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 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。


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SMT是信息产业发展的基础
  SMT从狭意上讲,是将片式元器件贴装到PCB上,经过整体加热实现电子元器件互联,但从广意来讲,它包含片式元器件、表面组装设备、表面组装工艺和材料。通常人们把表面组装设备称之为“硬件”,表面组装工艺称之为软件,而电子元器件既是SMT的基础,又是SMT发展的动力,它推动着SMT专用设备和装联工艺不断更新和深化。而支持信息产业的关键技术正是芯片技术和组装技术。芯片技术决定其电子产品的性能,是信息产业的核心,世界上芯片技术的龙头正是信息技术高度发达的美国,近十年来的高速发展,支持美国经济持续发展;组装技术即大生产技术,它是把先进的信息技术转化为实际的可供人们使用的电子产品,其过程既给社会带来巨大的物质财富,又给人们带来物质生活的享受和文明,如今各种数字化的电子产品琳琅满目,使人应接不暇。因此从广意上来讲,SMT技术和信息产业是相互依存相互发展的,SMT已成为信息产业强有力的基础。为此近几年来美国、欧洲、日本等都纷纷建立了涉及技术开发生产制造的国家级研究机构,以从事SMT方面的研究与开发。例如美国半导体协会(SIA)每年发布的规格书,已在世界电子组装技术发展中起到重要的指导作用。近期它在发布的规划书中,十分引人注目的提出了三维立体安装技术形态将成为今后安装技术发展趋势的预测,这意味着SIP(System in Package)及SOC(System-on-Chip)等系统模块技术将有更快的发展;在欧洲,以瑞典的生产技术研究所(IVF)和德国IEM研究所为“牵头”的研究机构,从事组装技术绿色化的研究,包括无铅焊料,无VOC焊剂,PCB制造中限用阻燃剂的绿色化制造技术,并制定明确的使用时间表,以体现出其决心和信心;在日本,日本电子信息技术产业协会(JEITA)等多个学术团体,将“组装技术”提升到“从电路设计到电子部件、安装设备及关联工艺技术最优化的综合结果”。并在这个基础上,成立“电子系统集成联络协议会”不同专业协会相互沟通、相互协调,以战略眼光制定本国的发展计划。这些世界级研究机构的动向也为21世纪SMT的发展趋势指出了明确的方向:
  ·如今IC光刻技术已进入纳米时代,伴随着I/O端子数的增多,器件的封装形式也将由QFP快速地向球栅阵列式封装形式过渡,BGA、CSP将成为封装技术的主流,随着F·C底层填料的开发成功,F·C器件也将进入实用化阶段。这意味着球栅阵列技术将开始取代周围引脚表面贴装器件,就象表面贴装元件取代通孔元件一样,叠层芯片(Stracked Chip)SOC、SIP器件将会广泛使用。

  ·与球栅阵式器件相配套的是PCB技术,包括基材的制造技术也将出现更新,如今高Tg,低TCE的基材不断推出,特别积成法制造(BUM)的PCB技术每年以17%速度在增长,用BUM制造的PCB,其TCE可达到6ppm,这意味着与片式元件的TCE同等级别,BUM法制造的PCB将有力支撑着F·C的实际应用。

  ·随着人们环保意识的提高,绿色化生产已成为大生产技术的新理念。这种新理念体现在如下几个方面:

  (1)、随苦无铅焊料的开发成功,以及日本企业已经部分在消费类产品中使用;无铅化进程有加速化趋势。特别是欧洲联盟有关电气与电子设备中废料的法令(WEEE和RoHS)包括含铅焊料的禁止将在2006年7月1日生效。这意味着全世界电子产品组装将进入无铅化时代。

  (2)、PCB制造的过程中不再使用数种阻燃剂,由于它会造成因焚化PCB而产生二恶英(Dioxin),二恶英是一种会使人致癌的物质,在日本PCB制造商还禁用不会产生二恶英的阻燃剂四溴二苯酚(TBBA tetrabromobisPhenol)。

  (3)、在焊剂使用中无VOC焊剂的应用亦提到议事日程上来。

  ·0201元件的使用将对印刷机、贴片机、回流炉技术以及检测技术提出更高要求。模块化、高速、高精度贴片机,以及能连线使用的AOI,AXI将成为设备制造方向。

  ·如今导电胶的电阻率已达到0.001欧姆,综合性能明显提高,冷连接工艺已初露端倪。

  ·SMT生产线的管理方面已进入计算机以及无线网络管理,做到实时工艺参数采集和传送。不仅是质量上支持6Sigma标准,并向无人化管理迈进。

  不难看出,无论是片式器件的封装形式,还是SMT设备与工艺,都在支持PCB向实现高密度互连方向发展,并适应信息技术发展的需求。无线网络、卫星通讯将更广泛应用;各种工业控制系统和设备将会做得更小,并且有消耗功率低和维修简单的优点;计算机和办公外设将发展更快和更加可靠性;医疗仪器将表现为更高的精密性。一句话,新的信息技术将给人们提供更方便、更安全、更保密,以及舒适和乐趣。因此说SMT是信息产业迅速壮大和突飞猛进的主要支柱,在本世纪内以至更长的一个历史时期中SMT仍是电子产品组装的主流和

 
 
   
 

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