SMT质量控制技术

SMT质量控制技术

周莹郭潇范爽范基胤

（中国电子科技集团公司第四十九研究所哈尔滨150001）

摘要：文章首先通过对表面贴装技术概述进行了阐述，接着对SMT贴装工艺材料进行了细致的分析，最后重点探讨了表面贴装技术的发展趋势。

关键词：工艺技术；工艺流程；工艺材料

一、前言

在电子应用技术智能化、网络化的发展趋势下，SMT技术应运而生。表面贴装技术无需对印制板钻插装孔，直接将表面组装元器件贴、焊到印制板表面规定位置上的装联技术。本文就SMT质量控制技术进行了探讨。

二、表面贴装技术概述

表面贴装技术，英文称之为"SurfaceMountTechnology"，简称SMT，它是将表面贴装元器件贴、焊到印制电路板表面规定位置上的电路装联技术。具体地说，就是首先在印制板电路盘上涂上焊锡膏，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板之间的互联。20世纪80年代，SMT生产技术日趋完善，用SMT组装的电子产品具有体积小，性能好、功能全、价位低的优势，故SMT作为新一代电子装联技术，被广泛地应用于航空、航天、通信、计算机、医疗电子、汽车、办公自动化、家用电器等各个领域中。

从产业自身的发展周期来看，虽然目前中国的SMT产业尚处于发展初期，但是已经呈现出了蓬勃的生机。同时，SMT产业又是一个重要的基础性产业，对于推动中国的电子信息产业制造业结构调整和产业升级有着重要意义。

1、表面组装技术的特点

表面组装技术(SMT)是无须对印制电路板钻插装孔，直接将表面贴装微型元器件贴焊到印制电路板(PCB)或其他基板表面规定位置上的电子装联技术，其与传统的通孔插装技术比较有以下特点：

（一）、结构紧凑、组装密度高、体积小、重量轻

表面组装元器件(SMC/SMD)比传统通孔插装元件所占面积和质量都大为减少，而且贴装时不受引线间距、通孔间距的限制，从而可大大提高电子产品的组装密度。如采用双面贴装时，元器件组装密度达到5~20个／cm2，为插装元器件组装密度的5倍以上，从而使印制电路板面积节约60~70％以上，重量减轻90％以上。

（二）、高频特性好

表面组装元器件(SMC/SMD)无引线或短引线，从而可大大降低寄生电容和引线间的寄生电感，减少了电磁干扰和射频干扰；偶合通道的缩短，改善了高频性能。

（三）、抗振动冲击性能好

表面组装元器件比传统插装元器件质量大为减少，因而在受到振动冲击时，元器件对印制电路板(PCB)上焊盘的动反力较插装元器件大为减少，而且焊盘焊接面积相对较大，故改善了抗振动冲击性能。

（四）、有利于提高可靠性

焊点为面接触，消除了元器件与印制电路板(PCB)之间的二次互连。减少了焊接点的不可靠因素。

（五）、工序简单，焊接缺陷极少

由于表面组装技术的生产设备自动化程度较高，人为干预少，工艺相对较为简单，所以工序简单，焊接缺陷少，容易保证电子产品的质量。

（六）、适合自动化生产，生产效率高、劳动强度低。

（七）、降低生产成本

用表面组装工艺的产品，双面贴装起到减少PCB层数的作用；印制电路板使用面积减小，其面积为采用插装元器件技术面积的1/10，若采用CSP安装，则其面积还可大幅度下降；印制电路板上钻孔数量减少，节约返修费用；元件不需要成形；工序简单，节省了厂房、人力、材料、设备的投资；频率特性提高，减少了电路调试费用；片式元器件作积小、重量轻，减少了包装、运输和储存费用；而且目前表面组装元器件(SMC/SMD)的价格已经与插装元器件相当，甚至还要便宜，所以一般电子产品采用表面组装技术后可降低生产成本30％左右。

三、SMT贴装工艺材料

SMT贴装工艺时，需要包含焊料、焊膏、胶黏剂等焊接和贴片器件，以及助焊剂、清洗剂、热转换介质等工艺材料。

1、SMT贴装材料的用途

焊料、焊膏、胶黏剂等材料在波峰焊、回流焊、手工焊三种主要焊接工艺中的作用如下。

焊料和焊膏：回流焊接时采用焊膏，它是焊接材料，同时又能利用其粘性作用提前固定SMC/SMD器件。焊剂：主要作用是助焊。胶黏剂：对SMD器件起到加固作用，防止贴装作业时SMD的偏移和脱落现象。清洗剂：清洗焊接工艺后残留（如钢网焊膏残留，PCB异物等）物。

2、焊料

Sn63/Pb37和Sn62/Pb36/Ag2具有最佳综合性能，而在低熔点焊料中，Sn43/Pb43/Bi14具有较好的综合性能。电子产品贴装时Sn-Pb是最普遍的焊料合金物，强度和可润湿性是最合适。

3、焊剂

焊剂分为酸性焊剂和树脂焊剂，焊剂的作用是去除金属表面和焊料本身的氧化物或其它表面污染，润湿被焊接的金属表面。

4、清洗剂

清洗剂应满足化学和热稳定性好，在贮存和使用期间不发生分解，不与其它物质发生化学反应，对接触材料弱腐蚀或无腐蚀，具有不燃性和低毒性，操作安全，清洗操作过程中损耗小，必须能在设定温度及时间内进行有效清洗。

5、SMC/SMD贴装工艺技术

SMC：表面组装元件（SurfaceMountedcomponents）主要有矩形片式元件、圆柱形片式元件、复合片式元件、异形片式元件。

SMD：它是SurfaceMountedDevices的缩写，意为：表面贴装器件，它是SMT元器件中的一种。

贴装机的一般组成：SMT贴装机是计算机控制，并集光、电、气及机械为一体的高精度自动化设备。

主要的影响SMT设备贴装率要素：贴片在选择设备时主要考虑其贴装精度与贴装速度，而在SMT实际使用过程中，为了有效提高产品质量、使成本降低、确保生产效率提高，那么如何提高和确保SMT设备贴装率是摆在使用者面前的首要任务。

贴装机的影响因素：贴片机XY轴传动系统的结构，XY坐标轴向平移传动误差，XY位移检测装置，真空吸嘴Z轴运动对器件贴装偏差的影响等。

贴装机视觉系统：要准确地贴装细间距器件，最主要是摄像机的像元数和光学放大倍数。

贴装机软件系统：高精度贴装机软件系统为二级计算机控制系统，一般采用DOS界面，也有采用Windows界面或UNIX操作系统，由中央控制软件、自动编程软件、贴装头控制系统和视觉处理软件组成。

四、表面贴装技术的发展趋势

在整个电子行业中，新型封装技术正推动制造业发生变化，市场上出现了将传统分离功能混合起来的技术手段，正使后端组件封装和前端装配融合变成一种趋。不难观察到，面向部件、系统或整机的多芯片组件封装技术的出现，彻底改变了只是面向器件的概念，并很有可能会引发SMT产生一次工艺革新。

元器件是SMT技术的推动力，而SMT的进步也推动着芯片封装技术不断提升。片式元件是应用最早、产量最大的表面贴装元件，自打SMT形成后，相应的IC封装则开发出了适用于SMT短引线或无引线的LCCC、PLCC、SOP等结构。四侧引脚扁平封装（QFP）实现了使用SMT在PCB或其他基板上的表面贴装，BGA解决了QFP引脚间距极限问题，CSP取代QFP则已是大势所趋，而倒装焊接的底层填料工艺现也被大量应用于CSP器件中。

随着01005元件、高密度CSP封装的广泛使用，元件的安装间距将从目前的0.15mm向0.1mm发展，这势必决定着SMT从设备到工艺都将向着满足精细化组装的应用需求发展。但SiP、MCM、3D等新型封装形式的出现，使得当今电子制造领域的生产过程中遇到的问题日益增多。

由于MCM技术是集混合电路、SMT及半导体技术于一身的集合体，所以我们可称之为保留器件物理原型的系统。多芯片模组等复杂封装的物理设计、尺寸或引脚输出没有一定的标准，这就导致了虽然新型封装可满足市场对新产品的上市时间和功能需求，但其技术的创新性却使SMT变得复杂并增加了相应的组装成本。

工艺管理方面，同样的工艺和设备，不同的管理有不同的效益。目前国际上已经采用计算机集成制造系统(CIMS)，并把CIMS系统应用到SMT中。

SMT生产线中的重要加工设备均属于计算机控制的自动化生产设备。组装PCB之前需要编程人员花费相当时间进行准备和编程。在产品设计阶段就考虑到生产制造的要求采用CIMS设计。一旦设计完成，则将设计所产生的有关数据文件交给SMT生产设备，编程时直接调用或进行相关的后处理即可驱动设备。

另外表面组装的统计过程控制(SPC)以及6西格玛的管理方法也在逐渐推广应用。总之，SMT经过80年代、90年代的迅速发展，已逐渐成熟。

五、结束语

总之，表面贴连接器提供减少组装成本、提供高密度和改善高速率完整性的优点，中国的SMT发展商机和危机同在，SMT的蓬勃发展，进一步推动电子组装技术向更高阶段发展。

参考文献

[1]王天曦，李鸿儒，王豫明.电子技术工艺基础.清华大学出版社.

[2]吴兆华.表面组装技术基础.国防工业出版社.