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          SMT技術深度解讀 | SMT是什么意思?

          發布時間:2021/8/6 11:09:50

          SMT(英文:Surface-mount technology),即表面貼裝技術,是一種將元器件貼裝或直接放置在印刷電路板表面的電子線路生產技術。在該行業,有SMD(surface-mount device,表面貼裝器件)和THT(through-hole technology穿孔插裝技術)兩種方法。兩種技術可以在同一塊PCB板上應用,只不過穿孔插裝技術應用在哪些不適合表面貼裝的元器件(比如大的變壓器、連接器、電解電容等)。SMT元件通常比穿孔插裝元件小,因為它的引腳更小甚至是沒有引腳,它可能是各種類型、接觸方式的短腳或者短引線,或者是球狀矩陣排列(BGA)等。


          SMT歷史


          表面貼裝技術起源于60年代,最初由美國IBM公司進行技術研發,之后于80年代后期漸趨成熟。起初被IBM在1960年設計應用于一款小型電腦中,這款電腦后來被作為土星IB和土星五號運載火箭的儀器組件。元器件被重新進行機械設計,具有極小的金屬分頁或端蓋,以至于可以直接焊接到PCB表面。元器件變得更小,并在PCB板的兩面采用表面方式進行元器件的貼裝,從而替代穿孔插裝方式,允許更高的線路密度。通常只有焊接連接處將器件固定在板上,在極少情況下,如果一些元器件很大或者很重的時候,需在另外一面使用一些粘合劑防止元器件在回流焊的時候脫落。如果SMT貼片加工和穿孔插裝工藝同時進行時,粘合劑有些時候被用作將另一面的SMT元件的固定。在替代方式下,SMT和穿孔插裝元件可以一起焊接,無須借助粘合劑,如果SMT元件是第一次經過回流焊的話,從而選擇性的焊接涂層將用作在回流焊過程中阻止元件的焊接以及元件在波峰焊接時浮動。表面貼裝本身引領一定程度上的自動化,減少人工成本并且顯著提升生產效率。SMD元件的大小和重量只有穿孔插裝元件的1/4到1/10,并且成本只有1/2到1/4。


          SMT術語


          因為表面貼裝是一種生產科技,因而有很多不同的術語,尤其是當處于不同生產環境中時,需要顯著區分一些生產的元件、科技、設備。主要包含如下表格中的術語:

          術語 解釋

          SMD:表面貼裝元件(主動、被動以及機電元件)

          SMT:表面貼裝技術(組裝和焊接技術)

          SMA:表面組裝工藝(使用SMT模塊化組裝)

          SMC:表面貼裝元件(即用于SMT的元件)

          SMP:表面貼裝封裝(SMD元件的封裝方式)

          SME:表面貼裝設備(SMT組裝設備等)


          SMT表面貼裝技術


          smt生產線需要表面貼裝元器件的位置都需要平整,通常焊錫、沉銀或者沉金并沒有通孔的焊接位置被稱為“焊盤”。錫膏,一種由鉛錫成分和助焊混合物組成具有粘性的物質,借助錫膏印刷機,滲透過不銹鋼或鎳制鋼網附著到焊盤上,也可通過噴印原理來完成,類似于噴墨打印機。錫膏印刷完畢后,電路板將經過拾取和放置設備,通過相應的傳送帶進行貼裝。將要被貼裝的元器件一般放置在紙質或塑料的管道中,并借助飛達安裝在SMT貼片機器上。一些個頭比較大的集成電路將通過防靜電托盤傳送。SMT設備從飛達中取出相應的元器件并將其貼裝到PCB上,由于PCB上的錫膏具有一定的粘性,因而在焊盤上的元器件有很好的附著效應。


          此時,PCB板將被傳送至回流焊錫爐中?;亓骱赶阮^擁有一個預熱區,電路板和元器件的溫度逐漸上升,然后進入高溫區,錫膏會融化并綁定焊盤和元器件,融化的錫膏表面張力會讓元器件保留在所處位置,不發生偏移,甚至該表面張力會自動將略有偏位的元器件拉回到正確位置?;亓骱附蛹夹g有很多種,一種是使用紅外燈(被稱為紅外回流焊),另一種是使用熱氣對流,還有一種是最為流行的技術,便是采用特殊的高沸點碳氟化合物液體(被稱為蒸汽回流焊)。鑒于環境考慮,這種技術在無鉛法規出臺后,逐漸放棄。2008年之前,采用標準空氣或者氮氣對流回流焊是主流。每種方法都有其優劣勢。紅外照射方式,板設計者必須注意:短元器件不會被高的元件所遮擋,但是如果設計者知道生產過程中使用蒸汽回流焊或者對流回流焊的話,元件位置便不會是需要考慮的因素。在回流焊階段,一些非常規或者熱敏感元器件需要手工焊接,但對于大量的這種元件,就需要通過紅外光束或者對流設備來完成相應的回流焊接工藝。


          如果PCB板是雙面設計,那么所有的錫膏印刷、貼裝和回流焊過程需要重復一次,通過錫膏或者紅膠將元件粘附在指定位置。如果需要機型波峰焊工藝,元件需要借助紅膠進行粘附,以防止元件在波峰焊受熱過程中由于焊錫融化而造成的脫落。


          完成焊接過程后,板面需要經過清洗,以去除松香助焊劑以及一些錫球,防止他們造成元件之間的短路。松香助焊劑通過碳氟化合物溶劑、高燃點碳氫化合物溶劑或者低燃點溶劑(比如從橙皮中提取的檸檬油精)進行清除。水溶性助焊劑通過離子水和清潔劑清除,然后利用風刀快速移除表面水分。但是,絕大不分的貼裝執行無清洗過程,即松香助焊劑將留在PCB板的表面,這將節約清洗成本、提高生產效率、減少浪費。


          一些SMT貼裝生產標準,比如IPC(Association Connecting Electronics Industries)需要執行清洗標準,以便確保PCB板的清潔,甚至一些無須清理的助焊劑也必須被清除。正確的清晰將清理掉線路之間的肉眼無法識別的助焊劑、臟污和雜質等。但是,并不是所有廠商會嚴格遵從IPC標準并顯示在板面上,或者客戶根本不在意。事實上,很多廠家的制作標準是比IPC標準更加的嚴格。


          最后,PCB板需要經過目檢,查看是否元件漏貼、方向錯誤、虛焊、短路等。如果需要,有問題的板需要送至專業的返修臺進行維修,比如經過ICT測試或者FCT功能測試環節,直至測試PCB板工作正常。


          SMT優勢


          SMT相比傳統的過孔插裝技術具有如下主要優勢:
          (1)更小的元器件。2012年即實現0.4*0.2mm(0.016*0.008 in: 01005),并有更小型化的發展趨勢
          (2)更高的元件密度(單位面積內的元件數)以及單個元件更多的連接數
          (3)更高的連接密度
          (4)更低的成本和時間(上線生產)
          (5)PCB設計和制作中更少的孔
          (6)更加簡單快速的貼裝
          (7)元件貼裝中的微小錯誤會因為融化錫膏的表面張力自動拉伸修復
          (8)元件可以在板的上下兩面進行貼裝焊接
          (9)更低的電阻和電感效應,導致更少的RF信號效應
          (10)在振動和跌落情況下更好的機械性能
          (11)很多SMT元件相比插件元件要更加便宜
          (12)更好的EMC性能,鑒于更小的電磁線圈從而產生更低的電磁輻射


          SMT劣勢


          (1)因為更小尺寸和SMD引線間距,貼裝或者元件層面的手工維修更加困難,需要專業熟練工人和更貴的返修工具進行操作
          (2)SMD元件不能直接用于插入式母板(一種快速測試打樣工具),需要定制一塊PCB或者將SMD元件焊接到引腳載具上。
          (3)SMD焊錫連接可能在熱力循環中被灌注成分損壞
          (4)SMT焊接連接處變得更小,間距越來越小,導致SMT工藝要求精度更高
          (5)SMT不適于大體積、高能、高電壓元件,例如電源電路中的變壓器等,將SMT和插件工藝融合在一起,是比較常見的。
          (6)SMT不適用于頻繁機械應力的應用中,比如一些連接器,作為接口同外部連接,頻發拔插對于焊接的穩定性提出了挑戰


          SMT返修


          smt維修在整個PCBA加工工藝過程中,SMT問題元件經常采用電烙鐵或者非接觸式返修系統進行維修。在通常情況下,返修系統是更好的選擇,因為SMD元件的維修需要相當熟練技能,并且不太容易。非接觸式焊接返修方法:紅外焊接和熱氣焊接。
          紅外方式
          通過紅外焊接方式,焊接處經過長短波的電磁感應而受熱融化。優勢有:
          (1)建議安裝
          (2)無須加壓空氣
          (3)無須針對不同元件的吸嘴,減少更換吸嘴的成本
          (4)快速紅外源的反應
          劣勢
          (1)中央區域相比外圍區域受熱更多
          (2)溫度控制不夠精確,極易達到峰值
          (3)周圍元件需要覆蓋,避免損害,需要更多的時間
          (4)表面溫度取決于元件的反射率
          (5)溫度取決于表面形狀,對流能量損耗將減少元件的溫度
          (6)沒有回流氛圍可能性


          熱氣方式
          在熱氣方式的焊接中,連接處的能量受熱通過熱氣傳輸,通常借助空氣或者氮氣。優勢
          (1)模仿回流焊接中的場景
          (2)一些系統允許在熱空氣和氮氣中進行切換
          (3)標準元件吸嘴,擁有更高的穩定性和快速處理過程
          (4)允許可再生焊接
          (5)足夠的熱能,大量元件均可以受熱
          (6)受熱均勻
          (7)元件受熱溫度不會超過設定的氣體溫度
          (8)回流之后的快速冷卻,導致更小的焊接紋路
          劣勢:熱發生器的熱力性能導致較慢的反應。返修通常能夠更正一些由于人工或者機器引致的錯誤,包含如下步驟
          融化焊錫并且移動元件
          移動殘余焊錫
          直接或分發式印刷錫膏在PCB板上
          貼裝新的元件并回流焊


          一些情況下,成百上千個相同的元件需要維修。這種錯誤經常在貼裝過程中發生并被捕獲。但是,當發現過晚時,就要面臨大批量的維修,此時需要有針對性的維修策略,確保維修的品質。


          SMT封裝


          SMT貼裝元器件通常比其他引腳元件要小,設計之初也是便于機器大規模的批量生產,而非通過手工方式。電子產業擁有其標準的封裝形式和大?。ㄐ袠I領先的標準是JEDEC),包含:
          圖表中的代碼通常以英寸或者毫米來定義元器件的長度和寬度。例如,公制2520元件就是2.5mm*2.0mm,用英寸來表示就大概是0.10*0.08inch(因此,定義尺寸就是1008)。


          公制尺寸公制尺寸英制尺寸
          0402010050.4 mm × 0.2 mm
          0.0157 in × 0.0079 in
          060302010.6 mm × 0.3 mm
          0.024 in × 0.012 in
          100504021.0 mm × 0.5 mm
          0.039 in × 0.020 in
          160806031.6 mm × 0.8 mm
          0.063 in × 0.031 in
          201208052.0 mm × 1.25 mm
          0.079 in × 0.049 in
          252010082.5 mm × 2.0 mm
          0.098 in × 0.079 in
          321612063.2 mm × 1.6 mm
          0.126 in × 0.063 in
          322512103.2 mm × 2.5 mm
          0.126 in × 0.098 in
          451618064.5 mm × 1.6 mm
          0.177 in × 0.063 in
          453218124.5 mm × 3.2 mm
          0.18 in × 0.13 in
          456418254.5 mm × 6.4 mm
          0.18 in × 0.25 in
          502520105.0 mm × 2.5 mm
          0.197 in × 0.098 in
          633225126.3 mm × 3.2 mm
          0.25 in × 0.13 in

          29207.4 mm × 5.1 mm
          0.29 in × 0.20 in



          smt封裝尺寸


          鉭電容封裝尺寸表格


          封裝長度 X 寬度 X 厚度
          EIA 2012-12 (Kemet R, AVX R)
          2.0 mm × 1.3 mm × 1.2 mm
          EIA 3216-10 (Kemet I, AVX K)
          3.2 mm × 1.6 mm × 1.0 mm
          EIA 3216-12 (Kemet S, AVX S)
          3.2 mm × 1.6 mm × 1.2 mm
          EIA 3216-18 (Kemet A, AVX A)
          3.2 mm × 1.6 mm × 1.8 mm
          EIA 3528-12 (Kemet T, AVX T)
          3.5 mm × 2.8 mm × 1.2 mm
          EIA 3528-21 (Kemet B, AVX B)
          3.5 mm × 2.8 mm × 2.1 mm
          EIA 6032-15 (Kemet U, AVX W)
          6.0 mm × 3.2 mm × 1.5 mm
          EIA 6032-28 (Kemet C, AVX C)
          6.0 mm × 3.2 mm × 2.8 mm
          EIA 7260-38 (Kemet E, AVX V)
          7.3 mm × 6.0 mm × 3.8 mm
          EIA 7343-20 (Kemet V, AVX Y)
          7.3 mm × 4.3 mm × 2.0 mm
          EIA 7343-31 (Kemet D, AVX D)
          7.3 mm × 4.3 mm × 3.1 mm
          EIA 7343-43 (Kemet X, AVX E)
          7.3 mm × 4.3 mm × 4.3 mm



          鋁電解電容規格表


          封裝尺寸
          Panasonic / CDE A, Chemi-Con B
          3.3 mm × 3.3 mm
          Panasonic B, Chemi-Con D
          4.3 mm × 4.3 mm
          Panasonic C, Chemi-Con E
          5.3 mm × 5.3 mm
          Panasonic D, Chemi-Con F
          6.6 mm × 6.6 mm
          Panasonic E/F, Chemi-Con H
          8.3 mm × 8.3 mm
          Panasonic G, Chemi-Con J
          10.3 mm × 10.3 mm
          Chemi-Con K
          13.0 mm × 13.0 mm
          Panasonic H
          13.5 mm × 13.5 mm
          Panasonic J, Chemi-Con L
          17.0 mm × 17.0 mm
          Panasonic K, Chemi-Con M
          19.0 mm × 19.0 mm


          13600295515
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