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SMT设备的发展现状及趋势
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The Development Situation And Trend Of SMT Equipment
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■信息产业部电子第二研究所 陆 峰 范兆周
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前言
作为电气互联技术的主要组成部分和主体技术的表面组装技术即SMT，是现代电气互联技术的主流。经过20多年的发展，目前SMT已经成为现代电子产品的PCB电路组件级互联的主要技术手段。相关资料表明，发达国家的SMT应用普及率已超过75%，并进一步向高密度组装、立体组装等技术为代表的组装技术领域发展。组装技术的不断发展必将对组装工艺及相关设备的发展提出新的要求。
国外SMT设备的现状与趋势
经过近20多年的飞速发展，国外SMT设备单机结构性框架已基本趋于成熟，并进一步向模块化、灵活、柔性组线方向发展，以发挥设备的最大使用效率，满足快速增长的生产需要。但是，近几年随着一些相关技术领域的发展，如元器件领域，新的封装器件不断涌现，元器件越来越小，引线间距越来越密，以及人类环保意识的加强等，相应的对SMT设备的发展提出了新的挑战。
贴装设备的现状与趋势
作为SMT设备的龙头，贴装设备的发展历来备受设备厂家的重视。从最初的以机械定位到图像识别位置补偿，从爪式定心到飞行对中检测，贴装设备的发展经历了质的飞跃。
但是，随着片式元件尺寸的逐步缩小，目前片式器件从0402（公制为1005）已发展到0201（公制为0603），正在研究0101（公制0303），以及BGA、CSP/
BGA、FC、MCM等封装形式的元器件的大量涌现和推广应用，客观上对贴装设备提出了更高的要求。如0402规格的片式元件贴装时，其贴装精度为
100 m;0201规格的片式元件贴装时，其贴装精度为 50 m，即贴装精度为6 。此外，对BGA、CSP/ BGA这类封装器件，精确贴装的最先决条件就是检查焊料球的存在与否和间距，检查焊料球变形状态。这就要求贴装机的视觉系统能根据球的形状质量因数和建立焊料球畸变认可等级来实现这一功能。当前，一种新的贴装技术正在悄然出现，即电场贴装技术。该技术采用电场控制微型元件的移动与贴装，是一种实现微米级材料元件贴装的新方法。一旦该技术进入实用化阶段，必将对传统的贴装设备带来划时代的变革。
总之，随着科学技术的不断发展，贴装设备也得不断改进和完善，以满足元器件不断发展变化的需要。因此，可以说新一代的国外贴装设备在高精度、高速度、多功能方向将进一步发展和完善。
印刷设备的现状与趋势
新型元器件的发展和应用必然对焊膏印刷工艺带来新的冲击。除印刷模板的制作工艺，模板的精度、厚度、开口形状和尺寸，以及焊膏的选择等外部参量需进一步优化外，印刷设备同样面临新的考验。
目前，国外先进的印刷机主要有美国MPM公司的MPM3000、英国DEK公司的DEK268等机型，都采用了高精度的视觉系统，借助图像识别处理功能，实现快速准确的图像对准。同时，通过设定印刷高度、刮刀压力和角度、印刷速度等参数，确保高质量的印刷效果。此外，为保证焊膏印刷工艺的一致性，两机型还加有对环境温度和相对湿度的控制，并借助2D或3D激光检测系统，对印刷质量进行检测，以满足高品质印刷工艺的要求。
焊接设备的现状与趋势
焊接技术是表面组装技术中的核心技术。如果说90年代的焊接技术是在热风再流焊、红外热风再流焊、免清洗焊接等领域快速发展的话，那么，21世纪的焊接技术将更加多元化，穿孔再流焊PIHR（Pin-In-Hole-Reflow）、无铅焊以及导电胶（Conductive
Adhesive）接技术将得到进一步的推广和应用，相关设备将得到进一步的发展和普及。
以无铅焊接技术为例，传统的Sn/Pb再流焊时共晶温度为179～183℃，而目前较成熟的Sn/Ag成分焊膏的熔点为220℃，熔点的提高必然对再流焊设备提出更高的要求：其一，热容量要满足产品焊接温度的需要；其二，为避免元器件的损坏，大小元器件之间温度差不得超过10℃，即炉膛横截面温度均匀性要好。
倒装芯片（FC）是高密度组装的主流，倒装芯片的组装方法有两种，一是采用再流焊方式，一是采用胶接方式，即采用导电胶将芯片与基板或印制电路板粘接形成电连接，该方式又分为CPC（Conductive
Paste Connection）法和ACFC（Anisotropic Condouctive Film Connection）法。CPC法是用导电胶将芯片的凸点电极与基板或印制电路板上的电极粘接后，再进行填充树脂固化；ACFC法采用方向各异的导电胶，通过脉冲热压，在热压方向上产生导电性，而其它方向是绝缘性的，从而使芯片凸点电极与基板或印制电路板上电极形成连接。由于采用导电胶接技术焊接温度低，不含铅，因此，导电胶接技术在未来将得到更加广泛的应用，而这必然给导电胶焊接设备带来更大的发展空间。
检测设备的现状与趋势
SMT领域涉及的检测设备或仪器种类很多，如用于检测器件、电路板变形的表面轮廓仪；用于分析材料表面污染的俄歇电子能谱仪；用于温度分布测试的红外热像仪、温度曲线记录仪；用于器件、印制板可焊性测试的可焊性测试仪；用于分析胶等材料固化过程中的挥发、助焊剂挥发的热天平；用于测试焊接力学性能的推力/拉力计；用于焊膏、贴片胶粘度测试的粘度计；以及用于印制板组件（PCBA）测试的在线测试（ICT）设备、功能测试（FT）设备、自动光学检验（AOI）设备、及三维X射线检测设备等等。
应该说，检测设备的多元化，有力的推动了SMT组装工艺的发展，极大的提高了SMT组装工艺质量，而检测设备的多元化正是其发展趋势之一。此外，当前表面组装正在向零缺陷制造发展，追求"直通率"已成为组装厂家的目标，检测设备的作用将越发重要。但是，目前的检测设备主要以寻求缺陷为目的，不能指出造成缺陷的原因。因此，检测设备与工艺分析的进一步结合同样也是其今后发展的趋势之一。
国内SMT设备的现状与趋势
自20世纪80年代中后期，我国开始SMT设备的研制开发以来，SMT设备在我国已取得长足的进步，初步形成了一个以印刷机、再流焊机、波峰焊机等中、低档设备为主的设备群体，但是较之国外的发展水平，我国SMT设备的发展道路还很漫长。
贴装设备方面，我国自1988年研制出第一台低速贴装机的样机以来，十几年的发展仍没有开发出推向市场的商品化机型，在此方面与国外的差距巨大。目前，肇庆风华公司、熊猫集团公司、深圳日东公司等单位仍在继续努力，争取早日突破。
印刷设备方面，我国以半自动丝印机、手动丝印机的生产为主，全自动丝印机只有日东公司开发成功，并已推向市场。该机采用机械定位方式，实现了全自动印刷过程，但由于不带图像识别系统，使其应用受到了很大的局限性。目前，日东公司正在开发带视觉系统的全自动丝印机。
再流焊设备是我国SMT国产化设备中最具竞争力的产品，其中以信息产业部电子第二研究所、日东、劲拓等公司为代表的再流焊产品在技术性能指标上已接近或达到国外同类机型的水平，初步具备了同国外产品竞争的实力，且价格只是国外的1/3~1/2。今后主要在可靠性及指标的优化上还需要下大力气，以满足市场多样化的需求。
检测设备国内主要以北京星河公司为代表，其生产的在线测试仪ICT占据了国内很大的市场份额。但是，受高密度组装的挑战，ICT的使用受到极大的制约。目前，星河公司已研制出AOI样机，正在进行测试和改进。
综观国内SMT设备的发展，应该说局部有所突破，但整体上与国外差距很大。
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