1.1 SMT与贴片机
1.1.1 电子制造与表面组装技术（SMT）
1.电子制造及其技术本质
电子制造的终端是千姿百态、形形色色的电子产品。所有电子产品都是由各种电子元器件按照电路原理图的规则连接而成的，从简单的几个元件构成的电源整流器到复杂的成千上万元器件组成的巨型计算机无不如此。用各种电子材料制成大小悬殊、形状多变、功能各异、性能优异的形形色色元器件，并借助基板和其他零部件使元器件各就其位、可靠连接，实现电子产品的功能，这就是电子制造技术的本质。
2.市场需求驱动组装技术
电子产品从实验室走向社会以来，一直是在“小、轻、强、低”（体积更小、重量更轻、功能更强、价格更低）4字需求的个性化市场驱动下发展的，特别是自20世纪60年代人类逐渐跨入信息时代以来，旺盛的电子产品市场需求催生了一系列重要制造技术的发展，表面贴装技术便是其中之一。
3.表面贴装技术
表面贴装技术是一种电子产品组装技术，简称SMT，是英文Surface Mount Technology的缩略语，又称按表面组装技术，诞生于20 世纪70 年代，是在电子产品技术微小型化、轻型化和集成化的市场需求驱动下，克服通孔插装技术的局限性而发展起来的。这种技术将体积缩小的无引脚或短引脚片状元器件直接贴装在印制板铜箔上，焊点与元器件在电路板的同一面（参见图1.1）。
图1.1 表面贴装技术示意图
表面贴装技术实现了电子产品组装的高密度、高可靠、小型化、低成本、电磁兼容性改善，以及生产的自动化和智能化，完全可以称为组装制造技术的一次革命，已经成为现代电子组装制造业的主流技术。我们使用的各种移动数码产品如计算机﹑手机、平板电视机和数码相机等，几乎所有与“电子”有关的产品，都离不开SMT。
1.1.2 SMT与贴片机
实现SMT有两种基本工艺方法，贴片是决定SMT量产能力的核心工序。
1.SMT基本工艺方法与流程
（1）波峰焊工艺
波峰焊工艺是插装技术的主流工艺，也可用于一部分贴装工艺的焊接。随着表面组装技术的发展，特别是底部引线集成电路封装的应用，波峰焊工艺就无能为力了。尽管目前波峰焊工艺一部分应用正在被再流焊逐渐取而代之，不过波峰焊还是电子组装焊接的重要方法之一。波峰焊工艺如图1.2所示。
图1.2 波峰焊工艺示意图
（2）再流焊工艺
再流焊工艺是贴装技术的主流工艺。产生于20 世纪70 年代的再流焊工艺以其工艺过程简单，适合自动化机器生产而显示出强大的生命力，特别是底部引线集成电路新型封装BGA/QFN的大量应用，使再流焊工艺当仁不让地成为表面组装的典型工艺。再流焊工艺如图1.3所示。
图1.3 再流焊工艺示意图
（3）SMT基本流程
上述两种基本工艺方法可以统一为如图1.4所示基本流程.
图1.4 SMT基本流程
由图1.4可见，两种基本工艺中完全一致的工艺是“贴片”。
贴片就是将SMC/SMD等表面贴装元器件从其包装结构中取出，然后贴放到PCB的指定焊盘位置上，英文将这一过程称为“Pick and Place”，这也是有些资料中称贴片为“拾放”的缘故。当然所贴放的焊盘位置需是已涂敷了锡膏，或虽未涂敷锡膏，但在元器件所覆盖的PCB板面上已涂敷了贴片胶。贴放后，元器件依靠锡膏或贴片胶的粘附力初粘在指定的焊盘位置上。
2.贴片机
在工业化生产中，贴片工序是通过专门的贴装机器——贴片机完成的。贴片机又称“贴装机”，是一种代替人工贴片的专用机器。基本贴片机由机架、电路板夹持机构、供料器贴片头、吸嘴以及 X、Y、Z 轴组成，其中Z 轴除了可以 Z 向移动外，还可以θ方向转动。最简贴片机模型如图1.5所示。
图1.5 最简贴片机模型图
3.SMT生产线
在工业化生产中，SMT工艺流程是通过生产线方式实现的。生产线也称为生产流水线，是现代规模化生产基本模式。最基本的SMT生产线由印刷、贴片和回流焊3个典型工序和相应设备组成，如图1.6所示。
图1.6 典型再流焊工艺生产线
在图1.6中，贴片机1与贴片机2通常由高速贴片机和多功能贴片机组成，在一条生产线中，印刷机和再流焊机各只需一台。在实际生产中，贴片机数量和种类需要依据工厂生产模式和产品类型进行优化配置，例如，配置4台甚至更多贴片机，因而SMT线体长度主要取决于贴片机的数量，如图1.7所示。
图1.7 各种不同配置的SMT生产线
4.SMT对贴片机要求
SMT对贴片机的基本要求可以用3 句话概括：一要贴得准，二要贴得好，三要贴得快。
（1）贴得准
贴得准包括以下两层意思。
① 元件正确：要求各装配位置元器件的类型、型号、标称值和极性等特征标记要符合产品的装配图和明细表要求，不能贴错位置。
② 位置准确：元器件的端头或引线均和目标图形要在位置和角度上尽量对齐、居中。目前贴装的对中目标除传统的PCB上焊盘图形外，还有以实际印刷的焊膏图形为目标的方式，具体要求参见相关章节。
（2）贴得好
贴得好包括以下3层意思。
① 不损伤元件：拾取和贴装时由于供料器、元器件、印制板的误差以及 Z 轴控制的故障等都可能造成元器件的损伤，导致最终贴装失效。
② 压力（贴片高度）合适：贴片压力（高度）要合适，贴片压力过小，元器件焊端或引脚浮在焊膏表面，焊膏粘不住元器件，在传递和回流焊时容易产生位置移动；贴片压力过大，焊膏挤出量过多，容易造成焊膏粘连，回流焊时容易产生桥接；压力太大甚至会损坏元器件。
③ 保证贴装率：由于贴片机参数调整不合理或元器件贴装性能不良及供料器和吸嘴故障都会导致贴装过程中元器件掉落，这种现象称为“掉片”或“抛料”。在实际生产中，用“贴装率”来衡量，当贴装率低于预定水平时，必须检查原因。
（3）贴得快
通常一块电路板上有数十到上千个元件，这些元件都是一个一个贴上去的，贴装速度是生产效率（产能）的基本要求。
贴装速度主要取决于贴片机的速度，同时也与贴装工艺的优化、设备的应用和管理紧密相关。
5.贴片机决定SMT生产线的核心能力
尽管一条SMT生产线中包含多台设备，但对于衡量一条生产线核心能力的主要指标而言，贴片机无疑是最关键的设备。通常考量SMT生产线能力主要有以下3个指标。
• 可以贴装PCB的规格和品种：可以处理PCB的最大尺寸和不同元器件能力，特别是贴装新型元器件（尺寸越来越小的片式元件、引线间距越来越小的IC、集成规模越来越大的封装模块及异型接插件等）的能力，并且是向两个极端延伸——贴装最小片式元件0603/0402（公制）和可贴装IC封装的最大尺寸，例如，30×30/50×50。
• 贴装速度：一般有两种表示方法——贴装一个元件所用时间或每小时贴装元件数，且片式元件（Chip）与四侧引脚扁平封装（QFP）是分别标识的。很明显，贴装速度是整条生产线速度和效率的决定性因素。
• 应用与维护成本：包括使用操作的难易程度、更换PCB品种需要的时间、编程的速度、设备故障率、维护成本以及更换零部件时间等。
显然，在SMT基本流程中，上述3个指标主要取决于贴片工序，因为无论多么复杂的PCB组件，对于印刷和回流焊而言，都是批量处理（一块板一次印刷，一次焊接），而贴片则需要一个一个地贴装。实际上，SMT生产线的设备故障最多，速度瓶颈也确实是在贴片工序。因此说贴片技术是SMT技术的支柱和技术发展的重要标志，贴片机决定SMT生产线的核心能力确实是名副其实。
1.1.3 贴片机与电子制造
拥有贴片机的数量和先进程度，已经成为一个企业、地区或国家的电子制造能力的标志。
电子组装处于电子产业链中端，属于对成本效率敏感的低附加值加工行业，特别是对于占电子产品大多数的民用产品，成本效率更是至关重要；而电子产品微小型化、多功能化的发展趋势使电子组装成本上升，给电子组装设备带来前所未有的挑战。
贴片机实际上是一种精密的工业机器人，它充分发挥现代精密机械、机电一体、光电结合、自动化技术与计算机控制技术综合的高技术成果，实现高速度、高精度、智能化的电子组装制造设备。
贴片机是当代主流电子组装技术（SMT）生产设备中价值比重最大、技术含量最高、对整个组装生产能力和效率影响最大的电子制造设备。
在电子组装领域，贴片机是典型的高速度、高精度、高效率的专业电子设备；贴片机在整个工艺流程中对生产效率和产品质量具有关键作用。