技术文章】表面组装技术第一节:SMT概述

1.1. 什么是SMT技术

表面组装技术(Surface Mounted Technology,简称SMT)又称为表面贴装技术,是指将片式元器件直接装贴、焊接在印制电路板指定位置的自动化装联技术,如图1-1所示。

SMT是在通孔插装技术(Through Hole Technology,简称THT)的基础上发展而来的,从技术角度上讲,SMT是一个复杂的系统工程,它集元器件、印制板、SMT设计、组装工艺、设备、材料和检测等技术,图1-2所示为表面组装技术体系。表面贴装元件(Surface Mount Components,简称SMC)和表面贴装器件(Surface Mount Devices,简称SMD)是SMT的基础。基板是元器件互连的结构件,在保证电子组装的电气性能和可靠性方面起着重要作用。组装工艺和设备是实现SMT产品的工具和手段,决定着生产率和质量成果。检测技术则是表面组装产品质量的重要保证。

1.2  SMT基本工艺

SMT生产工艺一般包括焊膏印刷、贴片、回流焊、检测等四个环节。SMT生产工艺按元器件的装贴方式可以分为纯SMT装联工艺和混合装联工艺;按线路板元件分布可以分为单面和双面工艺;按元件粘接到线路板上的方法可以分为锡膏工艺和红胶工艺;按照焊接方式可以分为回流焊工艺和波峰焊工艺。下面主要介绍锡膏工艺和红胶工艺。

1.锡膏工艺 

先将适量的焊锡膏印刷到印制电路板的焊盘上, 再将片式元器件贴放在印制电路板表面规定的位置上, 最后将贴装好元器件的印制电路板放在回流焊设备的传送带上,从回流焊炉入口到出口,大约需要5分钟就可完成了干燥、预热、熔化、冷却等全部焊接过程。

表1-2 锡膏工艺


2.红胶工艺  

先将微量的贴片胶( 红胶) 印刷或滴涂到印制电路板相应置(注意: 贴片胶不能污染印制电路板焊盘和元器件端头) , 再将片式元器件贴放在印制电路板表面规定的位置上, 让贴装好元器件的印制电路板进行胶固化。

固化后的元器件被牢固地粘接在印制电路板上, 然后插装分立元器件, 最后与插装元器件同时进行波峰焊接。

红胶工艺流程如表1-3所示。混合(SMD和THT)装联工艺通常采用红胶工艺。

表1-3 红胶工艺


1.3 SMT组装方式

表面贴装技术(SMT)的组装方式及其工艺流程主要取决于表面组装组件(Surface Mount Assembly,简称SMA)类型、元器件种类和组装设备条件。SMT的组装方式大体上可分为全表面组装、单面混装和双面混装3种类型共6种组装方式,如表1-4所示。对于不同类型的SMA,其组装方式有所不同。对于同一种类型的SMA,其组装方式也可以有所不同。 

表1-4  SMT组装方式


1.4 SMT设备

SMT最基本的生产工艺一般包括焊膏印刷、贴片和回流焊等三个步骤,所以要组成一条最基本的SMT生产线,必然包括完成以上工艺步骤的设备:上板机、印刷机、贴片机和回流焊炉。

1.上板机

(1)功能:将放置在料框中的PCB板一块接一块送到印刷机。

(2)组成结构:自动上板机由框架、升板系统、推板系统、调偏系统、托辊、定位架、控制系统等几部分组成。

自动上板机的优点在于无需专用设备基础,放置在硬化平地上即可与送板机配套使用,减轻了操作工人的劳动强度,提高了工作效率,具有操作使用灵活、性能可靠、适用范围广等特点。图1-6为自动上板机。

2. 焊膏印刷机

(1)功能:焊膏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通过钢网板漏印到印制板相应的位置上。

(2)组成结构:焊膏印刷机由网板、刮刀、印刷工作台等构成。

3.SMT贴片机

(1)功能:贴片机的作用是把贴片元器件按照事先编制好的程序,通过供料器将元器件从包装中取出,并精确的贴装到印制板相应的位置上。

(2)组成结构:贴片机品牌繁多、结构形式多样,型号规格不一,具体结构存在一定差异,但组成结构基本相同,主要由机架(设备本体)、电路板传送机构与定位装置、贴片头及其运动控制系统、视觉定位系统、电力伺服系统、气动系统、计算机操作系统等组成,。

(3)贴片机的种类:贴片机按结构形式大致可分为动臂拱架型、转塔式、复合式和大型平行系统等类型。

4.回流焊机

(1)功能:回流焊机主要用于各类表面组装的元器件的焊接,其作用是通过重新熔化预先分配到印制板焊盘上的膏状软钎焊料,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。

回流焊接的焊料是焊锡膏,贴装好元器件的PCB板进入回流焊设备。传送系统带动电路板通过回流焊设备里各个设定的温度区域,焊锡膏经过干燥、预热、熔化、润湿、冷却,将元器件焊接到印制板上。回流焊的核心环节是利用外部加热源加热,使焊料熔化而再次流动润湿,完成电路板的焊接过程。

(2)组成结构:热风回流焊炉总体结构主要分为加热区,冷却区,炉内气体循环装置,废气排放装置以及PCB传送等五大主体部分。

回流焊炉的温区,通常有四个功能区,分别为预热区、恒温区、回流区(再流)和冷却区。

预热区:焊接对象从室温逐步加热至150℃左右的区域,缩小与回流焊过程的温差,焊锡膏中的溶剂被挥发。

恒温区:温度维持在150-160℃,焊锡膏中的活性剂开始作用,去除焊接对象表面的氧化层。

回流区:温度逐步上升,超过焊锡膏熔点温度30%--40%,峰值温度达到220--230℃的时间在10s以上,焊锡膏完全熔化并润湿元器件焊端与焊盘。

冷却区:焊接对象降温,形成焊点,完成焊接。