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一、引言 二十世纪后半叶是值得人们回忆的。电子计算机的诞生，智能化控制的成熟，网络通信的兴旺，标志着以信息技术为代表的高新技术己成为社会经济发展和改造传统产业的生力军，而建立在半导体和大规模集成电路技术高速发展的基础上，作为新一代电子组装技术的代言人，表面贴装技术的发展和推广应用对此次信息革命的意义极其深远。 与互联网一样，表面贴装技术源自于六十年代美国军用电子及航空电子领域的设备制造。早期由于该技术尚不成熟及成本高昂，因此仅应用于美国波音公司与休斯公司等极少数厂商，其发展受到了极大限制。然而，时至七十年代末，高密度印刷电路板与大规模集成电路技术的高速发展，为表面贴装技术的推广与普及提供了可能性。于是，表面贴装技术因其不可比拟的优势迅速取代了传统的通孔插装技术，进入消费类与信息类产品。时下轻便流行的笔记本电脑、手机，无一不得益于此。而作为电子类产品之一，自动化控制仪表也逐渐将目光聚焦于此项欣欣向荣的新技术。 二、概念 何谓表面贴装技术呢?该名称来源于英语Surface Mount Technology，故也简称为SMT。而与之相对应的，则是通孔插装技术，即Through Hole Technology，简称THT。通孔插装技术是将电子零件脚插入印刷电路板的通孔，然后将焊锡填充其中进行金属化而成为一体；而表面贴装技术则是将电子零件安置于印刷电路板表面，然后使焊锡连接电子零件的引脚与印刷电路板的焊盘进行金属化而成为一体。由于印刷电路板有两面，显然，表面贴装可在板子两面同时进行焊接，而通孔插装则不能。 三、工艺流程 表面贴装工艺过程随产品设计及各制造厂条件不同，存在着或多或少差异。但归纳起来区别于通孔插装技术的关键步骤主要由以下几方面构成. ●焊膏印刷—指将粘膏状的焊锡材料按产品上电子零件的分布，印刷于电路板上。 ●零件贴装—指使用计算机辅助设计“CAD”软件编程，将电子零件贴装于已印有焊膏的电路板上。 ●回流焊——指根据焊膏材料的典型融熔温度曲线，设定焊接温度与速度等参数，使经过焊膏印刷与零件贴装的印刷电路板上的电子零件与焊盘进行金属化而成为一体。 ●在线测试——指根据产品上电子零件分布及逻辑关系，编制专用测试软件并设计测试夹具，对产品上所有电子零件位置、方向、性能、逻辑连接进行覆盖性检测。 当然，整个生产流程还将涉及到材料准备、返修、检验、功能测试等环节，但因为其与传统的通孔插装技术大同小异，故不在此一一赘述。 四、特点 表面贴装技术就其本身而言，仅是一种新的电子组装技术。然而，与传统通孔插装技术相比，却有着其鲜明的特点，而这些特点可分别归因于电子零件、印刷电路板和装配方法。 1．电子零件 表面贴装电子零件与通孔插装零件相比，体积与重量大大缩小，因此在同样面积的印刷电路板上，可以放置10倍以上密度的电子零件，功能却日益复杂。举例而言，插装电阻通常占面积为lOmmX(2—3)mm，而表面贴装电阻通常仅占面积3mmx2mm，·现在甚至可做到0．6mmX0．3mm；插装集成电路一般面积为10mmx30mm，引脚最多只有20多个，而表面贴装集成电路在相同面积下引脚可达数百个，因此功能可大大增加。 其次，表面贴装电子零件引脚大大减短，在加快信号传输速度的同时,也改善了彼此间干扰：同时，由于其体型小，重心低，防震能力普遍较强。 再次，电子零件集成度的提高，工艺水平的改进，使功耗大大降低。 2．印刷电路板 由于表面贴装技术是将电子零件安装于印刷电路板表面，而非插入插孔中，因而印刷电路板通孔数量大大减少，使得辐射干扰为之减轻，于是对EMI及RFI所必须进行的额外屏蔽工作，也可得以减轻及改善。 尤为重要的是，印刷电路工艺随着表面贴装技术的兴起而发展，逐渐由多层板取代单、双层板。这样，通常设计者会将信号层置于内层，而将接地层留在外面。这种将细线密线保护在内层的做法，使电路板在可靠性及生产可行性上更为有利。况且内层板线路厚度均匀，也可获得较好的阻抗控制以及辐射控制。 3．装配方法 如前所述，传统的通孔插件技术是将电子零件插入在印刷电路板内，故零件只能单面安装，而表面贴装技术的电子零件附着在电路板表面，因此使双面安装零件成为可能，更大大提高了产品的集成度与功能。 另外，表面贴装技术的生产流程中必须经过回流焊过程，所有的元件必须在150'C上经受3—5分钟、瞬间峰值温度高达210°C的焊接。因此，广大表面贴装元件供应商纷纷提高技术水准以适应该变化，这同时也在元件基础上确保了采用表面贴装技术的设备在高温环境下的正常运行。 最后，表面贴装技术由于电子零件小，密度高，决定了其必须采用全自动流水线，人工装配已无法满足要求。这样，由于全自动装配，不仅产量和效率得到了提高，而且排除了人为因素，使生产]：艺更容易处于受控状态，质量也得到了改进。 综上所述，表面贴装技术与传统的通孔插装技术比较，具有以下优点 ●产品零件密度提高； ●零件集成度提高，功能更复杂； ●可使用多引脚零件： ●零件脚及接线短，可提高传输速度； ●组装前不需零件引脚成型等准备工作； ●减少零件贮存空间； ●具有自动化生产能力，效率高，质量好 ●总成本降低； ●产品抗干扰能力强； ●产品具有抗震功能。 五、在自动化仪表行业中的应用 自七十年代以来，随着以计算机为核心的集散控制系统的出现，使自动化仪表装置在系统化、智能化、高性能、低功耗方向上得到了质的飞跃，世界上各自动化仪表制造商争相推出自己的控制系统。为了迎合用户对功能性、可靠性、智能性日益增长的需求，自动化仪表的硬件部分越发复杂。如果仍然停留在传统的通孔插装技术水平，最终将导致整个控制系统硬件部分体积庞大，功耗增加，却仍难满足智能化要求。表面贴装技术的应用，恰逢其时地解决了这个问题。使用该技术以后，使产品体积小巧，安装方便，功能更复杂，而功耗大大降低；抗干扰防震功能增强，运算与信号传输速度提高，接口的丰富更使系统实现开放性成为可能。而且，总成本的降低无异使用户得到了经济上的实惠。 当然，表面贴装技术的应用对制造厂商提出了前所未有的挑战。自动流水线首期投资较大，工艺较复杂，尤其是生产管理对产品最终质量起到了决定性作用。为了更有力地支持国内的仪表用户，提升国内仪表的档次，上海福克斯波罗有限公司于1995年率先引进了表面贴装流水线，开始生产I/A系列智能自动化系统产品，该举措填补了国内自动化仪表表面贴装生产的空白。由于采用了先进的表面贴装技术，该系列产品不仅在功能上有显著提升，而且 适应的工作环境也大大扩展。例如，I/A系列现场总线模块的工作范围为：温度0-60°C，相对湿度5-95％，海拔高度—300~+12000m，而且可承受ISA标准S71．04中G3级苛刻环境。另外，该产品抗电磁辐射能力也大大增强。据测试，按FCC与VDE标准，在频率范围27~500MHz、磁场强度3V／M下，模拟输入与输出读数变化均在1％以下。与此同时，该公司还全面实施SPC(统计过程控制)，6δ(六个西格马)，Lean Manufacture(精益生产)等世界先进的生产管理方法，使产品质量符合国际通用标准IPC—A-610，返修率仅千分之一。产品不仅广泛应用于国内各行各业，更大批返销美、欧、澳、亚等各大洲，成为美国福克斯波罗集团公司引以自豪的全球性生产基地。 六、发展与挑战 跨入廿一世纪，表面贴装技术正在向更小型化、更环保方向发展；表面贴装电子零件由片状、QFP向更小型的BGA、CSP等发展；生产中广泛使用免清洗技术，无铅焊锡技术也在逐步推广。随着表面贴装技术的这一发展，自动化控制系统将更趋小型化、环保化、低能耗、高性能，当然各制造厂商也面临着全面提升生产工艺与管理水平的挑战。 表面贴装技术目前已成为世界各领先自动化仪表装配的主要手段，而其不断发展必将成为自动化控制系统完善与革新的可靠保障。