1、第2章 表面组装元器件 表面组装元器件又称为片式元器件，也叫贴片元器件，是适应当代电子产品微小型化和大规模生产的需要发展起来的微型元器件，现广泛应用于电子产品中，具有体积小、重量轻、高频特性好，无引线或短引线、安装密度高、可靠性高、抗振性能好、易于实现自动化、适合表面组装、成本低等特点。表面组装元件（SMC:Surface Mounted Components）若从外形来分：主要有矩形片式元件、圆柱形片式元件、复合片式元件、异形片式元件。若从种类来分：可分为片式电阻器、片式电容、片式电感、片式机电元件。若从封装形式来分：有陶瓷封装、塑料封装、金属封装等。2.1 表面组装矩形片式电阻器表面组装矩
2、形片式电阻器 表面组装电阻器可分为矩形片式电阻器 和圆柱形片式电阻器如图所示。矩形片式电阻器的电阻值的范围是103300k，其外形尺寸长为0.6mm3.2mm，宽为0.3mm2.7mm，厚为0.3mm0.7mm。圆柱形片式电阻器的电阻值的范围是4.71000k，外形尺寸长为3.5mm5.9mm，直径为1.4mm2.2mm。表面组装电阻器一般为黑色，外形太小的表面末标出其阻值，而是标记在包装袋上，外形稍大的片式电阻器也有在外表标出阻值大小。矩形片式电阻器的基本结构 矩形片式电阻器的基本结构是多层结构。厚膜型的第一层是扁平的高纯度AL2O3陶瓷基片，第二层在基板上印刷金属电阻体浆料（RuO2），烧
3、结后经光刻而成；第三层是低熔点玻璃釉保护层，另外在端面涂敷电极浆料制作成可焊端子，即为引线端。薄膜型电阻 是在基体上溅镀一层镍铬合金而成，薄膜型电阻性能稳定，阻值精度高，但价格较贵，由于在电阻层上涂覆特殊的低熔点玻璃釉涂层，故电阻在高温，高温下性能非常稳定。矩形片式电阻器的端电极结构 矩形片式电阻器的端电极也有三层结构，俗称三层端电极，最内层为银钯合金，它与陶瓷基有良好的结合力称为内电极，中间层为镀镍层，它是防止在焊接期间银层的浸析，最外层为助焊层，不同的国家采用不同的材料，日本通常采用Sn-Pb合金，厚度为0.025mm，美国则采用Ag-Pd合金。矩形片式电阻器的工艺流程 制备陶瓷基片背电极
4、印刷（Ag-Pd）烧结面电极印刷烧结电阻体印刷（RuO2）烧结一次玻璃釉（浆料）印刷烧结激光刻调阻值二次玻璃釉（浆料）印刷标记印刷烧结一次切割封端烧结二次切割电镀电极测试分选编带包装。矩形片式元器件焊盘尺寸 矩形片式电阻器的标识 一种是在元件上的标注，当矩形片式电阻阻精度为5%时，采用3个数字表示。跨接线记为000，阻值小于10，在两个数字的间补加“R”表示，阻值在10 以上的，则最后一数值表示增加的零的个数。另一种是在料盘上的标注。如RC05K103JT其中，左起两位RC为产品代号，表示矩形片状电阻器，左起第3、4位05表示型号(0805)，第5位表示电阻温度系数，K为250，左起第6到第8
5、位表示电阻值，如103表示电阻值为：10k.左起第9位表示电阻值误差，如J为5%；最后一位表示包装，T为编带包装 圆柱形片式电阻器圆柱形片式电阻器的基板与电阻材料及制作工艺等与矩形片式电阻器基本一样。圆柱形片式电阻器的制造工艺 制备电阻瓷棒在电阻瓷棒上被覆电阻浆料层压装金属帽盖刻槽调整阻值清洗涂保护漆打印标记测试分选编带包装。圆柱形片式电阻的标识 圆柱形片式电阻器上用不同颜色的环来表示电阻的规格。其标识如图所示，不同颜色代表不同数字，以表示标称值和精度。标称阻值系列可参照(GB26918l)阻值允许偏差为J(5)，采用E24系列，用三条色环标志：第一、二条表示有效数字，第三条表示前两位有效数字
6、乘以10的指数。ERO型金属膜电阻器，阻值允许偏差为G(2)的采用E96系列，电阻值允许偏差为F(1)的采用E192系列，用五条色环标志；第一、二、三条表示有效数字，第四条表示前三位有效数字乘以10的指数，第五条表示阻值允许偏差。2.3 表面组装电位器表面组装电位器 表面组装电位器又称为片式电位器(Chip Potentiometer)是一种可连续调节的可变电阻器。其形状有片状、圆柱状、扁平矩形等结构的各类电位器，它在电路中起到调节分电路电压和分电路电阻的作用。片式电位器有四种不同的外形结构：（1）敞开式结构（2）防尘式结构（3）微调式结构（4）全密封式结构片式电位器型号有3型、4型和6型 片
7、式电位器的焊盘尺寸片式电位器的焊盘尺寸2.4 电阻网络电阻网络 电阻网络可分为厚膜电阻网络和薄膜片式电阻网络两大类。厚膜电阻网络具有体积小、重量轻、机械强度高、高频特性好、适应再流焊与波峰焊、电性能稳定、可靠性高、能与自动装贴设备匹配；符合RoHS指令要求等特点，符合小型化、高密度组装要求。电阻网络的焊盘尺寸 2.5 表面安装电容器表面安装电容器 电容器是电子电路中不可缺少的元件，它在调谐电路、旁路电路、耦合电路、滤波电路中起着重要的作用。表面组装用电容器简称片式电容器，适用于表面组装的电容器已发展到多品种、多系列的片式电容器。按外形、结构和用途来分类，可达数百种，在实际应用中，表面安装电容器
8、中有80%是多层片状瓷介电容器，其次是表面安装铝电解电容器和钽电解电容。多层片式瓷介电容器 片式瓷介电容结构图和外型图 图为MLC的结构图和外形图。陶瓷介电体是根据不同的电性能参数专门配制而成。在陶瓷介电体内部，根据不同电容量的需要有多层并联的内电极内电极可由Pb、Rt、Au、Ag等贵金属或它们的合金组成。目前也有用金属Ni、Fe、Cu等制作内电极。陶瓷介电体和内电极构成的坯体经高温烧结为一个整体故而MLC又简称为独石电容器 图217中内部电极一般采用交替层叠的形式,根据电容量的需要，少则二、三层，多则数十层。日本NEC制作电容量为0.1F的MLC时，内电极已达120层。多层片式瓷介电容器 多
9、层片式瓷介电容器简称陶瓷电容器，它以陶瓷为介质，涂敷金属薄膜(一般为银)经高温烧结而形成电极，再在电极上焊上引出线，外表涂上保护漆，或用环氧树脂、酚醛树脂封装，即成为瓷介电容器。1、瓷介电容器常用的陶瓷介质材料有以下三类：I型电容器陶瓷（国内型号为CC41）：它的介电常数一般小于100。型电容器陶瓷（国内型号为CT41）：它的介电常数一般大于1000。型电容器陶瓷：它具有很高的介电常数，广泛应用于对容量稳定性和损耗要求不高的场合。多层片状陶瓷电容器由片状陶瓷膜叠起来烧结而成。由于它的每片陶瓷膜很薄，因此具有容量大、体积小的特点。片式瓷介电容器的特点:（1）由于电容器的介质材料为陶瓷，所以耐热性
10、能良好，不容易老化。（2）瓷介电容器能耐酸碱及盐类的腐蚀，抗腐蚀性好。（3）低频陶瓷材料的介电常数大，因而低频瓷介电容器的体积小、容量大。（4）陶瓷的绝缘性能好，可制成高压电容器。（5）高频陶瓷材料的损耗角正切值与频率的关系很小，因而在高频电路可选用高频瓷介电容器。（6）陶瓷的价格便宜，原材料丰富，适宜大批量生产。（7）瓷介电容器的电容量较小，机械强度较低。多层片式瓷介电容器的结构 陶瓷介电体是根据不同的电性能参数专门配制而成。在陶瓷介电体内部，根据不同电容量的需要有多层并联的内电极内电极由Pb、Rt、Au、Ag等贵金属或它们的合金组成。目前也有用金属Ni、Fe、Cu等制作内电极。陶瓷介电体和
11、内电极构成的坯体经高温烧结为一个整体故又称为独石电容器 片式瓷介电容器内部电极一般采用交替层叠的形式,根据电容量的需要，少则二、三层，多则数十层。日本NEC制作电容量为0.1F的MLC时，内电极已达120层。MLC的制造工艺 多层陶瓷电容器的制造工艺流程是先配制陶瓷浆料，后在流延机上制作陶瓷膜片，然后在若干片陶瓷薄膜坯上网印内部电极桨料，经叠合、粘接、层压后一次绕结成一块整体，再按事先设计好的路径切割成条料，再涂敷外电极，经过高温烧结，获得电容器芯子，然后用树脂进行封装而成，最后印上标识字符，就获得小体积、大容量、高可靠和耐高温的新型多层陶瓷电容器。2.5.2 表面组装铝电解电容器表面组装铝电
12、解电容器 表面组装铝电解电容器，又叫片式铝电解电容器。可分为液体电解质片式铝电解电容器和固体电解质片式铝电容器两大类。从结构上分：要有卧式结构和立式结构两种。卧式优点为高度低，最高尺寸不超过4.5mm，缺点是贴装面积大，不适宜高密度组装；立式安装面积小，适宜高密度组装。目前片式铝电解电容以立式结构为主。按外形和封装材料的不同，可分为矩形铝电解电容器（树脂封装）和圆柱形电解电容器（金属封装）两类。金属封装和树脂封装片式电解电容器液体电解质片式铝电解电容器 液体电解质片式铝电解电容器的特点：它是由铝圆筒做负极、里面装有液体电解质，插人一片弯曲的铝带做正极制成。还需经直流电压处理，做正极的片上形成一
13、层氧化膜做介质。其特点是容量大、但是漏电大、稳定性差、有正负极性，适于电源滤波或低频电路中，使用时，正、负极不能接反。液体电解质片式铝电解电容器的结构：电容器的阳极箔：是用高纯度的铝箔（含铝99.999.99）经电解腐蚀(弱酸)阳极氧化而成；阴极箔：用低纯度的铝箔（含铝99.599.8）电解腐蚀获得。用电解纸将阴阳两极隔离，绕成电容器的芯子，的后，将电容器芯子放入电解液（最常用普通铝电解液是硼酸铵乙二醇系电解液，还有添加剂和溶剂。）中浸透、密封，铆接铝电极引线，最后用金属铝壳或耐热环氧树脂进行封装，获得片式铝电解电容器。液体电解质铝电解电容的制造工艺 制备高纯度铝箔 电化学腐蚀处理 按设计裁剪
14、成形 铆接铝引线用电解纸作衬垫隔离 卷绕成型 浸渍电解液 密封铆接外引线装配用环氧树脂封装检测 包装。固体电解质片式铝电解电容器 固体电解质片式铝电解电容器采用有机导电化合物作为工作电解质，以导电有机高分子聚合物作为产品的实际阴极（实际上就是电解质），具有高频低阻抗、高温稳定、快速放电、减小体积、无漏液现象，与液体电解质片式铝电解电容器比较具有大容量、低阻抗、无电解质泄漏、高温长寿命(在85的工作环境中，寿命最高可达40,000小时)等优点，并具有耐反向电压的能力。2.5.3 片式钽电解电容器片式钽电解电容器 片式钽电解电容器，是用金属钽做正极，用稀硫酸等配液做负极，用钽表面生成的氧化膜作为介
15、质制成。矩形钽电解电容外壳为有色塑料封装，一端印有深色标志线，为正极，在封面上有电容量的数值及耐压值，一般有醒目的标志，以防用错，其外形如图所示。片式钽电解电解器的电解质是固体,并可以在其上直接连接引出线，因而体积小，使用寿命长,将逐步替代铝电解电容器。钽电解电容器单位体积容量大，电解质响应速度快，因此在需要高速运算处理的大规模集成电路中应用广泛，如计算机主板，现在用在手机中的钽电容器，约占36.2%，平均一部手机应用钽电解电容器从5只至20只不等；其次为AV影音产品，约占32%；笔记本电脑方面应用占15.1%和其他稳定性高的军用和民用整机设备中。2.5.4片式云母电容器片式云母电容器 片式云
16、母电容器其形状多为方块状，云母电容器采用天然云母作为电容极间的介质，其耐压性能好。云母电容由于受介质材料的影响，容量不能做的太大，一般容量在10PF-10000PF之间，而且造价相对其它电容器高。云母电容器可以做成很小的电容量，具有高稳定性，高可靠性，温度系数小的特点。其外形和内部结构如图所示。云母电容器制造工艺：将银浆料印在云母上作为金属极板，经层叠、热压形成电容胚体，制作外电极，其端头是典型的三层结构。最后完成电极连接，封装成型、打印标记，编带包装。云母电容器用途：用于高频振荡，脉冲等要求较高电路，实际电路中应用不多。2.5.6 片式微调电容器 片式微调电容器是电容量可在某一小范围内调整，
17、并可在调整后固定于某个电容值的电容器，其外形如图所示。片式微调电容器实际上就是微调电容器的片式化。随着电子技术的高速发展，微调电容的尺寸仍然在不断缩小，应用在一些体积小的场合，如有线电视、遥控器、报警器、对讲机等领域。2.6 片式电感器片式电感器 片式电感器亦称表面贴装电感器，它与其它片式元器件（SMC及SMD）一样，是适用于表面贴装技术（SMT）的新一代无引线或短引线微型电子元件，其引出端的焊接面在同一平面上。在电路中起扼流、退耦、滤波、调谐、延迟、补偿等作用，外形如图示。2.6.1绕线型片式电感器绕线型片式电感器 绕线型片式电感器通常采用微小工字型磁芯，经绕线、焊接、电极成型，塑封等工序制
18、成，如图所示。这种类型片式电感器具有生产工艺简单，电性能优良，适合大电流通过，具有可靠性好等优点。另一种绕线型片式电感器，是采用H型陶瓷芯，经过绕线、焊接、涂复、环氧树脂封装等工艺制成。由于电极已预制在陶瓷芯体上，制造工艺更为简单，而且可进一步微小型化，最小体积为2.52.01.8mm。这类电感器电感值较小，但自谐频率高,更适合高频使用。2.6.2 氧化铝陶瓷叠层片式电感器氧化铝陶瓷叠层片式电感器 氧化铝陶瓷叠层片式电感器具有体积小，无引线，适合于高密度、高速度贴片组装。具有高的自谐振频率，在高频下Q值高，电感值稳定，无交叉耦合等特性。包装形式通常为编带包装。可广泛应用于高清晰数字电视、高频头
19、、计算机板卡等领域。其外形和内部结构如图所示。多层片式电感器的外形尺寸多层片式电感器的端电极结构如叠层型电感器不用绕线，是用铁氧体浆料和导电浆料，交替进行多层印刷，然后通过高温共烧结，形成有闭合磁路的电感线圈，或者将微米级铁氧体薄片进行叠层，每个磁性层有印刷的导体图案和孔，孔中填充导体材料，从而把上层图案和下层图连结起来，经过加压，烧结，形成一体化的多层电感器，这类电感器制作工艺更适合尺寸微小型化，容易实现规模化大生产，现在最小尺寸已能制成1005型（1.0mm0.5mm0.5mm)，其电感值为0.047H10H，工作频率最高可达12GHz,可适合移动电话向高频化，网络化发展的需要。叠层型电感
20、器与绕线型相比，主要特点是磁路封闭，抗EMI性能好，直流电阻小，电感量和可允许额定电流相对较小，更适合高频下使用。具有良好的耐热性和可焊性、有很高的可靠性，适合于高密度自动化表面贴装生产。流延穿孔法的流程如下：制造柔性铁氧体薄片在铁氧体薄片上打出通孔用丝网在薄片上印上导电浆料叠层 加压 切割加热、烧结 涂端电极烧结 在端电极上镀镍后再镀锡铅 成型电感芯子。层叠印刷法的流程如下：浆料配制 流延制膜 用丝网在薄片上印上导电浆料叠层 加压 切割排胶烧结 在端电极上镀镍后再镀锡铅 成型电感芯子。2.6.3 片式电感器的标识片式电感器的标识 片式电感的标识方法，不同的厂家有不同的标注方法 以华达电子厂状
21、电感器的标识方法为例：HDW UC 2012 R10 K G T （1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）代号含义：（1）产品代号（2）芯片类型（3）尺寸代号（4）电感量代号（5）偏差代号 （6）端头代号 （7）包装代号。HDW为产品代号，UC为芯片类型（UC为陶瓷芯，UF为铁氧体芯），2012为规格尺寸，R10为电感量（R10为0.1uH，）K为允许误差，G为端头（G为金端头，S为锡端头），T为包装方式（T为编带包装，B为散包装）2.6.4 片式磁珠片式磁珠 片式磁珠是目前应用、发展很快的一种抗干扰元件，廉价物美，滤除高频噪声效果显著。片式磁珠由软磁铁氧体构成，多用于信号回路，主要用于抑制
22、电磁辐射干扰。磁珠外形如图和内部结构如图所示。磁珠现专用于抑制信号线、电源线上的高频噪声和尖峰干扰，还具有吸收静电脉冲的能力。2.6.5片式滤波器片式滤波器 片式滤波器主要用来滤除信号中无用的频率成分，片式滤波器的种类较多，按性能来分，有片式抗电磁干扰滤波器（EMI），片式表面波滤波器等。按结构来分有闭磁路片式LC滤波器、金属外壳型片式LC滤波器、片式多层LC滤波器等。1、片式抗电磁干扰滤波器（EMI）抗电磁干扰（EMI）滤波器，是由电感、电容组成的无源器件。可以滤除信号中的电磁干扰，抑制同步信号中的高次谐波，避免数字电路信号失真。它能在阻带（通常大于 10KHz）范围内衰减射频能量而让工频无
23、衰减或很少衰减地通过。EMI结构主要由矩形铁氧体磁珠和片式电容器组成。经内外端子连接，外用环氧树脂封装，形成一体，具有体积小、可靠性高、适合于自动化表面贴装的特点。EMI制造工艺：制备铁氧体磁芯在铁氧体磁芯端头镀Ag安装内电极组装电容形成EMI芯子 连接内外电极进行外部封装打印字符检验包装。2、片式多层LC滤波器 片式多层滤波器是新近开发的一种新型复合组件，它是利用低温共烧陶瓷技术将若干个电感器、电容器以及电阻器集成到一个陶瓷基体上而制成。其中片式多层滤波器是国内外正在大力发展的一个品种。片式多层滤波器具有体积小、独石结构、磁屏蔽、工作频率范围宽、衰减特性好、便于电路的小型化、微型化，有利于元
24、器件高密度安装，而且形状规整，适合于自动化表面贴装生产，可靠性高等特点。3、片式表面波滤波器 片式表面波滤波器的工作原理是利用表面弹性波进行滤波的带通滤波器，它是利用石英、铌酸锂、钛酸钡晶体等具有压电效应的性质做成的。片式表面波滤波器的基本结构是在单晶体钽酸锂或铌酸锂压电体的表面或在玻璃板上镀上氧化锌膜压电体的表面，分别设置输入、输出的梳状电极，对梳状电极施加脉冲电压，在压电效应的作用下，由相邻电极间的逆相位失真而产生表面波振动。表面波滤波器的结构如图2-42所示 制造工艺：制备陶瓷基板积淀金属内电极 制备梳状电极 组装梳状电极与基板上 内电极互连作气密封装检 印制标记入库。2.8.1 多层片
25、式氧化锌压敏电阻器多层片式氧化锌压敏电阻器 1、多层片式氧化锌压敏电阻器结构：该电阻器在结构上类似独石电容器，由多个分立压敏电阻器并联构成。2、多层片式氧化锌压敏电阻器有两种类型：一类是外形尺寸为0402、0603、0805、1206的表面安装型；另一类是外形尺寸为0405、0508、0612等阵列型，阵列型由多个分立压敏电阻器并联构成。多层片式氧化锌压敏电阻器外形和尺寸如图所示。氧化锌压敏电阻器在笔记本电脑、数码相机、移动电话MP3等IT产品中有广泛的应用 图2-45 氧化锌压敏电阻器实物及应用2.8.2 片式热敏电阻片式热敏电阻 1、层叠片式负温度系数（NTC）热敏电阻 NTC热敏电阻是由
26、Co、Mn、Ni、Cu、Fe、Al等过渡金属氧化物混合烧结而成，其阻值随温度的升高呈指数型下降，阻值/温度系数一般在百分之几，这么高的灵敏度使其能够探测极小的温度变化。NTC热敏电阻结构：NTC热敏电阻结构比较简单，主要有单层片和多层叠片式两种内结构形式。主要部件为陶瓷敏感体和附属电极。2.9.1片式开关片式开关 1、轻触开关：是一种适合用于表面组装的片式开关，轻触开关是一种电子开关，使用时轻轻点按开关按钮就可使开关接通，当松开手时开关即断开，其内部结构是靠金属弹片受力弹动来实现通断。这类开关体积小、结构紧凑，适合高密度表面组装，可进行回流焊，可承受260C的回流温度。用于各种音响设备、VCR
27、、通讯设备、照相机、汽车等各种电器中。2.9.2片式连接器片式连接器 连接器，国内亦称作接插件、就是插头和插座。其作用通常是连接两个有源元器件以传输电流或信号。一种连接器是IC插座，其作用是将IC封装引脚与PCB的连接，另一类连接器是印制电路与导线或与印制板之间的连接。片式连接器有间距0.5、0.635、1、1.27mm等多个规格品种，其特点是体积小、精密度高、适合表面组装。1、连接器按外形结构分：有圆形和矩形（横截面）两种。2、按工作频率分：可分为低频和高频（以3MHz为界）两类。通常印制电路连接器属于矩形连接器，圆形连接器多为同轴连接器。3、连接器还可以按用途、安装方式、特殊结构、特殊性能
28、等来分类，可分出许多不同的类型，如低频圆形连接器；矩形连接器；印制电路连接器；射频连接器；光纤连接器等。连接器通常经过再流焊工艺将其组装在PCB上，使用时将IC的引脚直接插入到连接器的实现机电连接。2.9.3表面贴装变压器表面贴装变压器 表面贴装变压器是一种小型集成化的新型机电零件。在电子线路中应用广泛，主要起电压变换和阻抗变换的作用。用于表面组装的片式变压器主要有电源变压器和变频变压器两大类。图2-52所示为多层片式压电陶瓷变压器外形和焊盘尺寸。这种变压器，其厚度仅.至.毫米，体积仅是传统变压器的，具有能量转换率高、体积小、无电磁干扰等特点。2.9.4 表面贴装继电器表面贴装继电器 适合表面
29、组装的继电器具有微小型化和很高的抗振性、可靠性。其结构已经完全固体化，这样可防电磁干扰和射频干扰，提高灵敏度。随着小外形封装SOP 技术的突破，在继电器内部将各种放大、延时、消触点抖动、灭弧、遥控、等电路功能集成到一起，从而实现继电器的多功能和能高智能化。固体继电器的应用将更趋广泛，价格将继续下降，并向高可靠、小体积、高抗浪涌电流冲击和抗干扰性发展。表面组装继电器种类繁多，分类方法各不相同，有按作用原理、外形尺寸、产品用途等来分类。1、按作用原理分类可分为：（1）电磁继电器：在输入电路内电流的作用下，由机械部件的相对运动产生预定响应的一种继电器。（2）固态继电器：输入、输出功能由电子元件完成而
30、无机械运动部件的一种继电器。（3）时间继电器：当加上或除去输入信号时，输出部分需延时或限时到规定的时间才闭合或断开其被控线路的继电器。（4）温度继电器：当外界温度达到规定值时而动作的继电器.（5）舌簧继电器：利用密封在管内，具有触电簧片和衔铁磁路双重作用的舌簧的动作来开,闭或转换线路的继电器等。（其本质是电磁继电器的一种）我国机电部四十所研制的适合表面组装的片式继电器SMR-01型外形如图所示，有两种引脚形式。现在尺寸和引脚间距尺寸已经进有了一步的缩小。2.10 表面组装半导体器件表面组装半导体器件表面组装半导体器件SMD（Surface Mounted Devices）：是一种有源电子器件，
31、是在原有双列直插（DIP）器体的基础上发展来的，是通孔技术（THT）向SMT发展的重要标志，主要分为片式晶体管和集成电路两大类。在DIP以后出现的封装形式比较多，其焊端或引脚都是制作在同一平面内，适合表面组装。从SMD端子形状来分，其主要有下列三种形状。1、鸥翼形引线具有吸收应力的特点，因此与PCB匹配性好，这类器件端子共面性差，特别是多端子细间距的QFP，端子极易损坏，贴装过程应特别小心。2、J形引线刚性好且间距大，共面性好，但由于端子在元件本体的下，故有阴影效应，焊接温度不易调节。3、球形栅格阵列芯片I/O端子呈阵列式分布在器件底面上，并呈球状，适应于多端子数器件的封装，常见的有BGA、C
32、SP、CB等，这类器件焊接时也存在阴影效应。2.10.1表面组装晶体管表面组装晶体管 用于表面组装的晶体管管有三种封装形式，第一种是圆柱形二极管，其封装结构是将二极管芯片装在具有内部电极的细玻璃管中，玻璃管两端装上金属帽分别做成正负电极，外形尺寸有1.5mm3.5mm和 2.75.2mm两种，通常用于齐纳二极管、高速二极管和通用二极管，采用塑料编带包装。第二种是片状二极管 为模塑封装矩形薄片，各种型号的外形尺寸个不相同。可用在VHF频段到S频段，采用塑料编带包装。第三种是SOT-23封装形式的片状二极管，多用于封装复合型二极管。小外形封装晶体管的封装形式主要有SOT-23、SOT-89、SOT
33、-143、TO-252几种。SOT-23封装有三条“翼形”端子，端子材质为42号合金，强度好，但可焊性差。这种封装常见的有小功率晶体管、场效应管和带电阻网络的复合晶体管。外形如图2-60所示，结构如图2-61所示，外形尺寸如图2-62所示。SOT-89是适用于中功率的晶体管(300mw2w)，具有三条薄的短端子分布在晶体管的一端，晶体管芯片粘贴在较大的铜片上，以增加散热能力。这类封装常见于硅功率表面安装晶体管。SOT-143有4条“翼形”短端子，端子中宽大一点的是集电极。这类封装常见双栅场效应及高频晶体管。外形如图2-64所示。SOT-252三端稳压电路采用的封装形式如图2-65所示，其结构如
34、图2-66所示，外形尺寸如图2-67所示。这种封装也适用于大功率晶体管，在管子的一侧有三条较粗的引线，芯片贴在散热铜片上。其他各种功率晶体管都可以采用这种封装形式。2.10.2集成电路集成电路 表面组装型混合集成电路是为了适应电子整机对小型、轻量、薄型化需求而发展的一种新的复合功能型表面组装器件，它的基本封装形式，是将集成电路芯片和内引线封装于塑料或陶瓷壳体之内，从壳体内引出相应的焊端或短引线，以适应表面组装的需要。表面组装集成电路因封装不同，可分为：SOJ、PLCC、LCCC、QFP、BGA、CSP、FC、MCM等。小外型塑料封装(SOP)IC 方型扁平封装QFP QFP这种封装的集成电路引
35、脚较多，多用于高频电路，中频电路、音频电路、微处理器、电源电路等，其外形如图2-71所示。它是专为细间距引线的表面安装集成电路而研制。引线形状为翼型的称为QFP；带有J型引线的称为QFJ。引线间距：0.65mm、0.5mm、0.4mm、0.3mm、0.25mm。引线数范围为：80500条。芯片载体封装 塑料有引线封装PLCC 带引线的塑料芯片载体是表面贴装型的器件封装之一。引脚从封装的四个侧面引出，呈丁字形，是塑料制品。引脚中心距1.27mm，引脚数从18到84条。J形引脚不易变形，比QFP容易操作，但焊接后的外观检查较为困难。PLCC外形如图2-72所示。陶瓷无引线封装LCCCLCCC的特点
36、是：无引线，引出端是陶瓷外壳，四侧的镀金凹槽(常被称作：城堡式)，凹槽的中心距有1.0mm和1.27mm两种。其实物和外形如图所示球栅阵列封装BGA 门阵列式球形封装（Ball Grid Arry），即I/O引脚在芯片的底部。具有体积小、I/O多、电气性能优越（适合高频电路）、散热好等的优点。图示为BGA器件内部结构。BGA器件底面焊球点阵外形图BGA的特点：（1）BGA与QFP相比较，在同样的引脚情况下，可减小封装尺寸，提高I/O数。如BGA313和QFP304器件相比。少占34%面积，封装尺寸同为20mm 20mm、引间距为0.5mm的QFP的器件I/O数为156个，而BGA器件为1521
37、个。（2）BGA的优点散热特性好，芯片工作温度低。（3）BGA引线短，导线的自感和互感很低，元件管脚间信号干扰小，频率特性好。(4)器件设计、制造和装配相对容易。封装可靠性高，再流焊，焊点的间的张力能产生良好的自对中效果，允许有50%的贴片精度误差。焊后管脚水平面同一性较易保证，与SMT设备兼容。（5）BGA的缺点是印制电路板的成本增加，焊后检测困难、返修困难，PBGA对潮湿很敏感。封装件和衬底容易开裂裂开。裸芯片组装 裸芯片组装是将大规模集成电路的芯片直接焊接在电路基板上，焊接方法有下列几种。1、芯片载体封装COB(chip On board)COB是将裸芯片直接粘接粘在电路基板上，用引线键
38、合达到芯片与SMB的连接，然后用灌封材料包封，这种形式主要用在消费类电子产品中。2、载带自动键合TAB(Tape Automated Bonding)TAB是芯片基板间的一种电气互连形式，其本质是将芯片焊接焊接到与其连接的基板上的技术。载带实际上是一种基材为聚酰亚胺薄膜，在其表面覆盖上铜箔后，用化学的方法腐蚀出事先设计好的精细的引线图形的一种承载带。参与连接的芯片是一种经过在芯片引出点上镀Au、Cu或Sn/Pn合金，形成高度为20-30m的微凸点电极的芯片。其组装的方法就是将芯片粘贴在载带上，将凸点电极与载带的引线键合连接，然用树脂封装，其结构如图2-75所示。这种器件适用于大批量自动化生产。
39、TAB的引线间距可较QFP进一步缩小至0.2mm或更细。图2-75 TAB结构 倒装芯片FC(Flip Chip)倒装芯片和TAB芯片一样，是一种事先在芯片引出点上制成凸点电极的微组装芯片，组装时将裸芯片倒装在SMB基板上(芯片凸点电极与SMB上相应的焊接部位对准)，用再流焊技术连接而成。倒装芯片的互连技术，由于焊点可分布在裸芯片全表面，并直接与基板焊盘连接，更适应微组装技术的发展趋势，是目前研究和发展最为活跃的一种裸芯片组装技术。其结构如图2-76所示。倒装芯片FC(Flip Chip)倒装芯片和TAB芯片一样，是一种事先在芯片引出点上制成凸点电极的微组装芯片，组装时将裸芯片倒装在SMB基板
40、上(芯片凸点电极与SMB上相应的焊接部位对准)，用再流焊技术连接而成。倒装芯片的互连技术，由于焊点可分布在裸芯片全表面，并直接与基板焊盘连接，更适应微组装技术的发展趋势，是目前研究和发展最为活跃的一种裸芯片组装技术。其结构如图所示。芯片尺寸封装 CSP实际上是在BGA封装小型化过程中形成的，所以也将CSP称的为微型球栅阵列(BGA)，芯片尺寸封装是根据美国EIA协会联合电子器件工程委员会JEDEC的JSTK一012标准规定：LSI芯片封装面积小于或等于LSI芯片面积的120%的产品称的为CSP。CSP技术可确保VLSI在高性能、高可靠性的前提下实现芯片的最小尺寸封装(接近裸芯片的尺寸)，而相对
41、成本却更低，因此符合电子产品小型化的发展潮流，是一种高密度封装形式。CSP具有封装小、阻抗低、干扰小、噪声低、屏蔽效果好、互连短，更适合高频领域应用的特点。但CSP的缺点是：底部需要填充，焊后检测和返修比较困难，封装成本贵。2.10.3半导体芯片制造工艺半导体芯片制造工艺 半导体器件制造分五个不同阶段，第一阶段是材料准备即硅片制备阶段，主要是如何将沙子提炼并纯化成为圆晶的阶段。第二个阶段是硅片制造阶段，包括清洗、成膜、光刻、刻蚀及掺杂极端。第三个阶段是硅片检测与分拣阶段，第四个阶段是切割硅片装配并封装阶段，最后是终检阶段，完成半导体器件制造。1、材料准备 主要是用一种纯度很高的沙子转变成晶体的
42、过程，用碳加热硅砂可制备冶金级硅，再通过化学反应将冶金级硅提纯为三氯硅烷。再通过将三氯硅烷与氢气反应，得到半导体级硅。下一步是要进行圆晶制造，硅晶圆 是一切集成电路芯片的制作母材。制造硅晶圆以细小颗粒状硅作为原料，制造晶圆要经过纯炼与结晶的程序。目前晶体化的制程，大多是采柴可拉斯基拉晶法。拉晶时，将特定晶向的晶种，浸入过饱和的纯硅熔液中，并同时旋转拉出，硅原子便依照晶种晶向，一层层成长上去，而得到晶棒，如图2-78所示。2、硅片制造阶段1）薄膜制备：获得的硅片要在高于或等于1050的炉管中，通入氧气或水汽，以便使硅晶的表面氧化，生长出所谓干氧层或湿氧层，作为电子组件电性绝缘层或制成掩膜用。氧化
43、层的厚度一般不超过2微米。2）掺杂：在半导体材料中搀杂n型或p型导电杂质来调变阻值，形成PN结，这是制造出二极管、晶体管、集成电路的基础。掺杂是通过扩散来进行，杂质由高浓度向低浓度方向扩散，而获得一定的搀杂量。扩散工艺通常采用批量生产、此法可以降低成本，但在扩散区域的边缘有侧向扩散误差，故限制其在次微米制程上的应用。图2-80 芯片制造工艺流程图 3）蚀刻：光刻是利用光刻胶的感光性和耐蚀性，在各种薄膜上复印并刻蚀出与掩摸版完全对应的几何图形。以实现选择性掺杂和金属膜布线的目的。蚀刻分为两类：湿蚀刻：湿蚀刻是最普遍、也是设备成本最低的蚀刻方法。干蚀刻：干蚀刻是一类较新型，但迅速为半导体工业所采用
44、的技术。它是利用等离子(plasma)来进行半导体薄膜材料的蚀刻加工。4）离子注入 离子注入就是注入离子进行掺杂，就是将III族或IV族的杂质，以离子的型式，经加速后冲击进入晶圆表面，经过一段距离后，大部份停于离晶圆表面0.1微米左右的深度，然后进一步利用驱入（drive-in）法来调整浓度分布，并对离子撞击过的区域，进行结构的修补，完成掺杂工序。在扩散制程的描述中，已经提到扩散区域边缘有侧向扩散的误差，故限制其在次微米制程上的应用。用离子植入法来进行掺杂，可以获得图案更精细，浓度更为稀少精准的杂质搀入。如图2-81所示。离子注入的方法可直接用光阻来定义植入的区域。详细的工艺流程如图2-76所
45、示。图2-81 离子注示意图 5）化学气相沉积CVD 化学气相沉积的本质是成膜工艺，前面介绍了以高温炉管来进行二氧化硅层的成长。至于其它如多晶硅、氮化硅、钨或铜金属等薄膜材料，如何在硅晶圆上成膜？实际上，形成这些膜仍然是采用高温炉管，只是有着不同的化学沉积过程，有着不同的工作温度、压力与反应气体，统称为化学气相沉积。按化学气相沉积的研发历程，分别简介常压化学气相沉积、低压化学气相沉积、及等离子体辅助化学气相沉积的工艺。6）金属镀膜（物理镀膜PVD）金属镀膜分为蒸镀与溅镀两种。蒸镀就是在真空条件下，用加热蒸发的方法使镀料转化为气相，然后凝聚在基体表面的方法称为蒸发镀膜，简称蒸镀就加热方式差异，分
46、为电阻式与电子枪式两类。图示为电阻蒸发源的真空蒸镀示意图。其中1-镀膜室、2-工件、3-金属蒸汽流线、4-电极蒸发源5-电极、6-电极密封绝缘体、7-排气系统、8-交流电源。溅镀是PVD薄膜制备技术的一种，主要分为四大类：直流溅镀、交流溅镀、反应溅镀和磁控溅镀。原理如图2-83所示。用带电粒子轰击靶材，加速的离子轰击固体表面时，发生表面原子碰撞并发生能量和动量的转移，使靶材原子从表面逸出并淀积在衬底材料上的过程。图2-83 溅镀原理图 7）晶片切割，为了把圆晶片转换成可用的形式,要将其分割，将圆晶片安放在工作台的环形框架的金属薄片上,如图所示。把圆晶片紧固在可移动的切割卡盘上,依靠刀具的内部计
47、算程序对圆晶片位置进行检测并加以校准，在校准圆晶片的位置后,通过移动卡盘与安装在圆晶片上方转轴,快速旋转的钻石螺旋刀片接触,进行实际的切割。硅片锯切割硅片3、封装 IC封装按照使用材料可分为陶瓷和塑料封装兩种，而目前应用较多的是以塑料封装为主。工艺流程的关键技术解释：1）粘帖芯片：是用点胶机在印刷线路板放置IC的位置上涂上适量的贴片胶，再用防静电设备(真空吸笔)将IC裸片正确放在贴片胶上，将粘好裸片的PCB放入热循环烘箱中的大平面加热板上，恒温静置一段时间实现固化，也可以静置自然固化。2）焊接引线/压焊：是采用铝丝焊线机将晶片与PCB板上对应的焊盘铝丝进行焊接。工厂中也叫(绑定或打线)。3）模
48、塑封装：在模塑封装前，用点胶机将调配好的AB胶适量地点到邦定好的晶片上进行固定，然后用塑料按要求进行封装，封装好的PCB印刷线路板放入热循环烘箱中恒温静置，根据要求可设定不同的烘干时间。4）剪切/成形：剪切的目的是将安装完成的晶片独立分开，並把不需要的连接用材料及部份凸出的树脂切除。成形的目的則是将外引脚压成各种預先设计好的形状，以便组装到电路板上使用。5）打印标记：打印标记是将元器件的相关字符印刷在器件的塑料外形表面上。其目的在于注明器件的规格及生产厂家。6）检测：是将封装好的PCB印刷线路板再用专用的检测工具进行电气性能测试，以鉴别质量好坏。对封装的基本要求：封装对芯片要能起到保护作用，封装后使芯片不受外界因素的影响而损坏，不因外部条件变化而影响芯片的正常工作；封装后芯片通过外引出线(或称引脚)与外部系统能方便和可靠的电连接；将芯片在工作中产生的热能通过封装外壳散播出去，从而保证芯片温度保持在最高额定温度之下；使芯片与外部系统实现可靠的信号传输，保持信号的完整性。
