摘??要??表面貼裝技術(shù)自80年代以來以在電子工業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用和發(fā)展，本文對其未來的發(fā)展趨勢作了初步分析。
關(guān)鍵詞??表面貼裝技術(shù);計算機集成制造系統(tǒng);貼片機;波峰焊;回流焊;表面貼裝元器件
Developing Trend of Surface Mount Technology
Xian??fei
(Jinglun Electronic Co.,Ltd,Wuhan??430223,China)
????Abstract??Surface Mount Technology has been developed quickly and got wide application????????in electronic industry since 1980,the article analyeses the developing trend of Surface Mount Technology.
????Keywords Surface Mount Technology; CIMS; Mounter; Wave soldering; Air soldering; Surface Mount Device
????隨著電子產(chǎn)品向便攜式/小型化、網(wǎng)絡(luò)化和多媒體方向迅速發(fā)展，表面貼裝技術(shù)（Surface Mount Technology，簡稱SMT）在電子工業(yè)中正得到越來越廣泛的應(yīng)用，并且在許多領(lǐng)域部分或全部取代了傳統(tǒng)電子裝聯(lián)技術(shù)。SMT的出現(xiàn)使電子裝聯(lián)技術(shù)發(fā)生了根本的、革命性的變革。在應(yīng)用過程中，SMT正在不斷地發(fā)展與完善,本文將就SMT發(fā)展的部分熱門領(lǐng)域進行概括介紹。
????????????????????????????SMT生產(chǎn)線的發(fā)展
SMT生產(chǎn)線是面對高產(chǎn)能、高質(zhì)量大規(guī)模電子裝聯(lián)生產(chǎn)，SMT生產(chǎn)線是生產(chǎn)的基礎(chǔ)，目前其有如下幾個發(fā)展趨勢：
1.計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）的應(yīng)用
目前電子產(chǎn)品正向著更新快、多品種、小批量的方向發(fā)展，這就要求SMT的生產(chǎn)準備時間盡可能短，為達到這個目標就需要克服設(shè)計環(huán)節(jié)與生產(chǎn)環(huán)節(jié)聯(lián)系相脫節(jié)的問題，而CIMS的應(yīng)用就可以完全解決這一問題。CIMS是以數(shù)據(jù)庫為中心，借助計算機網(wǎng)絡(luò)把設(shè)計環(huán)境中的數(shù)據(jù)傳送到各個自動化加工設(shè)備中，并能控制和監(jiān)督這些自動化加工設(shè)備，形成一個包括設(shè)計制造、測試、生產(chǎn)過程管理、材料供應(yīng)和產(chǎn)品營銷管理等全部活動的綜合自動化系統(tǒng)。
CIMS能為企業(yè)帶來非常顯著的經(jīng)濟效益：提高產(chǎn)品質(zhì)量、設(shè)備有效利用率和柔性制造能力，大大縮短產(chǎn)品設(shè)計周期和投入市場時間等等。正因為CIMS具有這么多優(yōu)點，所以可以預(yù)見得到CIMS在SMT生產(chǎn)線中的應(yīng)用將會越來越廣泛。
2.SMT生產(chǎn)線正向高效率方向發(fā)展
高生產(chǎn)效率是衡量SMT生產(chǎn)線的重要性能指標，SMT生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率體現(xiàn)在產(chǎn)能效率和控制效率。產(chǎn)能效率指的是SMT生產(chǎn)線上各種設(shè)備的綜合產(chǎn)能。為了提高產(chǎn)能效率，一些 SMT生產(chǎn)線的回流爐后都配上了全自動的連線測試儀，這樣，在整個生產(chǎn)過程中都可杜絕人為因素的干擾，大幅度提高產(chǎn)品生產(chǎn)速度，從而提高生產(chǎn)效率；還有些SMT生產(chǎn)線正從傳統(tǒng)的單路連線生產(chǎn)向雙路連線生產(chǎn)方式發(fā)展，在減少占地面積的同時，提高生產(chǎn)效率?？刂菩拾ㄞD(zhuǎn)換和過程控制優(yōu)化及管理優(yōu)化，控制方式上已從傳統(tǒng)的分步控制方式向集中在線優(yōu)化控制方向發(fā)展，生產(chǎn)板轉(zhuǎn)換時間越來越短。目前國外很多企業(yè)都在使用生產(chǎn)管理軟件對整個SMT生產(chǎn)線實行集中在線控制管理，可對各個設(shè)備的生產(chǎn)工藝參數(shù)進行監(jiān)控、統(tǒng)計，確保每臺機器工作在正常狀況下，大幅度提高生產(chǎn)線管理效率和生產(chǎn)效率。
3.SMT生產(chǎn)線向“綠色”環(huán)保方向發(fā)展
為了保護地球生態(tài)環(huán)境，SMT生產(chǎn)線的環(huán)保問題正受到人們越來越多的關(guān)注，符合環(huán)保要求的“綠色”生產(chǎn)線將是21世紀SMT發(fā)展趨勢。
?????????????????????? SMT設(shè)備的發(fā)展
SMT生產(chǎn)線是由SMT設(shè)備構(gòu)成的，目前SMT設(shè)備的發(fā)展正向著高效、靈活、智能、環(huán)保等方向發(fā)展。
絲印設(shè)備
在傳統(tǒng)的錫膏印刷過程中，錫膏長時間暴露在開放環(huán)境下是引起印刷缺陷的重要原因。而MPM“流變泵”印刷頭是解決上述問題的最新突破。與錫膏在開放的環(huán)境中滾動不同，“流變泵”中的焊膏被裝在密封的印刷頭中，只有開孔錫膏才與網(wǎng)板接觸，標準錫膏封裝夾筒不斷地通過壓力來充填焊膏，并提供動壓力，使錫膏進入開孔。這一“流變泵”技術(shù)從根本上消除了影響錫膏印刷的最大變量因素，使用戶無需考慮印刷時間歇或機器工作時間等情況，從而得到滿意的效果。絲印機制造行業(yè)的另一巨頭DEK也采用了與此相類似的技術(shù)，可以看出將錫膏由開放環(huán)境轉(zhuǎn)入封閉環(huán)境將會是絲印設(shè)備的一個發(fā)展方向。
此外隨著模塊化高速貼片機的應(yīng)用，以及一條生產(chǎn)線多臺高速貼片機的連接，貼片速度將不再是瓶頸，而印刷錫膏可能成為新的瓶頸所在。因為印刷要求錫膏滾動，而速度太快錫膏不可能滾動起來，因此，如何在印刷速度上作文章將是以后一個重要話題。DEK公司推出了新設(shè)計的刮刀，它不在是單一的平面設(shè)計，而多角度組合以達到高速印刷時錫膏能滾動前進，但效果如何，還有待實踐的檢驗。
貼裝設(shè)備
貼片機是SMT生產(chǎn)線中最關(guān)鍵的設(shè)備，它往往占了整條生產(chǎn)線投資額的一半以上，因此貼片機的發(fā)展更能引起人們的關(guān)注。目前貼裝機的發(fā)展正向著高速、高精度、智能化、柔性制造系統(tǒng)（FMS）、多功能等方向發(fā)展。
1．新型貼片機為了更好地提高生產(chǎn)速度，除了對機械結(jié)構(gòu)加以改進，減少震動，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性外，還采用了以下一些新技術(shù)：
“飛行對中”技術(shù)
這項技術(shù)最早由美國QUAD公司開發(fā)并采用，它把CCD圖象傳感器直接安裝在貼裝頭上，一起運動，實現(xiàn)了在拾起器件后，在運動到印制電路板貼裝位置的過程中對器件進行光學對中，使細腳距IC的貼片速度提高了5倍，打破了細腳距IC的貼片瓶頸。
雙路輸送結(jié)構(gòu)
雙路輸送貼片機在保留傳統(tǒng)單路貼片機的性能下，將PCB的輸送、定位、檢測等設(shè)計成雙路結(jié)構(gòu)，這種雙路結(jié)構(gòu)的貼片機其工作方式可分為同步方式和異步方式。同步方式運轉(zhuǎn)時，完成二塊大小相同的印制板的器件貼裝；異步方式運轉(zhuǎn)時，當一塊印制板在進行器件貼裝時，另一塊印制板則完成傳送、基準對準、壞板檢查等步驟。這兩種方式均能縮短貼裝機的無效工作時間，提高生產(chǎn)效率。
自動吸嘴轉(zhuǎn)換功能
由于傳統(tǒng)的貼片機貼裝頭部的吸嘴唯一，因此在吸取大小不同的器件時需經(jīng)常到吸嘴站(Nozzle Station)更換吸嘴，使無效工作時間增加，從而造成生產(chǎn)效率的降低。為了解決這一矛盾，日歐一些公司新型貼片機的貼裝頭部作了改進，如采用轉(zhuǎn)盤和復(fù)式吸嘴結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)指的是貼片機的貼裝臂上安裝有轉(zhuǎn)盤，其中包含有各種不同類型的吸嘴，在貼裝頭移動過程中自動更換所需吸嘴，無需增加額外時間，并且在一個拾放過程中可以同時吸取多個元器件，降低了貼裝臂來回運動的次數(shù)，從而提高貼片機工作效率。這種機器可以通過增加貼裝臂數(shù)目來提高速度，具有較大靈活性，像SIMENS的HS-50就含有四個這樣的貼裝頭，可實現(xiàn)每小時貼5萬片元件。復(fù)式吸嘴結(jié)構(gòu)指的是貼裝頭采用了同軸兩個大小不同吸嘴，當吸取較小元件時，小吸嘴伸出；當吸取較大元件時，大吸嘴伸出。這種結(jié)構(gòu)也可以實現(xiàn)吸嘴自動轉(zhuǎn)換，如松下公司的MSH3就采用了這種結(jié)構(gòu)。
2．新型貼片機發(fā)展的另一重要趨勢就是高精度，目前正采取如下措施，以適應(yīng)窄間距、新型器件對貼裝精度的要求，主要改進有：（1）采用了高分辨率的線性編碼器閉環(huán)系統(tǒng)。（2）采用智能服務(wù)系統(tǒng)提高了服務(wù)性能和縮短了調(diào)整時間，減輕主機負荷，提高貼裝可靠性。（3）改進了機器視覺系統(tǒng)，采用高分辨率的線性掃描攝象機，并對圖象進行灰度處理，提高圖象處理精度，進一步提高了貼裝機的精度等級。（4）采用溫度補償功能，降低環(huán)境對貼裝超細間距IC的影響。
3．由于現(xiàn)在的生產(chǎn)制造環(huán)境千變?nèi)f化，為了適應(yīng)這一情況，新型貼片機正向柔性制造系統(tǒng)（FMS）方向發(fā)展。如日本富士公司一改貼裝機的傳統(tǒng)概念，將貼裝機分為控制主機和功能模塊機，可以根據(jù)用戶的不同需要，由控制主機和功能模塊機柔性組合來滿足用戶的需要。模塊機有不同的功能，針對不同元器件的貼裝要求，可按不同精度和速度進行貼裝，以達到較高的使用效率，當用戶有新的要求，可以根據(jù)需要增加新的功能模塊機。
4．多功能也是貼片機的一個發(fā)展趨勢。由于這類貼片機兼具高速機和高精度機的特點，貼裝元器件的范圍覆蓋了高精度機和高速機，它能解決無論是高速機還是高精度機引起的瓶頸問題。因而較普通機器具有更大的靈活性，只需一臺多功能機器就可取代高速機十中速高精度機的配置，從而降低整條線的成本，減少占地面積。多功能貼片機正受到越來越多中小企業(yè)的青睞。
5．高速貼片機模塊化。旋轉(zhuǎn)頭的設(shè)計經(jīng)歷了近十年的發(fā)展壯大，在高速機行列中獨領(lǐng)風騷，但隨著速度進一步提高，從理論上講，傳統(tǒng)的單軸多頭的旋轉(zhuǎn)設(shè)計已走到了盡頭，它的速度是受電機及控制部件速度、精度限制的。目前的發(fā)展趨勢是模塊化設(shè)計，一臺貼片機由多個相同的模塊組成，而每個模塊內(nèi)部實現(xiàn)高速化（有單頭多模組及旋轉(zhuǎn)多模組組成），如PHILIPS和SIMENS是這方面的典型代表。PHILIPS的FCM機器采用單頭多模組方式，速度高達8萬片/小時，SIMENS的HS-50機器采用旋轉(zhuǎn)頭多模組，速度達5萬片/小時。其實這種設(shè)計可以簡單理解為多模組同時進行相同的貼片工作，這樣綜合速度指標就可以達到更高的水平。
6．貼裝機的另一發(fā)展方向是智能化，這就為CIMS用于SMT生產(chǎn)線打下技術(shù)基礎(chǔ)。
焊接設(shè)備
再流焊接設(shè)備正向著高效、多功能、智能化發(fā)展，其中有具有獨特的多噴口氣流控制的再流焊爐、帶氮氣保護的再流焊爐、帶局部強制冷卻的再流焊爐、可以監(jiān)測元器件溫度的再流焊爐、帶有雙路輸送裝置的再流焊爐、帶中心支撐裝置的再流焊爐等。除了上述這些新型再流焊爐外，智能化再流爐也已經(jīng)出現(xiàn)了，其調(diào)整運轉(zhuǎn)由內(nèi)置計算機控制，在Window視窗操作環(huán)境下可很方便使用鍵盤或光筆輸入各種數(shù)據(jù)，又可迅速地從內(nèi)存中取出或更換再流焊工藝曲線，節(jié)省調(diào)整時間，提高了生產(chǎn)效率。智能化再流焊爐的許多機構(gòu)的運作，例如：回流爐自動啟動和停止，在規(guī)定時間選定存儲的再流焊工藝曲線，自動調(diào)整加熱區(qū)設(shè)置，啟動再流焊爐，到時關(guān)閉。鏈式傳送帶寬度自動調(diào)節(jié)，與加工印制板尺寸相匹配，通氮工藝與常規(guī)空氣再流焊工藝變換等功能的自動設(shè)置都不必人工操作，全由計算機程序控制。智能化再流焊爐的出現(xiàn)，給SMT焊接工藝增添了新的活力，也為CIMS進入到SMT生產(chǎn)線中創(chuàng)造了條件。
波峰焊在混裝工藝中應(yīng)用廣泛，其新發(fā)展有：（1）過程控制電腦化。這使得整機可靠性大為提高，操作維修簡便，人機界面友好。（2）環(huán)保方向發(fā)展。由于ODS的禁用和VOC的限用，PCB焊后的清洗問題，變得越來越緊迫和嚴重。目前出現(xiàn)的SMT波峰技術(shù)與免清洗技術(shù)的結(jié)合，產(chǎn)生了當前的超聲噴霧和氮氣保護等機型，這些新機型的出現(xiàn)順應(yīng)了保護地球生態(tài)環(huán)境的呼聲和要求。（3）釬料波峰動力技術(shù)方面的發(fā)展。隨著感應(yīng)電磁泵技術(shù)理論研究的深入和應(yīng)用技術(shù)的完善，感應(yīng)電磁泵技術(shù)將逐漸替代機械泵技術(shù)，成為未來釬料波峰動力技術(shù)的主流。（4）PCB傳動系統(tǒng)的發(fā)展。由于PCB進入波峰的傾角，是影響焊接效果的一個重要因素，而傾角大小的取舍又是與整機外型尺寸大小相關(guān)連的，既要整機外型小，又要傾角大，這一對矛盾只有通過采用曲線漸變異軌和機械手可變傾角結(jié)構(gòu)來加以調(diào)和。瑞士epm的Eleven機器人型波峰焊接機正是上述結(jié)構(gòu)的典型應(yīng)用。（5）惰性氣體保護技術(shù)。在設(shè)備上采用惰性氣體（例如氮氣）保護技術(shù)，將釬料槽和波峰上釬料完全與空氣隔絕，從根本上消除釬料氧化現(xiàn)象的發(fā)生。
?????????????????????????? 表面貼裝元器件的發(fā)展??????????????????
隨著電路安裝密度的提高，表面貼裝元器件（Surface Mount Device,簡稱SMD）代替?zhèn)鹘y(tǒng)的過孔插裝元器件已成為必然趨勢。目前SMD在形態(tài)上正向著兩個相反的方向上發(fā)展，即小型化和大型化。小型化指的是SMD的外形尺寸越來越小，如片狀電阻電容，它經(jīng)歷了以下發(fā)展歷程：3225→3216→2520→2125→1608→1005,目前最新出現(xiàn)的尺寸是0603（即長0.6mm,寬0.3mm），日本等國已經(jīng)將0603類型的元件用于DVD、移動電話等產(chǎn)品的生產(chǎn)中，極大提高了電路板組裝密度，縮小了產(chǎn)品的體積。而大型化是指由于IC芯片功能增加導(dǎo)致I/O端子數(shù)增加，從而使IC封裝尺寸增大。為滿足高密度組裝的要求，器件大型化的實質(zhì)是IC封裝的高集成化、高功能化、多引線化和細間距化。為了適應(yīng)目前電路安裝密度越來越高的要求，一些新型元器件(如FC、BGA、CSP等)紛紛出現(xiàn)。隨著這些新型元器件的出現(xiàn)，一些新技術(shù)、新工藝也必將產(chǎn)生，從而極大地促進了表面貼裝技術(shù)的發(fā)展。
?????????????????????? SMT工藝材料的發(fā)展
常用的SMT工藝材料包括：條形焊料、膏狀焊料、助焊劑、稀釋劑和清洗劑等。出于保護地球環(huán)境的目的，其正向著免清洗和無鉛型發(fā)展，如歐美日等發(fā)達國家正開展無鉛焊料的研究，并取得了較快的進展，相信在不久就會進入生產(chǎn)實用階段。