SMT表面贴装技术绪论

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表面安装技术(SMT)的起源:

最早之构想始于60年代西方对抗苏联之冷战时期. 其实用于国防及少数的航空电子事业, 而国防尤重于情报及精密武器的发展, 例『**器』的研究与发展是当时很重要的一项发明. 也由于『**器』的诞生以至美苏双方的情报战持续了20多年之久, 不分上下. 而今虽然苏联已解体了, 但国际上商业咨询之取得, 却是另一个战场. 当然以上所说的『**器』只是一个例子, 其中尚有很多不胜枚举的精密产品, 也在同一时期利用SMT技术研发成功, 这些商业电影「皇家情报员007」的中可参考辅证.

    80年代初, 在松下电器创始人松下幸之助关于「为中国电子产业的现代化贡献力量」的口号下Panasert 开始引入中国市场, 目前分布在全国各地的Panasert 设备有2000余台, 另外台湾地区有1000余台.

    表面安装是将组件安装在印刷板表面(而不是将他们插装在孔中)的一种封装技术, 它提供最新的小型电子产品, 使得重量、体积和成本都下降.

    Pansert 自1978年一号机制造成功, 至92年全球销售累计在26000台,占市场份额30%.

由于SMT 比THT具有一系列明显的优越性, 早期国内生产厂家较集中生产电调谐器. 例如: 旭光仪器厂80年代中期就开始引进调谐器生产线, 是四川省引进最早的SMT生产线. 再如四川长虹电子集团公司, 从93年开始引进SMT 整条流水线, 到97 年6月份共引进了22 条生产线. 这些生产线的满负荷正常运转保证了长虹那些年年开发的大屏幕彩电在技术上一直处于领先的地位, 在经济上也收到了非常明显的效益. 使长虹电子集团公司成为当时名符其实的『中国彩电大王』

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SMT涉及领域:
大屏幕彩电和小型通讯机、磁盘驱动器、程控交换机、传真机、蜂窝移动电话、笔记本计算机、摄像机、数码照相机和军用电子设备等.

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表面贴装技术发展概况:
80年代中期以来, SMT进入高速发展阶段. 90年代初已成为完全成熟的新一代电路组装技术, 并逐步取代通孔插装技术. 据国外资料报道. 进入90年代以来, 全球采用通孔组装技术的电子产品正以年11%的速度下降, 而采用 SMT的电子产品正以8%的速度递增. 到目前为止, 日、美等国已有80%以上的电子产品采用了SMT , 预计亚洲国家在今后几年SMT将会得到快速发展.
进入90年代以来, 日本SMT的发展应用居世界首位,. 亚洲SMT的发展赶上并超过了欧洲(亚洲四小龙), 跃居世界第三位.
国内SMT的电子产品只占30%, 绝大部分电子产品仍采用传统的通孔组装技术.
据统计, 目前世界上每月消耗电阻电容约1500亿只. 装载这组件的编带长61万公里, 可绕地球15.4周. 这些编带均为纸带板基, 制造这些纸带板基需伐树木13万株, 相当于伐去森林面积50公顷.

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表面贴装组件的发展:
满足电子产品市场需求的重要对策是提高电路组装的功能密度. 这就导致表面贴装元器件在形态上向小型化方向发展. 小型化指的是贴片组件的小型化, 它经历了以下进程:
年代        电路板层数        组件        实装密度(点/cm2)        IC脚间距/mm
85                 1                 3216               4                               0.8
80末              2                2125               8                               0.65
90                 4                1608               12                              0.5
95                 8                1005               20                              0.5
96                                   0603               25                              0.3
    目前, 最小的表面组装片状元件, 面积少到0603甚至于0302(公制). 组件的缩小节省了印刷板大量空间. 如采用1005后, 印刷板的面积要比以前贴装的1.6mm ×0.8mm (1608) 组件节省50%.
与引线组件相比, SMT产量的不断增大, 有的已超过引脚组件. 如表面组装陶瓷电容的产量已超过引线型, 产量大于3 : 2, 固定式电阻器和钽电容器也与此相距不远, 对于类似于微调电容器的非组件, 也从4mm2 缩减到2~3mm2 铝电解电容, 由于其液态电解质容易热受损, 过去很难制成片状, 现在通过采用双重壳体或采用沸点更高的电解液, 以及用固体代替液体等办法, 实现了铝电解电容的片状化. 如美国的一组件厂家就已经开发出了使用固态有机电解质的片状铝电容器.
表面组装电感组件的封装型号, 比以前的2mm ×1.2mm封装又了一步. 而且这种新的单片电感器亦具有磁屏蔽的特点, 可作较高密度的组装, 并可采用无极性结构. 另外, 已推向市场的线绕线圈也已缩小到3.2mm × 1.8mm, 滤波器的尺寸也在不断缩小. 1986年叠层片状LC滤波器批量生产的尺寸为5050, 现在已实现2525, 几年间面积缩减了1/4, 而与同类引线组件最小封装型号相比, 面积减少35%以上.

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集成电路方面:
到目前为止,  IC电路的常用封装尺寸仍然是SOP(小外型封装). PLCC (有引线塑封载体)和QFP (矩形扁平封装器件)发展的方向主要是缩小封装尺寸, 现在市场上出现了0.3mm引脚间距的元器件. 除了缩小封装尺寸外, 在降低IC高度方面也有进展. 国外现在推出0.5mm厚的薄型SMIC. 当然, 这主要应用了先进的TAB技术及低黏度、高应力合成树脂的结果.
在引脚数目方面, 现在流行的引脚数目在100~200之间, 200脚以上的产品也正在增加. 如240脚的32 ×32 (mm)的封装以及脚40 × 40 (mm)封装已出现在市场上.
现已表明,  QFP封装所占市场份额正在呈饱和趋势, 只是其前景仍将受到IC发展的制约. 这是随着I/O(输入/输出) 脚数的增加, 引线间距将愈缩愈窄, 以往能满足要求的QFP封装相对于现今电子产品的发展要求而言已嫌太大. 因为从装配工艺的角度来说,  0.3mm的引线间距已达到了极限. 为了进一步缩小引线间距只能另寻出路.
BGA(球栅数组)的研究始于60年代. 美国IBM公司于1964年首先将其用于IBM 360系统的混合模块上. 1969年在IBM370系统中再次成功地使用. 日本NEC公司与日立制作所分别于1983年、1990年相继采用BGA. 至此, 主要在带焊料的凸起的双面陶瓷基板上封装LSI 芯片, 称为CBGA.
1991年美国MOTOROLA公司和日本CITIZEN时计公司共同在树脂基板上开发了塑料BGA (PBGA). 从此, BGA进入真正的实用阶段. 特别是美国, 各种高性能的电子设备中广泛应用了PBGA .
BGA 的主要类型有: 陶瓷BGA (CBGA)、陶瓷柱BGA (CCGA)、塑料BGA (PBGA)、载带BGA (TBGA)、金属BGA (MBGA).
BGA与QFP 相比的最大优点是I/O端子间距大, 没有象精细间距QFP器件那样具有易损坏的引脚.  JEDEC注册的BGA I/O端子间距为1.0mm、1.27mm和1.5mm. 这使贴装操作简单易行, 焊接缺陷率降到最低限度. 现在美国正在用1.27mm和1.5mm间距的BGA代替0.4mm和0.5mm间距QFP. 窄间距QFP引线易弯曲, 脆而易断, 引线间的平面度就要求严格, 贴装精度要求高,. 结果BGA和QFP可靠性互连要求的贴装公差分别为0.3mm和0.08mm使BGA的贴装失误率大幅下降, 可靠性显著提高. 采用BGA使平均线路长度缩短, 改善了组件的电气性能和热性能, 并且消除了涉及引脚诸如: 共平面性、扭曲、弯曲和时产生桥接现象.  BGA的尺寸比相同功能的QFP要少得多. 有利于PCB组装密度提高. 现在用的较多的BGA的I/O端子数是72~225 , 94年子数已达到350, 估计到2000年可望超过1000个.

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CSP技术:
所谓CSP(芯片尺寸封装)是指一种单芯片封装, 其焊区面积等于或略大于裸芯片面积. 要做到这一点不容易的. 前面提到的BGA商品只能算CSP的初级阶段, 因为它的封装尺寸仍然比芯片大得多. 日本三菱电器研究一种 CSP技术, 发表于94年9月. 据介绍三种结构的I/O分为60﹑92﹑32. 芯片尺寸均为14.84 ×5.95mm(88.3mm2), 而封装尺寸为15.24 ×6.35mm(96.8mm2). 可以看出封装焊区面积只比芯片面积大9.6%. 塑料的四边壁存仅为0.2mm, 厚度方向仅为0.1mm. 显然, 这个密度要比现有的BGA商品高得多. 预计2000年是CSP的天下.
年代        器件名称                  芯片面积(平方毫米)        封装面积(平方毫米)        芯片面积 / 封装面积
70        DIP I/04. P1.27                       3 × 3                        15.24 × 50                           1 : 86
80        QFP I/0208 P0.5                   10 × 10                        28 × 28                              1 : 7.8
90        CSP                                  5.95 × 14.84                   6.35 × 15.24                       约 1 : 1.1