作者：路文娟 陈华林 主编
出版社：人民邮电出版社
格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT
表面贴装技术(SMT)试读：
前言
制造技术是电子产品生产的关键，表面贴装技术（SMT）则是当前电子制造业应用最广泛的主流技术。今天，我国已经成为世界SMT 最具规模的应用地，尤其是SMT 还在不断发展和更新中。因此，掌握SMT 基本知识理论、具有SMT 基本实践能力，是高等职业院校电子类相关专业学生和电子制造业从业者必须具备的专业素质之一。本书编写团队编著此书的目的也正在于此。
本书主要内容包括 SMT 基本概念与理论、SMT 产品的手工组装和产线组装工艺流程、SMT 产品可靠性检测与返修等。编者以SMT 生产过程中实际岗位的需要为驱动，分解SMT能力目标，设计出若干实操性项目。以期读者在进行项目训练的同时，能够在以下各技术、技能方面获得培养：认识和选择SMT 元器件、熟知SMT 车间布局、进行SMT 生产现场的基层管理、用SMT 进行电子产品的组装和检测、操作和维护SMT 相关仪器设备等。
建议读者能够结合实际产品的 SMT 生产工作过程阅读本书。在学习与训练的过程中，相关知识理论的学习掌握以够用为度，实践技术、技能的训练是侧重点。
本书由武汉铁路职业技术学院的路文娟、陈华林主编，武汉铁路职业技术学院的王彦、武汉职业技术学院的杨雁冰担任副主编，金华职业技术学院的余红娟担任主审。武汉职业技术学院的陈岚参与编写了第一、二章的部分内容，武汉铁路职业技术学院的王赟、罗君和朱三妹分别参与编写了项目一至项目三的部分内容。本书在编写过程中，得到了富士康科技集团的技术支持，在此表示诚挚感谢。编者上篇 基础知识第一章 概论
表面贴装技术（Surface Mounting Technology，SMT），也可称为表面组装技术、表面贴片技术和贴片焊接技术等。它是将传统的分立式电子元器件压缩成体积很小的无引线或短引线片状器件（SMC/SMD 器件），直接贴装在印制板铜箔上，从而实现了电子产品组装的高密度、高可靠性、小型化、低成本以及生产的自动化。这种将组件装配到印制电路板或其他基板上的工艺方法称为SMT 工艺，相关的组装设备则称为SMT 设备。目前，先进的电子产品，特别是在计算机及通信类电子产品中，已普遍采用表面贴装技术。国际上SMD 器件产量逐年上升，而传统器件产量逐年下降，可以预见，随着时间的推移，SMT 将越来越普及。1.1 SMT的发展过程
1.1.1 SMT诞生的历史背景
20 世纪60 年代以来，电子应用技术的发展表现出3 个显著的特征。
① 智能化：将信号从模拟量转换为数字量，并用计算机进行处理。
② 多媒体化：从文字信息交流向声音、图像信息交流的方向发展，使电子设备更加人性化、更加深入人们的生活与工作。
③ 网络化：用网络技术把独立系统连接起来，高速、高频的信息传输使整个单位、地区、国家，乃至全世界实现资源共享。
这种发展趋势和市场需求对电子组装技术提出了如下要求。
① 高密度化：单位体积电子产品处理信息量的提高。
② 高速化：单位时间内处理信息量的提高。
③ 标准化：用户对电子产品多元化的需求，使少品种、大批量生产转化为多品种、小批量的生产，这样必然对元器件及组装技术提出更高的标准化要求。
这些要求迫使对在通孔基板上插装电子元器件的工艺方式，即THT（Though Hole Technology，通孔插装技术）进行革命，从而导致电子产品的组装技术逐步转向SMT（如图1-1-1所示）。图1-1-1 THT组件与SMT组件混装的工艺方式
1.1.2 SMT发展历程
SMT 诞生于20 世纪60 年代，经过40 多年的发展，已进入完全成熟的阶段。SMT 是当代电子组装技术的主流，而且正继续向纵深发展。
SMT 是随着组件电路的制造技术发展起来的。从20 世纪70 年代到80 年代，SMT 发展的主要技术目标是把小型化的片状组件应用在混合集成电路（我国称为厚膜集成电路）的生产制造之中，从这个角度来说，SMT 对集成电路的制造工艺和技术发展做出了重大的贡献。同时，SMT 在民用的石英电子表和电子计算器等产品中得到了广泛使用。
20 世纪80 年代中期以来，SMT 进入高速发展阶段，90 年代初已成为完全成熟的新一代电子组装技术，并逐步取代THT。据国外资料记载，进入20 世纪90 年代以来，全球采用THT 的电子产品正以年11%的速率下降，而采用SMT 的电子产品正以8%的速率递增。到目前为止，日、美等国已有80%以上的电子产品采用了SMT。
美国是世界上最早应用 SMT 的国家，而且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方面的优势。日本在20 世纪70 年代从美国引进SMT，并将之应用在消费类电子产品领域，投入巨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。日本从20 世纪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4 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%，使其很快超过了美国，处于世界领先地位。
欧洲各国SMT 的起步较晚，但他们重视其发展并有较好的工业基础，发展速率也很快，其发展水平仅次于日本和美国。20 世纪80 年代以来，新加坡、韩国和我国香港、台湾地区也不惜投入巨资，纷纷引进先进技术，使SMT 获得较快的发展。
我国SMT 的应用起步于20 世纪80 年代初期，最初从美、日等国成套引进了SMT 生产线用于彩电调谐器生产。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广泛应用。
进入21 世纪后，由于我国电子信息产品制造业的高速发展，贴片机的引进步伐大大加快。2000 年，我国引进贴片机首次突破1 000 台，2006 年和2007 年更是突破了每年1 万台大关。从2003 年到2007 年，我国每年贴片机引进数量均超过了2000 年之前全国的总保有量，约占每年全球贴片机生产总量的40%～50%。据不完全统计，2000 年我国有40 多家公司从事表面组装元器件的生产，全国有300 多家公司引进了SMT 生产线，不同程度地采用了SMT，已引进了7 000 余台贴装机。随着改革开放的深入以及加入WTO，近年来美、日、新加坡的部分厂商已将SMT 加工厂搬到了我国，仅2001 年到2002 年就引进了4 000 余台贴片机。经过20 多年的持续增长，尤其是2000 年到2004 年连续5 年的超高速增长，我国已经成为世界第一的SMT 产业大国，预计这一地位10 年内不会改变。
1.1.3 SMT的优点
什么是 SMT？（如图1-1-2所示）图1-1-2 什么是SMT
SMT 是随着电子工业的发展而诞生的，随着电子技术、信息技术和计算机应用技术的发展而发展的。SMT 的迅速普及得益于它具有以下优点。
1.组装密度高，电子产品体积小、重量轻（如图1-1-3 所示）图1-1-3 1994年大哥大（700g）与2004 年手机（62～120g）的比较
片式元器件比传统穿孔元器件所占面积和质量大为减少和减轻。一般地，采用SMT 可使电子产品体积缩小60%，质量减轻75%。
2.可靠性高，抗震能力强
由于SMC/SMD 是无引线或短引线，又牢固地贴装在PCB 表面上，因此其可靠性高、抗震能力强。SMT 的焊点缺陷率比THT 低一个数量级。
3.高频特性好
由于SMC/SMD 减少了引线分布特性的影响，而且在PCB 表面上贴焊牢固，大大降低了寄生电容和引线间寄生电感，因此在很大程度上减少了电磁干扰和射频干扰，改善了高频特性。
4.易于实现自动化，提高生产效率
与THT 相比，SMT 更适合于自动化生产。THT 根据不同的元器件，需要不同的插装机（DIP 插装机、径向插装机、轴向插装机、编带机等），每一台机器都需要调整装配时间，维护工作量大。而SMT 用一台贴片机，配置不同的料架（Feeder）和取放头，就可以安装所有类型的SMC/SMD，减少了调整准备时间和维修工作量。
5.降低成本
SMT 使PCB 布线密度增加、钻孔数目减少、面积变小、同功能的PCB 层数减少，这些都是PCB 的制造成本降低。无引线或短引线SMC/SMD 节省了引线材料，省略了剪线、打弯工序，减少了设备、人力费用。频率特性的提高减少了射频调试费用。电子产品体积缩小、重量减轻，降低了整机成本。焊接可靠性好，使返修成本降低。因此，一般电子产品采用SMT后，可使产品总成本降低30%~50%。1.2 SMT的发展趋势
随着电子技术和通信技术的发展，电子产品的体积越来越小，要求电子元器件的尺寸规格也越来越小，使得传统的电子产品焊接设备已远远需求，SMT 应运而生，对SMT 工艺的掌握直接影响到电子产品的焊接水平，也直接影响到电子产品的性能与质量。
1.2.1 SMC/SMD的发展趋势
表面组装元器件发展至今，已有多种类型封装的SMC/SMD 用于电子产品的生产，如图1-1-4 所示。IC 引脚间距由最初的1.27mm 发展至0.8mm，0.65mm，0.4mm 和0.3mm，SMD器件由SOP（Small Outline Package，小外形封装）发展到BGA（Ball Grid Array，球栅阵列封装）、CSP（Chip Scale Package，芯片级封装）以及FC（Flip Chip，倒装焊裸芯片），其指导思想仍是I/O 越来越多，可靠性越来越好。图1-1-4 多种多样的SMC/SMD封装
新型器件的出现必然带来众多的优越性，如CSP 不仅是一种芯片级的封装尺寸，而且是可确认的优质芯片，具有体积小、质量轻、超薄（仅次于FC）等优点，但也存在一些问题，特别是能否适应大批量生产。一种新型封装结构的器件，尽管有无限的优越性，但如果不能解决工业化生产的问题，就不能称为好的封装。CSP 就是因其制作工艺复杂，即制作中需要用微孔基板，否则难以实现芯片与组件板的互连，从而制约了它的发展。新型的IC 封装的趋势是尺寸必然更小、I/O 更多、电气性能更高、焊点更可靠、散热能力更强，并能实现大批量生产。
1.MCM（Multi Chip Module，多芯片组件）级的模块化芯片
目前，MCM 是以多芯片组件形式出现的，一旦它的功能具有通用性，组件功能就会演化成器件的功能，它不仅具有强大的功能，而且具有互换性，并能实现大批量生产。
2.芯片电阻网络化
目前已经面世的电阻网络由于标准化和设计限制，尚未能广泛推广，若在芯片上集成无源组件，再随芯片一起封装，将会使器件的功能更强大。
3.SIP（System in Package，系统级封装）
SIP 称为系统级封装或封装内系统，是多芯片封装进一步发展的产物。SIP 中可封装不同类型的芯片，芯片之间可进行信号存取和交流，从而实现一个系统所具备的功能。
4.SoC（System on Chip，系统级芯片）
SoC 称为芯片上系统，又称为系统级芯片，它的意义就是在单一芯片上具备一个完整的系统运作所需的IC，这些主要IC 包括处理器，输入/输出装置，将各功能组快速连接起来的逻辑线路、模拟线路，以及该系统运作所需要的内存。这种将系统级的功能模块集成在一块芯片上使集成度更高，器件的引出端数为300～400，是典型的硅圆片级封装。
5.SOl（Silicon On lnsulator，硅绝缘）技术
对硅芯片技术的深入研究，使得SOI 技术得以崭露头角，SOI 技术能与硅集成工艺完全相容，完全继承了硅材料与硅集成电路的成果，并有自己独特的优势。
CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补型金属氧化物半导体）是超大规模集成电路发展的主流，硅绝缘CMOS 是全介质隔离的，无闩锁效应，有源区面积小，寄生电容小，漏电流小，在集成电路的各个领域有广泛应用。SOI 技术的成功为三维集成电路提供了实现的可能性，也为进一步提高集成电路的集成度和速度开辟了一个新的发展方向。因此，SOI 技术的出现必将会给现有的IC 封装形式带来新的挑战。
6.纳米电子器件
纳米技术的研究为微电子技术开创了新的前途和应用领域。美国从1982 年就开始研究量子耦合器件，德国、法国、日本等国家也都在近年加大对纳米技术的投入。美国TI 公司是最早开始研究纳米器件的公司，包括量子耦合器件、模拟谐振隧道器件、量子点谐振隧道二极管、谐振隧道晶体管、纳米传感器、微型执行器以及与这两者有关的MEMS 系统。美国IBM公司与日本日立制作所中央研究所都已研制成功单电子晶体管、量子波器件。
纳米电子器件可采用GaAs 材料制作，也可用Si、Ge 材料。由于纳米材料的特殊性能，使得纳米电子器件具有更优良的性能，如量子耦合的器件的研究使在一块芯片上用0.1μm 的工艺技术集成1 兆个器件成为可能，那时，在单片集成电路上就能实现极其复杂的系统。因此，我们可以相信，纳米技术的应用将使微电子器件产生突破性的进展。
表面组装元器件的发展随着芯片内容的增多，I/O 端子数也增多，必将带来芯片封装形式的改进，在新材料、新技术不断涌现的情况下，必将会出现性能更优、组装密度更高的新的封装形式。
1.2.2 表面贴装设备的发展趋势
表面组装技术中SMT 设备的更新和发展代表着表面组装技术的水平，面向新世纪的SMT设备将向着高效、柔性和环保方向发展。
1.高效的SMT设备
高效的SMT 设备在向改变结构和提高性能的方向发展：在结构上向双路送板模式和多工作头、多工作区域发展。为了提高生产效率，尽量减少生产占地面积，新型的SMT 设备正从传统的单路PCB 输送向双路PCB 的输送结构发展，贴装工作头结构在向多头结构和多头联动方向发展，像富士公司的QP132E 采用了16 个工作头联动的结构。印刷机、贴片机、回流焊机等都有双路结构的设备。这将使生产效率有较大的提高。
在性能上贴片机正向高速、高精度、多功能和智能化方向发展。贴片机的贴装速度与贴装精度和贴装功能一直以来是相对矛盾的，新型贴片机一直在向高速、高精度、多功能方向努力发展。由于表面安装元器件（SMC/SMD）的不断发展，其封装形式也在不断变化，新的封装不断出现，如GBA、FC、CSP 等，对贴片机的性能要求越来越高。
一些公司的贴片机为了提高贴装速度采用了“飞行检测”技术，在贴片机工作时，贴片头吸片后边运行边检测，以提高贴片机的贴装速度。通常的“飞行检测”多用于片式元件和小规模的集成电路，因此许多机器贴片式元件的速度将加快，而贴大型的集成电路的速度减慢，新型贴片机将视觉系统与贴片头配置在一起，提高了对较大集成电路的贴装速度。例如，Europlacer 的贴片机在其旋转工作头的旁边加有视觉系统，当第一个吸嘴吸起元器件后，第二个吸嘴吸元件的同时，第一个元器件已送到视觉系统进行检测，这样不仅缩短了工作头的贴片时间，而且增强了贴装功能，因而用它贴片式元件和贴集成电路速度是一样的，这就模糊了高速机与高精度机的概念。
德国SIMENS 公司在其新的贴片机上引入了智能化控制，可以使贴片机保持较高的产能下有最低失误率，在机器上装置的FC Vision 模块和Flux Dispenser 等以适应FC 的贴装需要。
日本YAMAHA 公司在新推出的YV-88X 机型中引入了双组旋转贴片头和数码摄像头，不但提高了集成电路的贴装速度，而且又保证了较好的贴装精度。
韩国Mirae 的贴片机在驱动装置上采用了线性马达和悬浮技术，使得机器在运行时噪音低、振动小。
新一代贴片机的贴片速度有了较大的提高，富士的QP132E 贴片速度可达每小时13.3 万片，飞利浦的FCM Base II 贴片速度可达每小时9.6 万片，西门子的HS-50 贴片速度可达每小时5 万片。
2.柔性模块化的SMT 设备
新型贴片机为了增强适应性和使用效率向柔性贴装系统和模块化结构发展。日本富士公司的多功能贴片机QP242E 一改贴片机的传统概念，将贴片机分为控制主机和功能模块机，可以根据用户的不同需要，由控制主机和功能模块机柔性组合来满足用户的需要。模块机有不同的功能，针对不同元器件的贴装要求，可以按不同的精度和速度进行贴装，以达到较高的使用效率，当用户有新的要求时，可以根据需要增加新的功能模块机。
模块化发展还体现在功能模块组件方向，这种发展是将贴片机的主机制成标准设备，装备有统一的标准机座平台和通用的用户接口，将点胶贴片的各种功能制成功能模块组件，以实现用户需要的新的功能要求。例如，美国环球贴片机，在从点胶到贴片的功能互换时，只需要将点胶组件与贴片组件互换。这种设备适合多任务、多用户、投产周期短的加工企业。
3.环保型的SMT 设备
随着人们对环保要求的不断提高，一些环保型的 SMT 设备随之出现，如富士公司的NP133E 采用立式旋转头设计，实现了较低的噪音。ERSA 新型的波峰焊接机装置了一个在惰性气体环境内工作的超声波系统，以取代助焊剂装置。这种超声波在焊接前可以在PCB 表面除去氧化物，PCB 和元器件表面的氧化物由该系统产生中的声纳气窝效应（Cavitation Effect）来去除。这就从根本上去除了生产中助焊剂带来的污染，因此也就避免了清洗带来的二次污染。像SOTEC 公司的波峰焊接机等为了减少工作过程中热熔铅及助焊剂对环境的污染而采用热熔铅及助焊剂过滤装置等。
1.2.3 表面组装PCB的发展趋势
电子领域的小型化、轻量化、功能多样化是SMB（Surface Mounting Boarol，表面贴装电路板）发展的动力和源泉，其典型实例有手机、笔记本电脑，特别是以CSP/BGA 为主要代表的芯片级基板制造以及COB、FC 裸芯片级组装技术，更是推动SMB 制造技术向着以下方向发展。
① 高精度。
② 高密度：当前世界先进水平线宽0.06 mm，间距0.08 mm，最小孔径0.1mm。
③ 超薄型多层PCB，介质层厚度仅0.06mm（6 层板的厚度只有0.45～0.6mm）。
④ 积层式多层板（BUM）。它是一种具有埋孔和盲孔，孔径≤φ 0.10mm、孔环宽≤0.25mm，导线宽度和间距为0.1mm 或更小的积层式薄型高密度互连的多层板。当前世界先进水平达30～50 层。
⑤ 挠性板的应用不断增加。
⑥ 陶瓷基板在MCM 和SIP 中被广泛应用。
⑦ 随着电子产品向短、小、轻、薄和多功能方向发展，PCB 的尺寸不断缩小，厚度越来越薄，层数不断增加，布线密度越来越高，使PCB 制造难度也与日俱增。
⑧ 表面涂（镀）层要满足高密度、无铅要求。1.3 课程导学
1.课程定位
本课程在电类专业课程体系中的定位概括为如下内容。
SMT 是电子工艺与管理、应用电子技术及电子信息工程技术等弱电类相关专业的一门必修课程，是获得职业岗位迁移能力的专业重要课程，是形成专业能力、提高专业素质、职业素质的核心课程，对学生职业能力的培养和职业素养的养成起主要支撑作用。本课程目标是通过课程的贯彻实施，让学生熟悉电子产品设计与生产的基本概念、工作原理、实施方法、生产制程等方面的基本理论，掌握SMT 元器件认识与选择、SMT 设备操作与维护、SMT 组件及产品检测、SMT 生产现场的基层管理等基本技能，为今后从事电子产品的生产、组装、维护和应用等方面的工作打下良好的专业基础，同时也为进一步学习和掌握电子产品装配技术和制造技术打下一定的技术基础。
与其他电子工艺技术相比，SMT 是一种相对独立而且比较成熟的技术，它广泛应用于电子产品生产、制造与装配中，因此本课程是与实际职业技能相关、与岗位能力对应的重要专业课程。除了作为电子工艺专业的专业核心课程外，本门课程的核心知识还将辐射到应用电子、电子信息相关专业中，通过电子工艺基础课程中有关SMT 内容，进行知识技能的传播与辐射，提高相关专业的知识深度与广度，扩展职业技能覆盖面，达到人才培养方案的要求。
2.课程技术训练内容和目标
本课程基本理论知识有：
① SMT 电子工艺基础；
② STM 生产流程；
③ SMT 生产设备构造与基本原理；
④ SMT 生产线工业管理。
本课程基本技术技能有：
① SMT 元器件分类认知；
② SMT 组装流程中基本工艺的掌握；
③ SMT 常用仪器设备操作与维护；
④ SMT 生产车间布局与管理。
本课程综合性能力要求如下。
本书以SMT 生产过程中实际岗位的需要为驱动，分解SMT 能力目标，设计出若干实操性项目。读者在进行项目训练的同时，能够获得认识和选择 SMT 元器件、设计和制作表面贴装印制板、熟知SMT 车间布局、管理SMT 生产现场、完成电子产品的表面组装和检测、操作和维护SMT 仪器设备等基本技术技能。
3.课时安排
本课时安排是本着相关知识理论够用为度、技术技能训练为重点的原则设置。作为电子工艺与管理专业的核心课程，建议学时不低于108，并在企业进行不低于3 个目的现场岗位实践。其他相关专业可根据课程定位适当增减。
4.硬件实施要求
① 具备完整的SMT 生产线实训室。
② SMT 手工组装实训室。
③ 和SMT 生产企业进行校企合作，让学生在企业进行一定时间的产线实践综合训练。思考题
1.什么是SMT？
2.简述SMT 的发展历程。
3.简述SMT 的优点。
4.表面贴装设备的发展趋势有哪些？第二章 SMT基本概念与理论知识
表面贴装技术（SMT）是一组技术密集、知识密集的技术群，涉及元器件封装、电路基板技术、印刷技术、自动控制技术、软钎焊技术、物理、化工、新型材料等多种专业和学科的技术。
本章作为一个完整的理论项目，是以SMT 基本知识了解作为贯穿和指引，首先介绍SMT的组成及分类，然后介绍PCB 的制程，最后介绍SMT 生产设备构造原理与基本维护。2.1 SMT工艺的组成及分类
SMT 通常包含表面组装元器件、表面组装PCB 及图形设计、表面组装专用辅料（焊锡膏和贴片胶）、表面组装设备、表面组装焊接技术（回流焊、波峰焊、气相焊、激光焊）、表面组装测试技术、清洗技术以及表面组装大生产管理等多方面的内容。这些内容可以分为三大类：一是SMT 设备的硬件；二是装联工艺，SMT 的软件；三是电子元器件，它既是SMT 的基础，又是SMT 发展的动力，它推动着SMT 专用设备和装联工艺不断更新和深化。
2.1.1 SMT工艺的分类
按工艺流程的不同，SMT 工艺可以分为4 类：焊锡膏-回流焊工艺、贴片-波峰焊工艺、双面锡膏-回流焊工艺和混合安装工艺流程。
① 焊锡膏-回流焊工艺，如图1-2-1 所示。该工艺流程的特点：简单、快捷，有利于产品体积的减小。该工艺流程在无铅工艺中更显示出优越性。图1-2-1 焊锡膏-回流焊工艺流程图
② 贴片-波峰焊工艺，如图1-2-2 所示。该工艺流程的特点是：利用双面板空间，电子产品的体积可以进一步做小，并部分使用通孔组件，价格低廉。但设备要求增多，波峰焊过程中缺陷较多，难以实现高密度组装。图1-2-2 贴片-波峰焊工艺工艺流程图
③ 双面均采用锡膏-回流焊工艺，如图1-2-3 所示。该工艺流程的特点是：采用双面锡膏回流焊工艺，能充分利用PCB 空间，是实现安装面积最小化的必由之路，工艺控制复杂，要求严格，常用于密集型超小型电子产品中，移动电话是典型产品之一。但该工艺在Sn-Ag-Cu 无铅工艺中却已很少推荐使用，因为二次焊接高温对PCB 及元器件会带来伤害。图1-2-3 双面锡膏-回流焊工艺流程图
④ 混合安装工艺流程，如图1-2-4 所示。该工艺流程的特点是：充分利用PCB 双面空间，是实现安装面积最小化的方法之一，仍保留通孔组件价廉的优点，多见于消费类电子产品的组装。图1-2-4 混合安装工艺流程图
2.1.2 SMT生产线的组成
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设备都是全自动设备，通过自动上板机、缓冲连接线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。图1-2-5 所示为一条采用回流焊技术的最基本的SMT 自动生产线设备配置，一般用于单面组装工艺。图1-2-5 中小型SMT 自动生产线设备配置平面方框示意图
现就典型生产线所涉及的工位解释如下。
① 印刷：其作用是将焊膏或贴片胶漏印到PCB 的焊盘上，为元器件的焊接做准备。所用设备为印刷机（钢网印刷机），位于SMT 生产线的最前端。
② 点胶：它是将胶水滴到PCB 的的固定位置上，其主要作用是将元器件固定到PCB 板上。所用设备为点胶机，位于SMT 生产线的最前端或检测设备的后面。
③ 贴装：其作用是将表面组装元器件准确安装到PCB 的固定位置上。所用设备为贴片机，位于SMT 生产线中印刷机的后面。
④ 固化：其作用是将贴片胶融化，从而使表面组装元器件与PCB 牢固粘接在一起。所用设备为固化炉，位于SMT 生产线中贴片机的后面。
⑤ 回流焊接：其作用是将焊膏融化，使表面组装元器件与PCB 牢固粘接在一起。所用设备为回焊炉，位于SMT 生产线中贴片机的后面。
⑥ 清洗：其作用是将组装好的PCB 上面的对人体有害的焊接残留物（如助焊剂等）除去。所用设备为清洗机，位置可以不固定，可以在线，也可不在线。
⑦ 检测：其作用是对组装好的PCB 进行焊接质量和装配质量的检测。所用设备有放大镜、显微镜、在线测试仪（In-circuit Tester，ICT）、飞针测试仪、自动光学检测（Automated OpticalInspection，AOI）、X-ray 检测系统、功能测试仪等。位置根据检测的需要，可以配置在生产线合适的地方。
⑧ 返修：其作用是对检测出现故障的PCB 进行返工。所用工具为烙铁，一般在返修工作站进行。
2.1.3 SMT三大关键工序
SMT 的三大关键工序为：施加焊锡膏——贴装元器件——回流焊接。
1.施加焊锡膏
施加焊锡膏目的是将适量的焊膏均匀地施加在PCB 的焊盘上（如图1-2-6 所示），以保证贴片元器件与PCB 相对应的焊盘在回流焊接时，达到良好的电气连接，并具有足够的机械强度。图1-2-6 全自动印刷机实图及印刷过程分解图
焊膏是由合金粉末、糊状焊剂和一些添加剂混合而成的，具有一定黏性和良好触变特性的膏状体。常温下，由于焊膏具有一定的黏性，可将电子元器件粘贴在PCB 的焊盘上，在倾斜角度不是太大，也没有外力碰撞的情况下，一般组件是不会移动的。当焊膏加热到一定温度时，焊膏中的合金粉末熔融再流动，液体焊料浸润元器件的焊端与PCB 焊盘，冷却后元器件的焊端与焊盘被焊料互连在一起，形成电气与机械相连接的焊点。
焊膏是由专用设备施加在焊盘上，其设备有：全自动印刷机、半自动印刷机、手动印刷台、半自动焊膏分配器等。其对应的锡膏印刷方法见表1-2-1。表1-2-1 锡膏印刷方法分类
2.贴装元器件
本工序是用贴片机（如图1-2-7 所示）或手工将片式元器件准确地贴装到印好焊膏或贴片胶的PCB 表面相应的位置。图1-2-7 JUKI KE-2060贴片机
贴装方法有两种，其对比如表1-2-2 所示。表1-2-2 机器贴装与手动贴装的区别
人工手动贴装主要工具有：真空吸笔、镊子、IC 吸放对准器、低倍体视显微镜或放大镜等。
3.回流焊接
回流焊（Reflow Soldering）是通过重新熔化预先分配到PCB 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 PCB 焊盘之间机械与电气连接的软钎焊（如图 1-2-8所示）。图1-2-8 回流焊的焊接过程
SMT 回流焊温度特性曲线见图1-2-9。其中，每个温区的功能和注意事项见表1-2-3。回流焊方法介绍，见表1-2-4。图1-2-9 回流焊温度曲线表1-2-3 各温区的功能与注意事项表1-2-4 SMT回流焊方法分类介绍
回流焊作为SMT 中的关键工序，设置合理的温度曲线是保证回流焊质量的关键。不合理的温度曲线会使PCB 出现焊接不全、虚焊、组件翘立、焊锡球过多等焊接缺陷，影响产品质量。
SMT 是一项综合的系统工程技术，在各工序实施过程中，涉及范围包括基板、设计、设备、元器件、组装工艺、生产辅料和管理等。SMT 设备和SMT 工艺对操作现场要求电压要稳定，要防止电磁干扰，要防静电，要有良好的照明和废气排放设施，对操作环境的温度、湿度、空气清洁度等都有专门要求，操作人员也应经过专业技术培训。
2.1.4 生产现场静电防护
1.静电基础知识
静电是一种客观的自然现象，产生的方式多种，如接触、摩擦等。静电的特点是高电压、低电量、小电流和作用时间短。人体自身的动作或与其他物体的接触、分离、摩擦或感应等因素，可以产生几千伏甚至上万伏的静电。静电在多个领域造成严重危害。摩擦起电和人体静电是电子工业中的两大危害。生产过程中静电防护的主要措施为静电泄漏、耗散、中和、增湿、屏蔽与接地。人体静电防护系统主要由防静电手腕带、脚腕带、工作服、鞋袜、帽、手套或指套等组成，具有静电泄漏中和与屏蔽等功能。
静电防护工作是一项长期的系统工程，任何环节的失误或疏漏，都将导致静电防护工作的失败。国际上通常将用于静电防护的措施和器材统称为ESD（Eletro-static Discharge，静电放电）防护。
2.静电的危害
静电对电子产品造成的破坏和损伤有突发性损伤和潜在性损伤两种。
所谓突发性损伤，指的是器件被严重损坏，功能丧失。这种损伤通常能够在生产过程中的质量检测中能够发现，因此给工厂带来的主要是返工维修的成本。
而潜在性损伤指的是器件部分被损，功能尚未丧失，且在生产过程的检测中不能发现，但在使用当中会使产品变得不稳定，时好时坏，因而对产品质量构成更大的危害。
这两种损伤中，潜在性损伤占据了90%，突发性损伤只占10%。也就是说90%的静电损伤是没办法检测到，只有到了用户手里使用时才会发现。手机出现的经常死机、自动关机、话音质量差、杂音大、信号时好时差、按键出错等问题有绝大多数与静电相关。也因为这一点，静电被认为是电子产品质量最大的潜在杀手，静电防护也成为电子产品质量控制的一项重要内容。而国内外品牌手机使用时稳定性的差异也基本上反映了他们在静电防护及产品的防静电设计上的差异。实际上电子行业对静电的关注由来已久，从电子产品特别是晶体管一出现，这一问题已经开始为各企业及各国所认识和重视。
3.静电防护器材
①人 体防静电系统：包括防静电腕带、工作服、帽、手套、鞋、袜等（如图1-2-10 所示）。
② 防静电地面：包括防静电水磨石地面、防静电橡胶地面、PVC 防静电塑料地板、防静电地毯、防静电活动地板等。
③ 防静电操作系列：包括防静电工作台垫、防静电包装袋、防静电、物流小车、防静电烙铁及工具等。
生产现场（如图1-2-11 所示）防静电操作规程如下。
静电防护是在线生产人员上岗训练必修课程和上岗检定必需项，是为了保证生产中可能接触到的电子元器件或产品的静电防护措施符合规范要求。
从静电防护容器中取出ESD 类（IC、电晶体、二极体、晶振等）部件时，应该在静电安全工作台上进行。作为操作人员应遵守以下两点。图1-2-10 生产线人员防静电配备
① 必须穿好防静电工作服，禁止在防静电工作服上附加或佩戴任何金属制品。
② 戴上防静电腕带，腕带与皮肤有良好的接触并可靠地接地，静电防护工站必须远离电荷及产生源。操作现场所必须使用的不具防静电功能的工具、夹具应放在防静电桌垫上。
另外，操作人员手拿敏感器件时，应避免接触其引线和接线片；清洗某些元器件时，应使用防静电刷；工作中男性头发不超过15cm，女性须戴防静电帽，以防头发不经意与ESD 敏感零件接触；在手工焊接时，要采用防静电低压恒温烙铁，禁止重复使用器件包装管包装元件。图1-2-11 SMT生产车间现场
4.电子产品组装中静电的防护
在电子产品生产组装过程中，静电的产生虽然是不能避免的，但其对电子产品的危害可以通过静电的防护措施来降低。静电防护的核心是“静电消除”。
通常，要消除静电必须明确对静电敏感器件的静电防护原理。对可能产生静电的地方要防止静电积聚，采取一定的防护措施使静电产生的同时将其泄漏以消除静电的积聚，并控制在电子元器件可以承受的范围之内；对已经存在的静电积聚迅速消除掉，即时释放。当绝缘物体带电时，电荷不能流动，无法进行泄漏，可利用静电消除器产生异性离子来中和静电荷。当带电的物体是导体时，则采用简单的接地泄漏办法，使其所带电荷完全消除。要构成一个完整的静电安全工作区，至少应包括有效的静电台垫、专用地线和防静电腕带等。
静电防护的方法有以下几种。（1）减少摩擦起电
在传动装置中，应减少皮带与其他传动件的打滑现象。如皮带要松紧适当，保持一定的拉力，并避免过载运行等。选用的皮带应尽可能采用导电胶带或传动效率较高的导电的三角胶带。在输送可燃气体、易燃液体和易燃易爆物体的设备上，应采用直接轴（或联轴节）传动，一般不宜采用皮带传动，如需要皮带传动，则必须采取有效的防静电措施。
限制易燃和可燃液体的流速，可以大大减少静电的产生和积聚。当液体平流时，产生的静电量与流速成正比，且与管道的内径大小无关。（2）防静电环境
电子产品组装需要具备良好的防静电环境（见图1-2-12），其中，操作平台为防静电工作台，工作台上还铺有防静电桌垫，以减小桌面的硬度，为组装电子产品提供方便；地面采用防静电地板；产品组装人员的坐椅也采用防静电椅；工作台上设置有防静电元件盒，以便拆卸时放置拆卸螺钉及其他零部件；工作台旁边有防静电推车，推车上放置有防静电配料箱，用以存放归类的物品。整个环境应非常干净、整洁，所有设备均采取防静电措施。此外，工作间及工作台上都安装有照明设备，以确保良好的照明条件。
除了对工作环境要采用防静电措施外，电子产品组装人员也要采取防静电措施，以避免人体所带静电对检修设备的伤害。图1-2-12 中包括了常用的人体静电防护装备。它主要包括防静电手套、防静电工作帽、防静电工作服以及防静电腕带等几部分。这些设备具有静电泄漏和屏蔽功能，可以有效地将人身上的因摩擦产生的静电进行泄漏。图1-2-12 生产线人员个人防静电配备（3）泄漏与接地
对可能产生或已经产生静电的部位进行接地，其目的是为可能产生或已经产生静电的部位提供静电释放通道。它采用埋大地线的方法而建立的“独立”地线，注意地线与大地之间的电阻需小于10 Ω。串接l MΩ电阻是为了确保对地泄放小于5 mA 的电流，称为软接地。设备外壳和静电屏蔽罩通常是直接接地，称为硬接地。（4）导体带静电的消除
导体上的静电可以用接地的方法使静电泄漏到大地。在防静电工作中，静电泄漏的时间一般要求在1 s 内，电压降至100V 以下的安全区。这样，可以防止因泄漏时间过短，泄漏电流过大对静电敏感器件造成损坏。（5）非导体带静电的消除
对于绝缘体上的静电，由于电荷不能在绝缘体上流动，因此不能用接地的方法消除静电。可采用以下措施。
① 使用离子风机（枪）。离子风机（枪）可以产生正、负离子来中和静电源的静电。它可以消除像高速贴片机贴片过程中因电子元器件的快速运动而产生静电。一般这种情况无法通过接地的方式来实现，使用离子风机可以达到一定的防静电效果。图1-2-13 所示为离子风机（枪）的外形图。图1-2-13 离子风机与离子风枪的外观
② 使用静电消除剂。静电消除剂属于表面活性剂，可以通过擦拭的方法，将静电消除剂涂抹在仪器和物体表面上，静电消除剂就会形成极薄的透明膜，可以提供持久高效的静电耗散功能，能有效地消除摩擦产生的静电积聚，防止静电干扰及灰尘吸附现象。
③ 控制环境湿度。前面提到过环境的相对湿度对人体活动带电的关系。增加环境相对湿度可提高非导体材料的表面电导率，使物体表面不易积聚静电。这种方法在降低静电产生的同时，还可以为生产节约不少的成本。例如北方干燥环境可采取加湿通风的措施。
④ 采用静电屏蔽。静电屏蔽是利用屏蔽罩或屏蔽笼对易产生静电的设备、仪器等进行有效的接地。（6）工艺控制法
工艺控制法是在材料的选择、安装和操作管理等工艺流程中过程采取预防措施，控制静电的产生和电荷的聚集，尽量减少在生产过程中产生的静电荷，以达到降低危害的目的。
在电子产品生产过程中，静电电荷积聚是不可避免的，可以通过上面介绍的静电防护方法，采取合适的措施将静电危害控制在允许的范围内，以达到有效防静电的目的。
除了上述的静电防护方法外，在生产车间内张贴防静电标志，以及定期对生产车间的接地系统和温度、湿度进行检查也是非常必要的，还有工作人员进入生产车间前必须穿好静电防护用品（如防静电工作服/鞋、防静电腕带等）以及检测防护器材的性能等，这些都是静电防护系统中必不可少的。2.2 PCB制程
PCB（又称印刷板、印刷电路板）的生产过程较为复杂，它涉及的工艺范围较广，从简单的机械加工到复杂的机械加工，有普通的化学反应还有光化学、电化学、热化学等工艺，还有计算机辅助制造（CAM）等多方面的知识。由于其生产过程是一种非连续的流水线形式，任何一个环节出问题都会造成全线停产或大量报废的后果，印刷电路板如果报废是无法回收再利用的。其制造质量直接影响到整个电子产品的质量和成本。因此，在SMT 中，SMB 的质量对整个SMT 产品的质量和成本将起到关键的作用。
2.2.1 单面PCB的制造工艺
单面PCB 是指仅一面有导电图形的印制板，一般用酚醛树脂纸基覆铜板制作。其典型制造工艺流程如下。
单面覆铜板→下料（刷洗、干燥）→钻孔或冲孔→网印线路抗蚀刻图形或使用干膜→固化、检查修板→蚀刻铜→去抗蚀印料、干燥→刷洗、干燥→网印阻焊图形（常用绿油）、UV固化→网印字符标记图形、UV 固化→冲孔及外形加工→电气开、短路测试→刷洗、干燥→预涂助焊防氧化剂（干燥）或喷锡热风整平→检验包装→成品出厂。
现将单面PCB 制造的关键工艺简述如下。
1.制备照相底版
制备照相底版是印制板生产中的关键步骤，其质量直接影响到最终产品的质量。现在一般都用计算机辅助设计直接在光绘仪上绘制出照相底版。
一块单面印制板一般要有3 种照相底图：
① 导电图形底图；
② 阻焊图形底图；
③ 标记字符底图。
制备照相底版首先由光绘仪完成对银盐底片的曝光，随后在暗室冲洗加工，最终得到照相底版。制备照相底版还有一种工艺技术是使用金属膜胶片直接成像得到底版，由于这种胶片对日光不敏感，不需暗室冲洗，因而尺寸稳定很高，最小线宽可做到0.05mm，精度误差＜2μm。
2．丝网印刷
丝网印刷是制作单面PCB 的关键工艺。它使用专门的印料，在覆铜板上分别网印出线路图形、阻焊图形及字符标记图形，所使用的丝网印刷设备从最简单的手工操作的网印框架到高精度、上下料全自动化的网印生产线，有不同的档次、不同的规格，一般根据工厂的自动化程度和生产量进行选择。
3.蚀刻
蚀刻是用化学或电化学方法去除基材上无用导电材料形成印制图形的工艺。用做单面板蚀刻的蚀刻液必须能蚀刻铜箔而不损伤和破坏网印油墨。由于网印油墨通常能溶于碱性溶液，因此，蚀刻时不能使用碱性蚀刻液。早期的蚀刻液大多使用三氧化铁，因为它价格便宜、蚀刻速率快、工艺稳定、操作简单。但由于再生和回收困难，冲洗稀释后易产生黄褐色沉淀，污染严重，因此已被酸性氯化铜蚀刻液所替代。
在自动化大生产条件下，蚀刻操作广泛使用传送带式自动喷淋蚀
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]