Tehnologija površinske montaže (SMT) gradi štampane ploče postavljanjem delova na ravne jastučiće i lemljenje ih u reflov rernu. Omogućava sitnim delovima da sede blizu zajedno i podržava automatizovanu montažu. Ovaj članak upoređuje SMT sa prolaznom rupom, razmatra uobičajene tipove paketa, i objašnjava punu liniju: štampanje, SPI, pick-and-place, reflov, i inspekcija.
Osnove tehnologije površinske montaže
Kompaktni sklop sa površinskim delovima
Tehnologija površinske montaže (SMT) je metoda izgradnje štampanih ploča u kojima su elektronske komponente pričvršćene direktno na ravne metalne jastučiće na površini, a ne kroz rupe na ploči. Ovi delovi se nazivaju uređaji za površinsku montažu (SMD). Nakon što su delovi postavljeni na jastučiće sa pastom za lemljenje, ploča prolazi kroz korak grejanja, često u reflov peći, da se topi lemljenje i formira čvrste električne i mehaničke veze.
Jer delovi mogu biti veoma mali i postavljeni blizu zajedno, SMT omogućava više komponenti da stane na jednu ploču i pomaže da proizvodi manji i lakši. Proces takođe dobro funkcioniše sa automatizovanim mašinama, koje pomažu u održavanju konzistentnosti kvaliteta i olakšavaju proizvodnju velikih količina po kontrolisanim troškovima.
SMD vs Through-Hole Poređenje
| Faktor | SMT | Kroz rupu |
|---|---|---|
| Način montaže | Zalemljen na jastučiće na površini PCB-a | Vodi prolazi kroz izbušene rupe |
| Automatizacija | Visoko automatizovan | Često sporije i više ručno |
| Gustina odbora | Veoma visok | Niži |
| Mehanička čvrstoća | Dobro, ali ograničeno na adheziju jastučića | Jači za teške ili velike komponente |
| Uobičajena upotreba | Najmoderniji elektronski sklopovi | Konektori, delovi za napajanje, područja visokog stresa |
Uobičajeni tipovi paketa za površinsku montažu
• Čip pasivni (otpornici / kondenzatori) - Mali pravougaoni delovi sa sitnim jastučićima na PCB. Oni su osetljivi na količinu paste za lemljenje i ravnotežu grejanja, jer neravnomerno lemljenje može dovesti do naginjanja ili slabih spojeva.
• Leadframe paketi (QFP, QFN) - Integrisana kola sa tankim vodovima ili velikim izloženim jastučićem. Oni mogu imati lemljenje premošćavanje između pinova, pitanja ako su vodovi ne sede ravno, i mora da obezbedi dobar protok toplote kroz svoje jastučiće.
• Array paketi (BGA tipovi) - Delovi sa kuglicama za lemljenje raspoređenim u rešetku ispod paketa. Spojevi za lemljenje su skriveni nakon montaže, tako da se rendgenska inspekcija često koristi kako bi se potvrdilo da su se kuglice istopile i pravilno povezale.
• Diode i tranzistori (SOD/SOT porodice) - Mali paketi sa označenim polaritetom ili pinom 1. Potrebna im je ispravna orijentacija na PCB-u i precizan plasman, tako da njihove veze odgovaraju rasporedu kola.
Tehnologija površinske montaže u PCB skupštini
SMD Montažna linija
• Štampanje paste za lemljenje - Pasta za lemljenje se gura kroz šablon tako da sleti na svaki jastučić golog PCB-a.
• Inspekcija paste za lemljenje (SPI) - Štampana pasta se proverava kako bi se potvrdila prava količina i položaj na svakom jastučiću.
• Pick-and-place montaža komponenti - Mašine postavljaju SMD delove na mokru pastu za lemljenje na svakoj lokaciji jastučića.
• Reflov lemljenje - Ploča prolazi kroz zagrejanu rernu tako da se pasta topi, vlaži jastučiće i vodi, a zatim se hladi da formira čvrste spojeve.
• Automatizovana optička inspekcija (AOI) - Kamere skeniraju ploču za delove koji nedostaju, pogrešne delove, neusklađenost i vidljive nedostatke lemljenja.
• (Opciono) Rendgen, čišćenje, prerada i funkcionalni test - Dodatni koraci se mogu koristiti za proveru skrivenih spojeva, uklanjanje ostataka, popravku nedostataka i potvrdu da sastavljena ploča radi.
Pasta za lemljenje Štampanje
• Otvori šablona kontrolišu koliko paste se oslobađa na svaki jastučić, što utiče na veličinu i oblik zgloba.
• Poravnanje štampe osigurava da pasta padne na jastučiće umesto na masku za lemljenje ili obližnji bakar.
• Loši otisci često stvaraju nedostatke koje kasniji koraci ne mogu u potpunosti ispraviti.
Pasta za lemljenje inspekcija (SPI)
Pasta za lemljenje inspekcija (SPI) proverava lemljenje depozite odmah nakon štampanja i pre nego što su delovi postavljeni. On meri visinu, zapreminu i površinu paste i potvrđuje da je svaki depozit u okviru postavljenih granica i pravilno lociran na svom jastučiću. Kada se pronađu problemi u ovoj fazi, problem se može ispraviti pre nego što se mnoge ploče grade sa istom greškom u štampanju. Ovo smanjuje preradu i otpad i pomaže da ceo SMT proces bude stabilan pružajući brze povratne informacije o stanju šablona, rukovanje pastom i podešavanje štampača.
Pick-and-Place
• Stanje ulagača utiče na to koliko su pouzdano odabrani delovi i pomaže da se izbegnu nedostajući, ispušteni ili udvostručeni delovi.
• Poravnanje vida otkriva male greške rotacije i položaja i ispravlja ih pre nego što se deo postavi na jastučić.
• Kontrola polariteta i orijentacije drži diode, IC i polarizovane kondenzatore usklađene sa njihovim oznakama na PCB-u.
Reflov lemljenje
• Previše hladno - Loše vlaženje, tupi ili zrnati spojevi, otvorene veze i slabe veze za lemljenje.
• Prevruće - Oštećenja delova, podignuti jastučići i veće stope defekata zbog dodatnog toplotnog naprezanja na ploči.
• Neravnomerno grejanje - Nadgrobni mali pasivi, iskrivljene komponente i spojevi koji izgledaju drugačije na istoj ploči.
Tehnologija površinske montaže: inspekcija i kontrola procesa
AOI i rendgen: Odabir pravog načina inspekcije
| Metod | Najbolje za | Granice |
|---|---|---|
| AOI | Vidljivi lemni spojevi, polaritet, nedostajući ili neusklađeni delovi | Ne mogu videti skrivene spojeve ispod tela paketa |
| Rendgen | Skriveni zglobovi, kao što su BGA kuglični nizovi i unutrašnji završeci | Sporije, veće troškove i potrebno je više podešavanja i tumačenja |
SMD DFM Osnove
Dizajn-za-proizvodljivost (DFM) u SMT se fokusira na rasporede odbora koji štampaju, mesto, i pregledati čisto. Raspored koji prati dobru DFM praksu pomaže da proces ostane stabilan, podržava ponovljive lemne spojeve i olakšava kontrolu nedostataka pre nego što se šire na mnogim pločama. Korisne DFM prakse:
• Koristite ispravne obrasce zemljišta za svaku vrstu paketa, na osnovu priznatih standarda otiska.
• Držite razmak između jastučića i tragova koji omogućava oslobađanje čiste paste i smanjuje mogućnost premošćivanja lemljenja.
• Dodajte jasne oznake polariteta i pin-1 indikatore za diode, LED diode i IC.
• Obezbedite lokalne fiducijals i panel fiducials tako da mašine mogu precizno poravnati ploču.
• Izbegavajte uska područja koja blokiraju mlaznice za postavljanje ili poglede inspekcijske kamere.
• Planirajte panelizaciju i funkcije za odvajanje tako da ploče ostanu stabilne dok se kreću kroz liniju.
Bezolovni vs olovni SMT
Bezolovni SMT ima čvršći prozor procesa od olovnog SMT-a, jer radi na višim temperaturama i može drugačije mokre jastučiće, čineći termičku kontrolu i stabilnost procesa kritičnijim za pouzdane spojeve. Reflov profili moraju pravilno zagrejati sve spojeve bez prenaprezanja delova ili PCB, i mali pasivni i gusti rasporedi postaju skloniji nadgrobnim kamenima, iskrivljenje, i slabih zglobova. Da bi nedostaci nizak i pouzdanost visoka, proces treba dosledno lemljenje štampanje, odgovarajući izbor paste, stabilne reflov profili, i efikasna inspekcija.
Tehnologija površinske montaže: defekti i prerada
Uobičajeni SMD defekti
| Defekt | Kako to izgleda | Uobičajeni uzroci |
|---|---|---|
| Premošćavanje | Neželjeno lemljenje kratko između jastučića ili igle | Previše paste, jastučići suviše blizu, pogrešno štampana pasta |
| Nadgrobni spomenik | Jedan kraj malog pasivnog lifta je podignut u vazduhu | Neravnomerno zagrevanje, neujednačena količina paste na dva jastučića |
| Otvoreni spoj | Nema električne veze na podlozi | Premalo paste, loše vlaženje, ili deo neusklađenosti |
| Kuglice za lemljenje | Male labave perle za lemljenje u blizini spojeva | Problemi sa lepljenjem, kontaminacija ili neusklađenost profila preoblikovanja |
Prerada i popravka
• Koristite kontrolisanu toplotu kako biste izbegli podizanje jastučića ili oštećenje PCB materijala.
• Pravilno nanesite fluks kako biste pomogli lemljenje jastučića i vodova i smanjili šanse za nove nedostatke.
• Ponovo pregledajte nakon prerade pomoću AOI ili rendgenskog snimka kada je to potrebno da biste potvrdili da su popravljeni spoj i obližnji spojevi prihvatljivi.
• Pratite ponavljajuće nedostatke i obrasce prerade kako bi se proces mogao ispraviti na izvoru umesto da se isti problem popravlja mnogo puta.
Zaključak
Dobri SMT rezultati dolaze iz vođenja svaki korak pod kontrolom: čista pasta štampanje, jasne SPI provere, precizan plasman, i preklop profil koji zagreva zglobove ravnomerno bez pregrevanja delova. AOI pronalazi vidljive probleme, dok rendgenski snimci proveravaju skrivene zglobove, kao što su BGA. Snažni DFM izbori takođe pomažu, kao što su ispravni otisci, siguran razmak, jasne oznake polariteta, fiducijals i stabilna panelizacija. Bezolovni radi toplije, tako da je prozor čvršći.
Često postavljana pitanja [FAK]
Od čega je napravljena pasta za lemljenje?
Pasta za lemljenje je mešavina praha za lemljenje i fluksa.
Zašto PCB-završna obrada materije u SMT?
To utiče na to koliko dobro lemljenje vlaži jastučiće i koliko su pouzdani spojevi.
Zašto SMD delovi treba kontrolu vlage?
Vlaga se može proširiti tokom preliva, uzrokujući pucanje paketa.
Šta kontroliše dizajn šablona?
On kontroliše koliko paste za lemljenje se štampa na svakom jastučiću.
Zašto temperatura i vlažnost bitno u SMT?
Oni menjaju ponašanje paste i povećavaju rizike kao što su kontaminacija ili ESD oštećenja.
Kako se proverava SMT dugoročna pouzdanost?
Proverava se testovima stresa kao što su termički ciklus, vibracije i testiranje vlažnosti.
