表面贴装技术的基本原理：基本设计过程和技术介绍
电子元件的快速小型化导致了越来越小的设备几何形状，即使性能和计算能力不断提高。
表面安装技术（又名SMT）使半导体工程师能够将更多的组件安装到同一块印刷电路板（PCB）上。本文将概述这些组件的工作方式以及它们的好处，应用领域和局限性。
什么是SMT？
SMT是一种电子组装技术，其中的组件直接安装到PCB上，而不是将它们插入到板上的插槽中（也称为“通孔技术”或THT）。IBM在1960年代率先使用表面安装组件来为NASA航天飞机的运载火箭数字计算机（LVDC）进行开创性工作。如今，SMT几乎用于所有类型的电子应用中。
表面贴装器件（SMD）是使用SMT工艺生产的电子组件。示例包括无源元件，例如电阻器，芯片电感器，瞬态电压抑制（TVS）二极管和陶瓷电容器。与通孔器件不同，SMD的引线端子最少，从而允许制造商进一步缩小它们的尺寸。
SMD设计与制作
选择所需的组件后，该过程从设计工程师开始制定原理图或布局，以显示每个组件在板上的位置。PCB设计是使用计算机辅助设计（CAD）工具的基于软件的过程。经过多次迭代，工程师将最终原理图发送给PCB制造商进行制造，并提供所需的组件。
打包
SMD附带多种包装。最常见的类型是标准卷带包装或切割带包装。对于前者，制造商将SMD的单位装入缠绕在底座上的连续压纹带上的小口袋中，以便于运输。
EIA标准481包含此包装类型的规范。另一方面，切割带包装可将SMD用短条带交付。替代包装包括管和托盘。
安装样式
表面安装元件通常包含从包装的侧面或在主体上延伸的各种样式（例如“ J”形和“鸥翼”类型）的小型引线触点（引脚）。在某些变型中（例如，球栅阵列或BGA SMD），引线触点以网格图案的形式位于设备下方。安装技术取决于不同封装的SMD的引脚配置和引脚数。
显示无源表面安装组件的PCB逻辑板。
SMT焊接
将SMD焊接到PCB上的两种标准技术是回流焊接和波峰焊接。
回流焊
回流焊接是将SMD附着到PCB上最广泛采用的技术之一。这个想法是通过四个阶段创建高完整性焊点：
将PCB，焊膏（焊剂和助焊剂的混合物）和SMD本身预热到特定温度（即“浸泡”或“保持”温度）
使预热的材料进入特定温度的第二个60到120秒的均热区，直到整个组件达到热平衡
组件进入“回流区”，在此过程中，SMD周围的焊料会在过程的最高允许温度（即峰值）下熔化，而不会对任何组件造成热损坏。使用具有独特热曲线设置的回流焊炉进行回流焊接，以精确且可预测的方式分配热量。
以特定速率冷却整个组件，以使焊接点固化。
波峰焊
波峰焊是大规模PCB制造的理想选择，适用于表面安装和通孔组件。它通常涉及以下阶段：
在PCB上喷焊剂以消除PCB表面的氧化物，防止热处理过程中的二次氧化，并降低焊膏的表面张力。
预热PCB
将PCB穿过波峰焊机以施加焊料
控制PCB到室温的冷却
在生产车间工作的技术人员。
检验与质量控制
在将SMD焊接到PCB上之后，必须测试焊接接头的完整性。自动光学检查（AOI）机器适用于此目的。AOI机器具有侧面和朝下的摄像头，用于查看PCB，以识别常见的焊接问题，例如焊料或间隙不足，焊料桥接，焊球，抬起的销钉。工程师还可以进行目视检查以发现焊接问题。
SMT的优势
与THT相比，SMT具有许多优点，包括：
降低制造成本
高度重复性，减少错误
优化板空间
SMT组件的两面均可焊接
由于板上的组件密度更高，因此实现了更高的PCB复杂性
表面安装元件比通孔类型便宜
表面贴装技术的局限性
尽管在电子工业中提供了许多好处，但表面贴装技术仍存在一些局限性。首先，SMT不适合承载高电能或产生大量热量的组件，因为可能会损害焊料的完整性。而且，它不适用于大批量或中试规模的制造。而且，由于SMT组件的尺寸很小，因此很难维修，通常需要专门的技术知识，昂贵的停机时间和复杂的设备。
表面贴装技术的意义
表面贴装技术是一种突破性方法，将在未来很多年继续影响电子设计。它的主要好处是，它可以将大量组件集成到同一块PCB中，同时保持高度的准确性和可重复性。与通孔元件一起使用时，SMD有助于增加设计复杂度，同时节省宝贵的电路板空间。
