1.2 表面組裝技術

表面組裝技術也稱為表面貼裝技術、表面安裝技術，指將表面組裝元器件（也稱表面貼裝元器件、表面安裝元器件）安裝到印制電路板（PCB）上的技術。其英文名稱為Surface Mount Technology，簡稱SMT。

從嚴格意義上來講，表面組裝技術主要包括工藝技術、工藝設備、工藝材料及檢測技術，如圖1-1所示。

有時也把表面組裝元器件封裝技術和表面組裝印制電路板技術作為表面組裝技術的一部分，這樣有利于系統地考慮問題，優化工藝條件。事實上，元器件封裝技術和表面組裝印制電路板技術與表面組裝技術互為基礎、互相促進、聯動發展。

1.2.1 元器件封裝形式的發展

表面組裝元器件主要包括三大類別，即無源元器件、有源元器件和機電元器件。無源元器件主要為片式電阻、片式電容；有源元器件主要為各種半導體器件；機電元器件主要為各種形式的接插件。

封裝形式，簡單講就是元器件包封的外形結構，包括包封的尺寸、引出端布局與形式，如Chip類（也稱片式元件）、PLCC、SOP、QFP、BGA、QFN、LGA及PoP等。我們經常聽到SIP等概念，這里必須提醒，從板級組裝的角度看，SIP不是一種新的封裝形式，它是一種系統級的封裝，外觀不外乎前面提到的這些封裝形式，但內部可能包含多個芯片甚至無源元器件，采用的連接技術包括表面組裝、倒裝焊、金絲球焊等。

1.片式元件封裝的發展趨勢

片式元件封裝的發展方向主要是小型化，如圖1-2所示，比如在推出01005后又推出了公制的03015。

目前供應量最大的是 0603、0402、0201。在 2017年的日本電子展上，公制的03015（0.30mm×0.15mm）應用技術（包括焊膏、貼片）都已經成熟。

2.半導體器件封裝的發展趨勢

半導體器件封裝朝著高性能、多功能、小型化、低成本、高可靠性方向發展，如圖1-3所示。從單芯片到多芯片、從周邊引出端到底部引出端，從而實現了多功能、高密度的封裝。

1.2.2 印制電路板技術的發展

印制電路板技術主要是在手機小型化、多功能化的驅動下發展的。其發展方向是：

● 更細的線路；

● 更小的孔；

● 更高的互聯密度。

代表性的技術就是高密度互聯（HDI）技術，手機板 40%以上采用了全積層的HDI技術（也稱任意層微盲孔技術），如圖1-4所示。另外，印制電路板技術進一步融合了產品技術，如埋銅/嵌銅、埋置元件等，這些技術在通信產品上有比較多的應用，如圖1-5和圖1-6所示。這類印制電路板可以歸類為特殊類別的印制電路板。

1.2.3 表面組裝技術的發展

表面組裝技術的發展方向：一個是無鉛化，另一個是高密度組裝。

1.無鉛化帶來的變化

（1）焊接溫度提高。焊接溫度提高使得焊接溫度的工藝窗口減小，由有鉛焊接工藝的50℃降低到15℃，如圖1-7所示。除此之外，溫度的提高，對焊膏的設計、元器件的濕度/敏感度控制、加熱時的變形都有影響。

（2）焊料與PCB焊盤和元件電極（包括引腳和焊端的形式，以下提到電極時即指引腳或焊端）的表面處理多元化，出現了兼容性的問題。有鉛工藝時代，PCB焊盤的表面處理絕大部分是Sn-37Pb[1]，而在無鉛工藝條件下，僅PCB使用的表面處理就有ENIG、OSP、Im-Ag和Im-Sn，元器件電極使用的鍍層種類更多。這就有一個兼容性的問題，包括工藝的兼容性（如BGA焊球熔化與不熔化）、鍍層的兼容性（如使用Sn-Bi合金焊料時，元器件電極表面鍍層中不能使用含Pb的成分）。

（3）焊點的可靠性，缺乏可信的壽命數據。不同的機構所做的研究，其結果也是大相徑庭，在很大程度上與封裝對象、試驗條件掛鉤，可能沒有一個簡單的結論，要看具體的應用。這一點使得問題復雜化，打擊了高可靠性產品的應用信心，像通信網絡設備、軍用電子設備、醫療與汽車電子產品等，人們對使用無鉛工藝心存疑慮。

2.高密度組裝的特征

（1）元器件的引腳或焊端中心距越來越小。其本質就是焊盤尺寸越來越小，我們把這種微小焊盤的焊接稱為“微焊盤”組裝（以區別于以金絲球焊、倒裝焊技術為代表的微組裝）。小尺寸的焊盤，意味著模板開口尺寸變小，要求更薄的模板，印刷更少的焊膏量及提供更少的助焊劑總量，元器件封裝更薄及更大的熱變形。所有這些改變都會帶來更多的焊接不良問題。

（2）“混裝”程度越來越高。這里提到的混裝，主要指不同大小共面度元器件的混合安裝，它們對焊膏的印刷厚度要求不同，這樣會給模板的設計、組裝密度帶來影響。

“微焊盤”及高密度“混裝”，使得焊膏印刷成為難點，這是組裝工藝目前乃至今后需要面對的主要挑戰。