SMT生产线又叫
SMT贴片,英文名是
surface Mount Technology,简称SMT,是在混合
集成电路技术的基础上发展而来。它是一种无需在印制板上钻插装孔。而直接将表面组装元器件贴焊到印制线路板的规定位置,用焊料使元器件与印制线路板之间构成机械和电气连接的电子组装技术。
SMT生产线主要由
焊锡膏印刷、元器件表面贴装、
回流焊接和清洗等工序组成,基本过程是利用
钢网等设备在待焊接区上涂抹锡膏,然后使用
贴片机将元器件放置在指定位置,再通过回流焊将电子元器件与
焊盘固定,最后,进行清洗以去除焊接过程中的杂质和残留物。SMT生产线主要设备有表面涂敷设备、贴装机、
回流炉、清洗机、测试设备等组成。
20世纪80年代,SMT技术成为国际上最热门的新一代电子组装技术,被誉为电子组装技术一次革命。SMT生产线具有低成本、高可靠性、高效率等优点,使得SMT生产线由初期主要应用在军事、航空、航天等尖端产品和投资类产品逐渐广泛应用到
计算机、通讯、军事、工业自动化、消费类电子产品等各行各业。
发展历史
20世纪40年代,伴随着
晶体管的诞生和
有机高分子化合物聚合物的出现,以及印刷
电路板的研制成功,人们开始尝试将晶体管以及通孔元件直接焊接在印刷电路板上,使电子产品结构更加紧凑。
20世纪50年代,英国人研制出世界上第一台波峰焊接机,人们将晶体管一类通孔元件插装在印刷电路板上,采用波峰焊接技术实现了通孔组件的装联后,半导体
收音机、黑白电视机迅速在世界各地流行起来。波峰焊接技术的出现开辟了电子产品大规模生产的新纪元,它对全世界电子工业生产技术发展做出了重要贡献。
到了20世纪60年代,在电子表行业以及军用通信中,人们开发出了无引线电子元件,并将其直接焊接到印刷
电路板的表面,实现了电子表微型化的目的,这就是今天称之为“表面贴装技术”的雏形。
20世纪70年代初期,SMT将小型化的贴片元件用到了混合电路中,比如
石英电子表和电子计算器,并开始对
集成电路的制造工艺和技术领域发挥作用。
1976-1985年之间,SMT生产线在摄像机、耳机式收音机和电子照相机等产品中得到广泛应用,伴随着自动化表面装配设备的发展,片状元件的安装工艺和支撑材料也成熟起来,为SMT的发展奠定了基础。
1986年之后,伴随着SMT生产线的成本下降,进一步地改善电子产品的性价比。SMT开始应用在军事和工业设备等领域,大量自动化表面装配设备和工艺手段的出现推动了片式元器件在PCB上的使用量快速增长。
2008年4月8日至11日,
上海市举办了第十八届中国国际电子生产设备暨微电子工业展/中国国际电子制造技术展览会,是
亚洲最大表面贴装(SMT)及电子制造技术展会,汇集了全球的各类企业,向行业展示最新的
电子技术和产品,并提供元器件、设备及相关产品的最新信息。
主要工艺流程
SMT的主要工艺流程是利用
钢网等设备在待焊接区上涂抹
焊锡膏,然后使用
贴片机将元器件放置在指定位置,再通过回流焊将电子元器件与
焊盘固定,最后,进行清洗以去除焊接过程中的杂质和残留物。
焊膏印刷工艺
焊膏印刷工艺的主要步骤包括:选择合适的焊膏材料,和合适的印刷模板,如金属钢网,根据焊膏性质和PCB要求,调节印刷机参数,如压力、速度和刮刀高度;确保焊膏均匀地印刷在PCB上;将焊膏挤压在印刷模板上,并用刮刀将焊膏均匀刮平,填充钢网上的小孔。工艺结束后,还可通过光学、机械或自动检测,检查印刷是否均匀、完整,是否有欠填、过填等缺陷。
焊膏印刷是表面组装技术的核心工艺,其加工质量关系到元件贴装、回流焊及产品整体性能。
焊膏印刷的方式很多,如聚膜手工刻膜印刷、金属模板印刷、以及焊膏全自动喷印技术等。其中,金属模板印刷被广泛采用,焊膏印刷工艺有三个重要因素:焊膏、印刷模板和刮刀。
元器件贴装工艺
元器件贴装工艺一般需要使用到
贴片机,它是表面贴装的重要设备,其装配工艺是影响表面贴装过程的关键技术。整个流程是首先将PCB板通过传送带输送到相应位置并固定下来,然后将贴片头移到供料器的相应位置吸取元器件,经视觉检测(部分元器件需要)后移到PCB板上的相应位置依次贴装这些元器件。这样一个从元器件吸取到贴装的操作过程被称为一个取贴循环,如此反复取贴,直到所有元器件贴装完毕。
回流焊工艺
回流焊工艺,又称为再流焊,是利用重新融化在
PCB焊盘上预分配的软焊料,实现更好连接的工艺。它可以将无引线或短引线的元器件直接粘贴在PCB表面上,并通过相应技术手段进行焊接。在整个SMT生产中,回流焊工艺发挥着重要的作用。
回流焊工艺的关键在于管理回流焊温度,通过实时记录焊接过程温度的变化来绘制回流焊温度曲线。根据
焊锡膏和元件的最佳可焊性及平衡指标,检测PCB上的温度分布情况,以避免温度过高对元件造成损坏,或温度不足造成焊接缺陷。因此,正确设置回流焊温度曲线是保障焊接质量的前提。
清洗与测试
清洗的主要目的是清除再流焊后的助焊剂残留物以及组装工艺过程中造成的污染物。PCB板冷却后,在
乙醇和汽油的混合液等刷洗PCB板,或者将PCB板置于
超声波清洗槽,加入混合液,将PCB板上的焊珠、助焊剂等清洗干净。
而测试的目的是通过ICT、FCT、AOI等检测设备对加工完成的印刷电路板进行全面的诊断,用于发现错料、缺料、偏料、搭焊、空焊等品质问题。
核心设备组成
焊膏印刷机
焊膏印刷机的基本结构主要由机架、印刷工作台(PCB夹持装置、PCB传输系统、止挡器、
钢网固定机架)、刮刀、印刷头移动系统,部分还有PCB视觉定位系统等组成。
焊膏印刷机是焊膏印刷工艺的核心机器,
焊锡膏印刷机的工作原理是传输系统将PCB板运输固定在印刷机工作台,通过视觉定位系统将钢网开孔位置与PCB
焊盘位置对中,工作台上升。然后由印刷机的左右刮刀把锡膏通过钢网孔漏印于PCB焊盘上。
贴装机
贴装机也被称为SMT贴片设备或贴片机,是一种用于将表面贴装元件精确地安装到PCB上的设备。它是
SMT贴片中的核心设备之一。根据贴片机的结构、技术特点和操作方法可以分为:单嘴单头顺序贴片机、多头直列式贴片机、转盘式贴片机、双列双臂式贴片机和多工作站贴片机。
贴片机的结构主要包括:机架,PCB传送机构,Table支撑台,X、Y robot,贴片头装置,Z/θ伺服定位系统,光学识别系统,供给部,电气保护装置,视觉识别校正系统和计算机操作软件。元件供给部、
基板(PCB)是固定的,贴片头(安装多个真空吸料嘴)在供给部与基板之间来回移动,将元件从供给部的喂料器取出,经过视觉识别系统对元件位置与方向的调整,然后贴放于基板上。
回流焊炉
回流焊炉的工作原理是通过将
电路板置于预热区,然后传送至焊接区进行焊接。预热区会先将电路板升温至一定温度,以使元件中的焊接剂熔化。然后,电路板进入焊接区,通过高温炉区将焊接剂加热至熔化温度,使元件与电路板之间形成可靠的焊点。最后,电路板经过冷却区冷却,使焊接剂凝固
固化,完成焊接过程。
SMT工艺中回流焊是关键工艺,它涉及材料、
流体力学、冶金学和自动控制等学科。尽管研究发现温度曲线热容量中个别温度和时间对回流焊的质量影响很大,但是整个区域的总热容量才是最关键的,在设置
回流炉温度曲线时需充分考虑待组装PCBA(PCB 空板经过SMT 上件,再经过DIP 插件的制程)的不同温区的热容量需求,以此为关键点协调本区的最高温度与时间。
测试设备
ICT(IN CIRCUIT TEST)在线测试是用
电学的原理对PCB及PCBA的线路及
电子组件的特性进行检查。检查项目有:开路,
短路,电子组件的特性不良,IC的保护
二极管不良,组件空焊,浮高等;但ICT测试存在明显的盲点是PCBA的外观不良(但不影响功能),如:组件的破损、组件的偏位、电器特性相通的短路、大
电容串联电容、大
电阻并联小电阻等。
FCT (Functional Circuit Test),即功能测试,指PCBA上电后的功能测试,是针对测试目标板(UUT:Unit Under Test)提供模拟的运行环境,使其工作于各种设计状态,从而获取各个状态的参数来验证UUT 的功能好坏的测试方法。
AOI(Automated Optical Inspection)为
AOI系统。是利用
CCD相机摄取影像,而影像是由像素组成,系统将实际影像进行颜色和灰度分析,与标准影像特征比对之后.即可判定是通过或错误,属于一种外观检验的方式。AOI是用光学的原理对PCB及PCBA上的电子组件进行外观检查,与ICT测试的侧重点与盲点是不同的,二者合并对PCBA进行测试,可以形成互补,这样将大大保证产品的质量。
表面涂敷设备
SMT的表面涂敷设备主要指为PCB板子提供额外的防水防尘等防护措施的设备,比如手工可以通过涂布
三防漆,它是一种特殊配方的涂料,用于保护线路板及其相关设备免受环境的侵蚀。三防漆固化后成一层透明保护膜,具有优越的绝缘、防潮、防漏电、防震、防尘、防腐蚀、防老化、耐电晕和耐高低温等性能。
常见的表面涂敷设备还有
灌胶机,它主要是通过气压控制,由压力将胶水压出有泵体控制出胶的大小,由机械臂控制出胶的移动位置。 全自动化的操作有效的解决了人工效率低的问题,在很大程度上也提高生产的质量。 灌胶机又称AB胶灌胶机,是专门对
流体进行控制,并将液体点滴、涂覆、灌封于PCB产品表面或产品内部的自动化机器,使其达到密封、固定、防水等作用的设备。
SMT特点
优点
SMT工艺,降低了电子产品的生产成本,可以有效避免了
寄生电容影响,提升电性能的高频度,增加数据传输速率,减小传输延迟,促进信号的快速传输;SMT工艺的密度较高,贴片元件其体积较小,重量较轻,有利于印制板面积的充分利用,还能促进了生产效率提高,避免了人工操作的弊端,保证产品质量。
缺点
SMT组装过程中需要更多的设备和技术。SMT组件通常较小且高度集成,难以手工维修和更换,维修的复杂性和成本较高,SMT元件的焊接可靠性,在环境振动或温度变化较大的应用中,受影响较大,可能导致连接失效。SMT要求
电路板上有充足的空间和适当的布局。
标准规范
SMT(表面贴装技术)的标准规范有
美国制定的IPC(国际电子工业联接协会)标准和中国的行业标准SJ/T等。
IPC J-STD-001:该标准规范了电子部品组装过程的要求和标准,包括焊接、组装、
表面处理和
质量控制。它指导着电子制造商和组装商在生产过程中的操作和质量控制。
IPC-CC-830:该标准规范了电子组装中使用的电子
清漆的要求和测试方法,以确保电子产品的保护和可靠性。
IPC-D-325:该标准规范了SMT组装过程中所使用的厚度测量设备和方法的要求和标准。
SJ/T 10670(表面组装工艺通用技术要求):该标准规定了表面贴装生产的设备、器件、生产工艺方法、特点、参数以及产品和半成品的一般工艺要求以及关于表面贴装生产过程防静电方面的特殊要求。
未来发展趋势
智能化
未来SMT生产线还将更加智能化,通过引入
机器视觉与人工智能技术,实现对生产过程的完全监控和分析,从而优化生产流程、预测生产效率和提高产品质量稳定性。
高效化
高生产效率是衡量SMT生产线的重要性能指标,未来SMT生产线的生产效率体现在产能效率和控制效率。产能效率是指SMT生产线上各种设备的综合产能。为了提高产能效率,一些SMT生产线的
回流炉后都配上了全自动的连线测试仪。这样,在整个生产过程中都可杜绝人为因素的干扰,大幅度提高产品生产速度,从而提高生产效率,而一些SMT生产线正从传统的单路连线生产向双路连线生产方式发展,在减少占地面积的同时。控制方式上已从传统的分步控制方式向集中在线优化控制方向发展,生产板转换时间越来越短。
数字化
数字化的生产线可以实现生产过程的
可视化和数据化,未来SMT生产线还能够积累丰富的生产数据并分析和优化生产过程。数字化还可以通过远程监控和控制提高生产的透明度和灵活性。
微型化
随着电子产品的追求更小、更薄、更轻的趋势,表面组装元器件 (SMD)也向小型、薄型和细间距方向持续发展。
引脚间距从 1.27mm发展到现在的0.3mm间距;近年来BGA、CSP 等接近片尺寸的封装成为IC封装主流,目前0.635mm和0.5mm间距的 QFP器件已经成为工业和军用电子设备的通用器件,高级封装技术,如微型封装和3D封装,将推动SMT技术向更高级别的封装和组装发展。
模块化
SMT技术与高密度封装技术相结合必将推动封装技术向模块化、系统化方向发展。
超大规模集成电路、复合化片式元件、多层陶瓷基板技术(特别是LTCC 技术)三维立体组装技术、埋置无源元件技术、SOC 技术、MEMS 技术、MCM 技术等新技术的开发和应用,模块化和系统化推动SMT向更简单、更优化、低成本、高速度、高可靠方向发展。
主要SMT设备厂家
富士机械成立于1951年7月11日,总部位于日本
广岛县安艺郡府。
富士机械的主要产品包括自动贴片机、焊膏印刷机、检测设备、组装机械等。
松下电器是日本一家电子厂商,成立于1918年的
大阪。
松下提供一系列的表面贴装设备和解决方案,包括贴装机、喷锡机、印刷机、检查设备等。
西门子是一家多元化企业,成立于1847年。西门子集团经营多个领域,SMT相关的主要产品包括自动贴片机、
焊膏印刷机、检测设备、组装机械等。
4.Koh Young Technology
Koh Young是一家韩国公司,成立于2002年,专注于3D光学检测设备及解决方案,为SMT制造商提供组装
质量控制和自动化检测技术。
5.Mycronic
Mycronic是一家
瑞典公司,成立于1969年,最初生产追踪
神经元信号仪器,后来开始涉足高级SMT和光电子制造设备。其产品包括
贴片机、
回流炉、
光刻机等。