1.2 表面组装技术

表面组装技术也称为表面贴装技术、表面安装技术，指将表面组装元器件（也称表面贴装元器件、表面安装元器件）安装到印制电路板（PCB）上的技术。其英文名称为Surface Mount Technology，简称SMT。

从严格意义上来讲，表面组装技术主要包括工艺技术、工艺设备、工艺材料及检测技术，如图1-1所示。

有时也把表面组装元器件封装技术和表面组装印制电路板技术作为表面组装技术的一部分，这样有利于系统地考虑问题，优化工艺条件。事实上，元器件封装技术和表面组装印制电路板技术与表面组装技术互为基础、互相促进、联动发展。

1.2.1 元器件封装形式的发展

表面组装元器件主要包括三大类别，即无源元器件、有源元器件和机电元器件。无源元器件主要为片式电阻、片式电容；有源元器件主要为各种半导体器件；机电元器件主要为各种形式的接插件。

封装形式，简单讲就是元器件包封的外形结构，包括包封的尺寸、引出端布局与形式，如Chip类（也称片式元件）、PLCC、SOP、QFP、BGA、QFN、LGA及PoP等。我们经常听到SIP等概念，这里必须提醒，从板级组装的角度看，SIP不是一种新的封装形式，它是一种系统级的封装，外观不外乎前面提到的这些封装形式，但内部可能包含多个芯片甚至无源元器件，采用的连接技术包括表面组装、倒装焊、金丝球焊等。

1.片式元件封装的发展趋势

片式元件封装的发展方向主要是小型化，如图1-2所示，比如在推出01005后又推出了公制的03015。

目前供应量最大的是 0603、0402、0201。在 2017年的日本电子展上，公制的03015（0.30mm×0.15mm）应用技术（包括焊膏、贴片）都已经成熟。

2.半导体器件封装的发展趋势

半导体器件封装朝着高性能、多功能、小型化、低成本、高可靠性方向发展，如图1-3所示。从单芯片到多芯片、从周边引出端到底部引出端，从而实现了多功能、高密度的封装。

1.2.2 印制电路板技术的发展

印制电路板技术主要是在手机小型化、多功能化的驱动下发展的。其发展方向是：

● 更细的线路；

● 更小的孔；

● 更高的互联密度。

代表性的技术就是高密度互联（HDI）技术，手机板 40%以上采用了全积层的HDI技术（也称任意层微盲孔技术），如图1-4所示。另外，印制电路板技术进一步融合了产品技术，如埋铜/嵌铜、埋置元件等，这些技术在通信产品上有比较多的应用，如图1-5和图1-6所示。这类印制电路板可以归类为特殊类别的印制电路板。

1.2.3 表面组装技术的发展

表面组装技术的发展方向：一个是无铅化，另一个是高密度组装。

1.无铅化带来的变化

（1）焊接温度提高。焊接温度提高使得焊接温度的工艺窗口减小，由有铅焊接工艺的50℃降低到15℃，如图1-7所示。除此之外，温度的提高，对焊膏的设计、元器件的湿度/敏感度控制、加热时的变形都有影响。

（2）焊料与PCB焊盘和元件电极（包括引脚和焊端的形式，以下提到电极时即指引脚或焊端）的表面处理多元化，出现了兼容性的问题。有铅工艺时代，PCB焊盘的表面处理绝大部分是Sn-37Pb[1]，而在无铅工艺条件下，仅PCB使用的表面处理就有ENIG、OSP、Im-Ag和Im-Sn，元器件电极使用的镀层种类更多。这就有一个兼容性的问题，包括工艺的兼容性（如BGA焊球熔化与不熔化）、镀层的兼容性（如使用Sn-Bi合金焊料时，元器件电极表面镀层中不能使用含Pb的成分）。

（3）焊点的可靠性，缺乏可信的寿命数据。不同的机构所做的研究，其结果也是大相径庭，在很大程度上与封装对象、试验条件挂钩，可能没有一个简单的结论，要看具体的应用。这一点使得问题复杂化，打击了高可靠性产品的应用信心，像通信网络设备、军用电子设备、医疗与汽车电子产品等，人们对使用无铅工艺心存疑虑。

2.高密度组装的特征

（1）元器件的引脚或焊端中心距越来越小。其本质就是焊盘尺寸越来越小，我们把这种微小焊盘的焊接称为“微焊盘”组装（以区别于以金丝球焊、倒装焊技术为代表的微组装）。小尺寸的焊盘，意味着模板开口尺寸变小，要求更薄的模板，印刷更少的焊膏量及提供更少的助焊剂总量，元器件封装更薄及更大的热变形。所有这些改变都会带来更多的焊接不良问题。

（2）“混装”程度越来越高。这里提到的混装，主要指不同大小共面度元器件的混合安装，它们对焊膏的印刷厚度要求不同，这样会给模板的设计、组装密度带来影响。

“微焊盘”及高密度“混装”，使得焊膏印刷成为难点，这是组装工艺目前乃至今后需要面对的主要挑战。