[工学]第2章 SMT时代的电子元件及技术13-16

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1、第二章表面安装技术 2.1. 表面安装技术概述 2.2 表面安装元器件 2.3 SMT装配生产材料 2.4. SMT电路板装配方案和生产设备 2.5. 表面安装印制电路板 2.6. SMT焊接质量标准 2.7. 维修SMT电路板的焊接工具和半自动设备 2.8. 微电子组装技术简介 1. 表面安装技术的发展过程 表面安装技术：SMT，Surface Mounting Technology，也称表面装配技术、表面组 装技术。 通孔插装技术：THT，Through-Hole mounting Technology。 1957年，美国就制成被称为片状元件（ Chip Components）的微型电子组

2、件； 60年代中期，荷兰飞利浦公司开发研究 表面安装技术（SMT）获得成功 。2.1. 表面安装技术概述 SMT的发展历经了三个阶段： 第一阶段（19701975年） 这一阶段把小型化的片状元件应用在混合 电路（我国称为厚膜电路）的生产制造之 中。 第二阶段（19761985年） 这一阶段促使了电子产品迅速小型化、多 功能化；SMT自动化设备大量研制开发出 来 。 第三阶段（1986现在） 主要目标是降低成本，进一步改善电子产 品的性能-价格比； SMT工艺可靠性提高 。2.什么是“表面安装技术” （P115） ( Surface Mounting Technology)(简称SMT)它是将电

3、子元器件直接安装在印制电路板的表 面，它的主要特征是元器件是无引线或短引线， 元器件主体与焊点均处在印制电路板的同一侧面 。表面安装技术主要具有下列的优点： 减少了印制板面积(可节省面积6070%) 减轻了重量(可减轻重量7080%) ； 安装容易实现自动化； 由于采用了膏状焊料的焊接技术，提高了产品的焊接质量和可靠性； 减小了寄生电容和寄生电感 。2.2. 表面装配元器件 1. 表面装配元器件的特点 (1)SMT元件引脚距离短，目前引脚中 心间距最小的已经达到0.3mm。 (2) SMT元器件直接贴装在印制电路板 的表面，将电极焊接在与元器件同一面 的焊盘上。 2. 表面装配元器件的种类和规

4、格 从结构形状分类，有薄片矩形、圆柱形 、扁平异形等； 从功能上分类为无源元件（SMC， Surface Mounting Component）、有源器 件（SMD，Surface Mounting Device） 和机电元件三大类。SMT元器件的分类 表1表2.1 SMT元器件的分类（续） 类别类别封装形式 种类类 有源 表面 安装 器件 SMD圆圆柱形二极管 陶瓷组组件 （扁平）无引脚陶瓷芯片载载体LCCC、有 引脚陶瓷芯片载载体CBGA 塑料组组件 （扁平）SOT、SOP、SOJ、PLCC、QFP、 BGA、CSP等 机电电 元件异形继电继电 器、开关、连连接器、延迟迟 器、薄型微电电机

5、等 无源元件SMC SMC包括片状电阻器、电容器、电感器 、滤波器和陶瓷振荡器等。 长方体SMC是根据其外形尺寸的大小划 分成几个系列型号 。欧美产品大多采 用英制系列，日本产品大多采用公制系 列，我国还没有统一标准，两种系列都 可以使用。 片状元器件可以用三种包装形式提供给 用户：散装、管状料斗和盘状纸编带。 典型SMC系列的外形尺寸（单单位：mm/inch）1inch=1000mil；1inch=25.4mm，1mm40mil。 片状元器件可以用三种包装形式提供给用 户：散装、管状料斗和盘状纸编带。 表面安装电阻器 表面安装电阻器 二种封装外形二种封装外形 电阻排 SOP（ Small O

6、utline Package）封装 表面安装电阻网络 常见封装外形有：0.150 英寸宽外壳形式（称为 SOP封装）有8、14和16 根引脚； 0.220英寸宽外壳形式（ 称为SOMC封装）有14 和16根引脚； 0.295英寸宽外壳形式 （称为SOL封装件） 有16和20根引脚。 表面安装电容器 表面安装多层陶瓷电容器 表面安装钽电容器 钽质电 容(Tantalum Capacitor)钽质电 容(Tantalum Capacitor) 正极正极表面安装钽电容器的外型都是矩形，按两头的 焊端不同，分为非模压式和塑模式两种。 片状电感器是继片状电阻器、片状电容器之后迅速发展起来的一种新型无源元

7、件，它的种类很多。按形状可分为:矩形和圆拄型；按结构可分为：绕线型、多层型和卷绕型。目前用量较大的是前两种。 表面安装电电感器 1.绕线型电感器它是将导线缠绕在芯状材料上，外表面涂敷环 氧树脂后用模塑壳体封装。2.多层型电感器 它由铁氧体浆料和导电浆料交替 印刷多层，经高温烧结形成具有闭合电路的整体 。用模塑壳体封装。贴片电感排贴片电感表面安装电感器 SMC的焊端结构 镍的耐热性和稳定性好，对钯银 内部电极 起到了阻挡层的作用； 镀铅锡 合金的外部电极可以提高可焊接 SMC的焊端结构 电阻(黑色) 电容（棕色） 集成电路 电位器 SMC元件的规格型号表示方法 SMT元件的规格型号表示方法因生产

8、厂商而不同 。 如1/8W，470，5%的陶瓷电阻器： 日本某公司生产： RX 39 1 G 471 J TA 种类 尺寸 外形 温度特性 标称阻值 阻值误差 包装形式 国内某企业生产： RI 11 1/8 471 J种类 尺寸 额定功耗 标称阻值 阻值误差SMD分立器件 SMD分立器件包括各种分立半导体器件，有二 极管、三极管、场效应管，也有由两、三只三 极管、二极管组成的简单复合电路。 SMD分立器件的外形尺寸 SMD分立器件的外形尺寸 二极管 无引线柱形玻璃封装二极管 塑封二极管 三极管 三极管采用带有翼形短引线的塑料封装（ SOT，Short Out-line Transistor），

9、可分为 SOT23、SOT89、SOT143几种尺寸结构。 MOSFET 小外型封装晶体管(Small Outline Transistor)小外型封装晶体管又称作微型片状晶体管，常用 的封装形式有四种。 1.SOT23型：它有三条“翼型”短引线。 2.SOT143型 结构与SOT23 型相仿， 不同的是有四条 “翼型”短引线。3. SOT89型适用于中功率的晶体管(300mw2w)，它的三条 短引线是从管子的同一侧引出。4. TO252型适用于大功率晶体管，在管子的一侧有三条较粗 的引线，芯片贴在散热铜片上。5 集成电路 Integration circuit大规模集成电路：Large Sc

10、ale IC（简称：LSI）超大规模集成电路：Ultra LSIC （简称：USI）1.小外型塑料封装（Small Outline Package）(简称:SOP或SOIC)引线形状：翼型、J型、I型； 引线间距（引线数)：1.27mm(8-28条)1.0mm (32条) 、0.76mm(40-56条)Outline（表面粘贴类）小型三 极管类SOT SOP QFP SSOP TQFP TSSOP PQFP 两边四边鸥鸥翼型脚Outline（表面粘贴类）BGA SOJ LCCPLCC CLCC 两边边四边边J型脚球形引脚焊焊点在元件底部DIP SIP TOPGAIn-line（通孔插装类）有引

11、脚双边单边不规则直线型脚焊焊点在元件底部2.芯片载体封装（P128） 为适应SMT高密度的需要，集成电路的引线由两 侧发展到四侧，这种在封装主体四侧都有引线的 形式称为芯片载体,通常有塑料及陶瓷封装两大类 。(1)塑料有引线封装（Plastic Leaded Chip Carrier）(简称:PLCC) 引线形状：J型 引线间距：1.27mm 引线数：18 - 84条(2)陶瓷无引线封装（Leadless Ceramic Chip Carrier）(简称:LCCC) （P128）它的特点是： 无引线 引出端是陶瓷外壳四侧的镀金凹槽(常被称作：城堡式)， 凹槽的中心距有1.0mm、 1.27mm

12、两种。3.方型扁平封装（Quad Flat Package） （P123）它是专为小引线距（又称细间距）表面安装集成 电路而研制的。 引线形状： 带有翼型引线的称为QFP；带有J型引线的称为QFJ。 引线间距：0.65mm、0.5mm、0.4mm、0.3mm、0.25mm。 引线数范围：80500条。4.球栅阵列封装（P126） (Ball Grid Array)(简称:BGA)集成电路的引线从封装主体的四侧又扩展到整 个平面，有效地解决了QFP的引线间距缩小到极限 的问题，被称为新型的封装技术。封装的主要特性1.引脚共面度引脚共面度是表示元器件所有引脚的底部是否处于同一平面的参数,它是影响装

13、联质量的重要指标。 引线共面度的要求是：将器件放置在平面上， 所有引线与平面的间隙应小于0.1mm。2.引脚结构（P124）翼形结构：更符合未来朝着引脚薄、窄、细间 距的方向发展，适合于安装位置较低的场合，能 适各种焊接方法，但缺点是引脚无缓冲余地，在 振动应力下易损伤。 J形结构：基板利用率高，安装更坚固，抗振性 强，但安装厚度较高。I形结构：并不常用，它是由插装形式的元器件 截断引脚形成。3.封装可靠性在再流焊期间封装开裂问题，使器件的长期可靠性下降。4.封装尺寸标准化公差的变化范围大，给SMB焊盘设计及制造艺造成很大困难，强调封装尺寸的标准化是发展SMT的当务之急。SMD集成电路 IC的

14、主要封装形式有QFP， TQFP， PLCC， SOT， SSOP ，BGA等。 SOP- Small Outline Package.小型封装SSOP- Shrink Small Outline Package .缩小型封装TQFP- Thin Quad Plat Package.薄四方型封装QFP - Quad Plat Package.四方型封装TSSOP- Thin Shrink Small Outline Package.薄缩小型封装PLCC-Plastic Leaded Chip Carrie .宽脚距塑料封装SOT- Small Outline Transistor.小型晶体管D

15、IP -Dual In-Line Package.双列直插封装BGA - Ball Grid Array.球状栅阵 列SIP -Single In-Line Package.单列直插封装SOJ- Small Outline J. J形脚封装CLCC-Ceramic Leaded Chip Carrie .宽脚距陶瓷封装PGA - Pin Grid Array.针状栅阵列2.3 . SMT装配生产材料 1. 膏状材料 2. SMT所用的粘合剂 2.3.1 膏状焊料 用再流焊设备焊 接SMT电路板要使用膏状焊料。 膏状焊料俗称焊膏，焊锡膏由焊粉和糊状助焊剂 组成。 锡膏 1） 焊粉和助焊剂 焊粉 焊粉是合金粉末，是焊膏的主要成分。 焊粉是把合金材料在惰性气体（如氩气 ）中用喷吹法或高速离心法生产的，并 储存在氮气中避免氧化。 焊粉的合金组分、颗粒形状和尺寸对焊 膏的特性和焊接的质量（焊点的润湿、 高度和可靠性）产生关键性的影响。 理想的焊粉应该是粒度一致的球状颗粒 ， 国内外销售的焊粉的粒度有150目、200 目、250目、350目和400目等的数种。 注：粒度用来描述颗粒状物质的粗细程 度，原