任务2 什么是SMT
任务要点：
✧ 了解什么是SMT
✧ 了解SMT的一些基础知识
1.2.1 SMT的术语
1）表面组装技术（Surface Mounting Technology，SMT）
它是将SMC/SMD贴、焊到印制电路板表面规定位置上的电子组装技术，所用的印制电路板无须钻插装孔。具体来说，就是首先在印制电路板焊盘上涂布焊锡膏，再将表面贴装元器件准确地放到涂有焊锡膏的焊盘上，通过加热印制电路板直至焊锡膏熔化，冷却后便实现了元器件与印制电路板之间的互连（如图1-4所示）。
图1-4 SMT表面组装技术流程图
2）表面组装无源元件（Surface Mounted Components，SMC）
表面组装无源元件包括贴片电阻、电容、电感、敏感组件和复合组件等（如图1-5所示）。
图1-5 SMC实物图
3）表面组装有源器件（Surface Mounted Devices，SMD）
表面组装有源器件主要包括贴片二极管、三极管和集成电路（如图1-6所示）。
图1-6 SMD实物图
4）表面组装印制电路板（Surface Mount Printed Circuit Board，SMB）
SMB（如图1-7所示）在功能上与通孔插装PCB相同。之所以称为SMB，不仅因为在工艺上是直接将SMC/SMD贴装在SMB上，还由于对用于制造SMB的基板来说，其性能要求比插装PCB的基板性能要求高得多；其次，SMB的设计、制造工艺也要复杂得多，许多高新技术是制造插装PCB根本不用的技术，如多层板、金属化孔、盲孔和埋孔等技术，但在SMB制造中却几乎全部使用，故世界上又将SMB制造能力作为PCB制造水平的标志。
图1-7 SMB实物图
5）表面贴装组件（Surface Mount Assemblies，SMA）
表面贴装组件是采用表面贴装技术完成贴装的印制电路板组装件（如图1-8所示）。
图1-8 SMA实物图
6）回流焊（reflow soldering）
通过熔化预先分配到PCB焊盘上的焊膏，实现表面贴装元器件与PCB焊盘的连接（详见1.2.4节：SMT三大关键工序）。
7）波峰焊（wave soldering）
将熔化的焊料，经专用设备喷流成设计要求的焊料波峰，使预先装有电子元器件的 PCB通过焊料波峰，实现元器件与PCB焊盘之间的连接（如图1-9所示）。
图1-9 波峰焊焊接方式示意图
8）细间距（fine pitch）
细间距是指引脚间距（如图1-10所示）小于0.5mm。
图1-10 引脚间距
9）引脚共面性（lead coplanarity）
引脚共面性是指表面贴装元器件引脚垂直高度偏差，即引脚的最高引脚底与最低引脚底形成的平面之间的垂直距离，其数值一般不大于0.1mm。
10）锡膏（solder paste）
锡膏由粉末状焊料合金、助焊剂和一些起黏性作用及其他作用的添加剂混合成具有一定黏度和良好触变性的焊料膏（如图1-11所示）。
图1-11 锡膏实物图
11）固化（curing）
固化是指在一定的温度、时间条件下，加热贴装了元器件的贴片胶，以使元器件与 PCB暂时固定在一起的工艺过程（如图1-9所示）。
12）贴片胶（或称红胶）（adhesives）
贴片胶是指固化前具有一定的初黏度、外形，固化后具有足够的黏结强度的胶体。
13）点胶（dispensing）
表面贴装时，往PCB上施加贴片胶的工艺过程叫做点胶。
14）点胶机（dispenser）
点胶机是指能完成点胶操作的设备。
15）贴装（pick and place）
将表面贴装元器件从供料器中拾取并贴放到PCB规定位置上的操作叫做贴装（详见1.2.4节：SMT三大关键工序）。
16）贴片机（placement equipment）
贴片机是指完成表面贴装元器件贴片功能的专用工艺设备。
17）高速贴片机（high placement equipment）
高速贴片机是指实际贴装速度大于2万点/小时的贴片机。
18）多功能贴片机（multi-function placement equipment）
多功能贴片机是指用于贴装体形较大、引线间距较小的表面贴装器件，要求较高贴装精度的贴片机。
19）热风回流焊（hot air reflow soldering）
热风回流焊是指以强制循环流动的热气流进行加热的回流焊。
20）贴片检验（placement inspection）
贴片检验是指贴片完成后，对于是否有漏贴、错位、贴错、元器件损坏等情况进行的质量检验。
21）钢网印刷（metal stencil printing）
钢网印刷是指使用不锈钢网板将焊锡膏印到PCB焊盘上的印刷工艺过程（详见1.2.4节：SMT三大关键工序）。
22）印刷机（printer）
印刷机是指在SMT中，用于钢网印刷的专用设备。
23）炉后检验（inspection after soldering）
炉后检验是指对贴片完成后经回流炉焊接或固化的SMA的质量检验。
24）炉前检验（inspection before soldering）
炉前检验是指贴片完成后在回流炉焊接或固化前进行的贴片质量检验。
25）返修（reworking）
返修是指为去除SMA的局部缺陷而进行的修复过程。
26）返修工作台（rework station）
返修工作台是指能对有质量缺陷的SMA进行返修的专用设备（如图1-12所示）。
图1-12 Freedom 2000 BGA返修工作台实物图
1.2.2 SMT的组成
表面组装技术是一组技术密集、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。
表面组装技术通常包含表面组装元器件、表面组装电路板及图形设计、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、汽相焊、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（如图1-13所示）。这些内容可以分为三大类：一是设备，SMT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。
图1-13 SMT的组成
1.2.3 SMT工艺的分类
按工艺流程的不同，SMT 工艺可以分为四类：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
焊锡膏-回流焊工艺流程图如图1-14所示。该工艺流程的特点是：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1-14 焊锡膏-回流焊工艺流程图
2.贴片-波峰焊工艺
贴片-波峰焊工艺流程图如图1-15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1-15 贴片-波峰焊工艺流程图
3.双面锡膏-回流焊工艺
双面锡膏-回流焊工艺流程图如图1-16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，因为两次焊接高温会对PCB及元器件带来伤害。
图1-16 双面锡膏-回流焊工艺流程图
4.混合安装工艺流程
混合安装工艺流程图如图1-17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1-17 混合安装工艺流程图
1.2.4 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，其目的是将适量的焊膏均匀地施加在 PCB 的焊盘上（如图1-18 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。
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。
图1-18 全自动印刷机实图及印刷过程分解图
焊膏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1-1。
表1-1 锡膏印刷方法分类
2.贴装元器件
本工序是用贴片机（如图1-19 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1-19 JUKI KE-2060贴片机
贴装方法有两种，其对比如表1-2所示。
表1-2 机器贴装与手动贴装的区别
人工手动贴装的主要工具：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
回流焊是英文reflow soldering的直译，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1-20所示）。
图1-20 回流焊的焊接过程
SMT回流焊温度特性曲线如图1-21所示。其中，每个温区的功能和注意事项见表1-3。
图1-21 回流焊温度特性曲线
表1-3 SMT回流焊温度特性曲线各温区的功能与注意事项
回流焊方法分类介绍，见表1-4。回流焊作为SMT生产中的关键工序，合理的温度曲线设置是保证回流焊质量的关键。不恰当的温度曲线会使 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。
表1-4 SMT回流焊方法分类介绍
SMT 是一项综合的系统工程技术，其涉及范围包括基板、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。
1.2.5 SMT的优点
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
片式元器件比传统穿孔元器件所占面积和质量大为减小。一般地，采用SMT可使电子产品体积缩小60%，质量减小75%。
2）可靠性高，抗振能力强
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、抗振能力强。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减小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小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）和贴放头，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，这些都使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%。