波峰焊技术相比，再流焊有以下特点：

1、不像波峰焊寻样，要把元器件直接浸渍在熔融的焊料中， 所以元器件受到的热冲小。

2、能控制焊料的施加量，避免了虚焊 、桥接等焊接缺陷，因此焊接质量好，可靠性高。

3、有自定位效应（self alignment）――当元器件贴放位置有一定偏离时，由于熔焊料表面张力的作用，当基全部焊端或引脚与相应焊盘同时被润润时，能在表面张力的作用下自动被拉回到近似目标位置的现象。

4、焊接中一般不会混入不纯物，使用焊膏时，能正确地保证焊料的组分。

5、可以采用局部加热热源，从而可在同一基板上采用不同焊接工艺进行焊接。

6、工艺简单，修板的工作极小。

二、    再流焊的分类

1、按再流焊加热区域可分为两大类：一类是对PCB整体加热，另一类是对PCB局部加热。

2、对PCB整体加热再流焊可分为：热板、红外、热风、热风加红外、气相再流焊。

3、对PCB局部加热再流焊可分为：激光再流焊、聚焦红外再流焊、光束再流焊、热气流再流焊。

三、    再流焊的工艺要求

1、要设置合理的再流焊温度曲线――再流焊是SMT生产中的关键工序，不恰当的温度曲线设置会导致出现焊接不完全、虚焊、元件翅立、锡珠多等焊接缺陷，影响产品质量。

2、要按照PCB设计时的焊接方向进行焊接。

3、焊接过程中，严防传送带震动。

4、必须对首块印制板的焊接效果进行检查。检查焊接是否完全、有无焊膏融化不充分的痕迹、焊点表面是否光滑、焊点开头否呈半状、焊料球和残留物的情况、连焊和虚焊的情况等；此外，还要检查PCB表面颜色变化情况。要根据检查结果适当调整温度曲线。在批量生产过程中要定时检查焊接质量的情况，及时对温度曲线进行调整。

第三章 波峰焊接工艺

波峰焊接（波峰焊）主要用于传统通孔插装印制电路板电装工艺，以及表面组装与通孔插装元器件的混装工艺。适用于波峰焊工艺的表面组装元器件有矩形和圆柱形片式元件、SOT以及较小的SOP等器件。

3.1波峰焊原理

用于表面组装元器件的波峰焊设备一般都是双波峰或电磁泵波峰焊机。

下面以双波峰焊机的工艺流程为例，来说明波峰焊原理（见图3-1）

图3-1   双波峰焊接过程示意图

波峰焊原理用于表面组装元器件的波峰焊设备一般都是双波峰或电磁泵波峰焊机。

    下面以双波峰焊机的工艺流程为例，来说明波峰焊原理(见图3-1)。

    当完成点(或印刷)胶、贴装、胶固化、插装通孔元器件的印制板从波峰焊机的入口端随传送带向前运行，通过焊剂发泡(或喷雾)槽时，印制板下表面的焊盘、所有元器件端头和引脚表面被均匀地涂覆上一层薄薄的焊剂。 随着传送带运行，印制板进入预热区，焊剂中的

溶剂被挥发掉，焊剂中松香和活性剂开始分解和活性化，印制板焊盘、元器件端头和引脚表面的氧化膜以及其它污染物被清除；同时，印制板和元器件得到充分预热。

    印制板继续向前运行，印制板的底面首先通过第一个熔融的焊料波。第一个焊料波是乱波(振动波或紊流波)，将焊料打到印制板的底面所有的焊盘、元器件焊端和引脚上；熔融的焊料在经过焊剂净化的金属表面上进行浸润和扩散。之后，印制板的底面通过第二个熔融的焊料波，第二个焊料波是平滑波，平滑波将引脚及焊端之间的连桥分开，并去除拉尖(冰柱)等焊接缺陷(图3-2是双波峰焊锡波)

图3-2  双波峰焊锡波

图3-3   双波峰焊理论温度曲线

    当印制板继续向前运行离开第二个焊料波后，自然降温冷却形成焊点，即完成焊接。

3.2波峰焊工艺对元器件和印制板的基本要求

 一、对表面组装元件要求

    表面组装元器件的金属电极应选择三层端头结构，元器件体和焊端能经受两次以上260 ℃波峰焊的温度冲击，焊接后元器件体不损坏或变形，片式元件金属端头无剥落(脱帽)现象。

 二、对插装元件要求

    如采用短插一次焊工艺，插装元件必需预先成形，要求元件引脚露出印制板表面0.8-3mm。

 三、对印制电路板要求

    基板应能经受260℃／50s的热冲击，铜箔抗剥强度好；阻焊膜在高温下仍有足够的粘附力，焊接后不起皱；一般采用RF4环氧玻璃纤维布印制电路板。

 四、印制电路板翘曲度小于0.8-1.0％。

 五、对PCB设计要求   

    对于贴装元器件采用波峰焊工艺的印制电路板必须按照贴装元器件的特点进行设计，元器件布局和排布方向应遵循较小的元件在前和尽量避免互相遮挡的原则。

3.3波峰焊工艺材料

    一、焊料

    目前一般采用Sn63／Pb37棒状共晶焊料，熔点183℃。

    使用过程中,Sn和Pb的含量分别保持在±l％以内；Sn的最小含量为61.5％：焊料中主要杂质的最大含量控制在以下范围内：

    Cu<0.08％；A1<0.005％；Fe<0.02％；Bi<0.1％；Zn<0.002％；Sb<0.02％；As<0.05％。根据设备的使用情况定期(三个月至半年)检测焊料的主要杂质以及Sn和Pb的含量，不符合要求时更换焊锡或采取其它措施，例如当Sn含量少于标准要求时，可掺加一些纯Sn。

二.焊剂和焊剂的选择

    预热的作用

  1.焊剂的作用

    (1)焊剂中的松香树脂和活性剂在一定温度下产生活性化反应，能去除焊接金属表面氧化膜，同时松香树旨又能保护金属表面在高温下不再氧化。

    (2)焊剂能降低熔融焊料的表面张力，有利于焊料的润湿和扩散。    

  2.焊剂的特性要求

    (1)熔点比焊料低，扩展率>85％。

    ( 2)粘度和比重比熔融焊料小，容易被置换，不产生毒气。焊剂的比重可以用溶剂来稀释，一般控制在0.82-0.84。

    (3)免清洗型焊剂的比重<0.8，要求固体含量<2.0wt％，不含卤化物，焊后残留物少，不产生腐蚀作用，绝缘性能好，绝缘电阻>1x10¹¹ Ω。

    (4)水清洗、半水清洗和溶剂清洗型焊剂要求焊后易清洗。

    (5)常温下储存稳定。

  3.焊剂的选择

  按照清洗要求，焊剂分为免清洗、水清洗、半水清洗和溶剂清洗四种类型。按照松香的活性分类，可分为R(非活性)、RMA(中等活性)、RA(全活性)三种类型，要根据产品对清洁度和电性能的具体要求进行选择。

 一般情况下军用及生命保障类产品，如卫星、飞机仪表、潜艇通信、医疗装置和微弱信号测试仪器等电子产品必须采用清洗型的焊剂。其他如通信类、工业设备类、办公设备类及计算机等类型的电子产品可采用免清洗或清洗型的焊剂。一般家用电器类电子产品均可采用免清洗型焊剂或采用RMA(中等活性)松香型焊剂，可不清洗。

三、稀释剂

   当焊剂的比重超过要求值时，可使用稀释剂进行稀释；不同型号的焊剂应采用相应的稀释剂。

四、防氧化剂

   防氧化剂是为减少焊接时焊料在高温下氧化而加大的辅料，起节约焊料和提高焊接质量作用，目前主要采用油类与还原剂组成的防氧化剂。要求防氧化剂还原能力强、在焊接温度下不碳化。

五、锡渣减除剂

   锡渣减除剂能使熔融的焊锡与锡渣分离，从而起到节省焊料的作用。 

六、阻焊剂或耐高温阻焊胶带

   用于防止波峰焊时后附元件的插孔被焊料堵塞等。

 3.4波峰焊工艺流程

   焊接前准备 →开波峰焊机→设置焊接参数→首件焊接并检验→连续焊接生产→送修板检验。

 3.5波峰焊的主要工艺参数及对工艺参数的调整

 一、焊剂涂覆量

   要求在印制板底面有薄薄的一层焊剂，要均匀，不能太厚，对于免清洗工艺特别要注意不能过量。焊剂涂覆量要根据波峰焊机的焊剂涂覆系统，以及采用的焊剂类型进行设置。焊剂涂覆方法主要有涂刷与发泡和定量喷射两种方式。

    采用涂刷与发泡方式时，必须控制焊剂的比重。焊剂的比重一般控制在0.82-0.84之间(液态松香焊剂原液的比重)。焊接过程中随着时间的延长，焊剂中的溶剂会逐渐挥发，使焊剂的比重增大；其粘度随之增大，流动性也随之变差，影响焊剂润湿金属表面，妨碍熔融的焊料在金属表面上的润湿，引起焊接缺陷。因此，采用传统涂刷及发泡方式时应定时测量焊剂的比重，如发现比重增大，应及时用稀释剂调整到正常范围内；但是，稀释剂不能加入过多，比重偏低会使焊剂的作用下降，对焊接质量也会造成不良影响。另外，还要注意不断补充焊剂槽中的焊剂量，不能低于最低极限位置。

     采用定量喷射方式时，焊剂是密闭在容器内的，不会挥发、不会吸收空气中水分、不会被污染，因此焊剂成分能保持不变。关键要求喷头能够控制喷雾量，应经常清理喷头，喷射孔不能堵塞。

二、预热温度和时间

   预热的作用：

   1.将焊剂中的溶剂挥发掉，这样可以减少焊接时产生气体。

   2.焊剂中松香和活性剂开始分解和活化，可以去除印制板焊盘、元器件端头和引脚表面的氧化膜及其它污染物，同时起到防止金属表面在高温下发生再氧化的作用。

3.使印制板和元器件充分预热，避免焊接时急剧升温产生热应力损坏印制板和元器件。

    印制板预热温度和时间要根据印制板的大小、厚度、元器件的大小和多少，以及贴装元器件的多少来确定。预热温度在90—130℃(PCB表面温度)，多层板及有较多贴装元器件时预热温度取上限。预热时间由传送带速度来控制。如预热温度偏低或和预热时间过短，焊剂中的溶剂挥发不充分，焊接时产生气体引 起气孔、锡珠等焊接缺陷；如预热温度偏高或预热时 间过长，焊剂被提前分解，使焊剂失去活性，同样会引起毛刺、桥接等焊接缺陷。因此，要恰当控制顶热温度和时间，最佳的预热温度是在波峰焊前涂覆在PCB底面的焊剂带有粘性(见表3-1)。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        三、焊接温度和时间

    焊接过程是焊接金属表面、熔融焊料和空气等之间相互作用的复杂过程，必须控制好焊接温度和时间。如焊接温度偏低，液体焊料的粘度大，不能很好地在金属表面润湿和扩散，容易产生拉尖和桥连、焊点表面粗糙等缺陷。如焊接温度过高，容易损坏元器件，还会由于焊剂被炭化失去活性、焊点氧化速度加快，产生焊点发乌、焊点不饱满等问题。

    波峰温度一般为250 ±5℃(必须测量打上来的实际波峰温度)。由于热量是温度和时间的函数，在一定温度下焊点和元件受热的热量随时间的增加而增加。波峰焊的焊接时间通过调整传送带的速度来控制，传送带的速度要根据不同型号波峰焊机的长度、预热温度、焊接温度等因素统筹考虑进行调整。以每个焊点，接触波峰的时间来表示焊接时间，—般焊接时间为3-4秒钟。

 四、印制板爬坡角度和波峰高度

    印制板爬坡角度为3—7℃。是通过调整波峰焊机传 输装置的倾斜角度来实现的。

适当的爬坡角度有利于排除残留在焊点和元件周 围由焊剂产生的气体，当THC与SMD混装时，由于通孔比较少，应适当加大印制板爬坡角度。通过调节倾斜角度还可以调整PCB与波峰的接触时间，倾斜角度越大，每个焊点接触波峰的时间越短，焊接时间就短；倾斜角度越小，每个焊点接触波峰的时间越长，焊接时间就长。适当加大印制板爬坡角度还有利于焊点与焊料波的剥离。当焊点离开波峰时，如果焊点与焊料波的剥离速度太慢，容易造成桥接。适当的波峰高度使焊料波对焊点增加压力和流速有利于焊料润湿金属表面、流入小孔，波峰高度一般控制在印制板厚度的2/3处。

五、工艺参数的综合调整

    工艺参数的综合调整对提高波峰焊质量是非常重要的。

    焊接温度和时间是形成良好焊点的首要条件。焊接温度和时间与预热温度、焊料波的温度、倾斜角度、传输速度都有关系。综合调整工艺参数时首先要保证焊接温度和时间。双波峰焊的第一个波峰一般在235~240℃／1s左右，第二个波峰—般在240-260℃／3s左右。

    焊接时间＝焊点与波峰的接触长度／传输速度

    焊点与波峰的接触长度可以用一块带有刻度的耐高温玻璃测试板走一次波峰进行测量。

    传输速度是影响产量的因素。在保证焊接质量的前提下，通过合理的综合调整各工艺参数，可以实现尽可能的提高产量的目的。

3.6波峰焊接质量要求

 一、焊点外观

    焊接点表面应完整、连续平滑、焊料量适中，无大气孔和砂眼：

二、润湿性

    焊点润湿性好，呈弯月形状，插装元件润湿角θ应小于90°，以15～45°为最好，见图3-4(a)。片式元件闰湿角θ小于90°，焊料应在片式元件金属化端头处全面铺开，形成连续均匀的覆盖层，见图3-4(b)：

三、漏焊、虚焊和桥接等缺陷应降至最少：

四、元件体

    焊接后贴装元件无损坏、无丢失、端头电极无脱落：

五、插装元件

    要求插装元器件的元件面上锡好(包括元件引脚插装孔和金属化孔)；

六、PCB表面

焊接后印制板表面允许有微小变色，但不允许严重变色，不允许阻焊膜起皱、起泡和脱落。

第四章  表面组装元器件(SMC／SMD)概述

 “表面组装元件／表面组装器件”的英文是SurfaceMountedComponents／SurfaceMountedDevices，缩写为SMC／SMD(以下称SMC／SMD)。

 表面组装元器件是指外形为矩形片式、圆柱形或异形，其焊端或引脚制作在同一平面内并适用于表面组装的电子元器件。

4.1表面组装元器件基本要求

一、元器件的外形适合自动化表面组装，元件的上表面应易于使用真空吸嘴吸取，下表面具有使用胶粘剂的能力。

二、尺寸、形状标准化、并具有良好的尺寸精度和互换性。

三、包装形式适合贴装机自动贴装要求。

四、具有一定的机械强度，能承受贴装机的贴装应力和基板的弯折应力。

五、元器件的焊端或引脚的可焊性要符合要求。

    235℃±5℃，2±0.2s或230℃±5℃，3±0.5s，焊端90％沾锡。

六、符合再流焊和波峰焊的耐高温焊接要求。

再流焊：235℃±5℃，2±0.2s。

波峰焊：260℃±5℃，5±0.5s。

七、承受有机溶剂的洗涤。

　4.2表面组装元件(SMC)的外形封装、尺寸主要参数及包装方式(见表4-1)

表4-1表面组装元件(SMC)的外形封装、尺寸、主要参数及包装方式

1、表面组装元件(SMC)封装尺寸有公制(mm)和英制Gnch)两种表示方法，欧洲大多采用英制(inch)表示，日本大多采用公制(mm)表示。我国没有统一标准，公制(mm)和英制(inch)都可以使用。

2、公制(mm)／英制(inch)转换公式：

·1 inch=25.4mm

·25.4mm x英制(inch)尺寸=公制(mm)尺寸

举例：将0805(0.08inchxO.05inch)英制表示法转换为公制表示法

元件长度：25.4mm*0.08＝2.032≈2mm

元件宽度：25.4mm*0.05=1.27≈1.25mm

0805(0.08inch*0.05inch)的公制表示法为：2125(2.0mm*1.25mm)

4.3表面组装器件（SMD）的外表封装、引脚参数及包装方式（见表4-2）

4.4表面组装元器件的焊端结构

一、表面组装元件（SMC）的焊端结构

无引线片式元件焊接端头电极一 般为三层金属电极，见图4-1

其内部电极一般为厚膜钯银电极，由于钯银电极直接与铅锡料焊接时，在高温下，熔融的铅锡焊料中的铅会将厚膜钯银电极中的银食蚀食蚀掉，这样会造成虚焊或脱焊，俗称“脱帽”现象。因此在钯银电极外面镀一层镍，镍的耐焊性比较好，而且比较稳定，用镍作中间电极可起到阻挡层的作用。但是镍的可焊性不好，因此在还要在最外面镀一层铅锡，以提高可焊性。

图4-1   无引线片式元件端头三层金属电极示意图

二表面组装器件（SMD）的焊端结构

表面组装器件的焊端结构可分为羽翼形、J形和球形，见图4-2

图4-2   表面组装器件（SMD）的焊端结构示意图

羽翼形的器件封装类型有：SOT、SOP、QFP。

J形的器件封装类型有：SOJ、PLCC。

球形的器件封装类型有：BGA、CSP、FILPCHLP.

4.5表面组装电阻、电容型号和规格的表示方法；

不同厂家和电阻、电容型号、规格表示有所不同

一、电阻型号、规格表示方法（以1/8W560Ω±5％的陶瓷电阻器为例）

  1．日本村田公司   

  RX        39       I       G     561        J          TA

  种类       尺寸   外观    特性  标称阻值  阻值误差    包装形式

  2．成都无线电四厂

    R         11      1／8         561       J

    种类     尺寸  额定功耗      标称阻值  阻值误差

    二．电容型号、规格表示方法(以100P土5％50V的瓷介电容器为例)

 1.日本村田公司    ’

  GRM        4F6      COG       101        J        50P      T

  电极结构    尺寸   温度特性  标称容值    容量误差   耐压  包装形式

  2．成都无线电四厂   

    cc41     03       CH       101        J          50      T

  瓷料类型  尺寸    温度特   性标称容  值容量误差   耐压    包装形式

  三．表面组装电阻、电容标称值表示方法。

    十位和百位表示数值        个位表示0的个数

1．            片式电阻举例(片式电阻表面有标称值)

               ——表示1K；        ——表示470Ω；

——表示1MΩ。

2．            片式电容举例(片式电容表面没有标称值)

— 

――表示1000PF                 ——表示470Pf

                ——表示1uf

 四．表面组装电阻、 电容的阻值、容值误差表示方法

  1．阻值误差表示方法

  J——— ±5％

  K－——±10％

  M－－－±20％

  2．容值误差表示方法

  C -- 0．25Pf———土5％

  D -- 0．5Pf ——-   土10％

  F--  1．0Pf——土20％

  五．表面组装电阻、电容的额定阻值、额定容值的规定(电子部标准)额定阻值、额定容值分为E24系列和E96系列，其表示方法是采用各系列。

10ⁿ次倍数（n是正数）

1.E24系列（见表4-2）

表4-2 E24系列

E24系列阻值公差为±5％和±10％

2.E96系列（见表4-3）

表4-3  E96系列

E96系列阻值公差为±0.1％、±0.5％、±1％和±2％

4.6表面组装元器件（SMC/SMD）的包装类型

表面组装元器件的包装类型有编带、散装、管装和托盘。

一、            表面组装元器件包装编带有纸带和塑料带两种材料。

纸带主要用于包装片式电阻、电容的8mm编带。塑料带用于包装各种片式无引线元件、复合元件、异形元件、SOT、SOP、小尺寸QFP等片式元件。

纸带和塑料带的孔距为4mm，（1.0*0.5mm以下的小元件为2mm），元件间距 4m的倍数，根据元器件的长度而定。编带的尺寸标准见表4-4。

二、包装包装

散装包装主要用于片式元引线元极性元件，例如电阻、电容

表4-4表面组装元器件包编带的尺寸标准

三、包装包装

主要用于SOP、SOJ、PLCC、PLCC插座，以及异形元件等。

四、托盘包装

托盘包装用于QFP、窄间距SOP、PLCC、PLCC的插座等。

4.7表面组装元器件使人用注意事项

    一．存放表面组装元器件的环境条件

    环境温度下：30℃下

    环境湿度：<RH60％

  环境气氛：库房及使环境中不得有影响焊接性能的疏、氯、酸等有害气体。

    防静电措施：要满足表面组装对防静电的要求。

    二．  表面组装元器件存放周期，从生产日期起为二年。到用户手中算起一般为一年(南方潮湿环境下3个月以内)。

    三．对具有防潮要求的SMD器件，打开封装后一周内或72小时内（根据不同器件的要求而定)必须使用完毕，如果72小时内不能使用完毕，应存放在<RH20％的干燥箱内，对已经受潮的SMD器件按照规定作去潮烘烤处理。

四．操作人员拿取SMD器时应带好防静电手镯.

五运输、分料、检验、手工贴装等操作需要拿取SMD器件时尽量用吸笔操作，使用镊子时要注意不要碰伤SOP、QFP等器件的引脚，预防引脚翘曲变形。`

第五章  表面组装工艺材料介绍――焊膏

焊膏是由合金粉末和糊状助焊剂载体均匀混合成的膏状焊料，是表面组装再流焊工艺必需的材料。

5.1焊膏的分类、组成

 一．焊膏的分类

 1．按合金粉末的成分可分为：高温、低温，有铅阳无铅。

 2．按合金粉末的颗粒度叮分为：一般间距用和窄间距用。

 3．按焊剂的成分可分为：免清洗、可以不清洗、容剂清洗和水清洗。

 4．按松香活性分为：R(非活性)、RMA(中等活性)、RA(全活性)。

 5．按粘度可分为：印刷用和滴涂用。

 二．焊膏的组成

1.合金粉末

台金粉末是膏的主要成分，合金粉末的组分、颗粒形状和尺寸是决定膏特性以及焊点量的关键固素。

   目前最常用焊膏的金属组分为Sn63Pb37和Sn62Pb36Ag2。

   合金焊料粉的成份和配比是决定焊膏的容点的主要因素；合金焊料粉的形状、颗粒度直接影响焊膏的刷性和黏度：合金焊料粉的表面氧化程度对焊膏的可焊性能影响很大，合金粉未表面氧化物含量应小寸：0.5％，最好控制住80ppm以下；合金焊料粉中的微粉是产生焊料球的因素之一，微粉含址应控制在10％以下。

2、焊剂

  焊剂是净化金属表面、提高润湿性、防止焊料氧化和保证焊膏质量以及优良工艺的关键材料。

表5-1  常用焊膏的金属组分、熔化温度与用途

表5-2  焊剂的主要成分和功能

   表5-3  四种粒度等级的焊膏

表5-4  焊膏粘度

不同的焊剂成分可配制成免清洗、有机溶剂清洗和水清洗不同用途的焊膏。焊剂的组成对焊膏的润湿性、塌落度、黏度、可清洗性、焊料球飞溅及储存寿命等均有较大的影响。

 3.合金焊料粉与焊剂含量的配比

    合金焊粉与焊剂含量的配比是决定焊膏黏度的主要因素之—。合金焊料粉的含量高，黏度就大：焊剂百分含量高，黏度就小。一般合金焊粉重量百分含量在75-90.5％。免清洗焊膏以及模板印刷用焊膏的合金含量高—些，在90％左右。

三．对焊膏的技术要求

    1．焊膏的合金组分尽量达到共晶或近共晶，要求焊点强度较高，并且与PCB镀层、元器件端头或引脚可焊性要好。

    2．在储存期内，焊膏的性能应保持不变。

    3．焊膏中的金属粉末与焊剂不分层。

    4．室温下连续印刷时，要求焊膏不易于燥，印刷性(滚动性)好。

    5．焊膏粘度要满足工艺要求，既要保证印刷时具有优良的脱模性，又要保证良好的触变性(保形性)，印刷后焊膏不塌落。

    6．合金粉末颗粒度要满足工艺要求，合金粉末中的微粉少，焊接时起球少。

    7.再流焊时润湿性好，焊料飞溅少，形成最少量的焊料球。

5.2焊膏的选择依据及管理使用

 一．焊膏的选择依据

    1．根据产品本身价值和用途，高可靠性的产品需要高质量的焊膏。

    2．根据产品的组装工艺、印制板和元器件选择焊膏的合金组分。

    (1)常用的焊膏合金组份：Sn63Pb37  和Sn62Pb36Ag2。

    (2)钯金或钯银厚膜端头和引脚可焊性较差的元器件应选样含银焊膏。

    (3)水金板不要选择含银的焊膏。

    3．根据产品(印制板)对清洁度的要求以及焊后不同的清洗工艺来选择焊膏。

    (1)采用免清洗工艺时，要选用不含卤素和强腐蚀性化合物的免清洗焊膏。

    (2)采用溶剂清洗工艺时，要选用溶剂清洗型焊膏。

    (3)采用水清洗工艺时，要选用水溶性焊膏。

(4)BGA、CSP  一般都需要选用高质量的免清洗型含银的焊膏。

4．根据PCB和元器件存放时间和表面氧化程度来选择焊膏的活性。

   (1) 一般采KJRMA级。

   (2)高可靠性产品、航天和军工产品可选择R级。

   (3)PCB、元器件存放时间长，表面严重氧化，应采用RA级，焊后清洗。

   5．根据PCB的组装密度(有无窄间距)来选择合金粉末颗粒度，常用焊膏的合金粉未颗粒尺寸分为四种粒度等级，窄间距时—般选择20—45pm。

6．根据施加焊膏的工艺以及组装密度选择焊膏的粘度，高密度印刷要求高粘度，滴涂要求低粘度。

二．焊膏的管理和使用

1．必须储存在5一10℃的条件下。

2．要求使用前一天从冰箱取出焊膏(至少提前2 小时)，待焊膏到室温后才能打开容器盖，防止水汽凝结。（采用焊膏搅拌机时，15分钟即可回到室温）。

3．使用前用不锈钢搅拌棒将焊膏搅拌均匀。

4．添加完焊膏后，应盖好容器盖。

5．免清洗焊膏不得回收使用，如果印刷间隔超过 l小时，须将焊膏从模板上拭去，同时将焊膏存放到当天使用的容器中。。

6．印刷后尽量在4小时内完成再流焊。

7．免清洗焊膏修板后不能用酒精擦洗。

8．需要清洗的产品，再流焊后应在当大完成清洗。

9．印刷焊膏和贴片胶时，要求拿PCB的边缘或带指套，以防污染PCB。

5.3焊膏的发展动态

目前普通焊膏还在继续沿用。随着环保要求提出，免清洗焊膏的应用越来越普及。对清洁度要求高必须清洗的产品，—般应采用溶剂清洗型或水清洗型焊膏，必须与清洗工艺相匹配。另外，为了防止铅对环境和人体的危害，无铅焊料也迅速地被提到议事日程上，日本已研制出无铅焊料并应用到实际生产中，美国和欧洲也在加紧研究和应用。

5.4无铅焊料简介

 一．无铅焊料的发展动态

  铅及其化合物会给人类生活环境和安合带来较大危害；电子工业中在大量使用sn/Pb合金焊料是造成污染的产要来源之一。日本首先研制出无铅焊料并应用到实际生产中，并提出2003年禁止使用。美国和欧洲提出2006年禁止使用。另外，特别强调电子产品的废品回收问题。我国一些独资、合资企业的出口产品也有了应用。无铅焊料已进入实用性阶段。我国目前还没有具体政策，目前普通焊膏还继续沿用，但发展是非常快的，加入WTO会加速跟上世界步伐。我们应该做好准备，例如收集资料、理论学习等。

二．对无铅焊料的要求

  1．熔点低，合金共晶温度近似于Sn63／Pb37的共晶温度183℃，大致在180℃-220℃之间。

2．无毒或毒性很低，所选材料现在和将来都不会污染环境。

3．热传导率和导电率要与Sn63／Pb37的共晶焊料相当，具有良好的润湿性。

4．机械性能良好，焊点要行足够的机械强度和抗热老化性能。

5．要与现有的焊接设备和工艺兼容，可在不更换设备不改变现行工艺的条件下进行焊接。

6．焊接后对各焊点检修容易。

7．成本要低，所选刚的材料能保证充分供应。

三．目前最有可能替代Sn／Pb焊料的合金材料

  最有可能替代Sn／Pb焊料的无毒合金是sn基合金，以Sn为主，添加Ag、Zn、Cu、Sb、bi、In等金属性能，提高可焊性。

  目前常和的无铅焊料主要是以Sn-Ag、Sn-Zn、Sb、Bj为基体，添加适量的其它金属元素组成三元合金和多元合金。

  1．Sn-Ag系焊料

    Sn-Ag系焊料具有优良的机械性能、拉仲强度、蠕变特性及耐热老化比Sn-Pb共晶焊料稍差，但不存在延展性随时间加长而劣化的问题；Sn-Ag系焊料的主要缺点是熔点偏高，比

Sn-Pb共晶焊料高30-40℃，润湿性差，成本高。

 2．Sn-Zn系焊料

sn-zn系焊料机械性能好，拉伸强度比sp－pb共晶焊料好，可拉制成丝材使用；具有良好的蠕变特性，变形速度慢，至断裂时间长；缺点是ZN极易氧化，润湿性和稳定性差，具有腐蚀性。

3.Sn-Bi系焊料

Sn-Bi系焊料是以SN－AG(CU)系合金为基体，添加适量的BI组成的合金焊料；优点是降低了熔点，使其与SN－PB共晶焊料相近；蠕变特性好，并增大了合金的拉伸强度；缺点是延展性变坏，变得硬而脆，加工性差，不能加工成线材使用。

四.目前应用最广泛的无铅焊料

SN3.2Ag-0.5Cu是目前应用最多的无铅焊料。其熔点为217-218℃。

五、无铅焊接给带来问题

1. 元器件

要求元件体耐高温，而且无铅化。即元件的焊接端头和引出线也要采用无铅镀层。

1. PCB

要求PCB基材耐更高温度，焊后不变形，焊盘表面镀层无铅化，与组装焊接用的无铅焊料兼容，要低成本。

1. 助焊剂

要开发新型的润湿性更好的助焊剂，要与预热温度和焊接温度相匹配，而且要满足环保要求。

1. 焊接设备

要适应较高的焊接温度要求，再流焊炉的预热区要加长或更换新的加热元件；波峰焊机的焊料槽、焊料波喷嘴、导轨传输爪的材料要耐高温腐蚀。必要时（例如高密度窄间距时）采用新的抑制焊料氧化技术和采用惰性气体N₂保护焊接技术。

1. 工艺

无铅焊料的印刷、贴片、焊接、清洗以及检测都是新的课题，都要适应无铅焊料的要求。

1. 废料回收

无铅焊料中回收BI、CU、Ag也是一个新课题。

第六章 SMT生产线及其主要设备

6.1 SMT生产线 

SMT生产线按照自动化程度可分为全自动生产线和半自动生产线；按照生产线的规模大小可分为大型、中型和小型生产线。

全自动生产线是指整条生产线的设备都是全自动设备，通过自动上板机、缓冲连接和卸板机将所有生产设备连成一条自动线；半自动生产线是指主要生产设备没有连接起来或没有完全连接起来，印刷机是半自动的，需要人工印刷或人工装卸印制板。

大型生产线是指具有较大的生产能力，一条大型单面贴装生产线上的贴装机由一台多功能机和多台高速机组成；一条大型双面贴装生产线千一台翻板机可将两条单面贴装生产线连接一起。

中、小型SMT生产线主要适合研究所和中小型企业使用，满足多品种、中小批量或单一品种、中小批量的生产任务，可以是全自动线或半自动线。贴装机一般选用中、小型机，如果产量比较小，可采用一台速度较高的多功能机，如果有一定的生产量，可采用一台多功能机和一至两台高速机。

图6-1为中、小型SMT自动流水生产线设备配置示意图

图6-1 中、小型SMT自动流水生产线设备配置平面方框示意图

图中：

1――自动上板装置

2――高精密全自动印刷机

3――缓冲带（检查工位）

4――高速贴装机

5――高精度、多功能贴装机

6――缓冲带（检查工位）

7――热风或热风＋远红外再流焊炉

8――自动卸板装置

说明：如果半自动印刷机，生产线不能连线。

6.2 SMT生产线主要设备

SMT生产线主要生产设备包括印刷机、点胶机、贴装机、再流焊炉和波峰焊机。辅助设备有检测设备、返修设备、清洗设备、干燥设备和物料存储设备等。

 一．印刷机

 印刷机是用来印刷焊膏或贴片胶的，其功能是将焊膏或贴片胶正确地漏印到印制板相应的位置上。

 用于SMT的印刷机大致分为三种档次：手动、自动和全自动印刷机。半自动和全自动印刷机可以根据具体情况配置各种功能，以提高印刷精度。例如：视觉识别系统、干、湿和真空吸擦板功能、调整离板速度功能、工作台或刮刀45°角旋转功能(用于窄间距QFP器件)，以及二维、三维测量系统等。

1．印刷机的基本结构

无论是那一种印刷机，都由以下几部分组成：

（1）夹持基板(PCB)的工作台

包括工作台面、真空或边夹持机构、工作台传输控制机构。

 (2)印刷头系统

 包括刮刀、刮刀固定机构、印刷头的传输控制系统等。

(3)丝网或模板以及丝网或模板的固定机构。

(4)为保证印刷精度而配置的其它选件。

包括视觉对中系统、擦板系统；二维、三维测量系统等。

2.印刷机的工作原理

焊膏和贴片胶都是触变流体，具有粘性。当刮刀以一定速度和角度向前移动时，对焊膏产生一定的压力，推动焊膏在刮板前滚动，产生将焊膏注入网孔或漏孔所需的压力。焊膏的粘性摩擦力使焊膏在刮板与网板交接处产生切变，切变力使焊膏的粘性下降，有利于焊膏顺利地注入网孔或漏孔。刮刀速度、刮刀压力、刮刀与网板的角度以及焊膏的粘度之间都存在一定的制约关系，因此，只有正确地控制这些参数，才能保证焊膏的印刷质量。

3．印刷机的主要技术指标   

       最大印刷面积：根据最大的PCB尺寸确定。

       印刷精度：根据印制板组装密度和器件的引脚间距或球距的最小尺寸确定，一般要求达到±0.025mm。

       印刷速度：根据产量要求确定。

二．贴装机

       贴装机相当于机器人的机械手，把元器件按照事先编制好的程序从它的包装中取出，并贴放到印制板相应的位置上。

 1．贴装机的的基本结构

 (1)底座——用来安装和支撑贴装机的全部部件，目前趋向采用铸铁件。铸铁件具有质量大、振动小的特点，有利于保证贴装精度。

 (2)供料器——供料器用来放置各种包装形式的元器件，有散装、编带、管装和托盘四种类型。贴装时将各种类型的供料器分别安装到相应的供料器架上。

 (3)印制电路板传输装置——目前大多数贴装机直接采用轨道传输，也有一些贴装机采用工作台传输，即把PCB固定在工作台上，工作台在传输轨道上运行。

 (4)贴装头—贴装头是贴装机上最复杂、最关键的部件，它相当于机械手，用来拾取和贴放元器件。

 (5)贴装头的x、Y定位传输装置——有机械丝杠传输(一般采用直流伺服电机驱动)；磁尺和光栅传输。从理论上讲，磁尺和光栅传输的精度高于丝杠传输；但是在维护修理方面，丝杠传输比较容易。

 (6)贴装工具(吸嘴)——不同形状、大小的元器件要采用不同的吸嘴进行拾放，一般元器件采用真空吸嘴，对于异形元件(例如没有吸取平面的连接器等)也有采用机械爪结构的。

 (7)对中系统——有机械对中、激光对中、激光加视觉对中，以及全视觉对中系统。

 (8)计算机控制系统——计算机控制系统是贴装机所有操作的指挥中心，目前大多数贴装机的计算机控制系统采用Windows界面。

 2．贴装机的主要技术指标

 (1)贴装精度：贴装精度包括三个内容：贴装精度、分辨率和重复精度。

       贴装精度——是指元器件贴装后相对于印制板标准贴装位置的偏移量。一般来讲，贴装Ch中元件要求达到±0.1mm，贴装高密度窄间距的SMD至少要求达到±0.06mm。

       分辨率——分辨率是贴装机运行时最小增量(例如丝杠的每个步进为0.01 mm，那么该贴装机的分辨率为0.1mm)的一种度量，衡量机器本身精度时，分辨率是重要指标。但是，实际贴装精度包括所有误差的总和，因此，描述贴装机性能时很少使用分辨率，一般在比较贴装机性能时才使用分辨率。

       重复精度——重复精度是指贴装头重复返回标定点的能力。贴装精度、分辨率、重复精度之间有一定的相关关系。

(2)贴片速度：一般高速机贴装速度为0.2S／Chip元件以内，目前最高贴装速度为0.06S／Ch中元件；高精度、多功能机一般都是中速机，贴装速度为0.3-0.6S／Chip元件左右。

(3)对中方式：贴片的对中方式有机械对中、激光对中、全视觉对中、激光和视觉混合对中等。其中，全视觉对中精度最高。

(4)贴装面积：由贴装机传输轨道以及贴装头运动范围决定，一般最小PCB尺寸为50x50mm，最大PCB尺寸应大于250x300mm。

(5)贴装功能：一般高速贴装机主要可以贴装各种Chip元件和较小的SMD器件(最大25x30mm左右)；多功能机可以贴装从1.0x0.5mm(目前最小可贴装0.6x0.3mm)——54x54mill(最大60x60mm)SMD器件，还可以贴装连接器等异形元器件，最大连接器的长度可达150mm。

(6)可贴装元件种类数：可贴装元件种类数是由贴装机供料器料站位置的数量决定的(以能容纳8mm编带供料器的数量来衡量)。一般高速贴装机料站位置大于120个，多功能机制站位置在60—120之间。

(7)编程功能：是指在线和离线编程以及优化功能。

 三．再流焊炉

       再流焊炉是焊接表面组装元器件的设备。再流焊炉主要有红外炉、热风炉、红外炉加热风炉、蒸汽焊炉等。目前最流行的是全热风炉，以及红外加热风炉。

   1.再流焊炉的基本结构

       再流焊炉主要由炉体、上下加热源、PCB传输装置、空气循环装置、冷却装置、排风装置、温度控制装置，以及计算机控制系统组成。

       再流焊热传导方式主要有辐射和对流两种方式。

    2.再流焊炉的主要技术指标

    (1)温度控制精度(指传感器灵敏度)：应达到±0.1-0.2；

    (2)传输带横向温差：要求土5℃以下：

    (3)温度曲线测试功能：如果设备无此配置，应外购温度曲线采集器；

    (4)最高加热温度：一般为300-350℃，如果考虑无铅焊料或金属基板，应选择350℃以上。

    (5)加热区数量和长度：加热区数量越多、长度越长，越容易调整和控制温度曲线。一般中小批量生产选择4-5温区，加热区长度1．8m左右即能满足要求。

(6)传送带宽度：应根据最大和最宽PCB尺寸确定

第七章SMT印制电路板设计技术

       印制电路板(以下简称PCB)设计水平是衡量表面组装技术水平的一个重要标志，是保证表面组装质量的首要条件之一。SMT的组装质量与PCB的设计有着直接的关系。

7.1 PCB设计包含的内容：

                                                   布线

                     基板材料选择

                     元器件选择                    焊盘

PCB设计           印制板电路设计                测试点

                    工艺性（可生产性）设计        导线、通孔

                    可靠性设计                    焊盘与导线的连接

                     生产成本                      阻焊

                                                  散热、电磁干拢等

7.2如何对SMT电子产品进行PCB设计

一．总体目标和结构

1．首先确定电子产品功能、性能指标、成本以及整机的外形尺寸的总体目标

    新产品开发设计时，首先要给产品的性能、质量和成本进行定位。

   —般情况下，任何产品设计都需要在性能、可制造性及成本之间进行权衡和折中，因此在设计时首先要给产品的用途、档次定位。

1. 电原理和机械结构设计，根据整机结构确定PCB的尺寸和结构形状。画出SMT印制板外形工艺图，标出PCB的长、宽、厚，结构件、装配孔的位置、尺寸，留出边缘尺寸等，使电路设计师能在有效的范围内进行布线设计(见图7-1)。

3．确定工艺方案

  (1)确定组装形式

      组装形式的选择取决于电路中元器件的类型、电路板的尺寸以及生产线所具备的设备条件。印制板的组装形式的选原则：

遵循优化工序、降低成本、提高产品质量的原则

    例如：

    能否用单面板代替双面板；

    能否用双面板代替多层板；

    尽量采用一种焊接方法完成；

    尽量用贴装元件替代插装元件；

    最大限度地不使用手工焊等等。

    (2)确定工艺流程

        选择工艺流程主要根据印制板的组装密度和本单位SMT生产线设备条件，当SMT生产线具备再流焊、波峰焊两种焊接设备的条件下，可作如下考虑：

    a．尽量采用再流焊方式，因为再流焊比波峰焊具有以下优越性：

    ——元器件受到的热冲击小；

    ——焊料组分一致性好，焊点质量好；

    ——面接触，焊接质量好，可靠性高。

    ——有自定位效应(selfalignment)适合自动化生产。生产效率高；

    ——工艺简单，修板的工作量极小。从而节省了人力、电力、材料。

  b．在一般密度的混合组装条件下，当SMD和THC在PCB的同一面时，采用A面印刷焊膏、再流焊，B面波峰焊工艺：当THC在PCB的A面、SMD在PCB的B面时，采用B面点胶、波峰焊工艺。

  c．在高密度混合组装条件下，当没有THC或只有及少量THC时，可采用双面印刷焊膏、再流焊工艺，及少量THC采用后附的方法：当A面有较多THC时，采用A面印刷焊膏、再流焊，B面点胶、波峰焊工艺。

    注意：在印制板的同一面，禁止采用先再流焊SMD，后对THC进行波峰焊的工艺流程。 二．PCB材料和电子元器件选择

    PCB材料和电子元器件要根据产品的功能、性能指标以及产品的档次以及成本核算进行选择。

  1．PCB材料的选择

  对于—般的电子产品采用FR4环氧玻璃纤维基板，对于使用环境温度较高或挠性电路板采用聚酰亚胺玻璃纤维基板，对于高频电路则需要采用聚四氟乙烯玻璃纤维基板；对于散热要求高的电子产品应采用金属基板。

    选择PCB材料时应考虑的因素：

    (1)应适当选择玻璃化转变温度(Tg)较高的基材，Tg应高于电路工作温度。

    (2)要求热膨胀系数(CTE)低。由于X、Y和厚度方向的热膨胀系数不一致，容易造成PCB变形，严重时会造成金属化孔断裂和损坏元件。

    (3)要求耐热性高。一般要求PCB能有250℃／50S的耐热性。

    (4)要求平整度好。SMT的PCB翘曲度要求<0.0075mm／mm。

    (5)电气性能方面，高频电路时要求选择介电常数高、介质损耗小的材料。绝缘电阻，耐电压强度，抗电弧性能都要满足产品要求。

    2．电子元器件的选择

    选择元器件时除了满足电器性能的要求以外，还应满足表面组装对元器件的要求。还要根据生产线设备条件以及产品的工艺流程选择元器件的封装形式、元器件的尺寸、元器件的包装形式。例如高密度组装时需要选择薄型小尺寸的元器件：又如贴装机没有宽尺寸编带供料器时，则不能选择编带包装的SMD器件；

三．印制板电路设计

    这是PCB设计的核心。SMT工艺与传统插装工艺有很大区别，对PCB设计有专门要求。例如C1ip件的焊盘尺寸与焊盘间距设计正确的话，贴装时少量的歪斜可以在再流焊时由于熔融焊锡表面张力的作用而得到纠正(称为自定位或自校正效应)；相反，如果焊盘尺寸与焊盘间距设计不正确，即使贴装位置十分准确，再流焊时由于熔融焊锡表面张力不平衡而造成元件位置偏移、脱焊、吊桥等焊接缺陷，这是smt再流焊工艺特性决定的。

    由于SMT迅速发展，元器件越来越小、组装密度越来越高，BGA、CSP、Flipchip、复合化片式元件等新封装不断出现，引起了SMT设备、焊接材料、印刷、贴装和焊接工艺的变化。因此，对PCB设计也提出了更高的要求。虽然目前已经有了PROTEL、POWER、PCB等功能较强的CAD设计软件，可以直接将电原理图转换成布线图，对于标准尺寸元器件的焊盘图形可以直接从CAD软件的元件库中调用，但实际上还必须根据组装密度、不同的工艺、不同的设备以及特殊元器件的要求进行设计。

四．印制板电路设计时应着重注意的内容：

    1．标准元器件应注意不同厂家的元器件尺寸公差非标准元器件必须按照元器件的实际尺寸设计焊盘图形及焊盘间距。

    2．设计高可靠电路时应对焊盘作加宽处理(焊盘宽度＝1.1元件宽度)。

    3．高密度时要对CAD软件中元件库的焊盘尺寸进行修正。

    4．各种元器件之间的距离、导线、测试点、通孔、焊盘与导线的连接、阻焊等都要按照SMT工艺要求进行设计。

    5．应考虑到返修性要求，例如，大尺寸SMD周围要留有返修工具进行操作的尺寸。

6．应考虑散热、高频、电磁干扰等问题。

7．元器件的布放位置与方向也要根据不同工艺进行设计。例如，采用再流焊工艺时，元器件的布放方向要考虑到：PCB进入再流焊炉的方向；采用波峰焊工艺时，波峰焊接面不能布放PLCC、QFP、接插件以及大尺寸的SOIC器件。为了减小波峰焊阴影效应提高焊接质量，对各种元器件布放方向和位置有特殊要求，波峰焊的焊盘图形设计时对矩形元器件、SOT、SOP元器件的焊盘长度应作延长处理，对SOP最外侧的两对焊盘加宽，以吸附多余的焊锡(俗称窃锡焊盘)，小于3.2mmxl.6mm的矩形元件可在焊盘两端作45°倒角处理等等。

 8．PCB设计还要考虑到设备，不同贴装机的机械结构、对中方式、PCB传输方式都不同，因此对PCB的定位孔位置、基准标志(MARK)的图形和位置、PCB板边形状以及PCB板边附近不能布放元器件的位置都有不同的要求。如果采用波峰焊工艺，还要考虑PCB传输链需要留有的工艺边，这些都属于可生产性设计的内容。

 9．应注意相应的设计文件。因为SMT生产线的点胶(焊膏)机、贴装机、在线测验、X--RAY焊点测验、自动光学检测等设备均属于计算机控制的自动化设备。这些设备在组装PCB之前，均需要编程人员花费相当时间进行准备和编程，因此在PCB设计阶段就应考虑到：生产。一旦设计完成，则将设计所产生的有关数据文件输入SMT生产设备，编程时直接调用或进行相关的后处理就可以驱动加工设备。

 10．在保证可靠性的前提下，还要考虑降低生产成本。

第八章 SMT印制电路板的设计要求

8.1几种常用元器件的焊盘设计

  一．矩形片式元器件

  矩形片式元器件焊盘尺寸设计(见图8—1)。

  焊盘宽度：A＝Wmax-K；

  电阻器焊盘的长度：B=Hmax+Tmax+K；

  电容器焊盘的长度；B=Hmax+Tmax-K；

  焊盘间距：G=Lmax-2Tmax-K。

式中：

  L一元件长度，mm；

  Wl元件宽度，mm；

  T一元件焊端宽度，mm；

  H一元件高度(对塑封钽电容器是指焊端高度)，mm；

  K-—常数，一般取0.25mm。

图8—1矩形片式元器件及其焊盘示意图

二．圆柱形元器件(MELF)

  焊盘图形尺寸同矩形片式元器件，可设计凹形槽（见图8-2）。

l图8-2圆柱形元器件焊盘示意图

  凹槽焊盘的槽深，按以下公式计算(单位mm)：

  D=B__(_2B+G-Lmax)。

 式中：

Lmax--元器件最大外壳的长度；

B—焊盘图形的长度；

    C--两焊盘图形之间的距离；

    D一凹槽焊盘的深度；

C一凹槽焊盘的槽宽，一般取0.3±0.05mm。

图8-3  单个引脚焊盘长度设计示意图

三．晶体管(SOT)

    1．单个引脚焊盘长度设计要求(见图8-3)。

2．对于小外形晶体管，应在保持焊盘间中心距等于引线间中心距的基础上，再将每个焊盘四周的尺寸分别向外延伸至少0.35mm(见图8-4)。

图8-4  SOT晶体管焊盘示意图

 四．翼形小外形集成电路和电阻网络(SOP)及四边扁平封装器件(QFP)

1.因为SOP和QFP的引脚均为羽翼形，所以其焊盘尺寸的计算方法相同。一般情况下，焊盘宽度等于引脚宽度，焊盘长度取2.5±0.5mm。

2.SOP外形及焊盘设计(见图8-5)。

3.(1)焊盘中心距等于引脚中心距；

(2)单个引脚焊盘设计的一般原则

器件引脚间距≤1.0mm时：W2≥W，

器件引脚间距≥1.27mm时：W2≤1.2W，L2=L+bl+b2，bi=b2=0.3—0.5 mm；

          (3)相对两排焊盘的距离(焊盘图形内廓)按下计算(单位mm)：

G=F-K。                                     

          图8-5  翼形小外形集成电路和电阻网络（SOP）外形及焊盘示意图      

式中：

         G--两排焊盘之间的距离，

         F一元器件壳体封装尺寸，

         Kl系数，一般取0.25mm；

      (4)—般SOP的壳体有宽体和窄体两种，G值分别为7.6mm、3.6mm。

3.QFP焊盘及阻焊图尺寸(见表8—1)。

五．J形引脚小外形集成电路(SoJ)和塑封有引脚芯片载体(PLCC)

    1．SOJ与PLCC的引脚均为J形，典型引脚中距为1.27mm，其焊盘图形设计相同。

    2．焊盘设计

    (1)单个引脚的焊盘宽度一般为0.50—0.80mm，焊盘长度为1.85～2.15mm。

    (2)引脚中心应在焊盘图形内侧1／3至焊盘中心之间(见图8-6)。

表8-1  QFP焊盘及阻焊尺寸         单位（mm）

                    图8-6  SOJ外形及焊盘示意图

    (3)SOJ相对两排焊盘之间的距离(焊盘图形内廓)G值一般为4．9mln。

(4)PLCC相对两排焊盘之间的距离(焊盘图形外廓)按下式计算(单位mm)，见图8-7：

J=C+K。

式中：

     J－－焊盘图形外廓距离；

     C-－-PLCC最大封装尺寸；

     K-—系数，一般取0.75。

六．球栅阵列(BGA)

1．BGA的分类和特点

    (1)BGA是指在器件底部以球形栅格阵列作为I/O引出端的封装形式。分为：PBGA(PlasticBallGridArray,塑料BGA)；CBGA(CramicBallGridArray，陶瓷BGA)；TBGA(TapeBallGridArray,载带BGA)；CSP,又称?BGA(ChipscalePackage，微型BGA)。BGA的外形尺寸范围为7—50mm。

    (2)PBGA是最普通的BGA封装类型，它以印制板基材为载体。PBGA的焊球间距为1.50mm、1.27mm、1.0mm，焊球直径为1.27mm、1.0mm、0.89mm、0.762mm。

    (3)BGA底部焊球有部分分布和完全分布两种分布形式(见图8-8)。

图8-8  BGA底部焊球分布示意图

     2.BGA焊盘设计原则

     (1)根据BGA器件底部焊球分布情况进行设计。

要求PCB上每个焊球的焊盘中心与BGA器件底部对应的焊球中心相吻合。几种间距的BGA焊盘设计（见表8-2）

表8-2  几种间距BGA焊盘设计

 (2)每个焊球的焊盘图形为实心圆，PCB焊盘最大直径等于BGA器件底部焊球的焊盘直径；PCB焊盘最小直径等于BGA底部焊盘直径减去贴装精度。例如,BGA底部焊盘直径为0.89mm，贴装精度为±0.1mm，PCB焊盘最小直径等于0.89-0.2mm(BGA器件底部

焊球的焊盘直径根据供应商提供的资料)。

   (3)阻焊尺寸比焊盘尺寸大0.1—0.15mm。

一般BGA采用有阻焊的焊盘，CSP及FlipChip采用没有阻焊的焊盘，见图8-9。

图8-9  BGA的焊盘及阻焊层设计示意图

(4)导通孔在孔化电镀后，必须采用介质材料或导电胶进行堵塞，高度不得超过焊盘高度。

  (5)在BGA器件外廊四角加工丝网图形，丝网图形的线宽为0.2～0.25mm(见图8-10)。

   图8-10  在BGA器件外壳四周加上丝网图形

8.2焊盘与印制导线连接，导通孔．测试点．阻焊和丝网的设置

    一．焊盘与印制导线连接的设置

    1. 当焊盘和大面积的地相连时，应优选十字铺地法和45°铺地法。

    2．从大面积地或电源线处引出的导线，长大于o.5mm，宽小于0.4mm。

3. 与矩形焊盘连接的导线应从焊盘长边的中心引出，避免呈一定角度，见图8-11(a)。

4．集成电路组件焊盘问的导线和焊盘引出导线见图8—11(b)。

图8-11  焊盘与印制导线的连接示意图

    二．导通孔设置

    1．采用再流焊工艺时导通孔设置：

    ( 1)—般导通孔直径不小于0.75mm。

    (2)除SOIC或PLCC等器件之外，不能在其它元器件下面打导通孔。如果在Chip元件底部打导通孔，

必须加工埋(盲)孔和阻焊。

(3)不能把导通孔直接设置在焊盘上、焊盘的延长部分和焊盘角上，(见图8—12)。

图8-12  再流焊导通示意图

    (4)导通孔和焊盘之间应有一段涂有阻焊膜的细线相连，细线的长度应大于0.5mm，宽度小于0.4mm。

     2．采用波峰焊工艺时导通孔应设置在焊盘底部或靠近焊盘的位置，有利于排出气体。当导通孔设置在焊盘上时，一般孔与元件端头相距0.254mm(见图8-13)。

图8-13  波峰焊导通孔示意图

    三．测试点

    1．PCB上可设置若干个测试点，这些测试点可以是孔或焊盘。

    2．测试孔设置与再流焊导通孔要求相同。

3．探针测试支撑导通孔和测试点。

采用在线测试时，PCB上要设置若干个探针测试支撑导通孔和测试点，这些孔或点和焊盘相连时，可从有关布线的任意处引出，但应注意以下几点：

    (1)要注意不同直径的探针进行自动在线测试（ATE）)时的最小间距。

    (2)导通孔不能选在焊盘的延长部分，与再流焊导通孔要求相同。   

    (3)测试点不能选择在元器件的焊点上。

 四．阻焊

    1．PCB制作应选择热风整平工艺。

    2．阻焊图形尺寸要比焊盘周边大0.05～0.254mm，防止阻焊剂污染焊盘。

    3．当窄间距或相邻焊盘间没有导线通过时，允许采用图8—14(a) 的方法设计阻焊图形。当相邻焊盘间有导线通过时，为了防止焊料桥接，应采用图8—14C所示的方法设计阻焊图形。

 五．丝网图形

     一般情况需要在丝网层标出元器件的丝网图形丝网图形包括丝网符号、元器件位号、极性Ic的1脚标志。高密度窄间距时可采用简化符号(见图8—15) 特殊情况可省去元器件位号。

    元器件布局既要满足整机电器性能和机械结构的要求，又要满足SMT生产工艺的要求。由于设计所引起的产品质量问题在生产中是很难克服的；因此，PCb设计工程师要了解基本的SMT工艺特点，根据不同的工艺要求进行元器件布局设计，正确的设计可以将焊接缺陷降到最低。

  8.3元器件布局设置

    二．元器件整体布局设计

    1．PCB上元器件分布应尽可能地均匀。大质量器件再流焊时热容量较大，因此，如果布局上过于集中，容易造成局部温度偏低而导致假焊；

    2.大型器件的四周要留一定的维修空隙(留出SMD返修设备加热头能够进行操作的尺寸)；

    3．功率器件应均匀地放置在PCB的边缘或机箱内通风位置上；

    4.单面混装时，应把贴装和插装元器件布放在A面；

    5．采用双面再流焊混装时，应把大的贴装元器件布放在A面，PCBA、B两面的大器件要尽量交叉错开放置；

    6．采用A面再流焊，B面波峰焊混装时，应把大的贴装和插装元器件布放在A面(再流焊面)。适合于波峰焊的矩形、圆柱形片式元件、SOT和较小的SOP(引脚数小于28，引脚间距lmm以上)布放在B面(波峰焊接面)。波峰焊接面上不能安放四边有引脚的QFP器件以及SOJ和PLCC等；

    7．波峰焊接面上元器件封装必须能承受260℃以上温度并是全密封型的。电位器、微调电容、电感等元件不能安放在波峰焊接面。

    8．贵重的元器件不要布放在PCB的四角、边缘，或靠近接插件、安装孔、槽、拼板的切割槽、豁口和拐角等处，以上这些位置是印制板的高应力区，容易造成焊点和元器件的开裂。

    二．元器件排布方向

    1．再流焊工艺的元器件排布方向(见图8-16)。

        图8-16   再流焊元器件排布方向示意图

为了使两个端头片式元件两侧引脚同步受热，减少由于元器件两侧焊端不能同步受热而产生竖碑、移位、焊端脱离焊盘等焊接缺陷，要求PCB上两个端头的片式元件的长轴应垂直于再流焊炉的传送带方向；SMD器件长轴应平行于再流焊炉的传送带方向，两个端头的Chip元件长轴与SMD器件长轴应相互垂直。对于大尺寸的PCB，为了使PCB两侧温度尽量保持一致，PCB长边应平行于再流焊炉的传送带方向，因此当PCB尺寸大于200mm时要求：

     (1)两个端头Chip元件的长轴与PCB的长边相垂直，SMD器件的长轴与PCB的长边平行；

     (2)双面组装的PCB两个面上的元器件取向一致。

    2．波峰焊工艺的元器件排布方向(见图8—17)

图8-17   波峰焊元器件排布示意图

(1)为了使元器件相对应的两端头同时与焊料波峰相接触，同时也是为了避免阴影效应，Chip元件的长轴应垂直于波峰焊机的传送带方向；SMD器件长轴应平行于波峰焊机的传送带方向。

    (2)为了避免阴影效应，同尺寸元件的端头在平行于波峰焊传送方向排成一直线；不同尺寸的大小元器件应交错放置；小尺寸的元件要排布在大元件的前方；防止元件体挡住焊接端头和焊接引脚。当不能按以上要求排布时，元件之间应留有3—5mm间距。

    3．元器件的特征方向应一致

      如：电解电容器极性、二极管的正极、三极管的单引脚端、集成电路的第一脚等。

    4．采用波峰焊工艺时PCB设计的几个要点：

    (1)高密度布线时应采用椭圆焊盘图形，以减少连焊。

    (2)为了减小阴影效应提高焊接质量，波峰焊的焊盘图形设计时要对矩形元器件、SOT、SOP元器件的焊盘长度作如下处理(见图8-18)。

    ——延伸元件体外的焊盘长度，作延长处理；

    ——对SOP最外侧的两对焊盘加宽，以吸附多余的焊锡(俗称窃锡焊盘)；

——小于3．2mmxl.6mm的矩形元件，在焊盘两侧可作45°倒角处理。

       (3)波峰焊时，应将导通孔设置在焊盘的尾部或靠近焊盘。导通孔的位置应不被元件覆盖，便于气体排出。当导通孔设置在焊盘上时，一般孔与元件端头相距0.254mm。

       (4)元器件的布排方向与顺序：

    ——元器件布局和排布方向应遵循较小的元件在前和尽量避免互相遮挡的原则。

    ——波峰焊接面上的大小元器件应交错放置，不应排成一直线。

    ——波峰焊接面上不能安放QFP、PLCC等四边有引脚的器。

    ——由于波峰焊接前已经将片式元器件用贴片胶粘接在PCB上了，波峰焊时不会移动位置，因此对焊盘的形状、尺寸、对称性以及焊盘和导线的连接等要求都可以根据印制板的实际情况灵活一些。

    三．元器件间相邻焊盘的最小间距(见图8—19)

        除保证焊盘间不易短接的安全间距外，还应考虑易损元器件的可维护性要求。一般组装密度情况要求如下：

    1．片式元件之间、SOT之间、SOIC与片式元件之间为1.25mm；

    2．SOIC之间、SOIC与QFP之间为2mm：

    3．PLCC与片式元件、SOIC、QFP之间为2.5mm：

    4．PLCC之间为4mm。

    5．混合组装时，插装元件和片式元件焊盘之间的距离为1.5mm。

6．设计PLCC插座时应注意留出PLCC插座体的尺寸(因为PLCC的引脚在插座体的底部内侧)。

图8-19   元器件间相邻焊盘最小间距示意图（单位：mm）

  8.4基准标志

    基准标志(Mark)是为了纠正PCB制作过程中产生的误差而设计的用于光学定位的一组图形。基准标志的种类分为PCB基准标志和局部基准标志。

一．基准标志图形(见图8-20)

        图8-10  基准标志图示（单位：mm）

    Mark的形状与尺寸应根据不同型号贴装机的具体要求进行设计。—般要求如下：

    形状：实心圆、三角形、菱形、方形、十字、空心圆等都可以，优选实心圆。

    尺寸：01.5mm-2mm。超小版面、高密度局的基准标志可适当缩小，但不能小于Ф05mm，最大不能超过中Ф5mm。

    表面：裸铜、镀锡、镀金均可，但要求镀层均匀不要过厚。

    周围：考虑到阻焊材料颜色与环境反差，在Maik周围有1--2mm无阻焊区，特别注意不要把Mark设置在电源大面积地的网格上。图8-20中       此区域内不能有任何图形和铜箔。

二．基准标志布放位置(见图8-21)

      基准标志布放位置根据贴装机的PCB传输方式决定。直接采用导轨传输PCB时，在导轨夹持边和定位孔附近不能布放Mark，具体尺寸根据贴装机而异。

      1．针定位时基准标志图形不能布放区域(见图8-21a)。

      2．边定位时，导轨夹持边边距4mm范围内不能布放基准标志图形(见图8-2lb)。

三．PCB基准标志(见图8-22)

图8-22 PCB基准标志位置示意图

    PCB基准标志用于整个PCB光学定位的—组图形。

    1．PCB基准标志位置应设计在PCB的对角线上，距离越大越好；

    2，长度小于200mm的PCB上要求按照图8-22(a)，至少设置2个Mark，当PCB长度大于等于200mm时，要求按照图8-22(b)设置4个Mark，并在PCB长度的中心线上或附近设置1～2个Mark；

    3．拼板的Mark应设置在每块小板的相应位置上，见图8-22(c)。

四．局部基准标志(见图8-23)

图8-23   局部基准标志位置示意图

          局部基准标志是用于引脚数量多，引脚间距小(中心距≤0.65mm)的单个器件的一组光学定位图形。

局部基准标志位置要求：

        100脚及以上的QFP器件，在其对角线上设置2个Mark，见图8-23(a)；160脚及以上的QFP器件，在其四角设置4个MARK，见图8-23（b）。

第九章 SMT工艺（可生产性）设计----贴装机对PCB设计的要求

        不同厂家、不同型号贴装机的机械结构、PCB传输方式、对中方式等是不完全一样的，可贴装元器件的种类、数量，对PCB外形尺寸、定位、元器件与基准标志的布局等设计要求也不同，因此印制板设计时还要考虑到贴装机对PCB设计的要求，否则会影响贴装速度和贴装质量。

  9.1可实现机器自动贴装的元器件尺寸和种类

        可贴装的元器件尺寸和种类是根据贴装机的贴装功能、贴装精度等技术指标以及供料器结构和配置决定的。

        选择元器件时应考虑贴装机的以下几个技术指标：

    1.最小元件尺寸——目前—般贴装机都可以贴装1.0mmx0.5mmChip，最好的高精度贴装机可以贴装0.6mmx0.3mmChip。

    2.最大元件尺寸——目前一般高精度贴装机都可以贴装45mm x45mmlC。有些贴装机可以贴装60mmx60mmIC以及80-150mm长插座。

    3.元器件最大高度——一般为10mm左右。

    4.SMD器件最小引脚间距－—目前一般高精度贴装机可以贴装0.5mm或0.4mm，最好的高精度贴装机可以贴到0.3mm。

    5.能否贴装异形元器件。

    6.根据贴装机供料器配置选择元器件外包装形式——元器件包装形式有8-56mm卷带、散装、32mm粘带、管状、托盘等，选择元器件包装形式要根据贴装机是否配置了各种规格的供料器。

1. 一块印制板上最多可贴装多少种不同规格的元器件——首先根据贴装机有多少个8mm编带供料器位置，其中托盘供料器料架占多少个8mm编带供料器位置，托盘供料器可装多少种SOIC、PLCC、QFP器件，管状振动供料器的结构是单管还是多管式；还要根据贴装机是否配置了各种规格的供料器。

9.2 PCB外形和尺寸

    PCB外形和尺寸是由贴装机的PCB传输方式、贴装范围决定的。

    1.PCB外形

    (1)当PCB定位在贴装工作台上，通过工作台传输PCB时，对PCB的外形没有特殊要求。

    (2)当直接采用导轨传输PCB时，PCB外形必须是笔直的。如果是异形PCB，必须设计工艺边使PCB的外形成直线，见图9-1。

  2.PCB尺寸

        PCB尺寸是由贴装范围决定的，设计PCB时要考虑贴装机x、Y方向最大和最小的贴装尺寸，以及最大和最小的PCB厚度。

        当PCB尺寸小于最小贴装尺寸时，必须采用拼板方式。拼板可以提高生产效率，双面全表面组装时，可采用双数拼板、正反面各半、两面图形完全相同的设计。这种设计可以采用同一块模板，节省生产准备时间，提高生产效率和设备利用率。

9.3 PCB允许翘曲尺寸

1.向上／凸面：  最大0.2mm／50mm长度， 0.5mm／整块PCB长度方向。

2.向下／凹面：最大0.2mm／50mm长度，最大1.5mm／整块PCB长度方向。

    3.如果PCB翘曲度超过以上范围，贴片精度将下降相当多。

9.4 PCB定位方式

 PCB定位方式有针定位、边定位两种方式，为了保证贴装精度，目前一般贴装机都配有PCB基准校正用的视觉定位系统。

1.针定位的要求

  (1)采用针定位时需要在PCB上加工2个定位孔。

(2)定位孔的孔径根据定位销的直径而定，一般要求孔径为(1)3mm+0.1mm。

(3)定位孔的位置一般要求加工在PCB长边的同 一侧，见图9-2(a)。

(4)定位孔应与PCB图同时生成，以保证一致性。

(5)定位孔内壁不允许有电镀层。

2.针定位与边定位不能布放元器件的区域

  导轨夹持边和定位孔附近不能布放元器件，图9-2

  (a)为针定位不能布放元器件的区域，图9-2(b)为边定位不能布放元器件的区域。    .

3.针定位与边定位不能布放PCB基准标志(Mark) 的区域见图9-2。

图9-2   针定位与边定位PCB设计要求示意图（单位：mm）

 4.如拼板上有不合格的小板可做坏板识别标志， 贴片时通过视觉处理跳过坏板。坏板标志必须加工在每块坏板的同一个位置上(可以取一个焊盘，将焊盘涂黑或涂白)。

第十章  SMT不锈钢激光模板制作、外协程序及制作要求

        在表面组装技术中，焊膏的印刷质量直接影响表面组装板的加工质量。在焊膏印刷工艺中不锈钢模板的加工质量又直接影响焊膏的印刷质量，模板厚度与开口尺寸决定了焊膏的印刷量；而不锈钢激光模板均需要通过外协加工制作，因此在外协加工前必须正确填写“激光模板加工协议”和“SMT模板制作要求表”，选择恰当的模板厚度和设计开口尺寸等参数，以确保焊膏的印刷质量。

    下面介绍不锈钢激光模板制作的外协程序及模板制作工艺要求中各种参数的确定方法：

10.1向模板加工厂发送技术文件

    加工模板的技术文件可通过发送E-mail或邮寄黑白胶片(菲林)的方式传输给模板加工厂。

    1.要求E-mail传送的文件：

    (1)含Mark的纯贴片元件的焊盘层(PADS)。

    (2)与贴片元件的焊盘相对应的丝印层(SILK)。

    (3)含PCB边框的顶层(TOP)。

    (4)如果是拼板，需给出拼板图。

    2.邮寄黑白胶片的要求(当没有CAD文件时，可以邮寄黑白胶片)

    (1)含Mark和PCB外形数据的纯贴片元件的焊盘层  (PADS)黑白胶片(菲林)，如果是拼板，需给出拼板胶片。

    (2)必须注明印刷面。

10.2模板制作外协程序及制作要求

    1.填写“模板制作协议书”及“制作要求表”制作模板前首先要按照模板加工厂的要求填写“加工协议”及“制作要求表”，并发传真给模板加工厂。

“模板制作要求表”的填写方法如下：

    (1)填写并确认印刷面

    模板加工时要求喇叭口向下，有利于印刷后焊膏脱模，以保证印刷的焊膏图形完整，边缘清晰，从而提高印刷质量。因此，要求与模板加工厂确认印刷面(如果喇叭口向上，脱模时容易从倒角处带出焊膏，使焊膏图形不完整)。

    确认方法：将含PCB边框的顶层(TOP)或丝印层(SILK)的图形发传真给模板加工厂，在“制作要求表”上确认该面是否为印刷面；也可在图纸上标明该面是否为印刷面。

    (2)焊盘图形是否正确

    如有不需要开口的图形，应在“制作要求表”上确认并在传真的图纸上注明。

    (3)模板的厚度

    模板印刷是接触印刷，印刷时不锈钢模板的底面接触PCB表面，模板的厚度就是焊膏图形的厚度；由于模板厚度是决定焊膏量的关键参数，因此必须正确选择模板厚度；另外，可以通过适当修改开口尺寸来弥补不同元器件对焊膏量的不同需求。总之，模板的厚度与开口尺寸决定了焊膏的印刷量。

    模板厚度应根据印制板组装密度、元器件大小、引脚(或焊球)之间的间距进行确定。大的Chip元件以及PLCC要求焊膏量多一些，则模板厚度厚一些：小的Chip元件以及窄间距QFP和CSP要求焊膏量少一些，则模板厚度薄一些。

     —般情况下，当PCB上的Ch中元器件尺寸为3216、2125(公制)、SMD的引脚间距在1.27—lmm时，不锈钢板厚度可选择0.2mm.；当PCB上的Chip元器件尺寸为1608、1005(公制)、SMD的引脚间距为0.65和0.5mm(窄间距)时，不锈钢板厚度可选择0.15-0.12mm；更高密度组装时，可选择0.1mm以下厚度。

     但是，通常在同一块PCB上既有1.27mm以上一般间距的元器件，也有窄间距元器件，1.27mm以上间距的元器件需要0.2mm厚，窄间距的元器件需要0.15-0.1mm厚。这种情况下可根据PCB上多数元器件的的情况决定不锈钢板厚度，然后通过对个别元器件焊盘开口尺寸的扩大或缩小进行调整焊膏的漏印量。

   如果在同一块PCB上元器件要求焊膏量悬殊比较大时，可以对窄间距元器件处的模板进行局部减薄处理，但减薄工艺的加工成本高一些，因此可以采用折中的方法，不锈钢板厚度可取中间值。例如，同一块PCB上有的元器件要求0.2mm厚，另一些元器件要求0.15-0.12mm厚，此时不锈钢板厚度可选择0.18mm。填写“制作要求表”时对一般间距元器件的开口可以1：1，对要求焊膏量多的大Chip元件以及PLCC的开口面积应扩大10％。对于引脚间距为0.65和0.5mm的QFP等器件，其开口面积应缩小10％。

  (4)网框尺寸。

   网框尺寸是根据印刷机的框架结构尺寸确定的。一般情况下网框尺寸应与印刷机网框尺寸相同，特殊情况下(例如当印制板尺寸很小或印刷面积很小时）可以使用小于设备网框尺寸的小尺寸网框，但设备必须配有网框适配器，否则不可使用小尺寸网框。

    举例：DEK260印刷机的印刷面积及网框尺寸：

    (a)最大PCB尺寸：420mmx450mm。

    (b)最大印刷面积：420mmx420mm。

    (c)模板边框尺寸：23英寸x23英寸(584mmx584mm)。

    (d)边框型材规格：25.4mmx38.Imm。

    (e)边框钻孔尺寸和位置见图10-1。

另外，考虑到刮刀起始位置和焊膏流动，在不锈钢板漏印图形四周应留有刮刀和焊膏停留尺寸，一般情况漏印图形四周与网板粘接胶的边缘之间至少要留有40mm以上距离，见图10-2。具体留多少尺寸应根据不同印刷机确定。

图10-2  漏印图形位置要求示意图

(5)PCB位置                                         

    指印刷图形放在模板的什么位置。以PCB外形居中；或以焊盘图形居中；或有特殊要求，如在同一块模板上加工两种以上PCB的图形等。                   

  (a)一般情况下应以焊盘图形居中，以焊盘图形居中印刷时能选用小尺寸的刮刀，可以节省焊膏，还可以减少焊膏铺展面积，从而减少焊膏与空气接触面积，有利于防止焊膏中的溶剂挥发。                         

  (b)当印制板尺寸比较大，而焊盘图形的位置集中在PCB的某一边时，应采用以PCB外形居中，如果以焊盘图形居中，印刷时可能会造成印制板超出印刷机工作台的工作范围。                                 

  (c)当PCB尺寸很小或焊盘图形范围很小时，可将双面板的图形或几个产品的漏印图形制作在同一块模板上，这样可以节省模板加工费。但必须给加工厂提供几个产品图形在模板上的布置要求，用文字说明或用示意图说明，见图10-3。

图10-3  几个产品的漏印图形制作在同一块模板上示意图

 (6)Mark的处理方式(是否需要Mark，放在模板的哪一面等)

        模板上的Mark图形是全自动印刷机在印刷每—块PCB前进行PCB基准校准用的，因此半自动印刷机模板上不需要制作Mark图形；全自动印刷机必须制作Mark图形，至于放在模板的哪一面，应根据印刷机具体构造(摄象机的位置)而定，一般Mark图形不刻透，或刻透后封黑胶。

    (7)是否拼板，以及拼板要求如果是拼板应给出拼板的PCB文件。 

    (8)插装焊盘环的要求

        由于插装元器件采用再流焊工艺时，比贴装元器件要求较多的焊膏量，因此如果有插装元器件需要采用再流焊工艺时，可提出特殊要求。

    (9)测试点的开口要求 根据设计要求提出测试点是否需要开口等要求。

    (10)对焊盘开口尺寸和形状的修改要求

引脚间距、元件尺寸、焊盘尺寸、模板开口尺寸与模板厚度之间是存在一定关系的。焊膏的印刷量与模板厚度、开口尺寸成正比，各种元器件对模板厚度与开口尺寸有不同要求，参看表10-1。

uBGA／CSP、FlipChid采用方形开口比圆形开口的印刷质量要好。

在没有高密度、窄间距组装的情况下，模板开口宽度与开口面积都比较大，在印刷过程中，刮刀在模板上刮动时，焊膏被挤压到模板的开孔中，当印制板脱离模板的过程中，挤压到开孔中的焊膏能完全开，孔壁上释放出来，焊膏流入印制板的焊盘上，形完整的焊料图形，因此能保证焊膏的印刷量和焊膏图形的质量。

 但在高密度、窄间距印刷时，由于开口尺寸极小,在正常的刮刀压力和移动速度下，焊膏经过模板开口处时不能完全、甚至不能从开孔壁上释放出来与PCb的焊盘接触，造成漏印或焊膏量不足。虽然增加刮刀压力和减慢刮刀移动速度能提高印刷质量，但这样做会影响印刷效率，同时也不能完全保证印刷质量。

 为了正确控制焊膏的印刷量和焊膏图形的质量高密度、窄间距情况下还必须首先保证模板开口宽度与模板厚度的比率大于1.5，模板开口面积与开口四孔壁面积的比率大于0.5(1PC7525标准为0.66)，这是模板开口设计最基本的要求(见图10-4)。

        图10-4   模板开口尺寸基本要求示意图

实际生产中，在同一块印制板上往往有各种不的元器件，它们对焊膏量的要求也不同。因此，确了模板厚度以后，针3才不同的印制板的具体情况，焊盘开口形状和尺寸应提出不同的修改要求，例如：

(a)当没有窄间距情况下模板的开口形状和尺寸其相对应的焊盘相同即可

(b)当使用免清洗焊膏，采用免清洗工艺时，为了提高印刷质量，模板的开口尺寸应缩小5％。

(c)当在同一块PCB上元器件要求焊膏量悬殊比较大时，例如在同一块PCB上既有1.27mm以上一般间距的元器件，也有窄间距元器件，首先根据PCB上多数元器件的的情况决定不锈钢板厚度，然后根据PCB上元器件的具体情况应说明哪些元件1：1开口；哪些元件需要扩大或缩小开口，并给出扩大或缩小百分比。

(d)适当的开口形状可改善贴装效果，例如当Chip元件尺寸小于1005时，由于两个焊盘之间的距离很小，贴片时两端焊盘上的焊膏在元件底部很容易粘连，再流焊后{很容易产生元件底部的桥接和焊料球。因此加工模板时可将一对矩形焊盘开口的内侧修改成尖角形或梯形，减少元件底部的焊膏量，这样可以改善贴片时元件底部的焊膏粘连(见图10-5)。

具体修改方案可参照模板加工厂的“印焊膏模板开口设计”资料来确定。

    (11)有无电抛光工艺要求

        电抛光工艺用于开口中心距0.5mm以下的模板，用于去除激光加工的毛刺。当引脚间距为0.4mm、0.3mm的QFP和CSP等隋况时需要采用电抛光工艺。电抛光工艺不是每个模板加工厂都具备的，如果有此项要求，应在加工前与模板加工厂确认。

    (12)用途(说明加工的模板用于印刷焊膏还是印刷贴片胶)

    (13)是否需要模板刻字(可以刻PCB板的产代号、模板厚度、加工日期等信息，不刻透)

        以上要求可以在“SMT模板制作要求表”中填写，有些特殊要求，如在同一块模板上加工两种以上PCB的漏印图形时可以画示意图，又如不需要开口的图形可以打印出含PCB边框的纯贴片元件焊盘图并在图上标注，也可以用文字说明。

    2.模板加工厂收到E-mail和传真后根据需方要求发回“请需方确认”的传真

    3.如有问题再打电话或传真联系，直到需方确认后即可加工

    4.一般情况3-6天左右(不同加工厂的交货时间略不同)即可收到由模板加工厂特快专递寄来的模板。收到模板后应检查模板的加工质量，检查内容和方法如下

    (1)检查网框尺寸是否符合要求，：降模板平放在桌面上，用手弹压不锈钢网板表面，检查绷网质量，绷网越紧印刷质量越好。另外还应检查网框四周粘接质量。

    (2)举起模板对光目检，检查模板开口的外观质量，有无明显的缺陷，如开口的形状、IC引脚相邻开口之间距离有无异常。

    (3)用放大镜或显微镜检查焊盘开口的喇叭口是否向下，开口四周内壁是否光滑、有无毛刺，重点检查窄间距IC引脚开口的加工质量。

    (4)将该产品的印制板放在模板下底面，用模板的漏孔对准印制板焊盘图形，检查图形是否完全对准，有无多孔(不需要的开口)和少孔(遗漏的开口)。

5.如果发现问题，首先应检查是否我方填写和确认错误，然后检查是否加工问题，如果发现质量问题，应及时反馈给模板加工厂，协商解决。

第十一章SMT贴装机离线编程

离线编程是指利用离线编程软件和PCB的CAD设计文件在计算机上进行编制贴片程序的工作。离线编程可以节省在线编程时间，从而减少贴装机的停机时间，提高设备的利用率。离线编程对多品种小批量生产特性有意义。 离线编程软件由两部分组成：CAD转换软和自动编程优化软件。

离线编程的步骤：    

PCB程序数据编辑→自动编程优化并编辑→将数据输入设备→在贴装机上对优化好的产品程序进行编辑→校对检查并备份贴片程序。

11.1 PCB程序数据编辑

1. PCB程序数据编辑有三种方法：

  (1)CAD转换。

 (2)利用机器自学编程产生的坐标文件。

(3)利用扫描仪产生元件的坐标数据。

  其中CAD转换最简便、最准确。

2. CAD转换

(1)        CAD转换的条件

必须具备计算机、CAD转换软件、PCB的CAD设计软盘(3.5英寸软盘)，盘内必须存有PCB坐标文件。

(2)CAD转换项目

      CAD转换项目包括：每一个贴片步骤的元件名、说明(包括该贴片元件贴装位号及型号规格)、每一步X、Y坐标和转角T、mm／inch转换、坐标方向转换、角度T的转换、比率以及源点修正值。

 (3)CAD转换操作步骤

(a)调出PCB的CAD文本文件。

 (b)打开CAD转换软件，选择CAD转换格式(可建立新文件，也可使用现有文件并对现有文件进行编辑)

 (c)对照PCB的CAD坐标文本文件，按转换格式要求将需要转换的各项数据(每一个贴片步骤的元件名、说明、每一步的X、Y坐标和转角T)在PCB的的CAD坐标文本文件中的排列位置(起始位数和结束位数)输入到CAD转换格式表中，再将mm／inch转换、坐标方向转换、角度T的转换、比率以及源点修正值等参数输到入CAD转换格式表中。

   (d)存盘检查，确认无误后则可进行转换。

3. 利用贴装机自学编程产生的坐标程序通过软件进行转换和编辑

    当没有PCB的CAD坐标文本文件时，可利用贴装机自学编程产生的坐标程序通过软件进行转换和编辑。    ：

   (1)操作步骤

   (a)在贴装机上通过CCD摄像机对PCB上每个贴装元器件的贴装位置进行自学编程，机器会自动输入每个贴装位号的X、Y坐标，然后人工输入和转角T。

  (b)将贴装机自学编程产生的坐标程序通过3.5英寸软盘备份到计算机CAD转换软件中。

  (c)将贴装机自学编程产生的坐标程序转换成文本文件格式。

    (d)在EXCEL中输入元件名称和需要说明的项目，并对该文件进行格式编辑。

(e)按照1.1.1.2(3)进行CAD转换。

4.利用扫描仪产生元器件的坐标数据(必须具备坐标转换软件)   

  (1)把PCB放在扫描仪的适当位置上进行扫描。

(2)通过坐标转换软件产生PCB坐标文件。  

(3)按照儿1.2.(3)进行CAD转换。    

11.2自动编程优化编辑

    1.从优化软件中打开已完成PCB程序数据编辑的程序文件

    2.输入PCB数据

    (1)输入PCB尺寸：长度X(贴装机的X方向)、宽度Y(贴装机的Y方向)、厚度T。

    (2)输入PCB源点坐标：—般X、Y的源点都为0。

    (3)输入拼板信息：分别输入x和Y方向的拼板数量、相邻拼板之间的间距。

  3．建立元件库

       对凡是元件库中没有的新元件逐个建立，建立元件库时需要输入该元件的包装类型、供料器类型和规格、供料角度、元件对中的摄像机型号、吸嘴型号等参数。

    4．输入产品的文件名、生产小组编辑者名称以及需要说明的内容

    5．自动编程优化并编辑

    (1)在优化软件中单击自动编程优化命令。

    (2)根据提示在弹出的窗口中配置吸嘴型号和数量。

    (3)确定每种元件的使用数量和料架名称表。

    (4)确认后则开始自动编程优化。

    6．对自动编程优化好的程序进行编辑

    (1)完成自动编程优化后对程序中不符合要求的字符应进行修改。   

    (2)对不符合贴装机的供料器型号进行修改。

    (3)对不符创占装机程序要求的封装名称进行修改。

    (4)对不合理的贴片步骤进行人工调整，完成修改后，存盘。

    (5)将优化好的程序复制到软盘，再将软盘上的程序输入到贴装机

11.3在贴装机上对优化好的产品程序进行编辑

    1．对没有做Image图像的元器件做Image图像，并在Image图像库中登记。

    2．对未登记过的元器件在元件库Component li-brary中进行登记。

    3．如果用到托盘供料器，还需要对托盘料架以及托盘进行编程，把托盘在料架上的放置位置(放在第几层、前后位置、托盘之间的间距)；托盘中第一个器件的位置、托盘有几行、几列、每个器件之间x、Y方向的间距：拾取器件的路线(例如从右到左一行一行拾取、或纵向一列一列拾取等)。

    4．对排放不合理的多管式振动供料器根据器件体的长度进行重新分配，尽量把器件体长度比较接近的器件安排在同一个料架上。并将料站排放得紧凑一点，中间尽量不要有空闲的料站，这样可缩短拾取元件的路程。

    5．把程序中外形尺寸较大的多引脚窄间距器件，例如160条引脚以上的QFP和大尺寸的PLCC、BGA以及长插座等改为SinglePickup单个拾片方式，可以提高贴装精度。

    6．存盘检查是否有错误信息，根据错误信息修改程序，直至没有错误信息。

11.4校对并备份贴片程序

    1．校对每一步元器件的型号规格是否与工艺文件中元件明细表一致；对不一致处进行修正。

    2．每个供料器站上的元器件是否与拾片程序表中一致。

    3．按工艺文件中元器件明细表检查每个位号上的元件名称(型号规格)是否正确。

    4．在机器上用主摄像头校对每一步元器件的x、Y坐标是否与PCB上的元件中心一致，并按工艺文件中元件位置示意图检查转角T是否正确，对不一致处进行修正。

    5．校对检查完全正确后才能进行生产。

6.将完全正确的产品程序拷贝到备份软盘中保存。 

第十二章  后附(手工焊)修板及返修工艺介绍

  12.1后附(手工焊)、修板及返修工艺目的

        1.由于设计或工艺要求有的元器件需要在完成再流焊或波峰焊后进行手工焊接，还有一些不能清洗的件需要在完成清洗后进行手工焊接。

        2.在再流焊工艺中，由于焊盘设计不合理、不良的焊膏印刷、不正确的元件贴装、焊膏塌落、再流焊不充分等，都会引起开路、桥接、虚焊和不良润湿等焊点缺陷。对于窄间距SMD器件，由于对印刷、贴装、共面性的要求很高，因此引脚焊接的返修很常见。在波峰焊工艺中，由于阴影效应等原因也会产生以上焊点缺陷。因此需要通过手工借助必要的工具进行修整后可祛除各种焊点缺陷，从而获得合格的焊点。

    3.补焊漏贴的元器件。

    4.更换贴错位置以及损坏的元器件。

    5.在线测试或功能测试以及单板和整机调试后也有一些需要更换的元器件。

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SMT实用工艺

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