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1、表面贴装技术(SMT: Surf ace Mount Technology)80 年代末以来，因芯片集成度快速发展，推动了航天电子装备以惊人的速度向轻薄短小 化、高密度和高可靠性方向发展。现在战争是以电子技术为主导的高技术战争，现代军事 电子装备正向信息化兵器时代迈进，并在光电子化和微电子化的基础上，迅速向军事电子 系统综合化和武器装备智能化方向发展，因此把现代的战争比喻成芯片与钢铁的战争。电 子电路装联技术是支持上述发展的关键技术。SMT 是电子电路装联技术的又一次重大革命， 它推动了航天电子产品不断 SMT 是电子前进。一 SMT 电路装联技术发展的第四代 随着电子元器件的发展和更新换代，
2、电子电路装联技术(简称电路装联技术)也向着更高 一级的技术阶段发展，从而导致新一代军事电子装备的诞生。概括起来，电子电路装联技 术的发展分为五个阶段，简称五代，现在己迸人第五代发展时期，如表 1 所例。电子电路 装联技术从第一代以电子电子管作有源元件，采用手工软钎焊接技术开始;经过了第二代晶 体管阶 段，主要采用单面酚醛印制电路板，半自动插装机、浸焊和以晶体管为代表的轴向引线元 器件;然后进人第三代集成电路阶段，采用以集成电路为代表的径向有引线元器件和自动插 装技术以及浸焊或波峰焊技术，在单向或双面通孔环氧玻璃布基板上进行焊装。随着集成 电路，特别是大规格集成电路的发展，以及表面组装元器件的开
3、发和推广应用，出现了崭 新的电 路装联技术一一表面组装技术，80 年代初地人实用阶段，激起了电子电路装联技术的“二 次革命“，80 年代中后期出现了高速发展的局面，90 年代初进人完全成熟阶段，成为当代 电路装联技术的主流。随着超大规格和特大规模集成电路的应用，以及表面组装技术向纵 深发展，细间距技术和直接芯片板级组装技术的实用化，多芯片模块和三维组装的兴起， 从 80 年代 中期就萌发了第五代电子电路装联技术，使电子电路装联技术正面临“第三次组装革命“一 一微组装技术的倔起相发展。现在微组装技术己经开始进入实用化阶段，主要采用超大规 模和特大规模集成电路、复合元件和三维载体，采用由微电子焊接
4、技术支持的直接芯片板 级组装和多芯片模块，再利用 CAD 和 CAM 技术，在多层陶瓷基板或绝缘金属基板上进行多 层混“合组装，实现元件和基板的一体化、功能模块化，从而在板级实现系统级的组装。表 1 电子电路装联技术的发展项目第一代 （1950-1960）第二代 （1960-1970）第三代 （1970-1980）第四代 （1980-1985）第五代 （1985-）代表产 品真空管收音机黑白电视机彩色电视机录像机整体录像机有源器 件真空管晶体管集成电路大规模集成电路、 PLCC、OSP超大规模集成电路、MCM 电路无源元 件带长管脚的大 型 高压电压元件轴向引线元件径向引线元件表面组装元件复合
5、表面组装元件 三维结构装联技手工焊接半自动插装自动插装再流焊多层组装 MPT术浸焊浸焊、波峰焊两面组装，陶瓷基 板 ，金属心基板高密 度 多层（通孔）微电子焊接电路基 板金属底盘单面酚醛纸板树脂基板通孔陶瓷多层基板 绝缘金属基板总之，电子电路装联技术的发展主要受元器件类型所支配，一种新型元器件的诞生;总 是导致装联技术的一场革命。 二 航天电子产品对电路装联技术的要求由于当前新型武器的需要，要求电路组件实现微型化、模块化、高速度、低功耗、低 成本、高可靠和长寿命。这就要求元件小型微型化、器件高度集成化、大型薄型化、多引 线细间距化;同时对电路装联技术提出极严格的要求，这主使得传统的通孔插装技术
6、(THT) 不能适应军事电子装备对电路组件的要求。因此，70 年代中期表面组装技术(SMT)一问世 就受到军方的高度重视，成为实现军事电子装备小型化、高性能和高可靠性的重要手段， 使军事电子装备的微电子化向前推进了一步。随着军事电子装备微电子化继续发展，对军用电路组件的要求不断提高，超大规模集 成电路、超高速集成电路、微波毫米波单片集成电路、砷化镓集成电路、等离子显示器将 成为构成军事电子装备的主体，封装器件由于其封装效率低，难以满足军用电路组件的要 求，只有依赖于以直接芯片板级组装的相应的微焊接技术为基础的微组装技术，才能促进 军事电子装备的微电子化进人高级阶段。才能保证武器的高可靠高精度。
7、 三 SMT 发展状况SMT 是将表面贴装元器件(无引脚或短引脚的元器件）贴、焊到印制电路板表面规定位 置上的电路装联技术，所用的印制电路板无需钻插装孔。具体地说，就是首先在印制电路 板焊盘上途布焊锡膏，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 制电路板直至焊锡臂熔化，冷却后便实现了元器件与印制电路之间的互联。进人 20 世纪 70 年代，以发展消费类产品著称的日本电子行业敏锐地发现了 SMT 专用焊料(焊锡膏)和专 用设备(贴片机、再流焊炉、印刷机)以及各种片式元器件，极大地丰富了 SMT 的内涵，也 为 SMT 的发展奠定了坚实的基础。20 世纪 80 年代 SMT 生产
8、技术日趋完善，用于表面安装 技术的元器件大量生产，价格大幅度下降，各种技术性能好、价格低的设备纷纷面世。用 SMT 组装的电子产品具有体积小、性能好、功能全、价位低的综合优势，故 SMT 作 为新一代电子装联技术被广泛地应用于各个领域的电子产品装联中。航空、航天、通信、 计算机、医疗电子、汽车、办公自动化、家用电器行业，真可谓哪里有电子产品，哪里 就有 SMT。到了 70 世纪 90 年代，SMT 相关产业更是发生了惊人的变化，片式阻容元件自 70 世纪 70 年代工业化生产以来，尺寸从最初的 3.2mm*1.6mm*l.2mm 己发展到现在的 0.6mm*0.3mm*0.3mm，体积从最初的
9、 6.14 立方厘米发展到现在的 0.054 立方厘米，其体积缩小到原来的 0.88%，见表 2。片式元件的发展还可以从 IC 外形封装尺寸的演变过程来看，IC 引脚中心距已从最初的 1.27mm 快速过渡到 0.65mm、0.5mm 和 0.4mm。如今 IC 封装形式又一崭新的面貌出现在人们 面前，继 PLCC 和 QFP 之后又出现了 BGA，CSP 和 FC 等。IC 封装电路的趋势如图 1 所示。 于元件相匹配的印制板也从早期的双面板发展为多层板，最多可达 50 多层，板面上线宽已 0.20.3mm 缩小到 0.15mm，0.10mm 甚至到 0.05mm。图 3 IC 封装电路的发
10、展趋势如今人们所见到的电子产品，无论是外形尺寸还是生量更是大幅度减小。以手提摄象机 为例，20 世纪 90 年代初体积为 2500 立方米，重 2.5kg,到了 1999 年，体积仅为 500 立方米， 重 500g。再如手提式电话，20 世纪 90 年代初重 400g，每台售价达 2 万元之多，到了 20 世纪末，仅重 50g,价格降至 1 千元上下。用于 SMT 批生产的主要设备贴片机也从早期的低速(1 秒/片)、机械对中，发展为 高速(0.06 秒/片)、光学对中，并向多功能、柔性连接模块化方向发展;再流焊炉也由最初的 热板工加热发展为氮气热风红外式加热，能适应通孔元件再流焊且带局部强制
11、冷却的再流 焊炉也已经实用化，再流焊的不良焊点率已下降到百万分之十以下，几乎接近无缺陷焊接。SMT 技术作为新一代的装联技术，仅有 40 多年的历史，但却充分显示出其强大的生 命力，它以非凡的速度，走完了从诞生、完善直至成熟的路程，迈人了大范围工业应用的 旺盛期。因此，把它称之为装联技术的“第二次革命“是当之无愧的。 。 四 SMT 的优点1 组装密度高片式元器件比传统穿孔元件所占面积重量都大为减少。一般来说，采用 SMT 可使电子 产品体积缩小 60%，重量减轻 75%。通孔安装技术元器件，他们按 2.45mm 网络安装元件， 而 SMT 组装元件网格从 1.27mm 发展到目前的 0.63
12、mm 网络，个别达 0.5mm 网络的安装元 件，密度更高。例如一个 64 引脚的 DIP 集成快，它的组装面积为 25mm*75mm，而同样引 脚采用引线间距为 0.63mm 的方形扁平封装集成块（QFP） ，它的组装面积为 12mm*l2mm。CSP 为 0.5 间距 1平方厘米，有 208 个焊点。2 可靠性高 由于片式元器件的可靠性高，器件小而轻，故抗震动能力强;自动化生产程度高。贴装 可靠性高，一般不良焊点率小于百分之一。用 SMT 组装的电子产品平均无故障时间 (MTBF)为 25 万小时，目前几乎有 90%的电子产品采用 SMT 工艺。另外，根据 MIL-HDBK-2170 电子
13、设备可靠性预计，5.1.14 连接基本失效率入b(失效数 /106小时)可知，再流焊入 b=O.000080波峰焊人bO.0029，手工焊人b=O.0026，因 SMT 以再流焊为主，可靠性比手工焊高 两个数量级。 :3 高频特性好由于片式元器件贴装牢固，器件通常为无引线或短引线，降低了寄生电感和寄生电容 的影响，提高了电路的高频特性。采用 SMC 及 SMD 设计的电路最高频率达 3GHz 而采用 通孔元件仅为 5OOMHz。采用 SMT 也可缩短传输延迟时间，可用于时钟频率为 16MHz 以 上的电路。若使用多芯片模块 MCM 技术，计算机工作站的高端时钟频率可达 1OOMHz， 由寄生电
14、抗引起的附加功耗可降低 2 至 3 倍。4 降低成本a.印制板使用面积减小，面积为采用通孔技术面积的 1/12，若采用 CSP安装，则其 面积还可大幅度下降; b.印制板上钻孔数量减少。节约返修费用; c.频率特性高，减少了电路调试费用; d.片式元器件体积小、重量轻，减少了包装、运输和存储费用; e.片式元器件 (SMC/SMD)发展快，成本迅速下降。 5 便于启动化生产目前穿孔安装印制板要实现完全自动化，还需扩大 40%原印制板面积，这样才能使自 动插件的插装头将元件插人，若没有足够的空间间隙，将碰坏元件。而自动贴片机彩和真 空吸嘴吸放元件，真空吸嘴小于元件外形，可提高安装密度。事实上小元
15、件及细间距 QFP 器件均采用自动贴片机进行生产，以实现全线自动化生产。 五 SMT 工艺技术的组成 从表 3 可以看出，表面组装技术是一项涉及多种专业和多门学科的系统工程，主要涉 及电子和微电子技术、精密机械加工技术、自动控制技术、软钎焊接技术、化工技术、新 型材料技术和检验测试技术，以及物理学、电子学、力学、计算机学等专业和学科。表 3 表面组装工艺技术的组成涂敷材料焊膏、焊料、贴装胶组装材料工艺材料焊剂、清洗剂、热转换介质涂敷材料点涂、针转印、印制（丝网、模块）贴装技术顺序式、同时式焊接方法双波峰、 波峰等表 面波峰焊接贴装胶涂敷点涂，针转印贴装胶固化紫外、红外焊接方法焊膏法、预置焊料法
16、焊膏涂敷点涂、印刷焊接技术再流焊接加热方法气相、红外、热风、激光等清洗技术溶剂清洗、水清洗、半水清洗检测技术非接触式检测、接触式检测组装技术返修技术热空气对流、传导加热涂敷设备点涂器、针式转印机贴装机顺序式贴装机、同时式贴装机、在线式贴装机焊接设备双波峰焊接、 “0”形波峰焊机、各种再流焊接设备清洗设备溶剂清洗机、水清洗机测试设备各种外观检查设备、在线测试仪、功能测试仪、X 光测试组 装 工 艺 技 术组装设备组装设备返修设备热空气对流返修工具和设备、热传导加热返修设备六 SMT 和 THT 的比较 SMT 工艺技术的特点还可通过其与传统通孔插装技术(THT:Through Hole Packaging Technology)的差别比较体现。从组装工艺技术的角度分析，SMT 和 THT 的根本区别是“贴 “和“插“。二者的差别还体现在基板、元器件、组件形态、焊点形态和组装工艺方法各个方 面。区别见表 4。类型THTSMT元器件双列直插或 DIP 针阵列 P
