本文介绍：“即使是最好的锡膏、设备和应用方法，也不一定充分保证得到可接受的结果。使用者必须控制工艺过程和设备变量，以达到良好的印刷品质。” 　　在表面贴装装配的回流焊接中，锡膏用于表面贴装元件的引脚或端子与焊盘之间的连接。有许多变量，如锡膏、丝印机、锡膏应用方法和印刷工艺过程。在印刷锡膏的过程中，基板放在工作台上，机械地或真空夹紧定位，用定位销或视觉来对准。或者丝网(screen)或者模板(stencil)用于锡膏印刷。本文将着重讨论几个关键的锡膏印刷问题，如模板设计和印刷工艺过程。 　　印刷工艺过程与设备　　在锡膏印刷过程中，印刷机是达到所希望的印刷品质的关键。今天可购买到的丝印机分为两种主要类型：实验室与生产。每个类型有进一步的分类，因为每个公司希望从实验室与生产类型的印刷机得到不同的性能水平。例如，一个公司的研究与开发部门(R&D)使用实验室类型制作产品原型，而生产则会用另一种类型。还有，生产要求可能变化很大，取决于产量。因为激光切割设备是不可能分类的，最好是选择与所希望的应用相适应的丝印机。　　在手工或半自动印刷机中，锡膏是手工地放在模板/丝网上，这时印刷刮板(squeegee)处于模板的另一端。在自动印刷机中，锡膏是自动分配的。在印刷过程中，印刷刮板向下压在模板上，使模板底面接触到电路板顶面。当刮板走过所腐蚀的整个图形区域长度时，锡膏通过模板/丝网上的开孔印刷到焊盘上。　　在锡膏已经沉积之后，丝网在刮板之后马上脱开(snap off)，回到原地。这个间隔或脱开距离是设备设计所定的，大约0.020"~0.040"。脱开距离与刮板压力是两个达到良好印刷品质的与设备有关的重要变量。　　如果没有脱开，这个过程叫接触(on-contact)印刷。当使用全金属模板和刮刀时，使用接触印刷。非接触(off-contact)印刷用于柔性的金属丝网。 　　刮板(squeegee)类型　　刮板的磨损、压力和硬度决定印刷质量，应该仔细监测。对可接受的印刷品质，刮板边缘应该锋利和直线。刮板压力低造成遗漏和粗糙的边缘，而刮板压力高或很软的刮板将引起斑点状的(smeared)印刷，甚至可能损坏刮板和模板或丝网。过高的压力也倾向于从宽的开孔中挖出锡膏，引起焊锡圆角不够。常见有两种刮板类型：橡胶或聚氨酯(polyurethane)刮板和金属刮板。当使用橡胶刮板时，使用70-90橡胶硬度计(durometer)硬度的刮板。当使用过高的压力时，渗入到模板底部的锡膏可能造成锡桥，要求频繁的底部抹擦。为了防止底部渗透，焊盘开口在印刷时必须提供密封(gasketing)作用。这取决于模板开孔壁的粗糙度。　　金属刮刀也是常用的。随着更密间距元件的使用，金属刮刀的用量在增加。它们由不锈钢或黄铜制成，具有平的刀片形状，使用的印刷角度为30~45°。一些刮刀涂有润滑材料。因为使用较低的压力，它们不会从开孔中挖出锡膏，还因为是金属的，它们不象橡胶刮板那样容易磨损，因此不需要锋利。它们比橡胶刮板成本贵得多，并可能引起模板磨损。　　使用不同的刮板类型在使用标准元件和密脚元件的印刷电路装配(PCA)中是有区分的。锡膏量的要求对每一种元件有很大的不同。密间距元件要求比标准表面贴装元件少得多的焊锡量。焊盘面积和厚度控制锡膏量。　　一些工程师使用双厚度的模板来对密脚元件和标准表面贴装焊盘施用适当的锡膏数量。其它工程师采用一种不同的方法 - 他们使用不需要经常锋利的更经济的金属刮刀。用金属刮刀更容易防止锡膏沉积量的变化，但这种方法要求改良的模板开孔设计来防止在密间距焊盘上过多的锡膏沉积。这个方法在工业上变得更受欢迎，但是，使用双厚度印刷的橡胶刮板也还没有消失。 　　模板(stencil)类型　　重要的印刷品质变量包括模板孔壁的精度和光洁度。保存模板宽度与厚度的适当的纵横比(aspect ratio)是重要的。推荐的纵横比为1.5。这对防止模板阻塞是重要。一般，如果纵横比小于1.5，锡膏会保留在开孔内。除了纵横比之外，如IPC-7525《模板设计指南》所推荐的，还要有大于0.66的面积比(焊盘面积除以孔壁面积)。IPC-7525可作为模板设计的一个良好开端。　　制作开孔的工艺过程控制开孔壁的光洁度和精度。有三种常见的制作模板的工艺：化学腐蚀、激光切割和加成(additive)工艺。 　　化学腐蚀(chemically etched)模板　　金属模板和柔性金属模板是使用两个阳性图形通过从两面的化学研磨来蚀刻的。在这个过程中，蚀刻不仅在所希望的垂直方向进行，而且在横向也有。这叫做底切(undercutting) - 开孔比希望的较大，造成额外的焊锡沉积。因为50/50从两面进行蚀刻，其结果是几乎直线的孔壁，在中间有微微沙漏形的收窄。　　因为电蚀刻模板孔壁可能不平滑，电抛光，一个微蚀刻工艺，是达到平滑孔壁的一个方法。另一个达到较平滑孔壁的方法是镀镍层(nickel plating)。抛光或平滑的表面对锡膏的释放是好的，但可能引起锡膏越过模板表面而不在刮板前滚动。这个问题可通过选择性地抛光孔壁而不是整个模板表面来避免。镀镍进一步改善平滑度和印刷性能。可是，它减小了开孔，要求图形调整 　　激光切割(laser-cut)模板　　激光切割是另一种减去(subtractive)工艺，但它没有底切问题。模板直接从Gerber数据制作，因此开孔精度得到改善。数据可按需要调整以改变尺寸。更好的过程控制也会改善开孔精度。激光切割模板的另一个优点是孔壁可成锥形。化学蚀刻的模板也可以成锥形，如果只从一面腐蚀，但是开孔尺寸可能太大。板面的开口稍微比刮板面的大一点的锥形开孔(0.001"~0.002"，产生大约2°的角度)，对锡膏释放更容易。　　激光切割可以制作出小至0.004"的开孔宽度，精度达到0.0005"，因此很适合于超密间距(ultra-fine-pitch)的元件印刷。激光切割的模板也会产生粗糙的边缘，因为在切割期间汽化的金属变成金属渣。这可能引起锡膏阻塞。更平滑的孔壁可通过微蚀刻来产生。激光切割的模板如果没有预先对需要较薄的区域进行化学腐蚀，就不能制成台阶式多级模板。激光一个一个地切割每一个开孔，因此模板成本是要切割的开孔数量而定。 　　电铸成型(electroformed)模板　　制作模板的第三种工艺是一种加成工艺，最普遍地叫做电铸成型。在这个工艺中，镍沉积在铜质的阴极心上以形成开孔。一种光敏干胶片叠层在铜箔上(大约0.25"厚度)。胶片用紫外光通过有模板图案的遮光膜进行聚合。经过显影后，在铜质心上产生阴极图案，只有模板开孔保持用光刻胶(photoresist)覆盖。然后在光刻胶的周围通过镀镍形成了模板。在达到所希望的模板厚度后，把光刻胶从开孔除掉。电铸成型的镍箔通过弯曲从铜心上分开 - 一个关键的工艺步骤。现在箔片准备好装框，制作模板的其它步骤。　　电铸成型台阶式模板可以做得到，但成本增加。由于可达到精密的公差，电铸成型的模板提供良好的密封作用，减少了模板底面的锡膏渗漏。这意味着模板底面擦拭的频率显著地降低，减少潜在的锡桥。 　　结论　　化学腐蚀和激光切割是制作模板的减去工艺。化学蚀刻工艺是最老的、使用最广的。激光切割相对较新，而电铸成型模板是最新时兴的东西。　　为了达到良好的印刷结果，必须有正确的锡膏材料(黏度、金属含量、最大粉末尺寸和尽可能最低的助焊剂活性)、正确的工具(印刷机、模板和刮刀)和正确的工艺过程(良好的定位、清洁拭擦)的结合。

印刷的相关术语 1开孔面积百分率 open mesh area percentage 　　 丝网所有网孔的面积与相应的丝网总面积之比，用百分数表示。 2　模版开孔面积 open stencil area 　　　 丝网印刷模版上所有图像区域面积的总和。 3　网框外尺寸 outer frame dimension 　　　 在网框水平位置上，测得包括网框上所有部件在内的长与宽的乘积。 4　印刷头 printing head 　　　 印刷机上通过靠着印版动作、为焊膏或胶水转移提供必要压力的部件。 5　焊膏或胶水 　　　 印刷过程中敷附于PCB板上的物质。 6　印刷面 printing side(lower side) 　　　 丝网印版的底面，即焊膏或胶水与PCB板相接触的一面。 7 丝网 screen mesh 　　　 一种带有排列规则、大小相同的开孔的丝网印刷模版的载体。 8 丝网印刷 screen printing 　　　 使用印刷区域呈筛网状开孔印版的漏印方式。 9 印刷网框 screen printing frame 　　　 固定并支撑丝网印刷模版载体的框架装置。 10 离网 snap-off 　　　 印刷过程中，丝网印版与附着于PCB板上的焊膏或胶水的脱离。 11 刮刀 squeegee 　　　 在丝网印刷中，迫使丝网印版紧靠PCB板，并使焊膏或胶水透过丝网印版的开孔转移到PCB板上，同时刮除印版上多余焊膏或胶水的装置。 12 刮刀角度 squeegee angle 　　　 刮刀的切线方向与PCB板水平面或与压印辊接触点的切线之间的夹角，在刮刀定位后非受力或非运动的状态下测得。 13 刮刀 squeegee blade 　　　 刮刀的刀状部分，直接作用于印版上的印刷焊膏或胶水，使焊膏或胶水附着在PCB板上。 14 刮区 squeegeeing area 　　　 刮刀在印版上刮墨运行的区域。 15 刮刀相对压力 squeegee pressure, relative 　　　 刮刀在某一段行程内作用于印版上的线性压力除以这段行程的长度。 16 丝网厚度 thickness of mesh 　　　 丝网模版载体上下两面之间的距离。 锡膏印刷质量控制 在表面贴装装配的回流焊接中，锡膏用于表面贴装元件的引脚或端子与焊盘之间的连接。有许多变量，如锡膏、丝印机、锡膏应用方法和印刷工艺过程。在印刷锡膏的过程中，基板放在工作台上，机械地或真空夹紧定位，用定位销或视觉来对准。或者丝网(screen)或者模板(stencil)用于锡膏印刷。本文将着重讨论几个关键的锡膏印刷问题，如模板设计和印刷工艺过程。 　　印刷工艺过程与设备　　在锡膏印刷过程中，印刷机是达到所希望的印刷品质的关键。今天可购买到的丝印机分为两种主要类型：实验室与生产。每个类型有进一步的分类，因为每个公司希望从实验室与生产类型的印刷机得到不同的性能水平。例如，一个公司的研究与开发部门(R&D)使用实验室类型制作产品原型，而生产则会用另一种类型。还有，生产要求可能变化很大，取决于产量。因为激光切割设备是不可能分类的，最好是选择与所希望的应用相适应的丝印机。　　在手工或半自动印刷机中，锡膏是手工地放在模板/丝网上，这时印刷刮板(squeegee)处于模板的另一端。在自动印刷机中，锡膏是自动分配的。在印刷过程中，印刷刮板向下压在模板上，使模板底面接触到电路板顶面。当刮板走过所腐蚀的整个图形区域长度时，锡膏通过模板/丝网上的开孔印刷到焊盘上。　　在锡膏已经沉积之后，丝网在刮板之后马上脱开(snap off)，回到原地。这个间隔或脱开距离是设备设计所定的，大约0.020"~0.040"。脱开距离与刮板压力是两个达到良好印刷品质的与设备有关的重要变量。　　如果没有脱开，这个过程叫接触(on-contact)印刷。当使用全金属模板和刮刀时，使用接触印刷。非接触(off-contact)印刷用于柔性的金属丝网。 　　刮板(squeegee)类型　　刮板的磨损、压力和硬度决定印刷质量，应该仔细监测。对可接受的印刷品质，刮板边缘应该锋利和直线。刮板压力低造成遗漏和粗糙的边缘，而刮板压力高或很软的刮板将引起斑点状的(smeared)印刷，甚至可能损坏刮板和模板或丝网。过高的压力也倾向于从宽的开孔中挖出锡膏，引起焊锡圆角不够。常见有两种刮板类型：橡胶或聚氨酯(polyurethane)刮板和金属刮板。当使用橡胶刮板时，使用70-90橡胶硬度计(durometer)硬度的刮板。当使用过高的压力时，渗入到模板底部的锡膏可能造成锡桥，要求频繁的底部抹擦。为了防止底部渗透，焊盘开口在印刷时必须提供密封(gasketing)作用。这取决于模板开孔壁的粗糙度。　　金属刮刀也是常用的。随着更密间距元件的使用，金属刮刀的用量在增加。它们由不锈钢或黄铜制成，具有平的刀片形状，使用的印刷角度为30~45°。一些刮刀涂有润滑材料。因为使用较低的压力，它们不会从开孔中挖出锡膏，还因为是金属的，它们不象橡胶刮板那样容易磨损，因此不需要锋利。它们比橡胶刮板成本贵得多，并可能引起模板磨损。　　使用不同的刮板类型在使用标准元件和密脚元件的印刷电路装配(PCA)中是有区分的。锡膏量的要求对每一种元件有很大的不同。密间距元件要求比标准表面贴装元件少得多的焊锡量。焊盘面积和厚度控制锡膏量。　　一些工程师使用双厚度的模板来对密脚元件和标准表面贴装焊盘施用适当的锡膏数量。其它工程师采用一种不同的方法 - 他们使用不需要经常锋利的更经济的金属刮刀。用金属刮刀更容易防止锡膏沉积量的变化，但这种方法要求改良的模板开孔设计来防止在密间距焊盘上过多的锡膏沉积。这个方法在工业上变得更受欢迎，但是，使用双厚度印刷的橡胶刮板也还没有消失。 　　模板(stencil)类型　　重要的印刷品质变量包括模板孔壁的精度和光洁度。保存模板宽度与厚度的适当的纵横比(aspect ratio)是重要的。推荐的纵横比为1.5。这对防止模板阻塞是重要。一般，如果纵横比小于1.5，锡膏会保留在开孔内。除了纵横比之外，如IPC-7525《模板设计指南》所推荐的，还要有大于0.66的面积比(焊盘面积除以孔壁面积)。IPC-7525可作为模板设计的一个良好开端。　　制作开孔的工艺过程控制开孔壁的光洁度和精度。有三种常见的制作模板的工艺：化学腐蚀、激光切割和加成(additive)工艺。 　　化学腐蚀(chemically etched)模板　　金属模板和柔性金属模板是使用两个阳性图形通过从两面的化学研磨来蚀刻的。在这个过程中，蚀刻不仅在所希望的垂直方向进行，而且在横向也有。这叫做底切(undercutting) - 开孔比希望的较大，造成额外的焊锡沉积。因为50/50从两面进行蚀刻，其结果是几乎直线的孔壁，在中间有微微沙漏形的收窄。　　因为电蚀刻模板孔壁可能不平滑，电抛光，一个微蚀刻工艺，是达到平滑孔壁的一个方法。另一个达到较平滑孔壁的方法是镀镍层(nickel plating)。抛光或平滑的表面对锡膏的释放是好的，但可能引起锡膏越过模板表面而不在刮板前滚动。这个问题可通过选择性地抛光孔壁而不是整个模板表面来避免。镀镍进一步改善平滑度和印刷性能。可是，它减小了开孔，要求图形调整 　　激光切割(laser-cut)模板　　激光切割是另一种减去(subtractive)工艺，但它没有底切问题。模板直接从Gerber数据制作，因此开孔精度得到改善。数据可按需要调整以改变尺寸。更好的过程控制也会改善开孔精度。激光切割模板的另一个优点是孔壁可成锥形。化学蚀刻的模板也可以成锥形，如果只从一面腐蚀，但是开孔尺寸可能太大。板面的开口稍微比刮板面的大一点的锥形开孔(0.001"~0.002"，产生大约2°的角度)，对锡膏释放更容易。　　激光切割可以制作出小至0.004"的开孔宽度，精度达到0.0005"，因此很适合于超密间距(ultra-fine-pitch)的元件印刷。激光切割的模板也会产生粗糙的边缘，因为在切割期间汽化的金属变成金属渣。这可能引起锡膏阻塞。更平滑的孔壁可通过微蚀刻来产生。激光切割的模板如果没有预先对需要较薄的区域进行化学腐蚀，就不能制成台阶式多级模板。激光一个一个地切割每一个开孔，因此模板成本是要切割的开孔数量而定。 　　电铸成型(electroformed)模板　　制作模板的第三种工艺是一种加成工艺，最普遍地叫做电铸成型。在这个工艺中，镍沉积在铜质的阴极心上以形成开孔。一种光敏干胶片叠层在铜箔上(大约0.25"厚度)。胶片用紫外光通过有模板图案的遮光膜进行聚合。经过显影后，在铜质心上产生阴极图案，只有模板开孔保持用光刻胶(photoresist)覆盖。然后在光刻胶的周围通过镀镍形成了模板。在达到所希望的模板厚度后，把光刻胶从开孔除掉。电铸成型的镍箔通过弯曲从铜心上分开 - 一个关键的工艺步骤。现在箔片准备好装框，制作模板的其它步骤。　　电铸成型台阶式模板可以做得到，但成本增加。由于可达到精密的公差，电铸成型的模板提供良好的密封作用，减少了模板底面的锡膏渗漏。这意味着模板底面擦拭的频率显著地降低，减少潜在的锡桥。 　　结论　　化学腐蚀和激光切割是制作模板的减去工艺。化学蚀刻工艺是最老的、使用最广的。激光切割相对较新，而电铸成型模板是最新时兴的东西。　　为了达到良好的印刷结果，必须有正确的锡膏材料(黏度、金属含量、最大粉末尺寸和尽可能最低的助焊剂活性)、正确的工具(印刷机、模板和刮刀)和正确的工艺过程(良好的定位、清洁拭擦)的结合。

SMT基本工艺构成要素丝印（或点胶） 贴装 （固化） 回流焊接 清洗 检测 返修 丝印：其作用是将焊膏或贴片胶漏印到PCB的焊盘上，为元器件的焊接做准备。所用设备为丝印机（丝网印刷机），位于SMT生产线的最前端。 点胶：它是将胶水滴到PCB的的固定位置上，其主要作用是将元器件固定到PCB板上。所用设备为点胶机，位于SMT生产线的最前端或检测设备的后面。 贴装：其作用是将表面组装元器件准确安装到PCB的固定位置上。所用设备为贴片机，位于SMT生产线中丝印机的后面。 固化：其作用是将贴片胶融化，从而使表面组装元器件与PCB板牢固粘接在一起。所用设备为固化炉，位于SMT生产线中贴片机的后面。 回流焊接：其作用是将焊膏融化，使表面组装元器件与PCB板牢固粘接在一起。所用设备为回流焊炉，位于SMT生产线中贴片机的后面。 清洗：其作用是将组装好的PCB板上面的对人体有害的焊接残留物如助焊剂等除去。所用设备为清洗机，位置可以不固定，可以在线，也可不在线。 检测：其作用是对组装好的PCB板进行焊接质量和装配质量的检测。所用设备有放大镜、显微镜、在线测试仪（ICT）、飞针测试仪、自动光学检测（AOI）、X-RAY检测系统、功能测试仪等。位置根据检测的需要，可以配置在生产线合适的地方。 返修：其作用是对检测出现故障的PCB板进行返工。所用工具为烙铁、返修工作站等。配置在生产线中任意位置。 焊接材料焊锡作为所有三种级别的连接：裸片(die)、包装(package)和电路板装配(board assembly)的连接材料。另外，锡/铅(tin/lead)焊锡通常用于元件引脚和PCB的表面涂层。考虑到铅(Pb)在技术上已存在的作用与反作用，焊锡可以分类为含铅或不含铅。现在，已经在无铅系统中找到可行的、代替锡/铅材料的、元件和PCB的表面涂层材料。可是对连接材料，对实际的无铅系统的寻找仍然进行中。这里，总结一下锡/铅焊接材料的基本知识，以及焊接点的性能因素，随后简要讨论一下无铅焊锡。 　　焊锡通常定义为液化温度在400°C(750°F)以下的可熔合金。裸片级的(特别是倒装芯片)锡球的基本合金含有高温、高铅含量，比如Sn5/Pb95或Sn10/Pb90。共晶或临共晶合金，如Sn60/Pb40，Sn62/Pb36/Ag2和Sn63/Pb37，也成功使用。例如，载体CSP/BGA板层底面的锡球可以是高温、高铅或共晶、临共晶的锡/铅或锡/铅/银材料。由于传统板材料，如FR-4，的赖温水平，用于附着元件和IC包装的板级焊锡局限于共晶，临共晶的锡/铅或锡/铅/银焊锡。在某些情况，使用了锡/银共晶和含有铋(Bi)或铟(In)的低温焊锡成分。 　　焊锡可以有各种物理形式使用，包括锡条、锡锭、锡线、锡粉、预制锭、锡球与柱、锡膏和熔化状态。焊锡材料的固有特性可从三个方面考虑：物理、冶金和机械。 物理特性对今天的包装和装配特别重要的有五个物理特性： 冶金相化温度(Metallurgical phase-transition temperature)有实际的暗示，液相线温度可看作相当于熔化温度，固相线温度相当于软化温度。对给定的化学成分，液相线与固相线之间的范围叫做塑性或粘滞阶段。选作连接材料的焊锡合金必须适应于最恶劣条件下的最终使用温度。因此，希望合金具有比所希望的最高使用温度至少高两倍的液相线。当使用温度接近于液相线时，焊锡通常会变得机械上与冶金上“脆弱”。 焊锡连接的导电性(electrical conductivity)描述了它们的电气信号的传送性能。从定义看，导电性是在电场的作用下充电离子(电子)从一个位置向另一个位置的运动。电子导电性是指金属的，离子导电性是指氧化物和非金属的。焊锡的导电性主要是电子流产生的。电阻 — 与导电性相反 — 随着温度的上升而增加。这是由于电子的移动性减弱，它直接与温度上升时电子运动的平均自由路线(mean-free-path)成比例。焊锡的电阻也可能受塑性变形的程度的影响(增加)。 金属的导热性(thermal conductivity)通常与导电性直接相关，因为电子主要是导电和导热。(可是，对绝缘体，声子的活动占主要。) 焊锡的导热性随温度的增加而减弱。 自从表面贴装技术的开始，温度膨胀系数(CTE, coefficient of thermal expansion)问题是经常讨论到的，它发生在SMT连接材料特性的温度膨胀系数(CTE)通常相差较大的时候。一个典型的装配由FR-4板、焊锡和无引脚或有引脚的元件组成。它们各自的温度膨胀系数(CTE)为，16.0 × 10-6/°C(FR-4); 23.0 × 10-6/°C(Sn63/Pb37); 16.5 × 10-6/°C(铜引脚); 和6.4 × 10-6/°C(氧化铝Al2O3无引脚元件)。在温度的波动和电源的开关下，这些CTE的差别增加焊接点内的应力和应变，缩短使用寿命，导致早期失效。两个主要的材料特性决定CTE的大小，晶体结构和熔点。当材料具有类似的晶格结构，它们的CTE与熔点是相反的联系。 熔化的焊锡的表面张力(surface tension)是一个关键参数，与可熔湿性和其后的可焊接性相关。由于在表面的断裂的结合，作用在表面分子之间的吸引力相对强度比焊锡内部的分子力要弱。因此材料的自由表面比其内部具有更高的能量。对熔湿焊盘的已熔化的焊锡来说，焊盘的表面必须具有比熔化的焊锡表面更高的能量。换句话说，已熔化金属的表面能量越低(或金属焊盘的表面能量越高)，熔湿就更容易。 冶金特性在焊锡连接使用期间暴露的环境条件下，通常发生的冶金现象包括七个不同的改变。 塑性变形(plastic deformation)。当焊锡受到外力，如机械或温度应力时，它会发生不可逆变的塑性变形。通常是从焊锡晶体结合的一些平行平面开始，它可能在全部或局部(焊锡点内)进行，看应力水平、应变率、温度和材料特性而定。连续的或周期性的塑性变形最终导致焊点断裂。 应变硬化(strain-hardening)，是塑性变形的结果，通常在应力与应变的关系中观察得到。 回复过程(recovery process)是应变硬化的相反的现象，是软化的现象，即，焊锡倾向于释放储存的应变能量。该过程是热动力学过程，能量释放过程开始时快速，其后过程则较慢。对焊接点失效敏感的物理特性倾向于恢复到其初始的值。仅管如此，这不会影响微结构内的可见的变化。 再结晶(recrystallization)是经常在使用期间观察到的焊接点内的另一个现象。它通常发生在相当较高的温度下，涉及比回复过程更大的从应变材料内释放的能量。在再结晶期间，也形成一套新的基本无应变的晶体结构，明显包括晶核形成和生长过程。再结晶所要求的温度通常在材料绝对熔点的三分之一到二分之一。 溶液硬化(solution-hardening)，或固体溶液合金化过程，造成应力增加。一个例子就是当通过添加锑(Sb)来强化Sn/Pb成分。如图一所示。 沉淀硬化(precipitaion-hardening)包括来自有充分搅拌的微沉淀结构的强化效果。 焊锡的超塑性(superplasticity)出现在低应力、高温和低应变率相结合的条件下。 　　机械特性　　焊锡的三个基本的机械特性包括应力对应力特性、懦变阻抗和疲劳阻抗。 　　虽然应力可通过张力、压力或剪切力产生，大多数合金的剪切力比张力或压力要弱。剪切强度是很重要的，因为大多数焊接点在使用中经受剪切应力。 　　懦变是当温度和应力(负荷)都保持常数时的一种全面塑性变形。这个依靠时间的变形可能在绝对零度以上的任何温度下发生。可是，懦变只是在“活跃”温度才变得重要。 　　疲劳是在交变应力下的合金失效。在循环负荷下合金所能忍受的应力比静态负荷下小得多。因此，屈服强度，焊锡阻抗永久变形的静态应力，经常与疲劳强度无关。通常疲劳断裂开始于几个微小的裂纹，在重复应力作用下增长，造成焊接点截面的承载能力下降。 　　电子包装与装配应用中等焊锡一般经受低频疲劳(疲劳寿命小于10,000周期)和高应力。温度机械疲劳是用来介定焊锡特性的另一个测试模式。材料受制于循环的温度极限，即温度疲劳测试模式。每个方法都有其独特的特性和优点，两者都影响焊锡上的应变循环。 　　性能与外部设计　　人们都认识到焊锡点的可靠性不仅依靠内在的特性，而且依靠设计、要装配的元件与板、用以形成焊接点的过程和长期使用的环境。还有，焊接点表现的特性是有别于散装的焊锡材料。因此，一些已建立的散装焊锡与焊接点之间的机械及温度特性可能不完全相同。主要地，这是由于电路板层表面对焊锡量的高比率，在固化期间造成大量异相晶核座，以及当焊锡点形成时元素或冶金成分的浓度变化。任何一种情况都可能导致反应缺乏均匀性的结构。随着焊锡点厚度的减少，这种界面衰歇将更明显。因此，焊接点的特性可能改变，失效机制可能与从散装的焊锡得出的不一样。 　　元件与板的设计也会对焊锡点特性有重要影响。例如，和焊盘有联系的阻焊的设计(如限定的或非限定的阻焊)，将影响焊锡点的性能以及失效机制。 对每一种元件包装类型，观察和介定各自的焊接点失效模式。例如，翅形QFP的焊接点裂纹经常从焊点圆角的脚跟部开始，第二条裂纹在脚趾区域；BGA的焊点失效通常在焊锡球与包装的界面或焊锡球与板的界面发现。 　　另一个重要因素是系统温度管理。IC芯片的散热要求在不断增加。运行期间产生的热量必须有效地从芯片带出到包装表面，然后到室温。在出现由于过热而引起的系统失效之前，IC的性能可能变得不稳定，和前面所说的温度与导电性之间的关系一样。元件的包装与电路板的设计都会影响到散热过程的效率。

焊锡节点比其替代品聚合胶的传导热量要有效得多。 　　当焊锡点通过一个品质过程适当地形成后，与其使用寿命相联系的是懦变/疲劳的交互作用、金属化合的发展和微结构的进化。失效模式随系统的构成而变化，比如包装类型(PBGA、CSP、QFP 电容，等)、温度和应变水平、使用的材料、圆角体积焊锡点几何形状以及其它设计因素。更高功率的芯片和现在设计不断增加密度的电路更加要求焊点的更好的温度疲劳强度。 　　无铅焊锡　　对无铅焊锡的兴趣随着时间发生变化，有激动也有冷漠。虽然还没有立法的影响，开发无铅焊锡的另一个、可能更重要的目标是把焊锡提高到一个新的性能水平。 　　典型的PCB装配共晶锡/铅(Sn63/Pb37)焊锡点通常遇到累积的退化，造成温度疲劳。这个退化经常与焊点界面的金相粗糙有关，如图二所示，而它又与铅(Pb)或富铅(Pb-rich)金相更密切。 　　如果取消铅，那无铅焊锡经受温度循环的损害机制会改变吗？在没有其它主要失效(金属间化合、粘合差、过多空洞，等)的条件下，温度疲劳环境中无铅焊锡点的失效机制很可能不会涉及与锡/铅相同程度的金相粗糙。实际上应该设计无铅合金以防止金相粗糙，因而提供更高的疲劳阻抗，因为有适当的微结构进化。图三比较受温度疲劳的无锡焊锡点的强度，显示两种无铅合金没有金相粗糙。 　　已介绍各种无铅成分。多数似乎至少在一个区域失效：例如，可能缺少本身的性能来显示焊接期间即时流动和良好的熔湿性能；熔化温度可能太高，超出同用PCB的温度忍耐水平；或者可能展示机械性能不足。只有那些结合所希望的物理和机械特性与满足制造要求的能力的无铅焊锡才被认做可利用的材料。 SMT中表面安装元器件的选取摘要：本文主要从元器件的特性、封装形式及材料介绍各类元器件的选取，结合实际生产设备分析各种封装的优缺点，对产品设计者在SMT设计阶段确定表面组装元器件的封装形式和结构具有一定的参考价值。关键词：SMT 元器件 封装 选取 一、概述　　表面安装元器件的选择和设计是产品总体设计的关键一环，设计者在系统结构和详细电路设计阶段确定元器件的电气性能和功能，在SMT设计阶段应根据设备及工艺的具体情况和总体设计要求确定表面组装元器件的封装形式和结构。表面安装的焊点既是机械连接点又是电气连接点，合理的选择对提高PCB设计密度、可生产性、可测试性和可靠性都产生决定性的影响。　　表面安装元器件在功能上和插装元器件没有差别，其不同之处在于元器件的封装。表面安装的封装在焊接时要经受奶高的温度其元器件和基板必须具有匹配的热膨胀系数。这些因素在产品设计中必须全盘考虑。选择合适的封装，其优点主要是：1）.有效节省PCB面积；2）.提供更好的电学性能；3）.对元器件的内部起保护作用，免受潮湿等环境影响；4）.提供良好的通信联系；5）.帮助散热并为传送和测试提供方便。 二、表面安装元器件的选取　　表面安装元器件分为有源和无源两大类。按引脚形状分为鸥翼型和“J”型。下面以此分类阐述元器件的选取。　　1无源器件　　元源器件主要包括单片陶瓷电容器、钽电容器和厚膜电阻器，外形为长方形或园柱形。园柱形无源器件称为“MELF”，采用再流焊时易发生滚动，需采用特殊焊盘设计，一般应避免使用。长方形无源器件称为“CHIP”片式元器件，它的体积小、重量轻、抗菌素冲击性和抗震性好、寄生损耗小，被广泛应用于各类电子产品中。为了获得良好的可焊性，必须选择镍底阻挡层的电镀。　　表面安装电阻器的电容器封装有各种外形尺寸。在选取时应避免选择过小尺寸：<0.08英寸X0.05英寸以减小贴放难度，也要避免选择过大尺寸：>0英寸X0.12英寸以避免使用环氧玻璃基板FR-4时产生热膨胀系数（CTE）失配片式元件要求能在260℃温度下承受5-10S的焊接时间。　　(1)片式电阻器　　片式电阻器分为两大类：厚膜型和薄膜型。额定功率为1/16、1/8、1/4瓦，电阻值从1欧到1兆欧的电阻器具有各种尺寸规格，按外形尺寸分为0805（0。08英寸X0.05英寸）、1206（0.12英寸X0.06英寸）、1210（0.12英寸X0.10英寸）等。一般来说1/16、1/8和1/4瓦的电阻器相应于0805、1206及1210。选取时应首选1/8瓦、外形尺寸为1206的元件。　　（2）陶瓷电容器　　陶瓷电容器有三种不同的介质类型：COG或NPO、X7R和Z5U。它们的电容范围各不相同。COG或NPO用于在很宽的温度、电压和频率范围内有高稳定性的电路；X7R和Z5U介质电容器的温度和电压特性较差，主要应用于旁路和去耦场合。　　陶瓷电容器在波峰焊时容易开裂，原因是CTE失配。在焊接时电极和端接头的CTE高，受热比陶瓷快以致失配产生裂纹。解决的工艺办法是波峰焊之前预热电路板，减少热冲击。Z5U陶瓷电容器比X7R电容器更容易开裂，选取时应尽量采用X7R电容器。 和 片式电阻器一样，其外形尺寸应量选用1206的电容器。　　（3）电阻网络　　表面安装电阻器网络采用“SO”封装，管脚为欧翼形。其焊盘图形设计标准，可根据电路需要加以选用。　　现有最常用外形尺寸标准如下：150MIL宽外壳（SO）有8、14、16引脚；220MIL宽外壳（SOMC）有14、16引脚；300MIL宽外壳（SOL）有14、16、20、24、28引脚。　　（4）钽电容器　　表面安装钽电容器具有极高的体积效率和高可靠性。目前，该元件缺少标准化，一般使用字母标记。选择钽电容器最主要的是注意两头的端接头结构。它有两种主要的结构形式：一种是非压膜式，一端焊接短片触头；另一种是塑膜式，引脚触头向下卷。由于贴片机动性抓取非压膜式电容器时易出现贴片不准的问题，加上这种电容器的金属端接头会使焊点变脆，选取时应尽量选用塑膜式钽电容器。　　2、有源器件　　表面安装芯片载体有两大类：陶瓷和塑料。　　陶瓷芯片封装的优点是：1)气密性好，对内部结构有良好的保护作用 2)信号路径较短，寄生参数、噪声、延时特性明显改善 3)降低功耗。缺点是因为无引脚吸收焊膏溶化时所产生的应力，封装和基板之间CTE失配可导致焊接时焊点开裂。目前，最常用的陶瓷饼片载体是无引线陶瓷习片载体LCCC。　　塑料封装目前被广泛应用于军、民品生产上，具有良好的性价比。其封装形式分为：小外形晶体管SOT；小外形集成电路SOIC；塑封有引线芯片载体PLCC；小外形J封装；塑料扁平封装PQFP。　　为了有效缩小PCB面积，在器件功能和性能相同的情况下首选引脚数20以下的SOIC，引脚数20-84之间的PLCC，引脚数大于84的PQFP。

2。2.1无引线陶瓷芯片载体LCCC 　　电极中心距有1.0mm和1.27mm两种。矩形有18、22、28、32个电极数；方形有16、20、24、28、44、56、68、84、100、124、156个电极数。由于目前采用的基板多为FR-4，CTE失配的情况比较严重，应尽量避免选用。　　2。2.2小外形晶体终究SOT 　　其常用的封装形式为三引脚的SOT23、SOT89，四引脚的SOT143，一般用于二、三极管。　　SOT23是最常用的三引脚封装，可容纳的最大芯片尺寸为0。030英寸X0.030英寸，按断面高低分为低位、中位、高位三种。为了得到较好的清洗效果，一般优选高位封装。　　SOT89一般用于功率较大的器件，可容纳的最大芯片尺寸为0.060英寸X0.060英寸。　　SOT143通常用于射频（FR）晶体管的情况下，可容纳的最大芯片尺寸为0.025英寸X0.025英寸。　　2.2.3小外形集成电路SOIC 　　采用欧翼形封装。对于引脚数不大于20的器件来说，采用此类封装可节省更大的覆盖面积。　　SOIC封装主要有两种不同的外壳宽度：150MIL和300MIL，主要有8、14、16、20、24、28个引脚数。　　在选取时应注意引脚的共面度最大为0.004英寸。　　2.2.4塑料扁平封装PQFP 　　采用欧翼形封装。主要应用于ASIC专用集成电路。管脚 中心距分为1.0mm、0.8mm、0.65mm、0.5mm、0.3mm几种，引脚数有84-304条。　　管脚中心距越小、管脚数越多，引脚越易损伤，共面度不易保持在0.004英寸范围内。选取时应尽量采用带角缓冲垫封装的器件（四角有四个比引脚长约2MIL的垫子），以便在安装、返修、测试过程中保护引脚。　　2.2.5塑封有引线芯片载体PLCC和小外形J封装　　均采用J形封装。具有可塑性，能吸收焊点的应力从而避免焊点开裂，形成良好的焊点。　　引脚数大于40时采用PLCC，占用覆盖面积小，不易变形、共面性好。　　PLCC按外形分矩形和方形两种。矩形引线数有18、22、28、32条；方形引线数有16、20、24、28、44、52、68、84、100、124、156条。　　小外形J封装是SOIC和PLCC的混合形式，结合了PLCC引线强度大、共面性好和SOIC空间存线率高的优点。主要用于高密度DRAM（1和4MB）. 三、欧翼形封装和J形封装器件引脚分析比较　　引脚 的形状决定了形成的焊点，对产品的可靠性和可生产性都有着重要的影响。目前采用的主要两种形状为：欧翼形和J形，形成的焊点分别见图1和图2. 　　　　　　图2 　J型引脚焊点示意图 引脚形状\性能 欧翼形 J形 封坚固性 一般 好 对各种焊接方法的适应能力 较强 有局限性 焊接后清洗的方便性 一般 较好 焊接后检验的方便性 一般 一般 覆盖面积率 一般 较好 　 　　　　　表1欧翼形和J形引脚分析比较　 　由表1可看出两种封装形式各有段、缺点，但具体选择应根据SMT设备的具体情况加以选择。例如，采用PLCC的好处很多，但由于它对焊接方式的选择性较强，对于无强制对流的红外再流焊就无法形成良好的焊点，应慎重选择。 　四、结论表面安装元器件的选取合理与否直接关系到产品的质量，在其电气性能确定后，还应根据具体设备从元器件材料、封装形式、可承受焊接温度、可焊性等各个方面加以综合考虑，只有这样，产品设计者设计出的电路才具有良好的可制造性和可靠性。 SMD:表面组装器件（Surface Mounted Devices）主要有片式晶体管和集成电路，集成电路又包括SOP、SOJ、PLCC、LCCC、QFP、BGA、CSP ，FC、MCM等。连接件(Interconnect)：提供机械与电气连接/断开，由连接插头和插座组成，将电缆、支架、机箱或其它PCB与PCB连接起来；可是与板的实际连接必须是通过表面贴装型接触。 有源电子元件(Active)：在模拟或数字电路中，可以自己控制电压和电流，以产生增益或开关作用，即对施加信号有反应，可以改变自己的基本特性。 无源电子元件(Inactive)：当施以电信号时不改变本身特性，即提供简单的、可重复的反应。 异型电子元件(Odd-form)：其几何形状因素是奇特的，但不必是独特的。因此必须用手工贴装，其外壳(与其基本功能成对比)形状是不标准的，例如：许多变压器、混合电路结构、风扇、机械开关块，等。 Chip 片电阻, 电容等, 尺寸规格: 0201, 0402, 0603, 0805, 1206, 1210, 2010, 等钽电容, 尺寸规格: TANA,TANB,TANC,TAND SOT 晶体管,SOT23, SOT143, SOT89等 melf 圆柱形元件, 二极管, 电阻等 SOIC 集成电路, 尺寸规格: SOIC08, 14, 16, 18, 20, 24, 28, 32 QFP 密脚距集成电路 PLCC 集成电路, PLCC20, 28, 32, 44, 52, 68, 84 BGA 球栅列阵包装集成电路, 列阵间距规格: 1.27, 1.00, 0.80 CSP 集成电路, 元件边长不超过里面芯片边长的1.2倍, 列阵间距<0.50的µBGA