《SMT实用指南》读书笔记1

淡淡的烟草味﹌ 2022-11-15 11:50 261阅读 0赞

# 第1章 SMT概述 #

## 1.阻容元器件的结构特点 ##

电阻是在陶瓷基板上印电阻浆料，它能耐焊接温度；而电容内部是由浆料印成的金属膜与陶瓷介质交叠而成的，它们热膨胀系数不一样，故在高焊接温度时易开裂。

## 2.SMT发展史 ##

表面组装技术（Surface Mount Technology），简称**SMT**，它可将表面贴装元器件（无引脚或短引脚的元器件）贴、焊到印制电路板表面规定的位置上，并且所用的印制电路板（PWB）无须钻插装孔。具体地说，就是**首先在印制电路板焊盘上涂布焊锡膏，再将表面贴装元器件准确地放到涂有焊锡膏的焊盘上，通过加热印制电路板直至焊锡膏熔化，冷却后便可实现元器件与印制电路之间的互连**。用SMT组装的电子产品具有体积小、性能好、功能全、价位低的综合优势。

### 2.1 表面组装技术的优点 ###

*  **组装密度高**。一般地，采用SMT可使电子产品体积缩小60%~70%，质量减少75%。
 *  **可靠性高**。由于片式元器件的可靠性高，元器件小而轻，故抗震能力强，采用自动化生产，贴装可靠性高，一般不良焊点率小于百万分之十。
 *  **高频特性好**。由于片式元器件贴装牢固，元器件通常为无引线或短引线，降低了寄生电感和寄生电容的影响，提高了电路的高频特性。
 *  **降低成本**。
 *  **便于自动化生产**。自动贴片机采用真空吸嘴吸收元器件，真空吸嘴小于元器件外形，可提高安装密度。事实上，小元器件及细间距QFP元器件均采用自动贴片机进行生产，以实现全线自动化生产。

### 2.2 表面组装工艺流程 ###

*  焊锡膏-再流焊工艺流程：印刷锡膏-》贴装元器件（QFP片状元器件）-》再流焊-》清洗。

![\[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-LQFxynpJ-1617206160389)(assets/20210325211855.jpg)\]][img-LQFxynpJ-1617206160389_assets_20210325211855.jpg]

*  贴片胶-波峰焊工艺流程：涂敷清洁剂-》表面安装元器件-》红外线加热-》固化-》翻转-》接通孔元器件-》波峰焊-》清洗。

![在这里插入图片描述][20210401184605624.png]

*  混合安装工艺流程：
    
     *  先做A面：印刷焊膏-》贴装元器件（QFP片状元器件）-》再流焊-》翻转
     *  再做B面：点贴片胶-》表面贴装元器件-》加热固化-》翻转
     *  补插通孔元器件后再波峰焊：插带通孔元器件（DIP等）-》波峰焊-》清洗

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3VzZXJuYW1lNjY2_size_16_color_FFFFFF_t_70]

*  双面锡膏-再流焊工艺：
    
     *  通常先做B面：印刷焊膏→贴装元器件（QFP片状元器件）→再流焊→翻转
     *  第二道工序做A面：印刷焊膏→贴装元器件（QFP片状元器件）→再流焊→检查→清洗  
        ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3VzZXJuYW1lNjY2_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

### 2.3 表面组装技术的组成 ###

从广义上讲，表面组装技术包括：表面组装元器件、表面组装电路板及图形设计、表面组装专用辅料——焊锡膏及贴片胶、表面组装设备、表面组装焊接技术（包括双波峰焊、再流焊、气相焊、激光焊）、表面组装测试技术、清洗技术以及表面组装的生产管理等多方面内容。可归纳为以下几个方面：

*  **设备**，SMT的“硬件”
 *  **装联工艺**，SMT的“软件”
 *  **电子元器件**，既是SMT的基础，也是SMT发展的动力  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3VzZXJuYW1lNjY2_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

# 第2章 常用的片式元器件 #

电阻器、电容器、电感器等无源元器件称为SMC（Surface Mounted Components），而有源器件，如SOP及四方扁平组件（QFP）称为SMD（Surface Mount Devices）。无论是SMC还是SMD，在功能上都与传统的通孔安装元器件相同，最初都是为减小体积而制造的。

## 1.片式电阻器 ##

### 1.1 片式电阻器结构 ###

矩形片式电阻器的结构如下图所示。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3VzZXJuYW1lNjY2_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]

片式电阻器由于制造工艺的不同可分为**厚膜型**（RN型）电阻器和**薄膜型**（RK型）电阻器。片式电阻器用RC表示，基本单位为**Ω**，103Ω表示1kΩ，106Ω表示1MΩ。

片式电阻器有三层端焊头，俗称三层端电极。

*  最内层：银钯合金（0.5mil），它与陶瓷基板及电阻层有良好的结合力，同时有优良的导电性能；
 *  中间层：镍层（2~3mil），起隔离作用，能有效防止在焊接期间银层的浸析；
 *  最外层：端焊头，作为连接电阻器与外围电路的通道。实际焊接时，将端焊头放置在事先印刷好锡膏的PCB焊盘上，加热后即可完成焊接工作。

### 1.2 外形尺寸 ###

片式电阻器外形及尺寸。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3VzZXJuYW1lNjY2_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th align="center">尺寸号</th> 
   <th align="center">长L/mm</th> 
   <th align="center">宽W/mm</th> 
   <th align="center">高H/mm</th> 
   <th align="center">端头宽度T/mm</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td align="center">RC0201</td> 
   <td align="center">0.6±0.03</td> 
   <td align="center">0.3±0.03</td> 
   <td align="center">0.3±0.03</td> 
   <td align="center">0.15~0.18</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="center">RC0402</td> 
   <td align="center">1.0±0.03</td> 
   <td align="center">0.5±0.03</td> 
   <td align="center">0.3±0.03</td> 
   <td align="center">0.3±0.03</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="center">RC0603</td> 
   <td align="center">1.56±0.03</td> 
   <td align="center">0.8±0.03</td> 
   <td align="center">0.4±0.03</td> 
   <td align="center">0.3±0.03</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="center">RC0805</td> 
   <td align="center">1.8~2.2</td> 
   <td align="center">1.0~1.4</td> 
   <td align="center">0.3~0.7</td> 
   <td align="center">0.3~0.6</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="center">RC1206</td> 
   <td align="center">3.0~3.4</td> 
   <td align="center">1.4~1.8</td> 
   <td align="center">0.4~0.7</td> 
   <td align="center">0.4~0.7</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="center">RC1210</td> 
   <td align="center">3.0~3.4</td> 
   <td align="center">2.3~2.7</td> 
   <td align="center">0.4~0.7</td> 
   <td align="center">0.4~0.7</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

### 1.3 标记识别方法 ###

#### 1.3.1 元器件上的标注 ####

*  当片式电阻器的阻值精度为±5%时，采用三个数字表示：
    
     *  跨接线记为000，0Ω（跨接线）记为000；
     *  阻值小于10Ω的，在两个数字之间补加R，如4.7Ω记为：4R7；
     *  阻值在10Ω以上的，则最后一个数表示增加的“0”的个数，如：100Ω记为101，1MΩ记为105（1MΩ=10^6Ω）
 *  当片式电阻器的阻值精度为±1%时，采用四个数字表示，前三位数字为有效数字，最后一位数字表示增加的“0”的个数。
    
     *  阻值小于10Ω的，在第二位补加R。如：4.7Ω记为4R70。
     *  阻值为10Ω记为10R0，100Ω记为1000，1MΩ记为1004，20MΩ记为2005。

## 2.多层片状瓷介电容器 ##

### 2.1 结构 ###

矩形片状瓷介质电容器少数为单层结构，大多数为多层叠层结构，简称**MLC**。MLC通常是无引脚矩形结构，外层电极为三层结构，即**Ag-Ni-Sn**。片式陶瓷电容器有三种不同的电解质，分别命名为COG/NPO、X7R、Z5V，它们有不同的容量范围及温度稳定性。其中，以COG/NPO为介质的电容器的温度和电解质特性较好，而以X7R和Z5V为介质的电容器的温度和电解质特性较差。

由于片式电容器的端电极、金属电极、介质三者的热膨胀系数不同，在焊接过程中升温速率不能过快，尤其是在波峰焊时，预热温度应足够高，否则容易造成片式电容器的损坏。

### 2.2 性能 ###

MLC根据用途可分为两种：I类陶瓷（国内型号为CC41）和Ⅱ类陶瓷（国内型号为CT41）。

*  I类陶瓷是温度补偿型电容器，其特点是**低损耗**、**电容量稳定性高**，适用于**谐振回路**、**耦合回路**和**需要补偿温度效应的电路**。
 *  Ⅱ类陶瓷是高介电常数类电容器，其特点是：**体积小**、**容量大**，适用于旁路、滤波或对损耗、容量稳定性要求不太高的鉴频电路。

### 2.3 外形尺寸 ###

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>电容器编号</th> 
   <th>长L/mm</th> 
   <th>宽W/mm</th> 
   <th>高H/mm</th> 
   <th>端头宽度T/mm</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>CC0805</td> 
   <td>1.8~2.2</td> 
   <td>1.0~1.4</td> 
   <td>1.3</td> 
   <td>0.3~0.6</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>CC1206</td> 
   <td>3.0~3.4</td> 
   <td>1.4~1.8</td> 
   <td>1.5</td> 
   <td>0.4~0.7</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>CC1210</td> 
   <td>3.0~3.4</td> 
   <td>2.3~2.7</td> 
   <td>1.7</td> 
   <td>0.4~0.7</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>CC1812</td> 
   <td>4.2~4.8</td> 
   <td>3.0~3.4</td> 
   <td>1.7</td> 
   <td>0.4~0.7</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>CC1825</td> 
   <td>4.2~4.8</td> 
   <td>6.0~6.8</td> 
   <td>1.7</td> 
   <td>0.4~0.7</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

### 2.4 电容容量的基本单位 ###

电容容量的单位为法，用F表示，但实际使用中常用微法（μF）、纳法（nF）、皮法（pF）作为单位，其中，1μF=103nF=106pF。

## 3. 片式钽电解电容器 ##

片式钽电解电容器，简称钽电容，单位体积容量大，在容量超过**0.33μF**时，大都采用钽电解电容器。由于其电解质响应速度快，常用于需要高速运算处理的大规模集成电路。

## 4. 多层片式电感器 ##

电感器是一种储能元器件，通常指**空心线圈**或**磁芯线圈**。电感器在电路中可与电容器组成振荡电路，也用于能量转换等。电感器的特性是：**通直流，组交流，频率越高，线圈阻抗越大**。片式电感器同插装式电感器一样，在电路中起**扼流、退耦、滤波、调谐、延迟、补偿**等作用。

### 4.1 结构 ###

多层形片式电感器（MLCI）的结构是：把铁氧体软片（或铁氧体浆料）和（内）导体浆料一层层地交替重叠起来，然后烧结成一个整体，磁路呈闭合状态。导电浆料经烧结后形成的螺旋式导电带相当于传统电感器的线圈，被导电带包围的铁氧体相当于磁芯，导电带外围的铁氧体使磁路闭合。因此，MLCI具有**体积小**、**可靠性高**、**磁屏**及**适应高密度安装**等特点。

### 4.2 性能 ###

多层形片式电感器**尺寸小**、**耐热性优良**、**焊接性能好**，闭合磁路的结构使它不会干扰周围的元器件，也不易受周围元器件的干扰，有利于提高元器件组装密度。但它的电感量和Q值较低。

### 4.3 电感单位与标识 ###

*  电感的单位为亨，用**H**表示，实际使用中常用毫亨（mH）、微亨（μH）、纳亨（nH）作为单位，其中，1H=1000mH，1mH=1000μH，1μH=1000nH。
 *  片式电感器标识一般用数值码表示法，即用三位数字表示电感数值，前两位表示电感值的有效数字，第三位数字表示“0”的个数，小数点用**R**表示，单位为μH。例如，151表示150μH，2R7表示2.7μH，R36表示0.36μH。若用纳亨（nH）作为单位，则需加入N，如2N2=2.2nH。

## 5. 表面安装半导体元器件 ##

表面安装半导体元器件，简称**SMD**，它是在原有双列直插（**DIP**）元器件的基础上发展而来的，是通孔插装技术（THT）向SMT发展的重要标志，也是SMT发展的重要动力。随着LSI、VLSI技术的飞速发展，I/O数猛增，各种先进IC封装技术先后出现。在DIP之后，出现的封装有：小外形封装（Small Outline Package，**SOP**）、塑封有引脚芯片载体（Plastic Leadless Chip Carrier，**PLCC**）、多引脚的方形扁平封装（Quad Flat Package，**QFP**）、无引脚陶瓷芯片载体（Leadless Ceramic Chip Carrier，**LCCC**）、塑封方形扁平无引脚封装（Plastic Quad Flat Pack-No Leads，**FQFN**）、球栅阵列形的表面封装器件（Ball Grid Array，**BGA**）、**CSP**（Chip Scale Package），以及裸芯片**COB**和**FC**等。

### 5.1 SMD引脚形状 ###

SMD按引脚形状可分为以下几种类型：

*  **翼形引脚**。常见的元器件品种有**SOP**和**QFP**。具有翼形引脚的元器件，焊接后具有吸收应力的特点，因此与PCB匹配性好，但这类元器件引脚共面性差，尤其是多引脚细间距的QFP，引脚极易损坏。
 *  **J形引脚**。常见的元器件品种有**SOJ**和**PLCC**。J形引脚刚性好且间距大，共面性好，但由于引脚在元器件本体之下，故有阴影效应，焊接温度不易调节。
 *  **球状引脚**。芯片I/O端子呈阵列式分布在元器件底面上，并呈球状，占用面积小，适应于多引脚数元器件的封装，常见的有**BGA**、**CSP**和**FC**等。
 *  **无引线引脚**。**QFN**是无引线引脚元器件，具有**共面性好**、**体积小**的优点，但焊点刚性大，耐外力冲击能力不高。

### 5.2 二极管 ###

用于表面安装的二极管有以下三种封装形式。

*  圆柱形的无引脚二极管。
 *  片状二极管为塑封矩形薄片。
 *  SOT-23封装形式的片状二极管多用于封装复合二极管，也用于高速开关二极管和高压二极管。

### 5.3 小外形封装晶体管 ###

晶体管的封装形式主要有**SOT-23**、**SOT-89**、**SOT-143**和**SOT-252**等。

*  **SOT-23**。SOT-23封装有三条“翼形”引脚，引脚材质为可伐（KO VAR）合金或42号合金，强度好但可焊性差。
 *  **SOT-89**。SOT-89具有3条薄的短引脚，分布在晶体管的一端，晶体管芯片黏贴在较大的铜片上，以增加散热能力。
 *  **SOT-143**。SOT-143有4条“翼形”短引脚，宽度偏大一点的引脚是集电极。

### 5.4 小外形封装集成电路 ###

#### 5.4.1 结构 ####

小外形封装集成电路（SOP）也称为SOIC。SOP封装的优点是它的“翼形”引脚易于焊接和检测，但占PCB面积大，而SOJ封装占PCB面积较小，能够提高装配密度。因此，目前集成电路表面安装采用SOJ封装的较多。

#### 5.4.2 性能 ####

#### 5.4.3 包装 ####

SOP封装根据外形的不同有以下几种包装方式：

*  塑料编带包装，带宽分别为16mm、24mm和44mm。
 *  32mm黏结式编带包装。
 *  棒式包装。
 *  托盘式包装。

### 5.5 有引脚塑封芯片载体（PLCC） ###

当引脚超过40个时，常采用此类封装，引脚采用“J”结构。PLCC的外形有方形和矩形两种，方形的称为**JEDEC MO-047**，矩形的称为**JEDEC-052**.

### 5.6 方形扁平封装（QFP） ###

QFP是一种塑封多引脚元器件，四边有“翼形”引脚，QFP的外形有方形和矩形两种。

### 5.7 门阵列式球形封装（BGA） ###

BGA通常由芯片、基座、引脚、封壳和引脚等组成，根据芯片的位置、引脚的排列、基座的材料和密封方式的不同，BGA的封装结构也不一样。最常见的是塑封的BGA，全称为塑封球栅阵列（Plastic Ball Grid Array，PBGA）。

BGA具有**安装高度低**、**引脚间距大**、**引脚共面性好**等优点。由于它的引脚更短，组装密度更高，因此电气性能更优越，适合在高频电路中使用。

BGA的缺点：

*  BGA焊后检查和维修比较困难，必须使用X射线透视或X射线分层检测，才能确保焊接连接的可靠性，设备费用大
 *  易吸湿，使用前应经烘干处理

### 5.8 芯片级封装（CSP） ###

芯片级封装（Chip Scale Package，CSP）是BGA进一步微型化的产物，其含义是封装尺寸接近裸芯片（通常封装尺寸与裸芯片之比约为1.2：1），CSP外部端子间距大于0.5mm，并能适应再流焊组装。

CSP器件的优点：

*  品质保证，出厂时经过性能测试，质量可靠
 *  封装尺寸比BGA小，比BGA更平，更易于贴装。
 *  提供了比QFP更短的互连，因此电性能更好，即抗低、干扰小、噪声低、屏蔽效果好，更适合在高频领域应用。
 *  CSP器件本体薄，具有好的导热性，易散热。

缺点：同BGA一样，CSP也存在着焊接后焊点质量测试问题和热膨胀系数匹配问题，由于本体刚性差，易出现焊点开裂缺陷。此外，制造过程中基板的超细过孔制造困难，使其难以大量推广应用。

### 5.9 塑料四周扁平无引线封装（PQFN） ###

塑料四周扁平无引线封装（Plastic Quad Flat Pack-NO Leads，PQFN）类似于LCCC，其I/O引出端子是在塑封外壳侧面和外壳底部或仅在外壳底部，端子通常为镀金电极。由于电极短小，因此能提供较短的信号通路，并且电感和电容损耗低，可在高频电路中使用。此外，在外壳底部带有散热板，这种封装常用于微处理单元、门阵列和存储器。元器件贴装后占PCB面积仅稍大于元器件本体，引脚焊点能方便检查以及外壳底部有散热板，元器件工作时可靠性高。

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