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SMT混装技术全面解析:提升生产效率的关键

2024-10-23
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SMT(表面贴装技术)混装技术是指在同一块印制电路板(PCB)上同时采用表面贴装元件(SMC/SMD)和通孔插装元件(THT)进行组装的技术。以下是详细介绍:


1. 混装技术的工艺流程


  • 锡膏印刷

    • 这是 SMT 混装工艺的步。通过钢网将锡膏印刷在 PCB 上需要贴装 SMC/SMD 的焊盘位置。印刷的锡膏量和精度直接影响后续元件的焊接质量。例如,在精细间距的 QFP(四方扁平封装)元件焊盘印刷锡膏时,钢网的开口尺寸和形状需要设计,以确保锡膏能够均匀地覆盖焊盘,并且不会出现桥接等缺陷。

  • SMT 元件贴装

    • 利用贴片机将 SMC/SMD 按照预先编程的位置准确地贴装到印刷好锡膏的 PCB 焊盘上。贴片机的精度对于保证元件与焊盘的对准至关重要。例如,对于 0201 这样微小的贴片电容和电阻,贴片机需要具备高精度的视觉识别系统和运动控制系统,才能将其精准地贴装在焊盘上,位置精度通常要求在几十微米以内。

  • 回流焊

    • 这是对已经贴装了 SMC/SMD 的 PCB 进行加热,使锡膏熔化,从而实现元件与 PCB 焊盘之间的电气连接。回流焊的温度曲线是关键因素,不同的 SMC/SMD 可能对温度曲线有不同的要求。例如,对于含有塑料封装的芯片,过高的温度可能会导致封装变形,因此需要控制升温速率、峰值温度和冷却速率,以确保焊接质量的同时保护元件。

  • THT 元件插装

    • 在完成 SMT 元件的焊接后,将 THT 元件插入 PCB 上相应的通孔中。这个过程可以是手动操作,也可以通过自动插件机完成。对于一些形状不规则或者有特殊安装要求的 THT 元件,可能需要人工进行插装,如大型的电解电容、变压器等。

  • 波峰焊或选择性波峰焊

    • 对于插装的 THT 元件,通过波峰焊或选择性波峰焊来完成焊接。波峰焊是让 PCB 的底面通过熔化的焊料波峰,使 THT 元件的引脚与焊盘形成良好的焊接。选择性波峰焊则是只对需要焊接的引脚部位进行焊接,更具灵活性和性,适用于对热敏感的元件或者在同一块 PCB 上既有需要波峰焊又有不能经过波峰焊的元件的情况。


2. 混装技术的优势


  • 提高产品性能

    • 通过在 PCB 上合理地组合 SMC/SMD 和 THT 元件,可以充分发挥它们各自的优势。例如,SMC/SMD 元件体积小、高频特性好,适用于实现高密度的电路集成和高速信号处理;THT 元件则在大功率、大电流的应用场景下具有更好的性能,如大功率电阻、电感等。这样可以在一个 PCB 上实现复杂多样的功能,提高产品的整体性能。

  • 增加设计灵活性

    • 设计人员可以根据电路功能、性能要求、成本等因素灵活选择元件的封装形式。比如,在一个电子产品的 PCB 设计中,对于一些对空间要求极高的部分,如手机主板的核心处理器和存储芯片周围,可以采用 SMT 元件来节省空间;而对于一些接口电路部分,如 USB 接口、电源接口等,由于需要承受插拔力等机械应力,采用 THT 元件可以提供更好的机械稳定性。

  • 降低成本

    • 在某些情况下,合理采用混装技术可以降低生产成本。例如,一些常用的、标准化的 THT 元件价格相对较低,而且在一些对精度要求不是特别高的电路部分使用 THT 元件可以减少对高精度 SMT 设备的依赖,从而降低设备投资和生产成本。


3. 混装技术的挑战和解决方法


  • 工艺兼容性挑战

    • SMC/SMD 和 THT 元件的焊接工艺不同,需要在同一 PCB 上实现两种工艺的兼容。在回流焊和波峰焊过程中,温度、助焊剂等因素可能会相互影响。例如,波峰焊过程中的高温焊料可能会对已经完成回流焊的 SMT 元件造成热冲击,导致其性能下降或者损坏。

    • 解决方法:优化焊接工艺参数,设计合理的温度曲线,使两种焊接工艺能够在不相互干扰的情况下完成。例如,可以在回流焊后对 SMT 元件进行适当的保护,或者调整波峰焊的参数,如降低焊料温度、缩短焊接时间等,以减少对 SMT 元件的影响。

  • 元件布局挑战

    • 由于 SMC/SMD 和 THT 元件的外形尺寸和安装方式不同,在 PCB 布局时需要合理规划元件的位置,避免相互干扰。例如,THT 元件的引脚可能会遮挡 SMT 元件的贴装位置,或者在波峰焊过程中,THT 元件周围的焊锡流动可能会影响 SMT 元件的焊接质量。

    • 解决方法:在 PCB 设计阶段,就需要考虑到混装的情况,进行合理的元件布局。一般来说,将 THT 元件布置在 PCB 的边缘或者相对独立的区域,与 SMT 元件保持一定的距离,同时考虑焊锡流动的方向和路径,避免出现焊接缺陷。


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