微电子表面贴装关键技术与装备分析

王 飞

（国电南瑞科技股份有限公司，江苏 南京 210000）

引言

在信息时代背景下，表面贴装技术已经逐渐取代了微电子通孔插装技术，并推动着微电子产品的快速发展。表面贴装技术凭借自身的优势和特点，使电子组装领域产生了革命性、根本性的变革，并在表面贴装技术的应用过程中日益完善[1]。

1 微电子表面贴装技术

表面贴装电子产品通常是由贴装元器件和印制线路板组成，其中印制线路板（PWB）一般为含有焊盘和线路的双面或者单面多层材料；贴装元器件有两种分类，即贴装器件和贴装元件。其中贴装元件通常是指片状无源元件，如电感、电容、电阻等；贴装器件通常为封装电子器件，属于有源器件，如球栅阵列封装器BGA、小外形封装器SOP等[2-4]。

1.1 表面贴装技术流程与装备

表面贴装技术包括辅助工艺和核心工艺。其中辅助工艺包括光学辅助自动检测工艺和“点胶”工艺；核心工艺包括回流焊、贴片和印刷三部分。在微电子表面贴装过程中，核心工艺是产品生产必须要经过的工作，而辅助工艺通常需要根据产品特性及用户需求进行考虑[5]。

根据工艺流程可以将SMT工艺分为四类，即焊锡膏-回流焊、贴片-波峰焊、双面锡膏-回流焊和混合安装工艺流程

1）焊锡膏-回流焊，如图1所示，该流程具有快捷、简单等特点，可以进一步缩减产品体积。该工艺流程在无铅工艺中更具有优越性。

图1 焊锡膏-回流焊流程图

2）贴片-波峰焊，如图2所示，该流程可以利用双面板空间，可以进一步减小产品体积，并且生产成本较低。但是该工艺流程需要借助多台生产设备，且波峰焊存在的缺陷较多，无法达到高密度组装的目的。

图2 贴片-波峰焊工艺流程图

3）双面锡膏-回流焊，如图3所示，该流程有利于提高PCB空间利用率，可以实现最小面积元器件的安装，但该工艺要求严格且控制复杂，通常用于超小型精密度高的电子产品，如移动电话等。

图3 双面锡膏-回流焊工艺流程图

4）混合安装，如图4所示，该流程可以利用PCB双面空间，能够实现最小面积安装，且组件成本较低，通常用于消费类电子产品组装。

图4 混合安装工艺流程图

1.2 表面贴装技术生产流程

以自动化程度来看，表面贴装技术生产流程分为半自动生产和全自动生产；以生产规模角度来看，贴装技术生产流程分为小型、中型和大型生产流程。全自动生产流程是由设备自动操作，如自动上板机、卸板机和缓冲连接等，形成一条全自动生产线；半自动生产流程是指生产设备并未完全连接，需要采用人工方式印刷或者装卸印制板。以下为表面贴装技术自动生产流程。

1）印刷：主要的目的是将贴片胶或者焊膏涂抹到PCB板上，为后续元器件的连接做准备。印刷流程需要使用印刷机，通常为第一步生产流程。

2）点胶：将胶水涂抹到PCB板制定位置，主要目的是固定PCB板上的元器件，需要使用点胶机，为表面贴装技术流程第二步骤。

3）贴装：将组装元件安装到PCB板指定位置，需要使用贴片机，是第三步生产流程。

4）固化：熔化贴片胶，固定PCB板上的组装元件，使用设备为固化炉，是第四步生产流程。

5）回流焊接：熔化焊膏，牢固粘连PCB板与组装元件，采用回焊炉设备，是生产流程的第五个步骤。

6）清洗：除去PCB板上对人体有害的物质，如助焊剂等。采用清洗机设备，该流程可以不用在生产线上进行，但是必须在产品生产后的48 h内对PCB板进行清洗。

7）检测：测试PCB板装配质量和焊接质量，通常需要使用显微镜、飞针测试仪、放大镜、自动光学检测、功能测试仪、在线检测仪和X光检测仪等设备。

8）返修：对存在质量问题或者故障的PCB板返工，使用工具一般为烙铁，通常在返修站对不合格PCB板进行返工。

2 表面贴装技术三大关键工序

2.1 施加焊锡膏

在SMT生产过程中在PCB板上均匀的涂抹焊锡膏的主要目的是保证元器件与PCB回流焊接时，可以达到电气连接的效果，同时确保焊接强度。通常焊膏是由糊状焊剂、合金粉末以及添加剂组成，为黏性膏状体。在常温状态下，焊膏具有黏性，可以将元器件与PCB板固定。在倾斜角度小，且没有外力的作用下，固定的元器件不会移动。在加热到一定温度后，焊膏会熔融流动，液体会浸润PCB板焊端和元器件，当焊膏冷却后，PCB与元器件会紧密的连接在一起。

2.2 贴装元器件

贴装工序通常采用手工方式或者贴片机将元器件贴装到PCB板指定位置，贴装方法有两种，如表1所示。

表1 手动贴装与机器贴装的区别

人工贴装通常采用镊子、低倍体视显微镜、真空吸笔、IC吸放对准器和放大镜等。

2.3 回流焊接

回流焊主要是通过熔化PCB板上的膏状软钎焊料，从而实现元器件焊端与PCB板电气连接的软钎焊，表面贴装技术回流焊温度特性曲线如图5所示。

图5 回流焊温度曲线

回流焊是表面贴装技术的关键工序，而设置温度曲面可以保证回流焊的质量。若温度曲线设置不合理，则会出现焊接不全、组件翘边、虚焊、焊锡球过多等缺陷。

3 表面贴装技术质量控制措施

3.1 生产现场静电防护

人体静电和摩擦起电是电子工业生产的重要危害，通常情况下采取的防静电措施包括增湿、耗散、屏蔽、中和、接地和泄露等；人体静电防护措施包括佩戴静电手腕带、工作服、脚腕带、手套、帽子和鞋袜等，可以起到静电屏蔽和泄露等功能。地面防静电措施通常包括防静电橡胶地面、防静电地毯、防静电水磨石地面、PVC防静电塑料地板和防静电活动地板等。防静电设备包括防静电工作台垫、防静电烙铁、物流小车和防静电包装袋等静电防护是一项长期性工程。

3.2 构建6S生产管理标准

6S管理是现代电子产品生产管理的有效方法和手段，从本质上来看，6S是一种企业文化，注重强调组织纪律文化，要求员工不畏艰难，做到最好，从而提高产品生产质量和生产效率，促进企业经济效益的提升。6S管理标准包括以下几项。

1）整理：遵循一留一弃、要与不要的原则，将生产现场所有物品进行划分，分为必需品和非必需品，在生产现场只保留必需品，保证生产空间的整洁，避免材料误用等情况，打造整洁、有序的生产环境。

2）整顿：整顿合理布局原则，科学规划必需品的摆放区域和位置，整齐摆放各类设备、材料，并张贴标识，及时清理非必需品，保证工作环境的整洁。

3）打扫：及时清理生产垃圾，保证生产场所干净、整洁，以减少环境因素对产品质量的影响。

4）清洁：构建完善的清洁方案，并将清洁工作落实到各个环节中，保证生产环境的整洁，在打造明朗的工作环境过程中，维系3S成果。

5）安全：在电子产品生产过程中，需要遵循生命第一、安全操作的原则，定期组织员工开展安全教育培训活动，提高员工安全意识，并将生产工作建立于安全的基础上，以构建安全生产环境。

6）素养：通过定期开展团建活动、学习活动，帮助员工养成良好的习惯，以及树立终身学习理念，塑造积极向上的精神态度

4 结语

表面贴装技术在各个行业及领域都有极为广泛的应用，直接影响着微电子产品的质量和性能，以及焊接水平。综述表面贴装技术流程，以及回流焊、贴装元器件、施加焊锡膏三大重要工序。最后结合表面贴装技术中存在危害及影响生产质量、生产效率的各项措施，提出相应解决措施，以促进表面贴装技术的持续发展。