表面貼裝技術（SMT）透過將零件放置在平面焊盤上，並在回流烤箱中焊接來製造印刷電路板。它允許微小零件緊密排列，並支援自動化組裝。本文比較了SMT與穿孔式，回顧常見的封裝類型，並說明整個產品線：印刷、SPI、選擇與安裝、回流及檢驗。
表面貼裝技術基礎
帶有表面貼裝零件的緊湊電路組裝
表面貼裝技術（SMT）是一種製造印刷電路板的方法，其中電子元件直接固定在表面的平面金屬焊盤上，而非透過板上的孔洞。這些零件稱為表面貼裝元件（SMD）。零件塗有焊膏後，電路板會經過加熱步驟，通常在回流烤箱中熔化焊錫並形成堅固的電氣與機械連接。
由於零件可以非常小且彼此相近，SMT允許更多元件可容納於單一電路板上，並有助於使產品更小更輕。此工藝也與自動化機器良好配合，有助於維持品質一致性，並使大量生產更為輕鬆且成本受控。
SMT 與穿孔比較
| 因數 | SMT | 穿孔 |
|---|---|---|
| 安裝方法 | 焊接在PCB表面的焊盤上 | 導線通過鑽孔 |
| 自動化 | 高度自動化 | 通常較慢且較手動 |
| 棋盤密度 | 非常高 | 下方 |
| 機械強度 | 不錯，但僅限於墊片附著 | 對於重型或大型零件更強 |
| 常見用途 | 大多數現代電子組件 | 連接器、電源零件、高應力區域 |
常見的表面貼裝封裝類型
• 晶片被動元件（電阻/電容）- 印刷電路板上有微小焊盤的小型矩形元件。它們對焊膏的用量和加熱平衡很敏感，因為焊接不均勻會導致傾斜或接頭變弱。
• 引線框架封裝（QFP、QFN）-細引腳或大型裸露焊盤的積體電路。它們可能會有焊錫橋接在腳位之間，如果引腳不平放會有問題，且必須讓焊盤內有良好的熱流通。
• 陣列封裝（BGA 類型）-元件在封裝下方以格狀排列焊球。焊接接點在組裝後會隱藏起來，因此通常會用X光檢查來確認焊球是否熔化並正確連接。
• 二極體與電晶體（SOD/SOT 系列）— 具有標記極性或腳位 1 的小型封裝。它們需要正確的 PCB 方向和精確位置，才能讓連接線與電路佈局相符。
PCB 組裝中的表面貼裝技術
SMT組裝線
• 焊膏印刷 - 焊膏會穿過模板，使其落在裸露PCB的每個焊盤上。
• 焊膏檢查（SPI）-檢查印製焊膏，確認每個焊盤上的正確量與位置。
• 選置元件安裝 - 機器在每個焊盤位置將SMD元件放置於濕焊膏上。
• 回流焊接 - 電路板經過加熱烤箱，使導體熔化、濕潤焊盤與引腳，然後冷卻形成堅固接頭。
• 自動光學檢查（AOI）-攝影機掃描電路板上的缺失零件、錯誤零件、錯位及明顯的焊接缺陷。
• （可選）X 光、清潔、重工及功能測試 - 可能會使用額外步驟檢查隱藏接點、去除殘留物、修復缺陷，並確認組裝後的電路板正常運作。
焊膏印刷
• 模板孔徑控制每個焊盤釋放的膠狀量，影響關節大小與形狀。
• 列印對齊確保焊膏落在焊盤上，而非焊錫掩蓋或附近的銅板上。
• 不良列印常造成後續步驟無法完全修正的缺陷。
焊膏檢測（SPI）
焊膏檢查（SPI）會在列印後、零件放置前檢查焊錫沉積物。它測量膏體高度、體積與面積，並確認每個沉積物都在設定範圍內且正確定位於墊上。當此階段發現問題時，可以在多次印刷錯誤前修正。這減少了重工與廢料，並透過快速回饋模板狀況、膠紙處理及印表機設定，有助於維持整個 SMT 流程的穩定。
選擇與放置
• 給料器狀況影響零件的可靠選擇，有助於避免零件遺失、掉落或重複。
• 視覺對準能偵測細微的旋轉與位置誤差，並在零件放置於墊上前修正。
• 極性與方向控制使二極體、IC及極化電容器與PCB上的標記對齊。
回流焊接
• 過冷 - 濕潤不良、接頭鈍或顆粒感、接觸斷裂及焊點薄弱。
• 過熱 - 零件損壞、焊盤翹起，以及因電路板額外熱應力而產生較高缺陷率。
• 加熱不均 - 墓碑式的小型被動元件、歪斜的元件，以及在同一電路板上看起來不同的接點。
表面貼裝技術：檢驗與製程控制
AOI與X光：選擇合適的檢查方法
| 方法 | 最適合 | 限制 |
|---|---|---|
| AOI | 可見的焊點、極性、缺失或錯位的零件 | 無法看到封裝本體下方隱藏的關節 |
| X光 | 隱藏接點，如BGA球陣列與內端端 | 較慢、成本較高，且需要更多設定與解讀 |
SMT DFM 基礎
SMT中的製造設計（DFM）著重於能夠乾淨列印、放置及檢查的電路板佈局。遵循良好DFM實務的佈局有助於過程穩定，支持可重複的焊點，並更容易在缺陷擴散至多塊電路板前加以控制。有用的DFM實務：
• 根據公認的足跡標準，為每種包裝類型使用正確的土地格局。
• 保持焊盤與走線間距，讓焊膏能乾淨脫落，並降低焊接橋接的風險。
• 新增二極體、LED 及 IC 的清晰極性標記與腳位 1 指示器。
• 提供本地標約及面板標示，使機器能準確對齊棋盤。
• 避免設置密集的禁區，阻擋安裝噴嘴或檢查攝影機視角。
• 規劃面板化與分離功能，使電路板在行駛過程中保持穩定。
無鉛與含鉛SMT
無鉛 SMT 的製程窗口比含鉛 SMT 更緊密，因為它在較高溫度下運作，且能以不同方式濕潤焊盤，使得熱控與製程穩定性對可靠接頭更為重要。回流曲線必須正確加熱所有接頭，且不過度應力零件或PCB板，小型被動元件和密集佈局更容易出現墓碑式、傾斜及接頭薄弱。為了降低缺陷並保持高可靠性，製程需要持續的焊錫列印、適當的導熱膏選擇、穩定的回流曲線以及有效的檢查。
表面貼裝技術：缺陷與重工
常見的SMT缺陷
| 缺陷 | 它的樣貌 | 常見原因 |
|---|---|---|
| 橋接 | 焊盤或腳間不想要的焊錫短路 | 導熱膏太多，焊盤太靠近，印錯了導熱膏 |
| 墓碑式 | 一個小型被動升力的一端被抬升到空中 | 加熱不均，兩個焊盤上塗抹的導熱膏量不均 |
| 開口接頭 | 發射台無電氣連接 | 導熱膏太少、濕潤不良或零件錯位 |
| 焊球 | 接合處附近的小鬆散焊珠 | 導膏問題、污染或回流曲線不匹配 |
重製與修復
• 使用受控熱量避免抬起墊片或損壞印刷電路板材料。
• 正確塗抹助焊劑以協助焊盤和引腳焊接，並降低新缺陷發生的機率。
• 在需要時，於修復後使用 AOI 或 X 光重新檢查，以確認修復的關節及鄰近關節是否可接受。
• 追蹤重複缺陷與重工模式，使流程能從源頭修正，而非多次修復同一問題。
結論
良好的SMT效果來自於控制每個步驟：清潔噴膏列印、清晰的SPI檢查、精確放置，以及能均勻加熱接頭而不過熱的回流曲線。AOI會發現明顯的問題，而X光則檢查隱藏的關節，例如BGA。強而有力的DFM選擇也有幫助，例如正確的封裝、安全間距、清晰的極性標記、基準線以及穩定的面板化。無鉛的溫度較高，因此窗戶較窄。
常見問題 [FAQ]
焊膏是由什麼製成的？
焊膏是焊粉和助焊劑的混合物。
為什麼 PCB 表面處理在 SMT 中很重要？
這會影響焊錫濕焊盤的效果以及接頭的可靠性。
為什麼SMT零件需要防濕？
回流時濕氣會膨脹，導致封裝破裂。
模板設計控制什麼？
它控制每個焊盤上印製的焊膏量。
為什麼溫度和濕度在 SMT 中很重要？
它們會改變導尿膏的行為，並增加污染或靜電損傷等風險。
如何檢查SMT長期可靠性？
它會透過熱循環、振動和濕度測試等壓力測試來檢查。
