ما هي تقنية التثبيت السطحي؟
تقنية التركيب السطحي (SMT) هي طريقة تجميع وإنتاج تُستخدم على نطاق واسع في صناعة الإلكترونيات. تتضمن تركيب المكونات الإلكترونية على سطح لوحة الدوائر. صُممت هذه المكونات خصيصًا للتركيب المباشر، مما يُغني عن التوصيلات التقليدية أو إدخالها عبر الثقوب. تستخدم تقنية التركيب السطحي تقنيات إنتاج آلية، مثل: إنحسر لحاملحام المكونات مباشرةً على سطح لوحة الدوائر المطبوعة. أصبح هذا النهج الفعّال والفعّال من حيث التكلفة الخيار الأمثل لتصنيع الإلكترونيات الاستهلاكية بكميات كبيرة.
SMT VS SMD: ما هو الفرق؟
غالبًا ما يُخلط بين هذين الاختصارين في خدمات تصنيع الإلكترونيات. في البحث، يختلفان بحرف واحد فقط، ولكن عمليًا، يُطلق على SMT وSMD اسمين منفصلين. SMT هي العملية، وSMD اختصار لأجهزة التركيب السطحي، وهي أحد مكونات تقنية التركيب السطحي. تشمل أجهزة التركيب السطحي أنواعًا مختلفة من العبوات مثل الرقائق، وSOP، وSOJ، وPLCC، وLCCC، وQFP. بغا، CSP، والمزيد.
SMD هو جزء صغير متصل بلوحة في تصنيع الإلكترونياتصُممت هذه المكونات لتكون أصغر حجمًا من المكونات السابقة، استجابةً لطلب السوق على إلكترونيات أصغر وأسرع وأقل تكلفة. لم تكن المكونات السابقة أكبر حجمًا فحسب، بل تطلبت أيضًا عملية تطبيق مختلفة وأبطأ. بينما كانت الإصدارات السابقة من المكونات تحتوي على أسلاك تمر عبر لوحة الدائرة، كانت المسامير المستخدمة في SMD ملحومة بلوحة الدائرة. هذا يعني استخدامًا أكثر كفاءة لمساحة اللوحة، حيث لا توجد حاجة لعمل ثقوب، ويصبح كلا جانبي اللوحة مساحة متاحة. صُممت SMDs لاستخدام تقنية التركيب السطحي الفعالة والدقيقة.
مقارنة بين تقنية التركيب السطحي وتقنية التركيب عبر الفتحة
لطالما كانت تقنية التوصيل عبر الثقوب (THT) عنصرًا أساسيًا في تصنيع الإلكترونيات، وهي معروفة بمتانة وصلاتها وموثوقيتها. في تجميع THT، تُدخل المكونات في ثقوب على لوحة الدائرة المطبوعة، ثم تُلحم أسلاكها على الجانب الآخر. وقد ظلت هذه الطريقة هي المعيار لعقود، خاصةً لمكونات مثل الموصلات والمفاتيح التي تتطلب ثباتًا ميكانيكيًا ومتانة.
مع ذلك، شهدت صناعة الإلكترونيات تحولاً ملحوظاً نحو تقنية التركيب السطحي (SMT) في السنوات الأخيرة. تُمثل تقنية التركيب السطحي منهجية حديثة تُثبّت فيها المكونات مباشرةً على سطح لوحة الدوائر المطبوعة (PCB)، مما يُغني عن الحاجة إلى وجود ثقوب، ويُتيح إنشاء أبعاد أكثر إحكاماً للوحة الدوائر المطبوعة. ورغم أن هذه التقنيات تشترك في هدف واحد، إلا أنها تختلف اختلافاً كبيراً في نهجها:
- لقد ساعدت تقنية التركيب السطحي بشكل كبير في حل مشاكل المساحة الشائعة في التركيب عبر الفتحة.
- لقد زاد عدد الدبابيس بشكل كبير في تقنية التركيب السطحي مقارنة بنظيراتها القديمة.
- في تقنية التركيب السطحي، تُركّب المكونات مباشرةً على سطح اللوحة بدون أسلاك. في الفتحة، تُوصَل أسلاك العنصر بلوحة الأسلاك عبر الفتحة.
- لا يتم استخدام الوسادات الموجودة على السطح في تقنية التركيب السطحي لتوصيل الطبقات على لوحات الأسلاك المطبوعة.
- تتميز مكونات تقنية الثقب العميق بكبر حجمها، مما يؤدي إلى انخفاض كثافة المكونات في وحدة المساحة. أما كثافة التعبئة التي يمكن تحقيقها بتقنية التركيب السطحي فهي عالية جدًا، مما يسمح بتركيب المكونات على كلا الجانبين عند الحاجة.
- لقد أتاحت تقنية التركيب السطحي إمكانية تنفيذ تطبيقات كانت تبدو مستحيلة باستخدام الفتحة الممتدة.
- تعتبر تقنية التركيب السطحي مناسبة للإنتاج الضخم ويمكنها تقليل تكلفة تجميع الوحدة، وهو أمر مستحيل باستخدام تقنية الفتحة.
- بفضل تقنية التركيب السطحي، أصبح الحصول على سرعة أعلى للدوائر الكهربائية أسهل بفضل حجمها الصغير. تُلبي هذه التقنية أحد أهم متطلبات التسويق، وتُساعد في إنتاج دوائر كهربائية عالية الأداء بحجم صغير جدًا.
تطبيقات تقنية التركيب السطحي على PCB
اليوم، من النادر أن تجد جهازًا إلكترونيًا لا يستخدم تقنية SMT. فقد أتاحت هذه التقنية تصغيرًا مذهلاً وتحسيناتٍ في الأداء في الأجهزة الاستهلاكية مثل الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية. ولكن، إلى جانب الهواتف المحمولة، تتوفر مكونات SMT التي تُمكّن من تحقيق قدراتٍ متطورة في جميع الصناعات تقريبًا. يعتمد مصنعو السيارات على مكونات SMT متينة تحت غطاء المحرك لمراقبة الأنظمة وتقديم تقارير أداء فورية. يستخدم مهندسو الفضاء أجهزة SMT خفيفة الوزن لتجهيز أنظمة الطيران مع الحفاظ على موثوقيتها في ظل الظروف القاسية. ويعتمد مصنعو الأجهزة الطبية على SMT لبناء أجهزة محمولة وقابلة للزرع تُنقذ حياة المرضى.
بالإضافة إلى ذلك، لعبت تقنية SMT دورًا محوريًا في ابتكارات إضاءة LED. وقد أتاحت هذه التقنية ابتكار حلول إضاءة فعّالة ومتعددة الاستخدامات، مثل مصفوفات المصابيح القابلة للتخصيص وشرائط الإضاءة المدمجة. ويُمكن لابتكار حلول إضاءة LED المُدعّمة بتقنية SMT أن يُحسّن كفاءة الطاقة بشكل كبير.
في حين تعتمد تقنية التركيب السطحي (SMT) على آلات متطورة للتجميع الآلي الدقيق، فقد أثبتت أنها عملية تصنيع متعددة الاستخدامات. ومع ازدياد قوة الإلكترونيات وصغر حجمها، نتوقع أن تظل تقنية التركيب السطحي لا غنى عنها، مما يدفع عجلة الابتكار في مختلف القطاعات.
مزايا وعيوب SMT
في الصناعة، حلّت إلى حد كبير محلّ تقنية الثقب المباشر، أي إدخال لوحة الدوائر الكهربائية مع مكونات الأسلاك في الثقب.
المزايا
• التصغير
الحجم الهندسي وحجم المكونات الإلكترونية في تقنية التركيب السطحي أصغر بكثير من حجم مكونات التداخل عبر الثقب. عمومًا، يمكن تقليل حجم وحجم بعض المكونات بنسبة 60% إلى 70%، بل ويمكن تقليل حجمها وحجمها بنسبة 90%. في الوقت نفسه، يمكن تقليل وزن المكونات بنسبة 60% إلى 90%.
• سرعة نقل الإشارة العالية
تتميز مكونات تقنية التركيب السطحي المُجمّعة بهيكلها المدمج وكثافتها العالية للأمان. عند لصق ثنائي الفينيل متعدد الكلور على كلا الجانبين، تصل كثافة التجميع إلى 5-5-20 وصلة لحام لكل سنتيمتر مربع. تتميز لوحات PCB المُجمّعة بتقنية SMT بنقل إشارات عالي السرعة بفضل قصر الدائرة والتأخيرات البسيطة. كما تتميز لوحات PCB المُجمّعة بتقنية SMT بمقاومة أكبر للاهتزاز والصدمات، مما يُسهم في تشغيل المعدات الإلكترونية بسرعة فائقة.
• تأثير التردد العالي
لأن العنصر لا يحتوي على أسلاك أو أسلاك قصيرة، تنخفض معلمات توزيع الدائرة، وينخفض تداخل الترددات الراديوية.
• تعتبر تقنية التركيب السطحي مفيدة للإنتاج التلقائي وتحسين العائد وكفاءة الإنتاج
بفضل توحيد شروط لحام مكونات الشريحة وتسلسلها واتساقها، أصبحت تقنية التركيب السطحي أكثر أتمتة. ويُقلل ذلك بشكل كبير من احتمالية تعطل المكونات أثناء اللحام، وتُحسّن من موثوقيتها.
• انخفاض تكلفة المواد
معظم مكونات SMT أقل تكلفةً للتغليف من مكونات THT من نفس النوع والوظيفة، وذلك بفضل زيادة كفاءة معدات الإنتاج وانخفاض استهلاك مواد التغليف. لذلك، فإن سعر بيع مكونات SMT أقل من سعر مكونات THT.
• تبسيط عمليات الإنتاج وخفض تكاليف الإنتاج.
عند تثبيته على مجلس الكلورلا حاجة لثني أو تشكيل أو تقصير سلك توصيل المكونات، مما يُختصر العملية بأكملها ويُحسّن كفاءة الإنتاج. تكلفة معالجة نفس الدائرة الوظيفية أقل من تكلفة المعالجة بالثقب، مما يُقلل عمومًا من إجمالي تكلفة الإنتاج بنسبة 30% إلى 50%.
عيوب
• يمكن للمساحات الصغيرة أن تجعل الإصلاحات أكثر صعوبة.
• لا يضمن هذا تحمّل وصلة اللحام للمركبات المستخدمة في عملية الصب. قد تنقطع الوصلات أو لا تنقطع عند إجراء الدورة الحرارية.
• لا ينبغي تركيب المكونات التي تولد كميات كبيرة من الحرارة أو تتحمل أحمالاً عالية على السطح لأن اللحام يذوب عند درجات الحرارة العالية.
• يضعف اللحام أيضًا بسبب الإجهاد الميكانيكي. هذا يعني أنه يجب توصيل المكونات التي ستتفاعل مباشرةً مع المستخدم باستخدام الرابط المادي المُثبّت عبر الفتحة.
الخطوات العامة لعملية SMT
تقنية التركيب السطحي هي طريقة تثبيت المكونات الإلكترونية على سطح لوحة الدوائر المطبوعة (PCB). يتم لحام مجموعة التركيب السطحي باللوحة باستخدام اللحام بالصهر. تبدأ عملية التركيب السطحي في مرحلة التصميم، حيث يتم اختيار العديد من المكونات المختلفة، ثم تُصمم لوحة الدوائر المطبوعة باستخدام برامج مثل Orcad أو Capstar.
• إعداد المواد وفحصها
قم بإعداد SMC وPCB، وتحقق من العيوب. تحتوي PCBs عادةً على وسادات لحام مسطحة، عادةً ما تكون من القصدير أو الرصاص أو الفضة أو الذهب، بدون ثقوب، تسمى الوسادات.
• إعداد القالب
تُستخدم الشبكة الفولاذية لتثبيتها في طباعة معجون اللحام. تُصنع وفقًا لموضع تصميم الوسادة على لوحة الدوائر المطبوعة.
• طباعة لصق جندى
أول آلة تُركّب أثناء التصنيع هي طابعة معجون اللحام، وهي مصممة لتطبيق معجون اللحام على وسادة اللحام المناسبة على لوحة الدوائر المطبوعة باستخدام قالب وكاشطة. تُعد هذه الطريقة الأكثر شيوعًا لتطبيق معجون اللحام، إلا أن الطباعة بالرش تزداد شيوعًا، خاصةً في أقسام المقاولات من الباطن حيث لا يتطلب الأمر قالبًا ويكون التعديل أسهل لصنع معجون اللحام، وعادةً ما يكون من مادة الصهر وخليط من القصدير، ويُستخدم لتوصيل SMC و وسادات لحام PCB. إنه مناسب للوحات الدوائر المطبوعة والقوالب باستخدام مكشطة بزاوية 45 درجة -60 درجة للكشف عن معجون اللحام.
• فحص معجون اللحام
معظم مكابس معجون اللحام مزودة بخيار الكشف التلقائي، ولكن قد تستغرق هذه العملية وقتًا طويلاً حسب حجم لوحة الدوائر المطبوعة، لذا يمكنك عادةً اختيار جهاز منفصل. يستخدم نظام الكشف الداخلي لطابعة معجون اللحام تقنية ثنائية الأبعاد، بينما تستخدم آلة SP المخصصة تقنية ثلاثية الأبعاد لكشف أدق، يشمل حجم معجون اللحام لكل وسادة، وليس فقط مساحة الطباعة.
• موقع المكونات
بعد التأكد من أن لوحة الدوائر المطبوعة تحتوي على العدد الصحيح من تطبيقات اللحام، تنتقل إلى المرحلة التالية من عملية التصنيع، وهي تركيب المكونات. يُزال كل مكون من العبوة باستخدام فوهة تفريغ أو فوهة تثبيت، ويُفحص بواسطة النظام البصري، ثم يُوضع بسرعة عالية في موضع مُبرمج.
• فحص القطعة الأولى (FAI)
من التحديات العديدة التي يواجهها مصنعو لوحات الدوائر المطبوعة (PCBs) عملية التجميع الأولى أو فحص القطعة الأولى (FAI) للتحقق من معلومات العميل، والتي قد تستغرق وقتًا طويلاً. تُعد هذه الخطوة بالغة الأهمية لأن أي أخطاء غير مُكتشفة قد تؤدي إلى إعادة تصنيع كبيرة.
• إنحسر لحام
بعد التحقق من مواضع جميع المكونات، تُنقل مجموعة لوحة الدوائر المطبوعة إلى آلة لحام إعادة التدفق، حيث تُشكَّل جميع وصلات اللحام الكهربائي بين المكون ولوحة الدوائر المطبوعة بتسخينها إلى درجة حرارة كافية. يبدو أن هذا من أسهل أجزاء عملية التجميع، لكن نمط إعادة التدفق الصحيح أساسي لضمان وصلات لحام مناسبة لا تسخن وتتلف الأجزاء أو المجموعة.
• التنظيف والتفتيش
نظّف اللوحة بعد اللحام وتحقق من العيوب. أعد العمل أو أصلح العيوب وخزن المنتجات. تشمل معدات SMT الشائعة عدسة مكبرة، ولوحة رئيسية قديمة (فحص بصري تلقائي)، وجهاز اختبار إبرة الطيران، وجهاز الأشعة السينية، وغيرها من أجهزة الفحص البصري التي يمكن توصيلها بموضع الجهاز لضبط موضع المكونات، وأجهزة SPI التي يمكن توصيلها بالطابعة لضبط محاذاة قوالب PCB.
كلمات أخيرة
كما رأينا، أحدثت تقنية التركيب السطحي ثورة في تصميم وتصنيع الإلكترونيات على مدار العقود القليلة الماضية. وقد أتاح الانتقال من تقنية الثقب المباشر إلى تقنية التركيب السطحي (SMT) ابتكارًا لا حصر له في ابتكار أجهزة أصغر حجمًا وأكثر قوة وغنىً بالميزات. وبينما قد تكون تعقيدات تقنية التركيب السطحي معقدة للمبتدئين في تطوير الأجهزة الإلكترونية، فإن الشراكة مع شركة ذات خبرة شركة تجميع لوحات الدوائر المطبوعة مثل تقنية موكو، تُسهّل العملية. مصنعنا مُجهّز بتقنيات متطورة آلة تكنولوجيا جبل السطح كما هو موضح في الصورة أدناه. بفضل خبرتنا في تصنيع SMT الكثيفة ومراقبة الجودة الموثوقة، نساعد في تطوير الأفكار من النموذج الأولي إلى الإنتاج.
