Что такое технология поверхностного монтажа?
Технология поверхностного монтажа (SMT) — это широко используемый в электронной промышленности метод сборки и производства. Он включает в себя монтаж электронных компонентов на поверхность печатной платы. Эти компоненты специально разработаны для прямого крепления, что исключает необходимость жесткой проводки или вставки через отверстия, как в традиционных методах сборки. В SMT используются автоматизированные производственные технологии, такие как пайка оплавлением , для пайки компонентов непосредственно на поверхность печатной платы. Этот эффективный и экономичный подход стал преобладающим выбором для крупномасштабного производства потребительской электроники.
SMT и SMD: в чем разница?
В сфере услуг по производству электроники эти две аббревиатуры часто путают. В литературе они отличаются всего одной буквой, но на практике SMT и SMD — это разные вещи. SMT — это процесс, а SMD — аббревиатура от surface mount devices (устройства поверхностного монтажа), который является одним из компонентов технологии поверхностного монтажа. Устройства поверхностного монтажа включают в себя различные типы корпусов, такие как чипы, SOP, SOJ, PLCC, LCCC, QFP, BGA , CSP и другие.
SMD — это небольшие компоненты, устанавливаемые на печатную плату в электронике . Они разработаны таким образом, чтобы быть меньше, чем предыдущие компоненты, в ответ на рыночный спрос на более компактную, быструю и дешевую электронику. Предыдущие компоненты были не только больше, но и требовали другого, более медленного процесса установки. В то время как в предыдущих версиях компонентов провода проходили через печатную плату, контакты в SMD были приварены к печатной плате. Это означает более эффективное использование пространства на плате, поскольку нет необходимости сверлить отверстия, и обе стороны платы становятся свободными. Технология поверхностного монтажа (SMD) была создана для использования эффективных и точных технологий поверхностного монтажа.
Сравнение технологий поверхностного монтажа и сквозного монтажа
Технология сквозных отверстий (THT) уже давно является основным элементом в производстве электроники, известным своими прочными и надежными соединениями. При сборке THT компоненты вставляются в отверстия на печатной плате, а их выводы впоследствии припаиваются на противоположной стороне. Этот метод является стандартом на протяжении десятилетий, особенно для таких компонентов, как разъемы и переключатели, которые требуют механической стабильности и прочности.
Однако в последние годы электронная промышленность пережила значительный сдвиг в сторону технологии поверхностного монтажа (SMT). SMT представляет собой современную методологию, при которой компоненты крепятся непосредственно на поверхность печатной платы, что исключает необходимость в отверстиях и позволяет создавать более компактные размеры печатной платы. Хотя эти методы имеют общую цель, они существенно различаются по своему подходу:
- Технология поверхностного монтажа значительно помогла решить распространенные проблемы с пространством при монтаже в сквозные отверстия.
- Количество выводов в технологии поверхностного монтажа значительно увеличилось по сравнению со старыми аналогами.
- В технологии поверхностного монтажа компоненты не имеют выводов и монтируются непосредственно на поверхность платы. В сквозном отверстии элемент имеет выводы, подключенные к монтажной плате через сквозное отверстие.
- Контактные площадки на поверхности в технологии поверхностного монтажа не используются для соединения слоев на печатных платах.
- Компоненты в технологии сквозного отверстия больше, что приводит к снижению плотности компонентов на единицу площади. Плотность упаковки, которая может быть достигнута с помощью технологии поверхностного монтажа, очень высока, поскольку это позволяет монтировать компоненты с обеих сторон, когда это необходимо.
- Технология поверхностного монтажа сделала возможными решения, которые казались невозможными при монтаже в сквозные отверстия.
- Технология поверхностного монтажа подходит для массового производства и позволяет снизить стоимость сборки устройства, что невозможно при использовании технологии сквозного монтажа.
- С технологией поверхностного монтажа получение более высокой скорости схемы становится проще из-за уменьшенного размера. Технология поверхностного монтажа удовлетворяет одному из главных маркетинговых требований, помогая создавать высокопроизводительные схемы в очень малых размерах.
Применение технологии поверхностного монтажа на печатной плате
Сегодня редко можно встретить электронное устройство, не использующее технологию SMT. Она сделала возможной невероятную миниатюризацию и улучшение производительности потребительских гаджетов, таких как смартфоны и планшеты. Однако, помимо мобильных телефонов, компоненты SMT можно найти, обеспечивая сложные возможности практически в каждой отрасли. Производители автомобилей полагаются на прочные компоненты SMT под капотом для мониторинга систем и предоставления обратной связи о производительности в реальном времени. Инженеры аэрокосмической отрасли используют легкие устройства SMT для оснащения систем полета, сохраняя при этом надежность в экстремальных условиях. Производители медицинских приборов полагаются на SMT для создания спасающих жизни портативных и имплантируемых устройств.
Кроме того, SMT сыграла важную роль в инновациях в области светодиодного освещения. Эта технология позволила создать эффективные и универсальные решения в области освещения, такие как настраиваемые массивы лампочек и встроенные световые полосы. Инновации в области светодиодных решений в области освещения с поддержкой SMT имеют потенциал для значительного повышения энергоэффективности.
Хотя SMT полагается на сложное оборудование для точной автоматизированной сборки, он оказался универсальным производственным процессом. Поскольку электроника продолжает становиться все более мощной и компактной, мы можем ожидать, что технология поверхностного монтажа останется незаменимой — продвигая инновации во всех секторах.
Преимущества и недостатки SMT
В промышленности он в значительной степени заменил метод строительства по технологии сквозных отверстий, то есть печатную плату с проволочными компонентами в отверстии.
Преимущества
• миниатюризация
Геометрические размеры и объем электронных компонентов в технологии поверхностного монтажа намного меньше, чем у компонентов с интерполяцией через сквозное отверстие. Как правило, компоненты с интерполяцией через сквозное отверстие могут быть уменьшены на 60%~70%, а некоторые компоненты могут даже уменьшить свой размер и объем на 90%. Между тем, вес компонента может быть уменьшен на 60-90%.
• Высокая скорость передачи сигнала
Технология поверхностного монтажа собирает компоненты не только компактной структуры, но и высокой плотности безопасности. Когда печатная плата склеивается с обеих сторон, плотность сборки может достигать 5-5-20 паяных соединений на квадратный сантиметр. SMT PCB может реализовать высокоскоростную передачу сигнала за счет коротких замыканий и небольших задержек. Между тем, собранные SMT PCB более устойчивы к вибрации и ударам. Это имеет большое значение для реализации сверхвысокой скорости работы электронного оборудования.
• Высокочастотный эффект
Поскольку элемент не имеет выводов или выводы короткие. Параметры распределения цепи уменьшаются, а радиочастотные помехи уменьшаются.
• Технология поверхностного монтажа выгодна для автоматизации производства, повышения производительности и эффективности производства.
Стандартизация, сериализация и последовательность условий сварки чип-компонентов позволяют сделать технологию поверхностного монтажа высокоавтоматизированной. Отказы компонентов во время сварки значительно сокращаются, а надежность повышается.
• Низкая стоимость материала
Упаковка большинства компонентов для поверхностного монтажа обходится дешевле, чем упаковка компонентов для тонкопленочного монтажа того же типа и назначения, благодаря повышению эффективности производственного оборудования и снижению расхода упаковочных материалов. Следовательно, продажная цена компонентов для поверхностного монтажа ниже, чем у компонентов для тонкопленочного монтажа.
• Упрощение производственных процессов и снижение себестоимости продукции.
При установке компонентов на печатную плату нет необходимости сгибать, придавать форму или укорачивать выводы, что сокращает весь процесс и повышает эффективность производства. Стоимость обработки схемы с тем же функциональным назначением ниже, чем при использовании технологии сквозного монтажа, что, как правило, позволяет снизить общую стоимость производства на 30-50%.
Недостатки
• Небольшие помещения могут затруднить ремонт.
• Это не гарантирует, что паяное соединение выдержит воздействие компаундов, используемых в процессе заливки. Соединения могут быть повреждены или остаться неповрежденными при термических циклах.
• Компоненты, выделяющие большое количество тепла или подвергающиеся высоким нагрузкам, не следует устанавливать на поверхность платы, поскольку припой плавится при высоких температурах.
• Припой также ослабевает из-за механического напряжения. Это означает, что компоненты, которые будут непосредственно взаимодействовать с пользователем, следует соединять с помощью физического соединителя, установленного через отверстие.
Общие этапы процесса SMT
Технология поверхностного монтажа — это метод крепления электронных компонентов к поверхности печатной платы. Она приваривает сборку поверхностного монтажа к пластине методом пайки оплавлением припоя. Процесс сборки поверхностного монтажа начинается на этапе проектирования, где выбирается множество различных компонентов, а печатная плата проектируется с использованием таких программных пакетов, как Orcad или Capstar.
• Подготовка и проверка материалов
Подготовьте SMC и печатную плату, проверьте их на наличие дефектов. Печатные платы обычно имеют плоские, обычно оловянно-свинцовые, серебряные или позолоченные контактные площадки для пайки, без отверстий, называемые контактными площадками.
• Подготовка шаблона
Стальная сетка используется для фиксированного положения при печати паяльной пасты. Изготавливается в соответствии с проектным положением площадки на печатной плате.
• Печать паяльной пасты
Первым оборудованием, устанавливаемым на печатной плате, является принтер для нанесения паяльной пасты, предназначенный для нанесения паяльной пасты на соответствующие контактные площадки печатной платы с помощью трафарета и скребка. Это наиболее распространенный метод нанесения паяльной пасты, но все большую популярность приобретает метод распыления, особенно в субподрядных цехах, где не требуется трафарет, а модификация паяльной пасты, обычно флюса и смеси олова, упрощает соединение SMC-компонентов и контактных площадок печатной платы. Он подходит для печатных плат и кристаллов, а также для нанесения паяльной пасты с помощью скребка под углом 45°-60°.
• Проверка паяльной пасты
Большинство прессов для паяльной пасты имеют опцию включения автоматического обнаружения, но в зависимости от размера печатной платы этот процесс может быть трудоемким, поэтому обычно можно выбрать отдельную машину. Внутренняя система обнаружения принтера для паяльной пасты ИСПОЛЬЗУЕТ 2D-технологию, в то время как специализированная SP [машина ИСПОЛЬЗУЕТ 3D-технологию для более тщательного обнаружения, включая объем паяльной пасты каждой площадки, а не только области печати.
• Расположение компонентов
После того, как печатная плата была подтверждена с правильным количеством нанесений припоя, она переходит к следующей части производственного процесса, то есть к размещению компонентов. Каждый компонент извлекается из пакета с помощью вакуумной или зажимной насадки, проверяется визуальной системой и размещается на высокой скорости в запрограммированном положении.
• Первая проверка детали (FAI)
Одной из многочисленных проблем, с которыми сталкиваются производители печатных плат, является процесс первой сборки или первой проверки детали (FAI) для проверки информации о клиенте, что может занять много времени. Этот шаг имеет решающее значение, поскольку любые необнаруженные ошибки могут привести к значительным переделкам.
• Пайка оплавлением
После проверки всех позиций компонентов сборка печатной платы переносится в сварочный аппарат оплавления, где путем нагрева сборки до достаточной температуры формируются все электросварные соединения между компонентом и печатной платой. Это, по-видимому, одна из наименее сложных частей процесса сборки, но правильный профиль оплавления является ключом к обеспечению приемлемых паяных соединений, которые не перегреваются и не повреждают детали или сборку.
• Чистка и осмотр
Очистите плату после сварки и проверьте на наличие дефектов. Переделайте или отремонтируйте дефекты и сохраните продукцию. Обычное оборудование, связанное с SMT, включает увеличительную линзу, старый мастер (автоматический оптический осмотр), летающий игольчатый тестер, рентгеновский аппарат и другие оптические контрольные машины, которые можно подключить к позиции машины, чтобы можно было отрегулировать позицию компонента, и машины SPI, которые можно подключить к принтеру, чтобы можно было отрегулировать шаблоны выравнивания печатных плат.
Выводы
Как мы видим, технология поверхностного монтажа (SMT) произвела революцию в проектировании и производстве электроники за последние несколько десятилетий. Переход от сквозного монтажа к SMT открыл безграничные возможности для инноваций в создании более компактных, мощных и многофункциональных устройств. Хотя тонкости SMT могут быть сложными для новичков в разработке электронного оборудования, сотрудничество с опытной компанией по сборке печатных плат, такой как MOKO Technology, делает этот процесс более плавным. Наш производственный цех оснащен передовым оборудованием для поверхностного монтажа, как показано на рисунке ниже. Благодаря нашему опыту в плотном SMT-производстве и надежному контролю качества, мы помогаем воплощать идеи от прототипа до серийного производства.
