Технология поверхностного монтажа

Министерство образования и науки Российской Федерации
Уральский федеральный университет
имени первого Президента России Б. Н. Ельцина

Г. Д. Богачек, И. В. Букрин, В. И. Иевлев

ТЕХНОЛОГИЯ 
ПОВЕРХНОСТНОГО МОНТАЖА.
АВТОМАТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА 
КОМПОНЕНТОВ

Учебное пособие

Под общей редакцией
канд. техн. наук, доц. В. И. Иевлева

Рекомендовано методическим советом
Уральского федерального университета
для студентов вуза, обучающихся
по направлениям подготовки:
11.03.03 «Конструирование и технология 
электронных средств»;
11.03.02 «Инфокоммуникационные технологии 
и системы связи»

Екатеринбург
Издательство Уральского университета
2018

УДК 681.511:621.38(075.8)
ББК 32.844.1-06я73
          Б73
Рецензенты:
кафедра «Информатика и математика» Уральского института экономики, управления и права (завкафедрой доц., канд. физ.-мат. наук С. П. Трофимов);
проф., д-р техн. наук В. Э. Иванов (Региональное Уральское отделение Академии инженерных наук Российской Федерации)

На обложке использовано изображение с сайта http://www.directindustry.
com/prod/essemtec/product-55556-1593269.html

 
Богачек, Г. Д.
Б73    Технология поверхностного монтажа. Автоматическая установка компонентов : учебное пособие / Г. Д. Богачек, И. В. Букрин, В. И. Иевлев ; под общ. ред. 
В. И. Иевлева. — Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та, 2018. — 104 с.

ISBN 978-5-7996-2267-1

Рассматриваются теоретические и практические вопросы технологии поверхностного 
монтажа, в частности установка компонентов на автомате Essemtec Pantera XV.
Предназначено студентам, обучающимся по дисциплинам «Технология производства 
электронных средств» и «Технология производства средств связи» (бакалавриат).

Библиогр.: 19 назв. Рис. 142.

УДК 681.511:621.38(075.8)
ББК 32.844.1-06я73

Учебное издание

Богачек Григорий Дмитриевич, Букрин Илья Владимирович, Иевлев Владимир Ильич

ТЕХНОЛОГИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО МОНТАЖА.
АВТОМАТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА КОМПОНЕНТОВ

Редактор И. В. Коршунова
Компьютерный набор В. И. Иевлева
Верстка О. П. Игнатьевой

Подписано в печать 22.11.2017. Формат 70×100/16. Бумага офсетная. Цифровая печать. Усл. печ. л. 8,4.
Уч.-изд. л. 5,31. Тираж 50 экз. Заказ 13

Издательство Уральского университета 
Редакционно-издательский отдел ИПЦ УрФУ
620049, Екатеринбург, ул. С. Ковалевской, 5. Тел.: +7 (343) 375-48-25, 375-46-85, 374-19-41. E-mail: rio@urfu.ru

Отпечатано в Издательско-полиграфическом центре УрФУ
620083, Екатеринбург, ул. Тургенева, 4. Тел.: +7 (343) 358-93-06, 350-58-20, 350-90-13. Факс: +7 (343) 358-93-06
http://print.urfu.ru

ISBN 978-5-7996-2267-1 
© Уральский федеральный 

 
    университет, 2018

Предисловие

В 

2015 г. в лаборатории Р-046 Института радиоэлектроники 
и информационных технологий–РтФ (ИРИТ-РТФ) был организован участок по экспериментальному изготовлению 
ЭМПП с использованием технологии поверхностного монтажа (ТПМ). 
В лаборатории установлено и введено в эксплуатацию следующее 
современное специализированное оборудование:

 1. Автомат установки компонентов Pantera XV.
 2. Устройство трафаретной печати SP002-ML.
 3. Конвейерная печь конвекционного оплавления припоя 
RO300FC–C.

 4. Компактная система ультразвуковой отмывки UC20.
 5. Система отмывки 7000 0003 (Oko).
 6. Оптическая цифровая станция Optilia Flexia BGA.
 7. Ремонтный центр IR/PL 650A.
 8. Компрессор JUN-AIR 2xOF302–40MD2 с осушителем в шумозащитном исполнении.

 9. Одноканальная цифровая паяльная станция CD-2BC.
10. Микроскоп МБС-9.
11. Digital Microscope BW1008–500X.
12. Микроинтерферометр МИИ-4.
Изучение ТПМ в ИРИТ-РТФ осуществляется на кафедре «Технологии и средства связи» в рамках программ подготовки бакалавров 
по направлениям: 11.03.03 «Конструирование и технология электронных средств» (дисциплина «Технология производства электронных 
средств») и 11.03.02 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи» (дисциплина «Конструирование и технология средств связи и коммутации»). Студенты названных специальностей получили 
возможность выполнять лабораторные работы по ТПМ. Эти студенты являются единственными в городе, которые проходят как теоре

Предисловие

тическую, так и практическую подготовку по новому методу сборки 
электронной аппаратуры.
Сборочное производство с ТПМ освоено на ведущих предприятиях 
города: НПО Автоматики имени академика Н. А. Семихатова, Уральском электромеханическом заводе, Уральском оптико-механическом 
заводе им. Э. С. Яламова и других. Поэтому, можно не сомневаться, 
что наши выпускники, прошедшие подготовку по ТПМ, окажутся там 
востребованными.
Целью настоящего пособия (и последующих, планируемых к изданию) является обеспечение студентов учебно-методической литературой по ТПМ.

1. Основы технологии  
поверхностного монтажа

Э

лектронные модули на печатных платах (ЭМПП) являются 
основными сборочными единицами современных электронных средств (ЭС). Поэтому от их параметров в значительной 
степени зависят массогабаритные, надежностные и стоимостные характеристики электронных систем.
ЭМПП представляют собой совокупность электрорадиоэлементов (ЭРЭ) и интегральных схем (ИС), смонтированных на печатной 
плате (ПП) и электрически соединенных с контактными площадками. Таким образом, ПП по отношению к компонентам выполняют одновременно функции несущей основы и коммутирующей схемы [1].
Развитие конструкций ЭМПП происходит по трем взаимосвязанным направлениям [2]:
· рост сложности устанавливаемых компонентов (определяется 
количеством выводов корпуса);
· рост плотности расположения компонентов на печатной плате 
(определяется количеством корпусов устанавливаемых компонентов и суммарным числом их выводов, располагаемых на единице площади платы);
· рост плотности проводников печатной платы (определяется как 
суммарная длина проводников, располагаемых на единице площади платы).
Революционным шагом в этом развитии принято считать появление ТПМ, которая коренным образом изменила как конструкции 
ЭМПП, так и сборочное производство фирм, производящих ЭС.

1. Основы технологии поверхностного монтажа 

1.1. История появления

ЭМПП появились вместе с первыми ПП и выглядели обычно следующим образом (рис. 1.1).

Рис. 1.1. ЭМПП с компонентами, монтируемыми в отверстия

Корпус DIP (Dual-in-Line Package) являлся массовым корпусом 
для ИС 1970-х и 1980-х гг. (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Корпус DIP [3]

ЭМПП с компонентами, монтируемыми в отверстия, изготавливаются по технологии Through Hole Technology (THT). Основные 
этапы изготовления таких ЭМПП:
· подготовка компонентов к монтажу (распаковка, входной контроль, рихтовка, формовка, обрезка и лужение выводов, размещение в технологической таре);
· установка компонентов на ПП (ручная, автоматизированная, 
автоматическая);
· получение электрических соединений выводов компонентов с печатным монтажом;
· контроль ЭМПП.

1.1. История появления

Описанный конструктивно-технологический вариант ЭМПП многие годы оставался практически без изменений. Несмотря на отдельные совершенствования конструкций (уменьшение массогабаритных 
характеристик компонентов, применение базовых материалов для 
ПП с улучшенным теплоотводом) и технологии (внедрение автоматизированной установки компонентов на ПП и пайки на волне припоя), две проблемы слабо поддавались решению:
· оставались достаточно высокими значения коэффициента использования объема (Kv), определяемого как Kv = V/ΣVi (где V — 
объем ЭМПП; ΣVi — сумма объемов кристаллов ИС, установленных на ПП). Значение Kv, например, для типового элемента 
замены ЕС ЭВМ 1022 превышало 15 тысяч. Для уменьшения 
таких цифр необходимо было не только повышать степень интеграции ИС, но и уменьшать размеры корпусов и плотность расположения их на ПП;
· значительное количество корпусов ЭРЭ и ИС, а также многочисленные варианты их установок на ПП практически исключили применение автоматического монтажа.
Дело сдвинулось с мертвой точки, когда японские изготовители 
электронных устройств в конце 1970-х годов начали первыми в мире 
монтировать пассивные чип-компоненты, ранее применявшиеся только в гибридных ИС и микросборках, непосредственно на поверхность 
ПП (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Установка чип-компонента на ПП (с последующей пайкой)

0,1
Чип-компонент

0,3–0,7

Металлизация

Капля припоя
Контактная
площадка

1. Основы технологии поверхностного монтажа 

Это новое направление получило название Surface Mount Technology (SMT) — технология поверхностного монтажа.
Первые ЭМПП, изготовленные по новой технологии, выглядели 
так, как показано на рис. 1.4.

Рис. 1.4. Конструкция первых ЭМПП, изготовленных по ТПМ  
(сверху — компоненты, монтируемые в отверстия, снизу — чип-компоненты,  
монтируемые на поверхность)

Схема изготовления ЭМПП (см. рис 1.4):
· установка традиционных компонентов в отверстия с фиксацией выводов;
· переворот платы;
· нанесение клея на места установки чип-компонентов;
· установка чип-компонентов на клей;
· сушка клея;
· переворот платы;
· пайка волной припоя;
· отмывка;
· контроль.
Дальнейшее развитие конструкций ЭМПП было связано с созданием активных компонентов для ТПМ, а также совершенствованием существующих пассивных.

1.2. Компоненты для ТМП

Пассивные компоненты. Выпускаются в корпусах двух типов: безвыводных корпусах прямоугольной формы и корпусах типа MELF 
(Metal Electrode Face Bonded).
Безвыводные корпуса прямоугольной формы (рис. 1.5) являются наиболее распространенным типом корпусов для чип-резисторов 
и чип-конденсаторов. Они различаются стоимостью, габаритными 
размерами, рабочим напряжением (рассеиваемой мощностью).

1.2. Компоненты для ТМП

а                                                           б

Рис. 1.5. Чип-компоненты:

а — резистор [4]; б — конденсатор [5]

Для указания геометрических размеров таких корпусов используется краткая форма обозначения: например, 1206 означает, что компонент имеет длину 0,12 дюйма, а ширину 0,06 дюйма. Чип-компоненты 
изготовляются по тонко- или толстопленочной технологии.
Позднее было также освоено производство чип-индуктивностей.
Заводы-изготовители поставляют чип-компоненты в катушках 
(рис. 1.6).

Рис. 1.6. Упаковка чип-компонентов [6]

Корпуса типа MELF (Metal Electrode Face Bonded) представляют собой слегка измененный безвыводной вариант обычного резистора или конденсатора с аксиальными выводами (рис. 1.7).

Резистор
Металлизация

Корпус

Контактный электрод
Внутренний электрод
Керамический диэлектрик

Этикетка с указанием
продукта

Диаметр катушки
178 или 330 мм

Пластиковая лента

Посадочное
место

Защитная
лента

8 или 12 мм