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表面貼裝技術有許多突出的優點:組裝密度高,體積小,重量輕,信號處理速度快,可靠性高,具有優異的電性能。
表面貼裝元器件采用無引線或短引線的元器件,其寄生電感或電容小,自身噪聲小,中高頻,高性能的電子產品中smt可發揮良好的作用。
這對于航空、航天、軍事等高可靠電子產品的小型化,質量提高,性能優化,環境承受力,都有很大益處。 SMT是由片式元件、組裝工藝和組裝設備三部分組成,關鍵是貼片技術、釬焊技術和測試技術。SMT發展到今天,正逐步實現高速率、高精度、全自動化的功能。
作為一條完備的SMT工業化生產線,一般包括絲網印刷機,高速自動貼片機再流焊機,清洗機,烘干機,上下板機到最后的在線測試。而航空、航天、軍事等高靠電子產品有其自身特點,那就是品種多,批量小,一直都以手動和半自動工具設備操作為主,投資巨大引進一條自動化生產線是不可能,也是沒有必要的。
在SMT技術的逐步應用上,也將主要以手動和半自動操作為主。而航空、航天、軍事等產品又是高可靠產品,這就要求SMT的應用將著重于小規模,方便、快捷、可靠地生產、檢測和返修改裝。以我從事的航天產品為便,根據航天產品品種多,批量小的特點,在SMT的應用上,大致按以下流程進行。
首先是技術人員進行原理圖設計,然后是元器件的選擇。元器件選擇主要考慮功能,封裝形式,規格,貨源,價格,裝配和返修的需要。表面安裝元器件的發展過程大致有以下幾種:小外形集成電路,它的引線分布在器件兩側,呈鷗翼狀。方形扁平塑封裝的集成電路,引線分布在器件的四邊,呈鷗翼狀。塑封有引線芯片載體,引線呈“J”型。無引線陶瓷芯片載體,它以分布在器件四邊的金屬化焊盤代替引線。
bga,金屬化焊盤球柵陣列分布于芯片的底部。SMT電子裝聯的設備工具和工藝方法是否滿足SMD的裝聯要求,是選擇元器件時必須考慮的。否則以手動和半自動設備工具為主的生產線可能滿足不了元器件的安裝和返修要求。
如:LCCC、bga由于沒有引線,焊盤在元器件的底部,對位和貼片由目視來進行是不可能的,必須有光學精密顯微放大設備,元器件和電路板是在同一平面上進行觀察,對位時,從器件底部通過折射,將引腳和焊盤的影像進行疊加,放大顯示在顯示器上,通過精密調節系統,使影像重合,才能保證對位和平共處貼片的質量。
因此 ,在元器件的封裝形式可以選擇的情況下,應優先選擇SOIC,QFP,PLCC元器件。這類元器件制造工藝成熟,對設備和操作者技能要救濟金相對較低,借助電烙鐵或熱風后工具就可以方便地進行接觸焊接、熱風回流焊接。由于航天產品上SMT技術應用才剛剛起步,表面安裝元器件的品種、規格至今還不齊全,因此,PCB板的設計將以混裝電路為要形式。
在PCB板的設計上,即要滿足通孔插入式元器件的布線要求,又要滿足表面安裝無器件的布線要求。既適應目前手工電子裝聯的實際情況,又兼顧未來自動化裝聯技術發展的需要。針對SMT技術的應用,在PCB板設計上需要注意的事項如下。元器件在PCB板上分布,排列應使元器件的軸線相互平行或垂直。PCB板上元件需均勻排放,避免輕重不均。功率器件在板面上力求能分散布置,防止電路板局部過熱,致使電路板變形和影響可靠性 。
引線中心距一致的元器件布置在一起,電阻、電容、電感、二極管等片式元件分布在混裝板的一面,以利于貼片和再流焊接。板上不同組件相鄰焊盤圖形之間的最小間距應在1mm以上。PCB板X,Y方向均要留出3~5mm的工藝傳送邊,這是為了今后波峰焊或回流焊的需要。
焊盤設計一般按所選用元器件外形在標準庫中選取相應標準焊盤尺寸,避免在表面安裝焊盤以內或在距表面安裝焊盤0.635mm以內設置導通孔。凡多引腳的元器件,引腳焊盤之間的短接處不允許直通,應由焊盤加引出互連線之后再短接,以免產生橋連和位移。
由于電路板布線稠密,金屬布線間的距離很小,為了避免焊錫橋連,或焊錫在不需要的地方流動,必須要涂覆阻焊膜。對表面安裝無器件進行手動組裝生產,從焊接方式上分,有接觸式焊接和非接觸式焊接,手動工具從操作方式上分,有手持式工具固定組件式工具。這種操作方式對工人的技能水平要求比較高,操作之前必須進行上崗培訓,達到要求后才能操作,否則將嚴重影響產品的質量,達不到高可靠要求。電烙鐵是接觸式焊接的常用工具,主要用于對SOIC,QFP,PLCC,片式元件等有引線無器件的焊接。
根據不同的元器件引線規格、分布、選用不同的烙鐵頭,對多引線的SOIC,QFP,PLCC,采用刀形或有凹槽的特殊烙鐵頭,能將一側引線一次焊接完畢。焊接片式元件,采用精細烙鐵頭。拾取元器件采用真空吸筆或鑷子,對位采用目視或光學精密顯微放大設備。為了固定對好位的元器件,使用權之不產生偏移,可在元器件底部采用貼片膠固定。為了減少電烙鐵面無私焊接時,溫度和時間不易控制對印制板、無器件的溫度沖擊和焊接缺陷,必須采用精良恒溫的電烙鐵。
Metcal智能型電烙鐵是一種最理想的電烙鐵。它采用特殊材料制作烙鐵頭,通過材料的趨膚效應,用材料的“居里”溫度來實現定義的焊接溫度參數。它功率可變,溫度恒定,通過自適應原理對不同焊點均可以做到過程控制,產品一致性好,可靠性高,而焊錫與焊點的連接過程與操作人員的技巧無關,是世界上唯一的滿足了美軍標的烙鐵。熱風槍、熱空氣噴嘴是常用的非接觸式焊接手工具。非接觸式再流焊接采用焊膏為焊料,通過焊膏原重新熔化來形成焊點。
再流焊比接觸對印制板、焊盤的沖擊小,焊接質量可靠,在SMD的安裝上得到了廣泛應用。特別是對無引線元器件或引線數目很多,引線間距小的大規模集成電路,用電烙鐵接觸式焊接已很困難,這時就必須采用熱風再流焊,避免出現虛焊、漏焊、橋連等焊接缺陷。手持便攜式熱風槍重量輕,使用方便。固定組件式的熱空氣噴嘴,更容易對位和貼片,通過噴嘴中央的真空吸嘴拾取元器件,貼片與再流焊接同時完成,適用于高精度的組裝。有高可靠性要求的航天產品在PCB板組裝件裝聯完畢后,要進行各種試驗。由于元器件早期失效,電性能達不到要求,或質量事故的舉一反三,經常需要大量的返修與改裝,這是航天產品與一般電子產品返修上的最大不同,是為了確保質量和可靠性的需要。能不能保證在返修改裝中的便捷和質量,是一種新技術能不能應用于的前提。
目前的返修技術采用熱傳導加熱和熱空氣對流加熱方式。物持熱偉導加熱手工個大致有熱夾手工具,熱拔手工具。其工作頭都必須根據不同類的SMD元器件設計,更換方便。從焊接和返修兩方面考慮,表面安裝維修工作站是一個比較好的選擇。它包括焊筆,強力吸錫手工個,熱夾手工具,熱拔手工具,熱風手工具,真空吸筆,點膏器等手工具,自帶加熱平臺和光學精密業微放大設備,既可以手工焊接,又可以例捷地進行PCB板SMD、THT元器件的返修改裝,質量可靠,很適合多品種,小批量的型號產品。
在多品種,小批量,高可靠性電子產品上應用SMT技術,一定要從實際條件出發,選擇相相的工藝方法和設備,既保證質量,又提高效率,既滿現有條件,又兼顧發展完善,和我們實際工作中的不斷研究和試驗,SMT技術應用將越來越廣闊、深入、高效。