A Surface Mount Technology (SMT) nyomtatott áramköri lapokat épít úgy, hogy alkatrészeket lapos padokra helyezik, majd újraforrasztó sütőben forrasztja. Lehetővé teszi, hogy apró alkatrészek közel legyenek egymáshoz, és támogatja az automatikus összeszerelést. Ez a cikk összehasonlítja az SMT-t a átmenő lyukkal, áttekinti a gyakori csomagtípusokat, és bemutatja a teljes kínálatot: nyomtatás, SPI, pick-and-place, újrafolyás és ellenőrzés.
Felületi szerelvény technológia alapjai
Kompakt áramkör összeszerelés felületre szerelt alkatrészekkel
A Surface Mount Technology (SMT) egy olyan módszer, amellyel nyomtatott áramköri lapokat építenek, ahol az elektronikus alkatrészeket közvetlenül a felületen lévő lapos fémpárnákhoz rögzítik, nem pedig a lapon lévő lyukakon keresztül. Ezeket az alkatrészeket felületre szerelt eszközöknek (SMD) nevezik. Miután az alkatrészeket forrasztásszal a padokra helyezik, a lap melegítési lépésen megy keresztül, gyakran újraáramlatos sütőben, hogy megolvadjon a forrasztás és szilárd elektromos és mechanikai csatlakozások alakuljanak ki.
Mivel az alkatrészek nagyon kicsik lehetnek és közel helyezhetők egymáshoz, az SMT lehetővé teszi, hogy több alkatrész férjen el egyetlen lapra, és segít a termékek kisebbé és könnyebbé tételében. A folyamat jól működik automatizált gépekkel is, amelyek segítenek fenntartani a minőségi konzisztenciát, és megkönnyítik a nagy mennyiség gyártását kontrollált költséggel.
SMT és átmenő lyukak összehasonlítása
| Tényező | SMT | Átmenő lyuk |
|---|---|---|
| Rögzítési módszer | Forrasztva a PCB felületén lévő párnákra | A vezetékek áthaladnak fúrt lyukakon |
| Automatizálás | Nagyon automatizált | Gyakran lassabb és kézi |
| Deszkeszsűrűség | Nagyon magas | Alsó |
| Mechanikai szilárdság | Jó, de csak a párna tapadása miatt van | Erősebb nehéz vagy nagy alkatrészeknél |
| Általános használat | A legtöbb modern elektronikus összeállítás | Csatlakozók, teljesítményalkatrészek, nagy feszültségű területek |
Gyakori felületre szerelhető csomagtípusok
• Chip passzívok (ellenállások/kondenzátorok) – Kis téglalap alakú részek apró párnákkal a PCB-n. Érzékenyek a forrasztás mennyiségére és a melegedés egyensúlyára, mert az egyenetlen forrasztás dőléshez vagy gyenge kötésekhez vezethet.
• Leadframe csomagok (QFP, QFN) – Integrált áramkörök vékony vezetékekkel vagy nagy fedett paddal. Lehetnek forrasztóhídozásuk a tűk között, problémák, ha a vezetékek nem ülnek síknak, és jó hőáramlást kell biztosítaniuk a párnákon keresztül.
• Array csomagok (BGA típusok) – Forrasztógolyókkal ellátott alkatrészek, amelyek rácsban helyezkednek el a csomag alatt. A forrasztási csatlakozók az összeszerelés után el vannak rejtve, ezért gyakran röntgenvizsgálatot alkalmaznak, hogy megerősítsék, a golyók olvadtak-e és megfelelően csatlakoztak-e.
• Diódák és tranzisztorok (SOD/SOT családok) – Kis csomagok jelölt polaritással vagy 1-es tűvel. A PCB-n helyes irányba és pontos elhelyezésre van szükségük, hogy a csatlakozások illeszkedjenek az áramkör elrendezéséhez.
Felületi szerelő technológia a PCB összeszerelésben
SMT összeszerelő vonal
• Forrasztás nyomtatás – Forrasztás egy sablonon keresztül nyomódik, így minden párnájára kerül a csupasz PCB-n.
• Forrasztás ellenőrzése (SPI) – A nyomtatott pasztát ellenőrizzük, hogy minden padon a megfelelő mennyiség és hely van.
• Pick-and-place alkatrész rögzítés – A gépek SMD alkatrészeket helyeznek a nedves forrasztásra minden párna helyén.
• Újraforrasztás – A lap egy melegített sütőn halad át, így a paszta megolvad, nedvesíti a párnákat és vezetékeket, majd lehűl szilárd kötések kialakulásához.
• Automatizált optikai ellenőrzés (AOI) – A kamerák a lapot hiányzó alkatrészek, rossz alkatrészek, elhiúzott beilleszkedések és látható forrasztási hibák után vizsgálják.
• (opcionális) röntgen, tisztítás, átdolgozás és funkcionális teszt – További lépések alkalmazhatók a rejtett ízületek ellenőrzésére, a maradványok eltávolítására, hibák javítására és a összeszerelt panel működésének ellenőrzésére.
Forrasztás nyomtatás
• A sablonnyílások szabályozzák, mennyi paszta szabadul fel minden párnán, ami befolyásolja az ízületek méretét és formáját.
• A nyomtatás igazítása biztosítja, hogy a paszta a párnákon essen le, ne pedig a forrasztásmaszkra vagy a közeli rézre.
• A gyenge nyomatok gyakran olyan hibákat hoznak létre, amelyeket a későbbi lépések nem tudnak teljesen kijavítani.
Forrasztás vizsgálat (SPI)
A forrasztás ellenőrzése (SPI) közvetlenül nyomtatás után és az alkatrészek elhelyezése előtt ellenőrzi a forrasztásrétegeket. A paszta magasságát, térfogatát és területét méri, és megerősíti, hogy minden lerakódás meghatározott határokon belül van, és helyesen van a padján. Ha ebben a szakaszban problémák felmerülnek, a problémát már javítani lehet, mielőtt sok lapot ugyanazzal a nyomtatási hibával építenének. Ez csökkenti az átdolgozást és a hulladékot, és segít stabil maradni az egész SMT folyamatának gyors visszajelzésével a sablon állapotáról, a paszta kezeléséről és a nyomtató beállításáról.
Pick-and-Place
• Az adagoló állapota befolyásolja, mennyire megbízhatóan szedik ki az alkatrészeket, és segít elkerülni a hiányzó, leesett vagy duplázott alkatrészeket.
• A látás igazítása érzékeli a kis forgatási és pozícióbeli hibákat, és kijavítja azokat, mielőtt a darabot a padra helyeznék.
• A polaritás és az orientációs szabályozás diódákat, IC-ket és polarizált kondenzátorokat igazítva tartja a nyomtatvány jelzéseikkel.
Reflow forrasztás
• Túl hideg – Rossz nedves, tompa vagy szemcsés kötések, nyitott csatlakozások és gyenge forrasztási kötések.
• Túl meleg – Alkatrészek károsodása, felemelt betétek és magasabb hibaarány a lapon túlzott hőterhelés miatt.
• Egyenetlen fűtés – Sírozott kis passzív alkatrészek, ferde alkatrészek és ízületek, amelyek ugyanazon a deszkán másként néznek ki.
Felületi szerelvény technológia: ellenőrzés és folyamatvezérlés
AOI és röntgen: A megfelelő ellenőrzési módszer kiválasztása
| Módszer | Legjobb | Korlátok |
|---|---|---|
| AOI | Látható forrasztási kötések, polaritás, hiányzó vagy elmosult alkatrészek | Nem látom a csomag alatt rejtett ízületeket |
| Röntgen | Rejtett csatlakozók, mint például a BGA gömbtömbök és belső végpontok | Lassabb, magasabb költség, és több beállítást és értelmezést igényel |
SMT DFM alapok
Az SMT gyártásra szánt tervezése (DFM) olyan lapelrendezésekre fókuszál, amelyek tisztán nyomtatnak, elhelyezik és vizsgálják. A jó DFM gyakorlatot követő elrendezés segít a folyamat stabilitásának megőrzésében, támogatja az ismételhető forrasztható kötéseket, és megkönnyíti a hibák ellenőrzését, mielőtt sok lapon átterjednének. Hasznos DFM gyakorlatok:
• Megfelelő földmintákat használjunk minden csomagtípushoz, elismert lábnyomi szabványok alapján.
• Tartsd meg a párna és a trace távolságot, amely lehetővé teszi a tiszta paszta kiszabadulását, és csökkenti a forrasztás hidak kialakulásának esélyét.
• Tiszta polaritásjegyeket és pin-1 jelzőket adjunk hozzá diódákhoz, LED-ekhez és IC-khez.
• Helyi fiducial-okat és panel fiducial-okat biztosítani, hogy a gépek pontosan igazíthassák a táblát.
• Kerüld a szűk távoli területeket, amelyek elzárják a fúvókákat vagy az ellenőrző kamera nézeteit.
• Tervezze meg a panelizációt és a széttörő funkciókat, hogy a deszkák stabilak maradjanak a vonalon haladás közben.
Ólommentes vs ólom nélküli SMT
Az ólommentes SMT szűkebb folyamati ablakot kínál, mint az ólomos SMT, mert magasabb hőmérsékleten működik, és másképp képes nedvesíteni a párnákat, így a hőszabályozás és a folyamatstabilitás fontosabbnak a megbízható csatlakozásokhoz. A reflow profiloknak minden ízületet megfelelően kell melegíteniük, anélkül, hogy túlterhelnék az alkatrészeket vagy a PCB-t, és a kis passzív és sűrű elrendezések hajlamosabbak a stombstone-ra, elgördülésre és gyenge ízületekre. A hibák alacsony és a megbízhatóság magas fenntartása érdekében a folyamatnak következetes forrasztási nyomtatásra, megfelelő paszta választására, stabil újraáramlási profilokra és hatékony ellenőrzésre van szüksége.
Felületi szerelvény technológia: hibák és átdolgozás
Gyakori SMT hibák
| Hibás | Hogy néz ki | Gyakori okok |
|---|---|---|
| Hidak építése | Nem kívánt forrasztási rövidzárlat a párnák vagy tűk között | Túl sok ragasztó, túl közel a párnákhoz, rosszul nyomtatott ragasztó |
| Sírkövezés | Egy kis passzív emelő egyik végét a levegőbe emelik | Egyenetlen fűtés, egyenetlen paszta mennyisége a két párnán |
| Nyitott csukló | Nincs elektromos csatlakozás a padon | Túl kevés paszta, rossz nedvesség vagy alkatrész elmosódott |
| Forrasztógolyók | Kis, laza forrasztógyöngyök a csatlakozások közelében | Ragasztóproblémák, szennyeződés vagy reflow profil eltérés |
Átdolgozás és javítás
• Használjon szabályozott hőt, hogy elkerülje a párnák emelését vagy a PCB anyagának károsodását.
• Megfelelően alkalmazza a fluxot, hogy segítsen a párnák és vezetékek forrasztásában, és csökkentse az új hibák kialakulásának esélyét.
• Szükség esetén újravizsgálják az újrajavítás után AOI-val vagy röntgennel, hogy megbizonyosodjanak a javított ízületről és a közeli ízületekről.
• Kövesse az ismétlődő hibákat és az újradolgozási mintákat, hogy a folyamat a forrásnál javítható legyen, ahelyett, hogy ugyanazt a problémát többször megoldanák.
Összegzés
Jó SMT eredmények abból származnak, ha minden lépést kordában tartunk: tiszta paszta nyomtatás, tiszta SPI ellenőrzések, pontos elhelyezés, és olyan újraáramlási profil, amely egyenletesen melegíti az ízületeket anélkül, hogy túlmelegedne az alkatrészeket. Az AOI látható problémákat talál, míg a röntgen ellenőrzi a rejtett ízületeket, például a BGA-kat. Az erős DFM választások is segítenek, például helyes lábnyomok, biztonságos távolság, tiszta polaritásjegyek, fiducialok és stabil panelizáció. Az ólommentes a forróbb forróbb, így az ablak szűkebb.
Gyakran Ismételt Kérdések [GYIK]
Miből készül a forrasztás?
A forrasztás forrasztáspor és fluxus keveréke.
Miért számít a PCB felületi felület az SMT-ben?
Ez befolyásolja, mennyire jól nedvesíti a forrasztás a párnákat, és mennyire megbízhatóak az ízületek.
Miért kell az SMT alkatrészeknek nedvességszabályozás?
A nedvesség kiterjedhet az újraáramlás során, ami a csomagolás repedését okozhatja.
Mit irányít a sablontervezés?
Szabályozza, mennyi forrasztás van nyomtatva minden padon.
Miért számít a hőmérséklet és a páratartalom az SMT-ben?
Megváltoztatják a paszta viselkedését, és növelik a szennyeződés vagy ESD károsodásának kockázatait.
Hogyan ellenőrzik az SMT hosszú távú megbízhatóságát?
Terheléses tesztekkel ellenőrzik, mint például hőciklus, rezgés és páratartalom.
