现代电子装联技术

1. 现代电子装联技术 重庆工商职业学院 沈敏 2013年

2. 当前，我们正经历着一场新的技术革命，它 包含了新材料、新能源、生物工程、海洋工程、 航空航天和电子信息技术等领域，但其中影响最 大 、渗透性强、最具代表性的乃是电子信息技 术 。

3. 电子产品在我们的生活中无处不在， 如电子信息、电子仪器仪表、电子商务、 电子教育、电子娱乐、医疗电子、电力 电子和汽车电子等。

4. 电子装联技术是电子产品的支撑技术，是 衡量一个国家综合实力和科技发展水平的重要 标志之一，是电子产品实现小型化、轻量化、 多功能化、智能化和高可靠性的关键技术。

5. 电子装联Electronic Assembly——— 电子或电气产品在形成中所采用的 电连接和装配的工艺过程。

6. ●将电子元器件焊接、装配在基板 （PCB、铝基板、陶瓷基板等）上的过 程。

7. ●电子装联过程就是把电子元器件:无源器件,有源器件,接插件等按着●电子装联过程就是把电子元器件:无源器件,有源器件,接插件等按着 设计的要求——装焊图或电原理图,准确无误的装焊到基板上的指定焊盘 上,并且保证各焊点附合标准规定的物理特性和电特性的要求。 电连接：焊接、插接、绕接、铆接。 基板：PCB、铝基板、陶瓷基板、纸基板。 ●PCB即 Printed Circuit Board 的缩写，中文名称为印制电路板，又称印刷电路板、印刷线路板

8. 电子装联技术范围： ●电子装联工艺技术 ●电子装联设备设计制造术 ●电子元器件设计制造技术； ●PCB设计制造技术（非PCB板材）； ●电子装联生产辅料设计制造技术； ●静电防护技术; ●电子产品企业质量管理。

9. 材料 设备 电子装联 管理 检验标准 工艺方法

10. ●电子组装技术是一门电路、工艺、结构、元件、器件、●电子组装技术是一门电路、工艺、结构、元件、器件、 材料紧密结合的多学科交叉的工程技术，涉及集成电路技术、 厚薄膜混合微电子技术、PCB技术、表面贴装技术、电子电 路技术、CAD／CAT／CAM技术、互连技术、热控制技术、 封装技术、测量技术、微电子学、物理学、化学、金属学、 电子学、机械学、计算机学、材料科学、陶瓷等领域。

11. 电子装联方式： ●插装（ＴＨＴ） 通孔插装技术 Through Hole Technology ●表面贴装（ＳＭＴ） 表面贴装技术 Surface Mount Technology ●微组装（MPT） 微组装技术 Microelectronic Packaging Technology

12. MPT微组装技术 ：Microelectronic Packaging Technology MPT 综合运用微电子焊接接技术、表面贴装技术以及封装工艺，将大规模/ 或超大规模集成电路裸芯片、薄/厚膜混合集成电路、表面贴装元器件等 高密度地互连于多层板上并将其构成三维立体结构的高密度、高速度、高 可靠性，外形微小化，功能模块式的电子产品的一种电子装联技术。微组 装技术始于二十世纪八十年代中期，被人们称之为第五代电子装联技术。 该技术的核心是打破了元器件封装与印制板焊装的界限，将半导体集成电 路技术、薄/厚膜混合集成电路技术、表面贴装技术以及封工艺加以综合 运用，在多层板上高密度地实施机械与电子互连，在板级完成系统的组装。 实现电子产品（如组件、部件、系统）的外形微小化、功能模块化。20世 纪律性80年代后期就出现的多芯片组件/模块（MCM）就是微组装技术实 用化中最具有代表性的产品之一。

13. ●插装：（ＴＨＴ） ●特点：元器件脚穿过ＰＣＢ；元器件与焊接点不共面。 一种需要对焊盘进行钻插装孔，再将电 子元器件的引线（或引脚）（即通孔插装元器 件）插入印制板的焊盘孔内并加以焊接，与导 电图形进行电连接的电子装联技术 。

14. ●插装（ＴＨＴ）的发展： 手工 焊 浸焊 波峰焊

15. 1956年英国Fry’s Metal公司发明了印制路板波峰 焊法，意味着PCB 焊接领域的一个新时代的开始，它使 PCB 由人工烙铁逐点焊接进入到机器自动化大面积高效 率焊接的新时代。 全自动焊接机最早出现在日本，七十年代作为黑 白／彩色电视机的主要生产设备。八十年代起引进国内。 1904年第一只电子管诞生；1947年第一只晶体管诞生。电 子元器件的发展推进着电子装联的发展。

16. ●插装（ＴＨＴ）工艺流程： 元件成型 插件 波峰焊 手工焊

17. ●元件引脚成形是指根据元器件在印制板上 的安装形式，对元器件的引线进行整形，使 之符合在印制板上的安装孔位。

18. ●成型内容：电阻、电容的剪脚，打弯；IC的成型；元件的倒装成型（例：为散热将元件倒装）等。●成型内容：电阻、电容的剪脚，打弯；IC的成型；元件的倒装成型（例：为散热将元件倒装）等。 ●元件引脚成形有利于提高装配质量和生产效率， 使安装到印制板上的元器件美观

20. 元器件引线的弯曲 成形要求 ⑴ 引线弯曲的最小半径不得小于引线直径的2倍，不能“打死弯”； ⑵ 引线弯曲处距离元器件本体至少在2mm以上，绝对不能从引线的根部开始弯折。

21. 自动带式电容裁断机 滚轮式电阻整形机

22. ●插件： 利用手工和机械将电子元器件插入基板 的孔内。 分为手动、半自动、全自动三种方式 当孔径比引线（脚）宽（大）0.05 - 0.2mm,焊盘直径为孔径的2 - 2.5倍时，是焊接比较理想的条件。

23. ●波峰焊： 波峰焊是将熔融的液态焊料﹐借助泵的作用﹐ 在焊料槽液面形成特定形状的焊料波﹐插装（贴装） 了元器件的PCB置于传送链上﹐经过某一特定的角 度以及一定的浸入深度直线穿过焊料波峰而实现焊 点焊接的过程。

24. 波 峰 焊 示 意 图 压锡深度为PCB厚度的 1／3～1／2 链条倾角3至7度 预热2 预热1 助 焊 剂 涂 覆 焊接 250℃±5℃ 3至5秒（有铅 焊料） 90℃～130℃ 1min～3min

25. 移动方向 焊料 叶泵

26. 波峰焊接过程： 装板 助焊剂涂覆 预热 焊接 热风刀 卸板 冷却

27. 助 焊 剂 涂 覆 印制板经波峰机焊接时首先要经过助焊剂喷雾系 统，当传感器检测到印制板进入波峰机后，控制系统 打开位于印制板下方的喷嘴，在压缩空气的推动下助 焊剂经喷嘴喷出雾状液体助焊剂，喷嘴自动沿前进方 向的左右运动，使整块印制板反面都均匀地喷上助焊 剂。

28. ●助焊剂作用： （1）除去焊接表面的氧化物 （2）防止焊接时焊料和焊接表面再氧化 （3）降低焊料的表面张力 （4）有助于热量传递到焊接区

29. 预热 ●预热的作用： 传输导轨将印制板继续往前送到预热区，预热区是由红 外发热管或红外射灯组成的，预热温度由控制系统调整决定。 印制板在预热区加热到90℃-130℃，印制板上的助焊剂活性 物质分解活化，与板上的氧化物和其他污染物反应生成残渣 暂时附着在印制板上，使助焊剂中的溶剂充分挥发，以免印 制板通过焊锡时，影响印制板的润湿和焊点的形成；使印制 板在焊接前达到一定温度，以免受到热冲击产生翘曲变形。

30. 焊 接 ●焊接区 经预热的印制板传送导轨送到波峰炉，目前多数波峰机都采用双波 峰在波峰焊接时，PCB板先接触第一个峰，然后接触第二个波峰。第一个 波峰由窄喷嘴喷流出的“湍流”波峰，流速快，对组件有较高的垂直压力 ，使焊料对尺寸小，贴装密度高的表面组装元器件的焊端有较好的渗透性 ，以消除由于气泡遮蔽效应和阴影效应的影响。 经过第一个波峰的产品，因浸锡时间短以及部品自身的散热等因 素，浸锡后存在着很多的短路，锡多，焊点光洁度不良以及焊接强度不 足等不良内容。因此，紧接着必须进行浸锡不良的修正，这个动作由喷 流面较平较宽阔，波峰较稳定的二级喷流进行。这是一个“平滑”的波 峰，流动速度慢，有利于形成充实的焊缝，同时也可有效地去除焊端上 过量的焊料，并使所有焊接面上焊料润湿良好，消除了可能的拉尖和桥 接，获得充实无缺陷的焊缝，最终确保了组件焊接的可靠性。

31. ●冷却系统 是将已经焊接好的印制板用风扇快速降温使焊锡尽快冷却，以便进入下道工序。 ●简约焊接过程： （当PCB进入波峰面前端时﹐基板与引脚被加热﹐并在 未离开波峰面之前﹐整个PCB焊接面浸在焊料中﹐即被焊料 所桥联﹐但在离开波峰尾端的瞬间﹐少量的焊料由于润湿力 的作用﹐粘附在焊盘上﹐并由于表面张力的原因﹐会出现以 引线为中心收缩至最小状态﹐此时焊料与焊盘之间的润湿力 大于两焊盘之间的焊料的内聚力，因此会形成饱满圆整的焊 点﹐离开波峰尾部的多余焊料﹐由于重力的原因回落到锡锅 中 ，从而完成焊接过程。）

32. ● 焊接过程中的工艺参数控制 预热温度的控制预热的作用：（1）使助焊剂中的溶剂充分挥发，以免印制板通过焊锡时，影响印制板的润湿和焊点的形成；（2）使印制板在焊接前达到一定温度，以免受到热冲击产生翘曲变形。一般预热温度控制在90℃～130℃，（也有150甚至更高的说法）预热时间1min～3min。焊接轨道倾角轨道倾角对焊接效果的影响较为明显，特别是在焊接高密度器件时更是如此。当倾角太小时，较易出现桥接，特别是焊接中，器件的“遮蔽区”更易出现桥接；而倾角过大，虽然有利于桥接的消除，但焊点吃锡量太小，容易产生虚焊。轨道倾角应控制在3°-7°之间。 波峰高度波峰的高度会因焊接工作时间的推移而有一些变化，应在焊接过程中进行适当的修正，以保证在理想高度进行焊接；压锡深度为PCB厚度的1／3～1／2为准。焊接温度焊接温度是影响焊接质量的一个重要的工艺参数。 焊接温度过低时，焊料的扩展率、润湿性能变差，使焊盘或元器件焊端由于不能充分地润湿，从而产生虚焊、拉尖、桥接等缺陷；焊接温度过高时，则加速了焊盘、元器件引脚及焊料的氧化，易产生虚焊。焊接温度应控制在250℃±5℃。无铅260—270℃，时间3-5秒。

33. 波峰焊接焊点质量判定： 重庆普天普科公司按： IPC—A---610D电子组装件的验收条件，判定的依据是其中二级产品的可接收条件进行判定（2004拟定）（SMT及THT均按此标准） IPC（美国电子电路与电子互连行业协会） 简约地讲： （元件脚伸出PCB 0.75—1.5毫米、OPT公司为1±0.25毫米；锡不能将脚包完—— 头可见；（也有从可见到≤0.38一说）焊锡与PCB平面夹角≤30度；无缺锡、拉尖、空洞，应光亮、均匀。

34. 表面贴装（SMT） 一种无需对焊盘进行钻插装孔，直接将 表面贴装元器件平贴并焊接于印制板的焊盘 表面上与导电图形进行电连接的电子装联技术. ●特点：元件脚不穿过PCB，元件与焊点共面。

35. 表面贴装电子产品的特点 1.组装密度高、电子产品体积小、重量轻，贴片元件的体 积和重量只有传统插装元件的1/10左右，一般采用SMT之后， 电子产品体积缩小40%~60%，重量减轻60%~80%。 2.    可靠性高、抗振能力强。焊点缺陷率低。 3.    高频特性好。减少了电磁和射频干扰。 4.易于实现自动化，提高生产效率。 5.    降低成本达30% - 50%。节省材料、能 源、设备、人力、时间等

36. SMT是电子装联技术的发展趋势 其表现在： 1.电子产品追求小型化，使得以前使用的穿孔插件元件 已无法适应其要求。 2.电子产品功能更完整，所采用的集成电路(IC)因功能 强大使引脚众多，已无法做成传统的穿孔元件，特别是大规 模、高集成IC，不得不采用表面贴片元件的封装。 3.产品批量化，生产自动化，厂方要以低成本高产量， 出产优质产品以迎合顾客需求及加强市场竞争力。 4.电子元件的发展，集成电路(IC)的开发，半导体材料的多元应用。 5.电子产品的高性能及更高装联精度要求。 6.电子科技革命势在必行，追逐国际潮流。

37. ●SMT是从70年代发展起来，到90年代 广泛应用的电子装联技术。由于其涉及多学 科领域，使其在发展初其较为缓慢，随着各 学科领域的协调发展，SMT在90年代得到讯 速发展和普及，21世纪SMT已成为电子装联 技术的主流。 ●1963年第一只贴装元件诞生。 ●2010年是中国引进SMT设备25年。 ● 现在中国已能生产所有SMT设备

39. 表面贴装工艺流程 一、单面组装： 来料检测=> 丝印焊膏（点贴片胶）=>贴片 => 烘干（固化）=> 回流焊接=> 清洗 => 检测=> 返修 二、双面组装； A：来料检测=> PCB的A面丝印焊膏（点贴片胶）=>贴片 =>烘干（固化）=> A面回流焊接 => 清洗 =>翻板=> PCB的B面丝印焊膏（点贴片胶）=> 贴片 => 烘干 => 回流焊接 （最好仅对B面 => 清洗 =>检测 => 返修） 此工艺适用于在PCB两面均贴装有PLCC等较大的SMD时采用。

40. B：来料检测 => PCB的A面丝印焊膏（点贴片胶）=> 贴片 => 烘干（固化）=> A面回流焊接 => 清洗 =>翻板=> PCB的B面点贴片胶 => 贴片 => 固化 => B面波峰焊 => 清洗 => 检测 => 返修） 此工艺适用于在PCB的A面回流焊，B面波峰焊。在PCB的B面组装的SMD中，只有SOT或SOIC（28）引脚以下时，宜采用此工艺。 三、单面混装工艺： 来料检测 => PCB的A面丝印焊膏（点贴片胶）=> 贴片 => 烘干（固化）=>回流焊接 => 清洗 => 插件 =>波峰焊 =>清洗 => 检测 => 返修

41. D：来料检测 => PCB的B面点贴片胶 => 贴片 => 固化 => 翻板 => PCB的A面 丝印焊膏 => 贴片 => A面回流焊接 => 插件 => B面波峰焊 => 清洗 => 检测 => 返修 A面混装，B面贴装。先贴两面SMD，回流焊接，后插装，波峰焊 E：来料检测 => PCB的B面丝印焊膏（点贴片胶）=> 贴片 => 烘干（固化）=> 回流焊接 => 翻板 => PCB的A面丝印焊膏 => 贴片 => 烘干 => 回流焊接1（可采用局部焊接）=> 插件 => 波峰焊2 （如插装元件少，可使用手工焊接）=> 清洗 => 检测 => 返修 A面贴装、B面混装。

42. 四、双面混装工艺： A：来料检测 => PCB的B面点贴片胶 => 贴片 => 固化 => 翻板 =>PCB的A面插件 => 波峰焊 => 清洗 => 检测 => 返修 先贴后插，适用于SMD元件多于分离元件的情况 B：来料检测 => PCB的A面插件（引脚打弯）=> 翻板 => PCB的B面点贴片胶 => 贴片 => 固化 => 翻板 => 波峰焊 => 清洗 =>检测 => 返修 先插后贴，适用于分离元件多于SMD元件的情况 C：来料检测 => PCB的A面丝印焊膏 => 贴片 => 烘干 => 回流焊接 =>插件，引脚打弯 => 翻板 =>PCB的B面点贴片胶 => 贴片 => 固化 =>翻板 => 波峰焊 => 清洗 => 检测 => 返修 A面混装，B面贴装。

43. 双面插贴混装工艺流程 ●A面混装，B面贴装（小体积的R 、C、 L） 来料检测 A面印焊膏 A 面贴片 A 面回流焊 B面点胶 清洗 B面波峰焊 A 面插件 胶固化 B 面贴片 检测 注：面的定义不同

44. A面混装，B面贴装（小体积的R 、C、 L） A面印焊膏 A 面贴片 A 面回流焊 B面印焊膏 来料检测 清洗 B面手工焊 A 面插件 B面回流焊 B 面贴片 检测 适用于A面插件较少的产品

45. SMT流程 Screen Printer Mount Reflow AOI

46. Squeegee Solder paste Stencil 印刷Screen Printer Screen Printer 内部工作图 STENCIL PRINTING

47. 主 要 材 料 作 用 成 分 Sn/Pb Sn/Pb/Ag 焊料合 金粉末 SMD与电路的连接 松香，甘油硬脂酸脂 盐酸，联氨，三乙醇酸 活化剂 金属表面的净化 助 焊 剂 净化金属表面，与SMD保 持粘性 增粘剂 松香，松香脂，聚丁烯 溶 剂 丙三醇，乙二醇 对焊膏特性的适应性 Castor石腊（腊乳化液） 软膏基剂 摇溶性 附加剂 防离散，塌边等焊接不良 印刷Screen Printer 锡膏的主要成分：

48. 钢板制造技术 缺 点 简 介 优 点 在金属箔上涂抗蚀保护剂 用销钉定位感光工具将图 形曝光在金属箔两面，然 后使用双面工艺同时从两 面腐蚀金属箔 形成刀锋或沙漏形状 成本最低 周转最快 化学蚀刻钢板 纵横比1.5：1 要涉及一个感光工具 提供完美的工艺定位 通过在一个要形成开孔的 基板上显影刻胶，然后逐 个原子，逐层地在光刻胶 周围电镀出模板 电镀工艺不均匀失去 密封效果 没有几何形状的限制 电铸成型钢板 改进锡膏的释放 密封块可能会去掉 纵横比1：1 错误减少 直接从客户的原始Gerber 资料产生，在作必要修改 后传送到激光机，由激光 光束进行切割 激光光束产生金属熔渣 消除位置不正机会 激光切割钢板 造成孔壁粗糙 纵横比1：1 印刷Screen Printer 钢板(Stencil)制造技术:

49. 熔点范围 说 明 无铅焊锡化学成份 48Sn/52In 118°C 共熔 低熔点、昂贵、强度低 42Sn/58Bi 138°C 共熔 已制定、Bi的可利用关注 91Sn/9Zn 199°C 共熔 渣多、潜在腐蚀性 218°C 共熔 93.5Sn/3Sb/2Bi/1.5Cu 高强度、很好的温度疲劳特性 95.5Sn/3.5Ag/1Zn 218~221°C 高强度、好的温度疲劳特性 93.3Sn/3.1Ag/3.1Bi/0.5Cu 209°~ 212°C 高强度、好的温度疲劳特性 99.3Sn/0.7Cu 227°C 高强度、高熔点 232~240°C 95Sn/5Sb 好的剪切强度和温度疲劳特性 65Sn/25Ag/10Sb 233°C 摩托罗拉专利、高强度 96.5Sn/3.5Ag 221°C 共熔 高强度、高熔点 97Sn/2Cu/0.8Sb/0.2Ag 226~228°C 高熔点 印刷 Screen Printer 无铅锡膏熔化温度范围：

50. ●锡膏使用前室温回温2-4小时 ●使用前搅拌5分钟 ●锡膏开盖后24小时最好用完 ●不同品牌锡膏不能混用 ●印刷后6小时内回流焊