表面貼裝技術
編輯表面貼裝技術(SMT)是一種將電子元件直接安裝到印刷電路板(PCB)表面的方法。以這種方式安裝的電子元件稱為表面安裝器件(SMD)。在工業上,這種方法已經在很大程度上取代了通孔技術裝配組件的構造方法,很大程度上是因為SMT允許增加制造自動化,從而降低成本并提高質量。它還允許在給定的基板區域上安裝更多組件。這兩種技術可以在同一塊板上使用,通孔技術通常用于不適合表面安裝的元件,如大型變壓器和散熱功率半導體。
表面貼裝技術組件通常比其通孔組件小,因為它有較小的引線或根本沒有引線。它可能具有各種樣式的短引腳或引線、扁平觸點、焊球矩陣(BGA)或組件主體上的端子。
組裝技術
編輯在要放置元件的地方,印刷電路板通常具有平坦的、通常是鍍錫鉛、鍍銀或鍍金的無孔銅焊盤,稱為焊盤。焊膏是助焊劑和微小焊料顆粒的粘性混合物,首先使用絲網印刷工藝用不銹鋼或鎳模板將其涂在所有焊盤上。它也可以通過類似于噴墨打印機的噴射打印機制來應用。粘貼后,電路板進入貼片機,它們被放置在傳送帶上。要放置在板上的組件通常以纏繞在卷軸上的紙/塑料帶或塑料管的形式傳送到生產線。一些大型集成電路是在防靜電托盤中交付的。數控拾放機從膠帶、管子或托盤上取下零件,然后將它們放置在PCB上。
然后將電路板傳送到回流焊爐中。它們首先進入預熱區,在那里板子和所有組件的溫度逐漸、均勻地升高以防止熱沖擊。然后電路板進入一個溫度高到足以熔化焊膏中的焊料顆粒的區域,將元件引線連接到電路板上的焊盤。熔化焊料的表面張力有助于將元件固定到位,如果焊盤幾何形狀設計正確,表面張力會自動將元件對齊到焊盤上。
有多種回流焊料的技術。一是使用紅外線燈;這稱為紅外線回流。另一種是使用熱氣對流。另一項再次流行的技術是特殊氟碳使用稱為氣相回流的方法的高沸點液體。由于環境問題,這種方法不受歡迎,直到引入無鉛立法,要求對焊接進行更嚴格的控制。2008年底,對流焊接是最流行的回流焊技術,使用標準空氣或氮氣。每種方法都有其優點和缺點。使用紅外回流焊,電路板設計人員必須將電路板布局好,以便短元件不會落入高元件的陰影中。如果設計人員知道將在生產中使用氣相回流焊或對流焊接,則元件位置的限制較少。回流焊后,某些不規則或熱敏元件可能需要手工安裝和焊接,或大規模自動化,
如果電路板是雙面的,則可以使用焊膏或膠水重復此印刷、放置、回流過程,以將組件固定到位。如果使用波峰焊工藝,則必須在加工前將零件粘在板上,以防止在固定它們的焊膏熔化時它們漂浮。
焊接后,可以清洗電路板以去除助焊劑殘留物和任何可能使緊密間隔的元件引線短路的雜散焊球。松香助焊劑用碳氟化合物溶劑、高閃點烴溶劑或低閃點溶劑如檸檬烯(源自橘皮)去除,這些溶劑需要額外的沖洗或干燥循環。用去離子水去除水溶性助焊劑和清潔劑,然后吹氣以快速去除殘留的水分。然而,大多數電子組件是使用“免清潔”工藝制造的,其中助焊劑殘留物被設計為留在電路板上,因為它們被認為是無害的。這樣可以節省清潔成本,加快制造過程并減少浪費。但是,通常建議清洗組件,即使在使用“免清洗”過程時,當應用程序使用非常高頻的時鐘信號(超過1GHz)時也是如此。去除免清洗殘留物的另一個原因是提高保形涂層和底部填充材料的附著力。無論是否清潔這些PCB,當前的行業趨勢都建議仔細審查應用“免清潔”的PCB組裝過程,因為殘留在元件和射頻屏蔽下的助焊劑殘留物可能會影響表面絕緣電阻(SIR),尤其是在高元件上密度板。
某些制造標準,例如由IPC-AssociationConnectingElectronicsIndustries編寫的標準,無論使用何種助焊劑類型,都需要清潔以確保電路板徹底清潔。適當的清潔可以去除所有焊劑痕跡,以及肉眼看不見的污垢和其他污染物。免清洗或其他焊接工藝可能會留下“白色殘留物”,根據IPC的說法,這些殘留物是可以接受的,“前提是這些殘留物已經過合格證明并記錄為良性”。然而,雖然符合IPC標準的商店應遵守協會的船上條件規則,但并非所有制造設施都適用IPC標準,也不需要他們這樣做。此外,在一些應用中,例如低端電子產品,這種嚴格的制造方法在費用和時間上都是過分的。
最后,目視檢查電路板是否有缺失或未對準的組件和焊料橋接。如果需要,它們會被送到返工站,在那里人工操作員會修復任何錯誤。然后通常將它們發送到測試站(在線測試和/或功能測試)以驗證它們是否正確運行。
自動光學檢測(AOI)系統通常用于PCB制造。事實證明,該技術對于流程改進和質量成就非常有效。
表面貼裝技術的優點
編輯與舊的通孔技術相比,SMT的主要優點是:
- 更小的組件。
- 更高的組件密度(每單位面積的組件)和每個組件更多的連接。
- 元件可以放置在電路板的兩側。
- 更高的連接密度,因為孔不會阻塞內層的布線空間,如果組件僅安裝在PCB的一側,則不會阻塞背面層。
- 當熔化焊料的表面張力將元件拉到與焊盤對齊時,元件放置中的小錯誤會自動糾正。(另一方面,通孔元件不能稍微錯位,因為一旦引線穿過孔,元件就完全對齊,不能橫向移動錯位。)
- 在沖擊和振動條件下具有更好的機械性能(部分原因是質量較小,部分原因是懸臂較少)
- 連接處的電阻和電感較低;因此,不需要的射頻信號影響更少,高頻性能更好、更可預測。
- 由于較小的輻射回路面積(由于較小的封裝)和較小的引線電感,因此更好的EMC性能(較低的輻射發射)。
- 需要鉆的孔更少。(鉆孔PCB既費時又費錢。)
- 使用自動化設備降低初始成本和批量生產設置時間。
- 更簡單、更快速的自動化組裝。一些貼片機每小時能夠貼裝超過136,000個元件。
- 許多SMT零件的成本低于等效的通孔零件。
表面貼裝技術的缺點
編輯- 表面貼裝技術可能不適合作為承受頻繁機械應力的組件的xxx連接方法,例如用于與頻繁連接和分離的外部設備進行接口的連接器。
- SMD的焊接連接可能會被灌封化合物經歷熱循環損壞。
- 由于許多SMD的尺寸和引線間距較小,手動原型組裝或組件級維修更加困難,并且需要熟練的操作員和更昂貴的工具。與幾乎所有通孔元件不同,處理小型SMT元件可能很困難,需要鑷子。雖然通孔元件一旦插入就會保持原位(在重力下),并且可以在焊接前通過彎曲電路板焊接側的兩條引線進行機械固定,而SMD很容易通過觸摸焊接而移出原位鐵。如果沒有熟練的技能,手動焊接或拆焊元件時,很容易意外回流相鄰SMT元件的焊料并無意中將其移位,這對于通孔元件幾乎是不可能的。
- 許多類型的SMT元件封裝不能安裝在插座中,這提供了方便的安裝或更換元件以修改電路和容易更換故障元件。(幾乎所有的通孔元件都可以插接。)
- SMD不能直接與插入式試驗板(一種快速即插即用的原型制作工具)一起使用,需要為每個原型定制PCB或將SMD安裝在引腳引線載體上。對于特定SMD組件周圍的原型設計,可以使用較便宜的分線板。此外,還可以使用條板式原型板,其中一些包括用于標準尺寸SMD組件的焊盤。對于原型設計,可以使用“死蟲”面包板。
- 隨著超細間距技術的進步,SMT中的焊點尺寸迅速變得更小。焊點的可靠性變得越來越受關注,因為每個焊點允許使用的焊料越來越少。空洞是通常與焊點相關的故障,尤其是在SMT應用中回流焊膏時。空隙的存在會降低接頭強度并最終導致接頭失效。
- SMD通常比等效的通孔組件小,用于標記的表面積較小,需要標記的零件ID代碼或組件值更隱蔽且更小,通常需要放大才能讀取,而較大的通孔組件可能用肉眼閱讀和識別。這對于原型設計、維修、返工、逆向工程以及可能的生產設置都是不利的。
表面貼裝技術鑒定
編輯電阻器對于5%精度的SMD電阻器,通常使用三位數字標記其電阻值:兩位有效數字和一位乘數。這些通常是黑色背景上的白色字體,但也可以使用其他顏色的背景和字體。對于1%精度SMD電阻器,使用代碼,否則三位數字將無法傳達足夠的信息。此代碼由兩位數字和一個字母組成:數字表示值在E96序列中的位置,而字母表示乘數。
電容器非電解電容器通常沒有標記,確定其值的xxx可靠方法是從電路中取出并隨后使用電容計或阻抗橋進行測量。用于制造電容器的材料,例如鉭酸鎳,具有不同的顏色,這些可以大致了解組件的電容。通常,對于相同的電介質,物理尺寸與電容和(平方)電壓成正比。例如,100nF、50V電容器可能與10nF、150V器件采用相同的封裝。SMD(非電解)電容器通常是單片陶瓷電容器,在未被端蓋覆蓋的所有四個面上都呈現相同的體色。貼片電解電容,通常是鉭電容,薄膜電容的標志像電阻一樣,有兩位有效數字和一個以皮法或pF為單位的乘數,(10-12法拉)。電感器具有中等高額定電流的較小電感通常是鐵氧體磁珠類型。它們只是一個穿過鐵氧體磁珠的金屬導體,幾乎與它們的通孔版本相同,但具有SMD端蓋而不是引線。它們呈深灰色且具有磁性,與具有類似深灰色外觀的電容器不同。這些鐵氧體磁珠類型僅限于納亨(nH)范圍內的小值,通常用作電源軌去耦器或電路的高頻部分。較大的電感器和變壓器當然可以通孔安裝在同一塊板上。具有較大電感值的SMT電感器通常在身體周圍或嵌入透明環氧樹脂中的匝線或扁平帶,從而可以看到電線或帶。有時是鐵氧體磁芯也存在。這些較高電感類型通常僅限于小電流額定值,盡管一些平帶類型可以處理幾安培。與電容器一樣,較小電感器的元件值和標識符通常不會標記在元件本身上;如果沒有記錄或印刷在PCB上,通常從電路中移除的測量是確定它們的xxx方法。較大的電感器,尤其是占位面積較大的繞線型電感器,通常會將值印在頂部。例如,“330”,相當于33μH的值。分立半導體二極管和晶體管等分立半導體通常標有兩個或三個符號代碼。
標記在不同包裝或來自不同制造商的設備上的相同代碼可以轉換為不同的設備。使用這些代碼中的許多代碼是因為設備太小而無法在較大的封裝上使用更傳統的編號進行標記,當查閱相關列表時,這些代碼與更熟悉的傳統部件編號相關聯。英國的GM4PMK已經準備了相關列表,也有類似的.pdf列表,雖然這些列表并不完整。集成電路通常,集成電路封裝足夠大,可以印上完整的部件號,包括制造商的特定前綴,或部件號的重要部分和制造商的名稱或標志。
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