表面安装技术及工艺简介 
 


(一)了解表面安装

    过去，元件的封装形式主要是插脚封装和扁平封装，现在这些传统封装的元件已越来越多地被表面安装元件所代替。比较一下它们的封装特点以及对系统带来利弊，可以发现为什么表面安装会受到如此普遍的欢迎。

    插脚封装：要求在印制板上打孔，把插脚切短，上锡，插入印制背面再进行焊接，其中大量的都是手工操作；

    扁平封装：不仅要求在印制板上打孔，还要在板上按照元件尺寸开一小窗口，将元件引线折弯90°，将元件放入窗口内。折弯引线可能损伤玻珠至金属壳体间的密封性，将引线插入小孔并将元件放入窗口内都是很繁杂的加工。

    表面安装：印制板上没有孔或窗口，元件直接紧贴在印制板上，缩短了引线，电路装配更易于实现自动化。用小的表面安装元件，可以节省印制板上的大量空间，对大多数系统而言，当元件装在电路板一面时，电路板面积可以减小两倍，当元件装到电路板两面时，又可以减小两倍，而且由于表面安装元件的高度一般都比较小，电路的密度可以增另两倍，这就可以大大减小系统的体积。

    使用表面安装，由于引线的缩短，相对插脚元件而言，可以大大降低引线电感，寄生电容和电阻，因而各个元件的延迟时间缩短，使电路有更快的响应速度，使系统的电性能获得较大提高。

    像任何封装元件有它的装配工艺一样，表面安装元件安装也有经自己的要求，表面安装的步骤如下 ：

1、印上焊膏；

2、放置元件；

3、通过回流焊使元件与印制板上的电路焊接起来；

4、清洗，宜用化学脱脂剂。

    当有些元件是不密封时，清洗以后，要求烘干去湿，以确保元件恢复正常功能。

　  用一个贴片机完成的工作量，相当于三、四台标准穿孔引线机所完成的工作量，而且一个自动的表面安装生产线，不仅节省了空间、人力，减少工艺流程，缩短生产日期，而且利用统计过程的数据控制，快速反馈，更有助于提高产品的产量和质量。

(二)对表面安装元件器装贴的实际考虑

    什么样的自动焊接方法可以认为适用于表面安装元器件呢？有两种基本方法：回流焊接和波峰焊。回流焊通常用于下面的情况：(1)只有表面安装元器件，或者(2)表面安装元器件与通孔元器件同时存在，而通孔元器件用另外(波焊)的方法焊接。在采用回流焊时，电路板的上面和下面都可以安放表面安装元器件。波峰焊可适用于安装在电路板底部的表面安装元器件，也适用于安装在电路板顶部的通孔元器件。陶瓷和聚合物基板均能适应。 

回流焊

    回流焊要求在待连接的表面施以可控量的焊膏和溶济。通用技术是印刷电路板上的焊膏图形，然后把元器件放在他们的位置上。这些元器件由于焊膏的粘结很容易粘着在应有的位置。也可选择：用芯片一粘接环氧树脂来固定元器件。受热作用时，必须产生对应于几个程序步骤的时间---温度分布图。
    首先，温度达到大约100℃时容剂蒸发。第二，随着温度升至焊剂的熔化点，典型值是183℃，助熔剂分解金属氧化物。第三，当温度继续上升，浆状焊剂微粒熔化并在焊接面开始沾化和吸附。在下一步，温度达到峰值，大约215℃时，表面张力形成充分熔融焊剂的轮廓。在该温度， 焊剂完全沾化只需几秒钟的时间。工作在200℃以上的实际时间长度限制到1或2分钟， 以免损坏。许多塑封元器件在回流焊时能经受住几分钟的焊剂---熔体温度。甚至经受过波焊时的更高温度(见下文)。 这样的元器件往往能经受信在熔融的焊剂中浸没几秒钟。
回流焊所需热量的施加方法有几种。其中最常用的两种是红外线加热和气相加热。红外线加热源在高温下工作并放置在燃烧室的内壁，与工作不相接触。工作的实际温度既受传送带速度的影响，也与其质量、几何形状和结构有很大关系。像环氧树脂基板之类的有机材料容易吸收红外线辐射并将热量传给容易将红外线反射掉的金属部件。另一方面，在气相焊接工艺中，工作周围的蒸气保持在最佳焊剂---沾化温度。 这是由煮沸水箱里的惰性液体来完成的。沸点约为215℃。当把工件固定在液体的正上方时， 沸点温度的热量被十分均匀地传送到所有的表面。

波峰焊 

    该方法是在预加热程序之后，将熔融的焊料施加于电路板的底面，并随焊接的冷却而冷却。这种方法有多种变化，主要以焊料波的形态来区分，到底如何选择要看组件的类型和待安装元器件的形态。焊料温度的典型值是260℃，比在回流焊方法中使用的峰值温度高一些。 电路板和元器件所经受的温度分布：在预热期间以类似于回流焊的速率增加到大约150℃，但是为焊剂波冲击时，温度却迅速上升。塑封元件比较适于回流焊，因为波峰焊时可能在引线外有微波的裂痕，这里塑料中存在潮气的原因，为了防止这种缺陷，焊接前在125℃的温度下烤24小时，可以有效地排出塑料中的潮气。

几点忠告

*关于表面安装元器件成功安装的考虑有：
*引线的共平面性和对焊剂的可沾化性；
*焊料合剂与元器件和电路板上涂层的亲和性；
*熔敷焊剂的量
*元器件的内部受热情况；
*元器件放置和取向的精确度；

    元器件的引线应该全部都在同一平面。回流焊方法比波峰焊方法允许引线对其平面性有较大的偏离，这是因为在回流焊中熔融焊剂的表面张力容易板接小间隙并保证令人满意的焊缝。在波峰焊中采用特殊的 技术以减少表面张力熔敷过多的焊剂，并引起金属化区域间不需的桥接的可能性。虽然如此，波峰焊时还是要求良好的共平面性，以保证优良的焊接。 

    当元器件的引线和电路板具有清洁的表面时，沾化----即焊剂均匀地粘附在全部焊接表面的能力，就得到了加强。如果适用的固有表面涂层的质量因恰当的处理和保管而得到保护，那么在焊接操作中施加的 助溶剂应该可以去除任何金属氧化物。焊剂的亲和性包括其熔点与金属涂层的熔点相近，还有就是一些材料的最小化，如像金，在锡引线焊剂的情况能助长生成脆性金属间化合物。待熔敷焊剂的量作焊接的几何 形状而定，一旦确定，用预先形成或印制焊剂图形的方法，熔敷层可以控制到千分之几英寸。

　  随着各个元器件规模或复杂性的增加或者组件是大型和小型元器件混装的场合，焊接期间元器件内部受热问题越来越受到关注。在大型和小型元器年混装的情况，大型元器件和小型元器件的受热速度可能是 不可比拟的，即大型元器件可以遮蔽小型元器件远离发热源。为使这种方法尽可能完善，也许需要仔细地研究和实验。在红外线加热的情况，几个点的平均值也许不能充分量度工艺室的空气温度。用表面温度分 布仿形仪监测可以确保小型元器件不受过热。

　  虽然元器件安装在电路板上需要高的精度，但是在回流焊的情况，这种要求稍有放松。这是因为熔融的焊剂的表面张胃有自动调节中心的作用。当然，这种情况是以电路板上已经印制了适用的金属化焊接轨 迹为假定的。元器件的正确取向，要求当其以带式卷轴供货时，要保证全部以一种恒定的和已知的取向插入卷带。也就是说卷带的内腔尺寸必须保证取向不变。特别是手工放置元器件时，每个元器件上都必须有 一个明显的取向标志。下面的考虑有助于使固定了的元器件免于在焊剂固化之前移位：当全部表面安装元器件都在电路板的顶面时，只需要焊膏的粘结和那时熔融焊剂的表面张力就是以将其固定了。在电路板底 面的元器件也许需用环氧树脂之类的粘合剂预固定。 在这种情况必须注意： 防止粘合剂的粘性成分散布(蔓延)到金属化区域上，因为这会抑制焊剂的沾化。