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SMT封装技术的优点有哪些?

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2020-09-17 09:31:33

电子元件的快速小型化导致了越来越小的设备几何形状,即使性能和计算能力不断提高。

表面安装技术(又名SMT)使半导体工程师能够将更多的组件安装到同一块印刷电路板PCB)上。本文将概述这些组件的工作方式以及它们的好处,应用领域和局限性。

什么是SMT

SMT是一种电子组装技术,其中的组件直接安装到PCB上,而不是将它们插入到板上的插槽中(也称为“通孔技术”或THT)。IBM在1960年代率先使用表面安装组件来为NASA航天飞机的运载火箭数字计算机(LVDC)进行开创性工作。如今,SMT几乎用于所有类型的电子应用中。

表面贴装器件(SMD)是使用SMT工艺生产的电子组件。示例包括无源元件,例如电阻器,芯片电感器,瞬态电压抑制(TVS二极管和陶瓷电容器。与通孔器件不同,SMD的引线端子最少,从而允许制造商进一步缩小它们的尺寸。

SMD设计与制作

选择所需的组件后,该过程从设计工程师开始制定原理图或布局,以显示每个组件在板上的位置。PCB设计是使用计算机辅助设计(CAD)工具的基于软件的过程。经过多次迭代,工程师将最终原理图发送给PCB制造商进行制造,并提供所需的组件。

打包

SMD附带多种包装。最常见的类型是标准卷带包装或切割带包装。对于前者,制造商将SMD的单位装入缠绕在底座上的连续压纹带上的小口袋中,以便于运输。

SMT封装技术的优点有哪些?

EIA标准481包含此包装类型的规范。另一方面,切割带包装可将SMD用短条带交付。替代包装包括管和托盘。

安装样式

表面安装元件通常包含从包装的侧面或在主体上延伸的各种样式(例如“ J”形和“鸥翼”类型)的小型引线触点(引脚)。在某些变型中(例如,球栅阵列或BGA SMD),引线触点以网格图案的形式位于设备下方。安装技术取决于不同封装的SMD的引脚配置和引脚数。

SMT焊接

将SMD焊接到PCB上的两种标准技术是回流焊接和波峰焊接。

回流焊

回流焊接是将SMD附着到PCB上最广泛采用的技术之一。这个想法是通过四个阶段创建高完整性焊点:

将PCB,焊膏(焊剂和助焊剂的混合物)和SMD本身预热到特定温度(即“浸泡”或“保持”温度)

使预热的材料进入特定温度的第二个60到120秒的均热区,直到整个组件达到热平衡

组件进入“回流区”,在此过程中,SMD周围的焊料会在过程的最高允许温度(即峰值)下熔化,而不会对任何组件造成热损坏。使用具有独特热曲线设置的回流焊炉进行回流焊接,以精确且可预测的方式分配热量。

以特定速率冷却整个组件,以使焊接点固化。

波峰焊

波峰焊是大规模PCB制造的理想选择,适用于表面安装和通孔组件。它通常涉及以下阶段:

在PCB上喷焊剂以消除PCB表面的氧化物,防止热处理过程中的二次氧化,并降低焊膏的表面张力。

预热PCB

将PCB穿过波峰焊机以施加焊料

控制PCB到室温的冷却

检验与质量控制

在将SMD焊接到PCB上之后,必须测试焊接接头的完整性。自动光学检查(AOI)机器适用于此目的。AOI机器具有侧面和朝下的摄像头,用于查看PCB,以识别常见的焊接问题,例如焊料或间隙不足,焊料桥接,焊球,抬起的销钉。工程师还可以进行目视检查以发现焊接问题。

SMT的优势

与THT相比,SMT具有许多优点,包括:

降低制造成本

高度重复性,减少错误

优化板空间

SMT组件的两面均可焊接

由于板上的组件密度更高,因此实现了更高的PCB复杂性

表面安装元件比通孔类型便宜

表面贴装技术的局限性

尽管在电子工业中提供了许多好处,但表面贴装技术仍存在一些局限性。首先,SMT不适合承载高电能或产生大量热量的组件,因为可能会损害焊料的完整性。而且,它不适用于大批量或中试规模的制造。而且,由于SMT组件的尺寸很小,因此很难维修,通常需要专门的技术知识,昂贵的停机时间和复杂的设备。

表面贴装技术的意义

表面贴装技术是一种突破性方法,将在未来很多年继续影响电子设计。它的主要好处是,它可以将大量组件集成到同一块PCB中,同时保持高度的准确性和可重复性。与通孔元件一起使用时,SMD有助于增加设计复杂度,同时节省宝贵的电路板空间。


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