SMT之基礎課程

一、傳統制程簡介
傳統穿孔式電子組裝流程乃是將元件之引腳插入PCB的導孔固定之后，利用波峰焊(Wave Soldering)的制程，如圖一所示，經過助焊劑涂布、預熱、焊錫涂布、檢測與清潔等步驟而完成整個焊接流程。
二、表面黏著技術簡介
由于電子工業之產品隨著時間和潮流不斷的將其產品設計成短小輕便，相對地促使各種零元件的體積及重量越來越小，其功能密度也相對提高，以符合時代潮流及客戶需求，在此變化影響下，表面黏著元件即成為PCB上之主要元件，其主要特性是可大幅節省空間，以取代傳統浸焊式元件(Dual In Line Package；DIP).
表面黏著組裝制程主要包括以下幾個主要步驟: 錫膏印刷、元件置放、回流焊接。
其各步驟概述如下：
錫膏印刷(Stencil Printing)：錫膏為表面黏著元件與PCB相互連接導通的接著材料，首先將剛板透過蝕刻或雷射切割后，由印刷機的刮刀(squeegee)將錫膏經鋼板上之開孔印至PCB的焊墊上，以便進入下一步驟。
元件置放(Component Placement)：元件置放是整個smt制程的主要關鍵技術及工作重心，其過程使用高精密的自動化置放設備，經由電腦編程將表面黏著元件準確的置放在已印好錫膏的PCB的焊墊上。由于表面黏著元件之設計日趨精密，其接腳的間距也隨之變小，因此置放作業的技術層次之困難度也與日俱增。
回流焊接(Reflow Soldering)：回流焊接是將已置放表面黏著元件的PCB，經過回流焊先行預熱以活化助焊劑，再提升其溫度至183℃使錫膏熔化，元件腳與PCB的焊墊相連結，再經過降溫冷卻，使焊錫固化，即完成表面黏著元件與PCB的接合。
三. smt設備簡介
1.Stencil Printing: MPM3000 / MPM2000 / PVⅡ
2.Component Placement: FUJI ( CP643E / CP742ME & QP242E / QP341E )
3.Reflow Soldering: FURUKAWA( XN-425PHG / XN-445PZ / XNⅡ-651PZ ) ETC410, ETC411.
四. smt 常用名稱解釋
smt : surface mounted technology (表面貼裝技術):直接將表面黏著元器件貼裝,焊接到印刷電路板表面規定位置上的組裝技術.
SMD : surface mounted devices (表面貼裝元件): 外形為矩形片狀,圓柱形狀或異形,其焊端或引腳制作在同一平面內,并適用于表面黏著的電子元件.
Reflow soldering (回流焊接):通過重新熔化預先分配到印刷電路板焊墊上的膏狀錫膏,實現表面黏著元件端子或引腳與印刷電路板焊墊之間機械與電氣連接.
Chip : rectangular chip component (矩形片狀元件): 兩端無引線,有焊端,外形為薄片矩形的表面黏著元器件.
SOP : small outline package(小外形封裝): 小型模壓塑膠封裝,兩側具有翼形或J形短引腳的一種表面組裝元器件.
QFP : quad flat pack (四邊扁平封裝): 四邊具有翼形短引腳, 引腳間距:1.00,0.80,0.65,0.50,0.40,0.30mm等的塑膠封裝薄形表面組裝集體電路.
BGA : Ball grid array (球柵列陣): 積體電路的包裝形式，其輸入輸出點是在元件底面上按柵格樣式排列的錫球。
五. 元件包裝方式.
料條(magazine/stick)(裝運管) - 主要的元件容器：料條由透明或半透明的聚乙烯(PVC)材料構成，擠壓成滿足現在工業標準的可應用的標準外形。料條尺寸為工業標準的自動裝配設備提供適當的元件定位與方向。料條以單個料條的數量組合形式包裝和運輸。
托盤(tray) - 主要的元件容器：托盤由碳粉或纖維材料制成，這些材料基于專用托盤的高溫度率來選擇的。設計用于要求暴露在高溫下的元件(潮濕敏感元件)的托盤具有通常150°C或更高的耐溫。托盤鑄塑成矩形標準外形，包含統一相間的凹穴矩陣。凹穴托住元件，提供運輸和處理期間對元件的保護。間隔為在電路板裝配過程中用于貼裝的標準工業自動化裝配設備提供準確的元件位置。托盤的包裝與運輸是以單個托盤的組合形式，然后堆疊和捆綁在一起，具有一定剛性。一個空蓋托盤放在已裝元件和堆疊在一起的托盤上。
帶卷(tape-and-reel) - 主要元件容器：典型的帶卷結構都是設計來滿足現代工業標準的。有兩個一般接受的覆蓋帶卷包裝結構的標準。EIA-481應用與壓紋結構(embossed)，而EIA-468 應用于徑向引線(radial leaded)的元件。到目前為止，對于有源(active)IC的流行的結構是壓紋帶 (embossed tape).
六. 為什么在表面貼裝技術中應用免清洗流程？
1.生產過程中產品清洗后排出的廢水，帶來水質、大地以至動植物的污染。
2.除了水清洗外，應用含有氯氟氫的有機溶劑(CFC&HCFC)作清洗，亦對空氣、大氣層進行污染、破壞。
3.清洗劑殘留在機板上帶來腐蝕現象，嚴重影響產品質量。
4.減低清洗工序操作及機器保養成本。
5.免清洗可減少組板(PCBA)在移動與清洗過程中造成的傷害。仍有部分元件不堪清洗。
6.助焊劑殘留量已受控制，能配合產品外觀要求使用，避免目視檢查清潔狀態的問題。
7.殘留的助焊劑已不斷改良其電氣性能，以避免成品產生漏電，導致任何傷害。
8.免洗流程已通過際上多項安全測試，證明助焊劑中的化學物質是穩定的、無腐蝕性的

smt-PCB的設計原則

一、smt-PCB上元器件的布局
1、當電路板放到回流焊接爐的傳送帶上時﹐元器件的長軸應該與設備的傳動方向垂直﹐這樣可以防止在焊接過程中出現元器件在板上漂移或 “豎碑”的現象。
2、PCB 上的元器件要均勻分布﹐特別要把大功率的器件分散開﹐避免電路工作時PCB 上局部過熱產生應力﹐影響焊點的可靠性。
3、雙面貼裝的元器件﹐兩面上體積較大的器件要錯開安裝位置﹐否則在焊接過程中會因為局部熱容量增大而影響焊接效果。
4、在波峰焊接面上不能放置PLCC/QFP 等四邊有引腳的器件。
5、安裝在波峰焊接面上的smt大器件﹐其長軸要和焊錫波峰流動的方向平行﹐這樣可以減少電極間的焊錫橋接。
6、波峰焊接面上的大﹑小smt元器件不能排成一條直線﹐要錯開位置﹐這樣可以防止焊接時因焊料波峰的 “陰影”效應造成的虛焊和漏焊。
二、smt-PCB上的焊盤
1、波峰焊接面上的smt元器件﹐其較大元件之焊盤(如三極管﹑插座等)要適當加大﹐如SOT23 之焊盤可加長0.8-1mm﹐這樣可以避免因元件的 “陰影效應”而產生的空焊。
2、焊盤的大小要根據元器件的尺寸確定﹐焊盤的寬度等于或略大于元器件的電極的寬度﹐焊接效果好。
3、在兩個互相連接的元器件之間﹐要避免采用單個的大焊盤﹐因為大焊盤上的焊錫將把兩元器件接向中間﹐正確的做法是把兩元器件的焊盤分開﹐在兩個焊盤中間用較細的導線連接﹐如果要求導線通過較大的電流可并聯幾根導線﹐導線上覆蓋綠油。
4、smt 元器件的焊盤上或在其附近不能有通孔﹐否則在REFLOW過程中﹐焊盤上的焊錫熔化后會沿著通孔流走﹐會產生虛焊﹐少錫﹐還可能流到板的另一面造成短路。