SMT表面贴装技术工艺应用实践与趋势分析

随着科学技术的发展，现SMT表面贴装技术已成为微小型电子产品制造所使用的主流装配工艺技术，并越来越受到人们的关注。文章简单阐述了SMT表面贴装技术的基本概念及特点，分析了表面贴装技术工艺的应用实践，并展望了SMT表面贴装技术的发展趋势。

【关键词】SMT 表面贴装技术 回流焊接

微电子技术及计算机技术的不断发展，使得贴片元器件的使用范围也越来越广泛，这就对电子组装工艺提出了更高的要求。SMT是一种新型的电子表面贴装技术，近些年来，诸多电子技术相对发达的国家都纷纷扩大SMT的应用领域，现很多技术发达国家已利用SMT取代了传统的通孔插装技术，有效提高了电子产品的生产效率。发展至今，SMT表面贴装技术已被世界认同，并成为电子设备不断向前发展的主要技术支持。

1 SMT表面贴装技术概述及特点

SMT全称“Surface Mount.Technology”，即表面贴装技术，简单来说就是将SMC（贴片元器件）贴到PCB（印刷电路板）上的一种新型电子产品装配技术，具体的就是利用工具在SMB板的焊盘上涂上粘接剂或是焊膏印，然后再将SMC的引脚贴于焊盘上，最后采取波峰焊或是回流焊等方式进行焊接，从而使机械与电气相互连接，其示意图如图1。表面贴装技术是一项系统化的工程，其涵盖了多种学科和技术，如表面安装元器件技术、SMT设备技术、SMT基板制造技术、SMT组装设计技术、SMT工艺制造技术、SMT组件测试技术等等。相比于传统的THT（通孔技术），SMT最大的不同之处在于元器件，THT使用的是长引脚元器件，元器件置于PCB的组装方式为插入焊盘孔内；而SMT所使用的是无引线或是短引线元器件，元器件置于PCB的组装方式为贴装在其表面。另二者的焊接方式也存在差异，SMT采取的是回流焊接法；THT采取的是焊料熔化焊接法。

SMT表面贴装技术的特点主要表现在以下方面：

1.1 组装密度高、体积小

相比于通孔元器件，贴片元器件的体积大大减小，重量也只有通孔元器件的10%左右。据分析，使用SMT之后，电子产品的体积可缩小40%-60%，重量也可减轻60%-80%。

1.2 可靠性强

因贴片元器件体积小、重量轻，中上其焊点缺陷率低，所以SMT具强可靠性，且抗震能力也有所提高。

1.3 良好的高频特性

SMT所使用的是无引线或是短引线元器件，有效减小了寄生电感及寄生电容存在的可能性，从而使电路高频特性得以提高，减少了电磁和频射所带来的干扰。

1.4 成本低

因SMC体积减小，PCB的使用面积则会减小，电子产品的体积自然也会大大减小，这在很大程度上降低了电子产品的生产成本；PCB的钻孔数量少，产品的维修成本也会下降；另因具良好的频率特性，有效降低了电路调试成本。据分析，使用SMT之后，电子产品的生产成本将下降30%-50%，大大节省了材料、能源及人力等方面的消耗。第五，有效实现自动化生产，SMT生产线上可利用自动贴片机来实现自动化生产，提高生产效率。

2 SMT表面贴装技术工艺应用实践

2.1 SMT表面贴装技术的组装类型及流程

SMT表面贴装技术涉及各专业及学科技术，除了其本身设备的相关技术如SMC的封装与制造、电路基板、电路布局、贴装工艺流程设计、贴装材料选择、涂敷、焊接等技术之外，还包括清洗、检测、维修及维护等方面技术。SMT组装类型的分类主要是根据元器件及组装方式进行划分的，包括全表面组装、单面混合组装和双面混合组装。

全表面组装是指PCB单面或双面所使用元器件均为贴片式元器件的组装方式。此组装方式具工艺简单、组装元器件体积小、重量轻等特征，且其组装密度较高。其工艺流程如下：

PCB投板——锡膏印刷——印刷检查——贴片——贴片检查——回流焊接——焊接后检查

单面混合组装是指PCB单面所使用元器件为贴片元器件与通孔元器件的混合的组装方式。此组装方式的工艺相对复杂，但因有部分元器件为通孔封装式，有时也需要使用通孔元器件，所以单面混合组装类型也比较适用。其工艺流程如下：

PCB投板——锡膏印刷——印刷检查——贴片——贴片检查——回流焊接——焊接后检查——插件安装——插件检查——波峰焊接——冷却——清洗——焊接后检查

双面混合组装包括两种情况：一种是PCB的一面都利用插装法进行通孔元器件的安装，另一面则都利用表面贴装法进行贴片元器件的安装；另一种是PCB双面所使用的元器件既有贴片元器件也有通孔元器件，贴片元器件的焊接位置与元器件同面，通孔元器件的焊接位置在元器件背面。此组装方式要求操作者具较高的工艺水平，且焊接无法一次性完成，在安装另一面元器件时需将之前已贴好或是插装好的元器件进行加固之后才能进行。其工艺流程如下：

PCB投板——锡膏印刷——印刷检查——贴片——贴片检查——回流焊接——焊接后检查——插件安装——插件检查——加固——波峰焊接——冷却——清洗——焊接后检查

SMT表面贴装技术的三种不同组装类型各具优势，工艺流程的复杂程度也各不相同，在实际工作当中，操作者可根据电子产品的具体装配要求来选择适当的组装方式。

2.2 SMT表面贴装技术的应用实践

以某产品的PCB丝印为例。此产品PCB所使用元器件既有贴片元器件也有通孔元器件。利用SMT技术的一般工艺流程为：PCB质量检查——PCB预烘——丝印锡焊膏——丝印质量检查——贴装元件——贴装质量检查——回流焊接——焊接质量检查。其中最为关键的环节有丝印、贴装元件和回流焊接，本文重点讨论此三个关键环节的工艺过程。

2.2.1 丝印

本产品利用SMT技术时进行丝印时所使用的是德国AUTODESK公司推出的BS1400型丝印机，此设备视觉对位系统精度高、编程软件灵活且刮刀为金属质地，可实现产品的批量生产。丝印过程包括搅拌焊膏和丝印锡焊膏两个步骤。其中搅拌焊膏主要目的是使焊膏更均匀并控制焊膏的粘度。焊膏的粘度会对印刷性能产生很大影响，若粘度过大，焊膏难以通过模板开孔，导致印刷细条不完整；若粘度过小，则容易出现流淌和塌边的情况，导致印刷分辨率降低、线条不平整。焊膏的保存环境要求温度保持在0-5℃，在此环境下，焊膏中的各成分会自然分离。为此，在使用时应将焊膏取出后置于常温20min，使其自然升温，然后再利用玻璃棒进行搅拌，搅拌时间为10-20min；同时焊膏的使用对于环境也有要求，其理想环境要求温度保持在20-25℃，湿度保持在40%-60%之间。

丝印锡焊膏是利用丝印机将搅拌好的锡焊膏以漏印的方式置于于PCB焊盘上，以准备焊接元器件。丝印锡焊膏是SMT生产线的始端。在进行印刷时，对刮刀进行加压就可使刮刀以一定速度进行推移，从而使锡焊膏从丝印网板上的各个窗口漏印至PCB的焊盘上。在本产品的丝印过程中所使用的网板为激光切割式且经电镀成形，厚度0.15mm，具较高的焊接质量，焊接效果饱满且不会出现桥接现象。

2.2.2 贴装元件

贴装元件是指利用贴片机将SMC安装到PCB的固定位置。在进行印制板的生产之前，都需利用贴片机对其进行编程，程序的编制需根据元器件封装形式的不同以及送料器位置的不同进行编写，程序编写完成之后，利用该印刷板进行元器件的贴装时也必须依照程序而来，因此程序的编制必须准确无误，以免因程序编制错误而导致印制板无法使用，在进行元件的贴装时也务必要对首板进行检验。

在对印制板进行程序编写时应遵循先结构简单后结构复杂的顺序，即先编写阻容类元件程序后编写芯片类元件程序，每个程序编写完成后须进行封装，每个元件程序编辑完毕之后系统会自动跳入下一元件的编辑。要注意的是，若元件存在方向性，则要依照图纸的相关注明按正确的方向进行放置。另在焊接芯片类元器件之前，必须对引脚进行仔细检查，看其是否平整、完好。编程结束之后便可开始实施贴片生产，此过程由贴片机依照已编制好的程序进行自动化生产。

2.2.3 回流焊接

元器件贴片完成需进行检查，经检查无错误、反向或误贴等情况之后将印制板置于回流焊炉传送带上，实施最后一个步骤——回流焊接。对于回流焊接来说，最为关键的便是对温度的控制。回流焊接包括预热、保温、回流、冷却四步。预热是指加热PCB，使其温度由室温上升至150-170℃，从而快速进入保温段。保温的目的主要是使元器件能保持一个相对稳定的温度，以减小各元器件之间的温差，从而平衡电路板的温度，保温区温度一般控制在180℃左右。在回流区进行加热时，加热器的温度设置不得超过245℃，使各元器件温度能快速上升并达到最高值。

加热完成之后，利用传送带将PCB板运出炉膛，将其置于室温环境下自然冷却。在加热的过程当中，焊膏所含铅锡粉末已被融化且得到充分湿润，此时焊膏已可连接于PCB板表面，经自然冷却，PCB板便会现出明亮且有良好外形的焊点。在进行回流焊接时，焊接质量受环境湿度的影响较大，若环境湿度高于75%，零件的引脚和金属上则易出现白色腐蚀物，因此在实际操作的过程当中，要注意将环境湿度控制在40%-60%，以保证焊接质量。

2.2.4 防静电要求

静电会导致芯片失效，从而使生产出来的产品调试失败，影响产品生产的成功率。为避免这种情况，在实际的生产过程当中还应注意采取有效的防静电措施。首先要保持生产环境的防静电条件，如操作间使用防静电地板、防静电工作台；其次相关工作人员需着防静电装备；再次在进行检验及返修时需保持工作台面的清洁，工作人员需戴防静电手环，并利用防静电镊子或是真空吸笔取料，以免因用手直接接触元器件而出现静电；最后还应对相关设施进行定期防静电测试。

3 SMT表面贴装技术的发展趋势

随着科学技术的不断进步，SMT将会获得更好的发展，其在未来的发展趋势将会朝精细化、小型化道路前进，主要表现在以下方面：

（1）SMC/SMD体积将会更小，产量会不断扩大，现1005、0603型等表面贴装式电阻及电容已实现商品化。

（2）集成电路将实现SMT化并朝小型化方向发展，现脚间距为0.3mm的IC业已进入市场，并朝BGA方向发展。

（3）焊接技术将会更成熟。1994年，就已有焊接设备厂家制造出利用惰性气体实现波峰焊、回流焊的相关设备，同时出现了免清洗工艺，在未来的发展当中，免清洗工艺将会被大范围推广，利用惰性气体进行焊接的工艺也会被广泛使用。

（4）贴片设备及测试设备将会更加灵活、高效。现利用SMT技术的贴片速度为5500片/h左右，智能化及具高柔性贴片系统的使用大大降低了制造商的生产成品，提高了其生产效率和精度，同时满足了其贴片功能多样化的需求。

4 结语

相比于传统的THT，SMT具强可靠性、体积小、组装密度高、性能好等优势，基于这些优势，现SMT已成为电子产品及电子设备的主要装配技术，广泛应用于电子产品的生产制造领域。虽然SMT在实际的使用过程当中也存在部分问题，但是其所发挥的正面作用要更强，因此应大力提倡SMT技术的使用，同时不断深入研究，以完善SMT各工艺流程，使SMT能发挥其应有的作用，真正实现电子产品生产的自动化、集成化、装配模块化及工艺制程清洁化，引领电子行业走向可持续发展道路。

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作者简介

杜江淮（1974-），男，安徽省合肥市人。硕士学位。现为安徽职业技术学院电气工程系实验师。研究方向为电气自动化技术。

作者单位

安徽职业技术学院 安徽省合肥市 230011