在当今电子制造领域，微电子表面贴装技术（SMT）已然成为核心工艺之一。它不仅关乎电子产品的性能与质量，更直接影响生产效率与成本控制。下面电子展小编就来深入探讨微电子表面贴装的关键技术要点以及相关设备的性能与应用。

随着电子产品逐渐向着轻、薄、短、小的方向发展，传统的插装技术已无法满足现代电子制造的现实需求。表面贴装技术作为一种高效的电子组装技术，具有生产效率高、可靠性强、经济性优异等优势，成为电子制造领域的主要技术之一，使得微电子产品制造行业产生了革命性、根本性的变革。

近年来，SMT生产线主要设备，如印刷设备、贴片设备、焊接设备及检测设备等都取得了重大进展，在设备的精密控制水平以及自动化、智能化程度方面都有着显著提升。本文对微电子表面贴装技术中的关键技术及其设备进行深入分析与探讨，以期为相关领域技术人员提供参考借鉴，推动表面贴装技术的进一步发展和应用。

1、微电子表面贴装技术

1.1基本工艺流程表面贴装技术是在特定工艺条件下，将电子元器件直接安装到印刷电路板（PCB）表面，再采用焊接技术进行组装。微电子表面贴装技术的基本工艺流程包括：锡膏印刷—SPI检测-元件贴装—炉前AOI检测-回流焊接—炉后AOI检测。过程控制要求比较高的还需要增加镭雕、测试、封胶、清洗、三防、X-RAY等工艺，其中锡膏印刷、元件贴装、回流焊接是微电子表面组装的三大基本工艺流程。

（1）锡膏印刷。采用锡膏印刷设备将锡膏均匀印到PCB的焊盘上。锡膏印刷工艺主要有两种：钢网印刷技术和锡膏喷印技术，如。钢网印刷技术是把一定量的锡膏按照要求印刷分布到PCB上，适合大批量生产。锡膏喷印技术是通过喷印设备将锡膏点涂到PCB焊盘上，锡膏喷印不需要制作钢网，够调整锡膏喷印的高度和位置，适合小批量生产。

（2）元件贴装。采用贴片机将表贴元器件精准放置于 PCB 的指定位置上，元件贴装是SMT组装质量和组装效率的关键工序。贴装元件应按照组装板位图和BOM的要求，制作贴装编程，准确的将元件贴装到PCB规定的目标位置上。保证元件贴装质量的关键要素有元件正确、位置准确、贴装压力合适、影像处理正常。

（3）回流焊接：又称再流焊，是在机械传送机构的带动下，使已贴装元器件的PCB以设定的速度通过设定温度工作区，采用外部热源，加温预先涂敷在PCB焊盘与被连接对象引脚或电极之间的焊料，通过预热、升温、熔化、冷却等过程，达到PCB焊盘与被连接对象引脚或电极之间牢固、可靠的焊接。现有的回流焊接技术有红外、热风循环和气相焊等，强制热风循环对流是目前使用非常广泛的一种回流技术。

除了以上三大基本工艺流程外，还需要对印制电路板组件（PCBA）生产过程进行管控，会用到检测技术。锡膏印刷后使用锡膏检查设备（SPI）检测锡膏印刷质量，例如少锡、短路；焊接后的PCBA采用自动光学检测机设备（AOI）识别焊点的缺陷，例如虚焊、偏移等；使用X-RAY检测焊点内部的质量问题，例如焊点空洞或虚焊。对于高可靠性产品，焊接后还可能会用到底填封胶工艺（Underfill）、清洗工艺和三防工艺等。

1.2 主要特点相对于插装技术，微电子表面组装技术主要特点是高密度、高性能、低成本和高可靠性。

（1）组装密度高，重量轻，体积小。表面组装采用无引线或短引线封装技术，元器件的尺寸大大减少，采用双面组装或立体组装，提高了电子产品的组装密度。与传统的插装元器件相比，表面组装电子产品体积至少缩小为原来的 3/5，重量减轻至原来的 2/5。

（2）高性能。表面组装元件采用无引线或短引线，寄生参数小、噪声小，去藕效果好，降低了电磁干扰，提高了电路的高频高速特性，并提升了元件的散热效率。

（3）低成本。表面组装元件封装标准统一，实现了生产自动化，节约了成本，大幅度提高了生产效率，有效降低生产成本。

（4）高可靠性。焊点采用面接触方式，避免了元件与PCB的二次互连，再加上自动化的生产技术，保证了每个焊点的可靠连接，从而提高了电子产品的可靠性。

2、微电子表面贴装

主要设备表面组装生产线体主要设备包括锡膏印刷机、贴装机、回流炉和波峰焊机等，辅助设备包括检测设备、点胶设备、返修设备、清洗设备和存储设备等。传统SMT生产线一般配置2～3台高速贴片机+1台多功能贴片机，可以满足批量生产的要求，为目前业界大量采用的一种通用标准线体配置。

复合型或加强型SMT线体在传统线体配置的基础上增加SPI、AOI等检测设备。设备配置完善，效率高，产能大，品质受控，适合手机、电脑等电子产品采用。

2.1 印刷设备据统计，电子产品SMT生产过程中焊接缺陷有60%～70%是由于锡膏印刷不良引起的，焊膏印刷是微电子表面贴装生产工艺中的第一道工序，对产品的质量有着重要影响。业界常用的锡膏印刷机品牌是DEK和MPM，MYCRONIC公司推出的锡膏喷印机实现了非接触式印刷。

印刷机三大要素包括：精度，印刷系统，清洗系统。三者相辅相成、缺一不可。

（1）印刷机首先具备的是精度，其次才是速度。印刷机的精度体现在四个方面：定位精度、重复定位精度、印刷精度和重复印刷精度。如何在保证精度的同时满足速度的要求，对锡膏印刷机来说是一个挑战。

（2）印刷系统。印刷锡膏除开了锡膏粘性、颗粒大小等相关的工艺外，就是刮刀、钢网、PCB 板三者之间的相互关系。在三者中，刮刀部分可能是非常重要的，刮刀结构重要的是保持压力的稳定。

（3）清洗系统。随着超细间距PCB 板的印刷要求的来临，清洗作为印刷的辅助功能越发显得重要。

清洗效果的衡量主要在三个方面：一是清洗后钢网底部是否有锡珠残留，二是能否把网孔残留的锡膏吸走，三是清洗的效率。

近年来，焊膏印刷设备朝着以下几个方向发展：

（1）单轨结构向双轨结构转变。为提高生产效率，新型的印刷设备将印刷单轨结构改为双轨结构，实现了双路 PCB 的输入、定位、校正、印刷等。

（2）机械化向智能化转变。目前开发的印刷设备采用机器视觉技术，实现了钢网与PCB快速、精准对位。

（3）开放式向封闭式环境转变。DEK公司新开发的ProFlow封闭挤压式印刷头能够将焊膏处于封闭环境下，只有开孔焊膏才与网板接触，标准焊膏封装夹筒不断地通过压力来填充焊膏，并提供动压力，使焊膏进入开孔。

（4）漏印向喷印转变。焊膏喷印技术是表面贴装技术领域一项重大技术突破，焊膏喷印技术通过喷涂方式将焊膏应用到PCB板的焊盘上。例如MYCRONIC公司推出MY700型焊膏喷印机，该设备能够以一百万点每小时点的速度在电路板的焊盘上精确喷印焊膏，由于喷印技术不依赖于传统的钢网模板，整个过程变得更加简便和高效。

2.2 贴片设备贴片机是表面贴装工艺生产线的关键设备，主要用于将封装好的芯片、电子元器件安装到PCB 板上。SMT生产线的贴装功能和生产能力主要取决贴片机的功能和速度。贴片机主要由机器底座、PCB传输定位装置、贴装头的传输装置、气动系统、驱动系统、图像处理系统、贴装头、传感器、吸嘴、供料器等部件组成。贴片机的主要技术指标有贴装精度（包括定位精度、分辨率和重复精度）、贴装速度、对中方式、贴装面积、贴装元件种类等。目前，贴片设备主要类型以下几种。

（1）动臂式。又称拱架式贴片机，通过一个或多个机械臂来拾取和放置元件，具有较好的灵活性和精度。动臂式可分为单臂式和多臂式。适用于大部分组件贴装，但产率相对低，一般用于中低产量的生产线。如美国 Universal公司的GSM2 贴片机就有2个动臂安装头，可分别交替对两块PCB 同时进行安装。

（2）转塔式。转塔式贴片机使用旋转的工作台来移动电路板，将其送到贴片位置，转塔式机器拾取组件和贴片动作同时进行，贴片速度大幅度提高。但该结构贴装速度受限，贴片精度一般，只能处理编带物料。

（3）复合式。复合式贴片设备结合了动臂式和转塔式的优点，在动臂式结构中添加转盘贴片头，能够一次性转运大量元件，集中进行吸取和贴片，适合高产量和复杂的生产需求。复合式机器可通过增加动臂数量来提高速度，具有较大灵活性，它的发展前景被看好，如西门子公司推出的HS60机器就安装有4个旋转头，贴装速度高达0.06s/片。

（4）平行系统。又称模块型，具有多个平行的工作站，可以同时处理多个电路板，很大的提高生产效率，满足大型生产线的批量封装需求，其贴装速度达到了0.36s/片。

贴片机的发展趋势

新一代贴装平台实现贴装头的全智能化、柔性化、高产量和长寿命；激光对准技术在平行贴装技术的开发中将起到重要作用；PCB对准识别技术进一步改进；通过伺服电机能对Z轴高度、贴装力和接触力进行精准控制；每个贴装头有自己的对准和控制系统，实现零缺陷贴装……

2.3 焊接设备微电子表面组装焊接设备主要有回流焊炉、波峰焊机、选择性波峰焊等。

（1）回流焊设备回流焊炉主要有红外炉、热风炉、红外+热风炉、蒸汽焊炉等，目前行业使用非常多的是强制全热风回流炉，主要由炉体、上下加热源、传输装置、空气循环装置、冷却装置、排风装置、温度控制装置、废气回收装置及计算机控制系统等组成。回流焊炉的主要技术指标有温度控制精度、传输带横向温差、高加热温度、加热区数量和长度、传输效率等。其中温度控制精度应达到±0.1～0.2℃, 传输带横向温差要求小于±2℃。近些年，回流焊设备逐步向着多功能、高效率和智能化方向发展。

典型的新型回流焊设备有：

（1）具有多喷嘴气流控制功能的回流焊炉；

（2）具有局部强制冷却功能的回流焊炉；

（3）具有监测元器件温度功能的回流焊炉，例如，美国 BTU 公司开发的回流焊设备，采用自适应智能回流技术，实现对PCB 上元器件的温度变化的实时监测，为操作人员提供数据；

（4）带氮气保护的回流炉；

（5）带有双路输出装置的回流炉；

（6）带中心支撑桩的回流炉；

（7）甲酸回流炉（无助焊剂）；

（8）真空回流炉，例如HELLER公司推出的2043MK5-VR真空回流炉，内置集成真空模组，可缩减达99%的空洞。

波峰焊的未来发展趋势：

（1）自动化与智能化。可以有效的提高生产线的自动化程度和智能化水平；

（2）环保与可持续性。低能耗设备、超声喷雾、氮气保护等成为波峰焊技术发展的重要方向；

（3）精密化与小型化。波峰焊设备具有更高的精度控制能力，如微小焊点的精确控制、热管理的优化等；

（4）灵活性与适应性。未来的波峰焊设备将更加注重灵活性和快速换线能力，能够快速适应不同产品和批量大小的生产需求，减少换线时间和成本；

（5）数据驱动与分析。实现焊接过程的实时监控和数据分析，可以更好的了解生产过程，预测维护需求，优化焊接参数，从而提高整体生产效率和产品质量；

（6）集成与协同作业。波峰焊设备将更加注重与其他生产环节的无缝集成，形成高效协同的生产线，实现从设计到生产的全过程数字化管理。

3、微电子表面贴装关键技术

3.1 视觉对位技术以贴片机为例，贴片机的对位系统经过多年的发展，已逐步由机械对位、激光对位发展到视觉对位，对位精准度得到了显著提升。在手动或半自动化的贴片设备主要采用图像重叠的方式进行对位，全自动贴片设备通过多维度视觉图像检测的方式间接对位，包含两个或两个以上的独立的成像系统，通过图像算法识别图像中心位置。视觉对位系统主要包括：照明光源、成像镜头、光电转换相机、处理软件等。

随着技术的发展，贴片机的图像检测算法日趋丰富。近年来发展的动态识别，即飞行视觉（On-the-Fly），贴片机的贴装头以一定的速度运动到视觉摄像机的上方时对吸嘴吸取的待贴装元器件进行图像采集，同时采用高速视觉处理技术完成视觉计算的任务，飞行视觉技术对提高整机工作效率具有重要意义，主要用于低精度的表面贴装设备中。

3.2 精密运动控制技术运动精度要高贴片机至关重要。目前贴片机的贴装速度快至0.06s/点，几乎已经达到机械结构的极限速度。贴片机是一个复杂的机电系统，其完成的各项工作都是在系统软件的规划下通过控制系统完成的，控制系统是贴片机的核心部分。

对于表面贴装设备而言，通常对元件尺寸、引脚间距、吸嘴选择、速度设定、识别方式、贴装压力等要求十分严苛，在高速运动时定位精度要求在±50µm，高精度贴装时定位精度要求±25µm。因此，表面贴装设备应建立以实现高速、高精度为目标的运动控制模型和智能控制策略，进而实现设备稳定运行和精准响应。

3.3 实时多任务技术在现代表面贴装技术中，伺服控制系统的实时性要求非常高，表面贴装设备应具备强大的多任务并行处理能力。为了满足此需求，应建立一个能够处理多个任务的实时控制模型，该模型应能够同时执行实时工作和在线编程等任务。例如，MYDATA公司开发的MY系列贴片机，该系列贴片机采用了基于Linux操作系统的开放式控制平台，这种平台采用了面向对象的模块化处理方法，通过模块化的架构，将不同的功能模块集成在一起，该设计方案一方面提高了系统的灵活性，另一方面还有助于高效地处理多个任务，以适应不同的生产需求。此外，Linux 操作系统提供了强大的任务调度和优先级控制能力，从而保证了系统在处理多个任务时的响应速度和稳定性，使得表面贴装设备能够在高速、高精度的生产环境中稳定运行，满足了现代电子制造对高性能控制系统的需求。再例如，松下公司的实装生产线用系统APC-5M，实时监控5M的偏差，检测生产线的变化。并且以积累的数据为基础进行分析，确定原因，基于经验自主解决课题。而这种经验将会积累，在不断使用的过程中成长为高精度系统。并且在5M的实时监控中着眼于单元的状态，判断需要纠正的单元和时期，在不影响运转的时间执行设备的维修保养功能，与上位系统联动实现进行更换指示的预防维护。

4、结论

随着电子技术的不断发展，微电子表面贴装技术也在持续演进。未来，表面贴装技术将朝着更高精度、更高效率、更智能化的方向发展。一方面，元件的微型化和集成化趋势将对贴装精度提出更高的要求，需要进一步提升贴装设备的精度和稳定性。另一方面，随着人工智能、大数据和物联网技术的深度融合，表面贴装设备将具备更强的智能化功能，能够实现生产过程的自动化监控、故障诊断和工艺优化。同时，绿色环保理念也将贯穿整个表面贴装过程，推动焊膏、清洗剂等材料的环保化发展，以及设备的节能化设计。

电子展小编认为，微电子表面贴装技术与设备在现代电子制造中占据着至关重要的地位。通过不断优化关键技术环节和提升设备性能，能够有效提高电子产品的生产效率、质量和可靠性，推动电子制造行业的持续发展。

文章来源：PCBA设计与制造