表面贴装技术（SMT）通过将零件放置在平面焊盘上，并在回流炉中焊接来制造印刷电路板。它允许微小部件紧密排列，并支持自动化组装。本文比较了SMT与穿孔式，回顾常见包装类型，并解释了整个产品线：打印、SPI、选置、回流和检测。
表面贴装技术基础
带有表面贴装部件的紧凑电路组件
表面贴装技术（SMT）是一种制造印刷电路板的方法，其中电子元件直接连接到表面的平面金属焊盘上，而不是通过板上的孔。这些部件称为表面贴装器件（SMD）。零件涂有焊膏后，电路板经过加热步骤，通常在回流炉中加热焊锡，使焊锡熔化，形成坚固的电气和机械连接。
由于零件可以非常小且彼此相近，SMT允许在单块电路板上容纳更多元件，帮助产品更小更轻。该工艺也与自动化机器良好配合，有助于保持质量一致性，并使得以受控成本实现大量生产变得更为便捷。
SMT与穿孔式比较
| 因数 | 真·女神转生 | 穿孔 |
|---|---|---|
| 安装方法 | 焊接在PCB表面的焊盘上 | 引脚通过钻孔 |
| 自动化 | 高度自动化 | 通常更慢且更手动 |
| 棋盘密度 | 非常高 | 下 |
| 机械强度 | 不错，但仅限于焊盘附着 | 对于重型或大型部件更强 |
| 常见用途 | 大多数现代电子组件 | 连接器、电源部件、高应力区域 |
常见的表面贴装封装类型
• 芯片无源元件（电阻/电容）——印刷电路板上带有微小焊盘的小型矩形部件。它们对焊膏的用量和加热平衡很敏感，因为焊接不均匀可能导致倾斜或关节松弛。
• 引线框架封装（QFP，QFN）——集成电路，采用细引脚或大型裸露焊盘。它们可能会有焊锡桥接针脚，引脚不平放会出问题，还必须保证焊盘内热量流通良好。
• 阵列封装（BGA类型）——封装下方排列成网格的焊球元件。焊接点在组装后会被隐藏，因此通常会通过X光检查来确认球体是否熔化并正确连接。
• 二极管和晶体管（SOD/SOT系列）——带有标记极性或引脚1的小型封装。它们需要在PCB上保持正确的方向和准确的位置，以确保连接线路布局一致。
PCB组装中的表面贴装技术
SMT装配线
• 焊锡膏打印 - 焊膏通过模板，使其停留在裸露PCB的每个焊盘上。
• 焊膏检查（SPI）——检查打印焊膏，确认每个焊盘上的正确量和位置。
• 选放元件安装——机器在每个焊盘位置将SMD元件放置在湿焊膏上。
• 回流焊接——电路板通过加热的烤箱，使糊状物熔化，湿润焊盘和引脚，然后冷却形成坚固接头。
• 自动光学检测（AOI）——摄像头扫描电路板上的缺失零件、错误零件、错位和明显的焊锡缺陷。
• （可选）X光、清洁、重工和功能测试——还可能额外检查隐藏接头、去除残留物、修复缺陷，并确认组装电路板是否正常。
焊膏打印
• 模板孔控制每个焊盘上释放的浆料量，影响接头大小和形状。
• 打印对齐确保焊膏落在焊盘上，而不是焊锡掩盖或附近的铜板上。
• 打印质量不佳常常导致后续步骤无法完全修正的缺陷。
焊膏检测（SPI）
焊锡膏检测（SPI）是在打印后、零件放置前检查焊锡沉积情况。它测量膏体的高度、体积和面积，并确认每个矿床都在设定范围内，并且正确定位于其垫子上。当在此阶段发现问题时，可以在许多印刷板出现同样错误之前及时纠正。这减少了复工和废料，并通过快速反馈模板状况、胶片处理和打印机设置，帮助保持整个SMT工艺的稳定。
选放
• 给料状态影响零件拣选的可靠性，有助于避免零件丢失、掉落或重复。
• 视觉对准检测微小的旋转和位置误差，并在零件放置到垫子上前进行修正。
• 极性和方向控制使二极管、集成电路和极化电容与印刷电路板上的标记对齐。
回流焊接
• 过冷——湿润不良，接头钝或颗粒感，连接断开，焊点薄弱。
• 过热——零件损坏、焊盘翘起，以及由于主板额外的热应力导致缺陷率上升。
• 加热不均 - 墓碑式的小被动元件、歪斜的元件和同一电路板上看起来不同的接头。
表面贴装技术：检测与工艺控制
AOI与X光：选择合适的检测方法
| 方法 | 最适合 | 限制 |
|---|---|---|
| AOI | 可见焊点、极性、缺失或错位部件 | 看不到包裹主体下方隐藏的关节 |
| X光 | 隐藏节点，如BGA球形数组和内端 | 速度慢，成本更高，需要更多的设置和解读 |
SMT DFM 基础
SMT中的可制造性设计（DFM）侧重于能够干净打印、放置和检查的板块布局。遵循良好DFM实践的布局有助于工艺稳定，支持可重复的焊点，并更容易在缺陷扩散到多块电路板前加以控制。有益的DFM实践：
• 根据公认的足迹标准，为每种包裹类型使用正确的土地格局。
• 保持焊盘和焊锡线距，允许干净的焊膏释放，降低焊锡桥接的风险。
• 为二极管、LED和集成电路添加清晰的极性标记和引脚1指示器。
• 提供本地和面板标注，以便机器准确对齐棋盘。
• 避免设置密封区域，阻挡安装喷嘴或检查摄像头视野。
• 规划面板化和分离功能，使电路板在沿线移动时保持稳定。
无铅与含铅SMT
无铅SMT的工艺窗口比含铅SMT更紧密，因为它运行温度更高且能以不同的方式润湿焊盘，使得热控和工艺稳定性对可靠接头更加关键。回流型材必须正确加热所有接头，同时不对零件或PCB造成过度应力，小型被动和密集布局更容易出现墓碑式、倾斜和脆弱的接头。为了保持低缺陷和高可靠性，工艺需要持续的焊点打印、合适的导热膏选择、稳定的回流曲线和有效的检测。
表面贴装技术：缺陷与重做
常见的SMT缺陷
| 缺陷 | 它的样子 | 常见原因 |
|---|---|---|
| 桥接 | 焊盘或引脚之间出现不需要的焊锡短路 | 导热膏太多，焊盘间距太近，导弹印错了 |
| 墓碑式 | 一个小型被动升力的一端被抬升到空中 | 加热不均，两个焊盘上涂抹的导热膏量不均 |
| 开接 | 发射台无电气连接 | 导热膏太少、湿润不良或零件错位 |
| 焊球 | 靠近接缝处的小松散焊珠 | 导弹膏问题、污染或回流曲线不匹配 |
重做与修复
• 使用受控热量以避免抬起焊盘或损坏印刷电路板材料。
• 正确涂抹助焊剂以帮助焊盘和引脚焊接，降低新缺陷的可能性。
• 在需要时，重新检查后使用AOI或X光检查，以确认修复的接头及附近接头是否合适。
• 跟踪重复缺陷和重做模式，使过程能在源头纠正，而不必多次修复同一问题。
结论
良好的SMT效果来自于对每个步骤的控制：清洁的导热膏打印、清晰的SPI检查、准确的放置位置，以及能均匀加热接头而不过热的回流曲线。AOI能发现明显的问题，而X光则检查隐藏的关节，如BGA。强有力的DFM选择也很有帮助，比如正确的足迹、安全间距、清晰的极性标记、信托和稳定的面板化。无铅的温度更高，所以窗口更窄。
常见问题解答 [常见问题解答]
焊锡膏由什么材料制成？
焊膏是焊锡粉和助焊剂的混合物。
为什么PCB表面处理在SMT中很重要？
这影响焊锡湿润焊盘的效果以及焊点的可靠性。
为什么SMT部件需要湿度控制？
回流时水分会膨胀，导致封装开裂。
模板设计控制什么？
它控制每个焊盘上印的焊膏量。
为什么SMT中温度和湿度重要？
这些会改变导弹的行为，增加污染或静电损伤等风险。
SMT长期可靠性如何检测？
它会通过热循环、振动和湿度测试等压力测试来检测。
