SMT-piirilevyjen kokoonpanoprosessi selitettynä

SMT (pinta-asennustekniikka) on nykyaikaisten piirilevyjen vallitseva kokoonpanotapa: komponentit asetetaan suoraan levyn pinnalla oleville kosketusalustoille ja juotetaan kaikki kerralla reflow-uunissa. Se mahdollistaa nykypäivän pienten, tiheiden ja suurten volyymien elektroniikan valmistuksen. Tässä oppaassa selitetään vaihe vaiheelta, mitä SMT-piirilevy on ja miten kokoonpanolinja toimii, miten pinta-asennus vertautuu läpireikäasennukseen, yleisimmät komponenttipakkaukset, miten suunnitellaan siististi koottava piirilevy ja miten valmiita piirilevyjä tarkastetaan ja testataan.

Mitä SMT tarkoittaa ja miksi se hallitsee

Pintaliitostekniikassa komponenteissa on pienet liittimet tai johtimet, jotka juotetaan suoraan levyn pinnalla oleviin liitäntäpisteisiin, eikä jalat, jotka kulkevat porattujen reikien läpi. Levy voi kantaa osia molemmilla puolilla, ja koko kokoonpano juotetaan yhdellä kertaa reflow-uunin läpi.

SMT on hallitseva teknologia konkreettisista syistä. Pintaliitososat ovat paljon pienempiä kuin läpireikiin asennettavat osat, joten piirilevyt ovat tiheämpiä ja kompaktimpia. Prosessi on pitkälle automatisoitu, mikä tekee siitä nopean, toistettavan ja kustannustehokkaan skaalautuvan. Se tukee myös hienojakoisia ja suuren nastojen määrän omaavia paketteja, joita nykyaikaiset piirilevyt vaativat. Lähes kaikessa nykyaikaisessa elektroniikassa SMT on oletusarvoinen menetelmä, minkä vuoksi kokoonpanijan ydinosaamista on sen SMT-linja, joka on piirilevykokoonpanon ydin.

SMT-kokoonpanolinja, askel askeleelta

SMT-linja on sarja koneita, joista jokainen suorittaa yhden työn ja luovuttaa piirilevyn seuraavalle. Virtauksen ymmärtäminen tekee suunnittelusäännöistä myöhemmin järkeviä.

1. Juotospastatulostus

Ruostumattomasta teräksestä valmistettu sapluuna asetetaan paljaalle piirilevylle ja juotospastaa, joka on sekoitus pieniä juotoshiukkasia ja juoksutetta, puristetaan sapluunan aukkojen läpi juotosalustoille. Sapluunan aukot säätelevät tarkasti, kuinka paljon pastaa osuu kullekin alustalle, ja oikean määrän saavuttaminen on hyvien liitosten perusta.

2. Juotospastan tarkastus (SPI)

Automaattinen järjestelmä tarkistaa tulostetun tahnan, jokaisen padin tilavuuden, sijainnin ja muodon ennen kuin mikään komponentti hajoaa. Tahnaongelman havaitseminen on tässä paljon halvempaa kuin vian löytäminen uudelleensulatuksen jälkeen, joten SPI on tärkeä laatukriteeri hienojakoisessa työssä.

3. Poimi ja aseta

Nopeat koneet poimivat komponentteja rullilta ja tarjottimilta ja asettavat ne tarkasti liimattuihin alustoihin, tuhansia sijoitteluja tunnissa. Tahnan tahmeus pitää jokaisen osan paikallaan juottamiseen asti. Sijoittelun tarkkuus mahdollistaa pienten osien ja hienojakoisten sirujen luotettavan kokoonpanon.

4. Reflow-juotos

Täytetty levy kulkee uudelleensulatusuunin läpi, jossa on huolellisesti kontrolloitu lämpötilaprofiili: se esilämmitetään, liotetaan, ja sen jälkeen saavutetaan juotteen sulamista aiheuttava huippu (lyijyttömillä seoksilla huippu noin 245 °C), minkä jälkeen se jäähdytetään. Tahna sulaa ja muodostaa juotosliitokset, minkä jälkeen se jähmettyy levyn jäähtyessä. Lämpöprofiili mukautetaan levylle ja sen osille, ja vaativat alustat vaativat erityistä huomiota, minkä vuoksi lämpöä kestäville levyille käytetään profiileja, jotka soveltuvat metalliytimisen kokoonpanoon.

5. Automaattinen optinen ja röntgentarkastus

Reflow-sulatuksen jälkeen automaattinen optinen tarkastus (AOI) tarkistaa näkyvät liitokset ja komponenttien sijoittelun kameroilla. Pakettien, joiden liitokset sijaitsevat rungon alla, kuten QFN- ja BGA-koteloissa, röntgentarkastusta käytetään piilossa olevien liitosten havaitsemiseen. Yhdessä ne varmistavat, että juotos tuli ulos oikein.

6. Kaksipuoliset levyt

Kun osat asennetaan molemmille puolille, kevyempi puoli kootaan yleensä ensin, sitten levy käännetään ympäri ja toinen puoli ajetaan, ja painavimmat komponentit asetetaan viimeiselle puolelle, jotta ne eivät häiriinny. Tämä järjestys pitää kaiken paikoillaan toisen uudelleensulatuksen ajan.

SMT vs. läpireikä

Pinta-asennus ei ole kokonaan korvannut läpivientiä; molemmilla on oma paikkansa, ja monet piirilevyt käyttävät molempia.

Läpivientireikätekniikka ansaitsee edelleen paikkansa mekaanista kuormitusta kestävissä liittimissä, suurissa tehokomponenteissa ja kaikessa, mikä hyötyy piirilevyn läpi ankkuroiduista johdoista. Useimmat todelliset tuotteet ovat hybridituotteita : pinta-asennusosat juotetaan ensin uudelleen ja sitten läpivientiosat lisätään selektiivisellä tai aaltojuotolla. Taitava kokoonpanija suorittaa molemmat prosessit samalla piirilevyllä, millä on merkitystä, kun suunnittelu siirtyy kohti suurten volyymien piirilevykokoonpanoa.

Yleisiä SMT-pakettityyppejä

SMT-komponentteja on saatavilla useissa eri pakkauksissa, ja tarkastustapa riippuu siitä, näkyvätkö liitokset.

Kaava on yksinkertainen: näkyvät johtimet (SOIC, QFP) ja sirupassiivit tarkastetaan optisesti, kun taas pohjaan kytketyt ja palloliittimillä varustetut komponentit (QFN, BGA) piilottavat liitoksensa ja vaativat röntgenkuvauksen. Tämän tietäminen etukäteen muokkaa sekä tarkastussuunnitelmaa että suunnittelua, kun taas hienojakoiset ja piiloliitoksilla varustetut osat vaativat tiukempaa prosessinohjausta.

SMT-valmiin piirilevyn suunnittelu

Siististi koottava levy on suunniteltu kokoonpanoa, ei vain toiminnallisuutta, ajatellen. Keskeiset suunnittelu- ja valmistusohjeet ovat:

• Oikeat jalanjäljet ​​ja maastokuviot. Jäännösten on vastattava osan suositeltua kuviota; väärät jalanjäljet ​​aiheuttavat sijoitus- ja juotosvirheitä.
• Järkevät tahna-aukot ja sapluunasuunnittelu. Sapluunan aukkojen on annosteltava oikea määrä pastaa, erityisesti hienojakoisten ja pohjaan sijoitettujen osien kohdalla.
• Luottamushenkilöt. Referenssimerkkien avulla koneet voivat kohdistua tarkasti, ja hienojakoisia laitteita varten käytetään paikallisia vertailupisteitä.
• Riittävä etäisyys. Jätä osien väliin tilaa sijoitusta, uudelleensulatusta ja tarkastusta varten.
• Paneeli- ja työkalukiskot. Paneelit kannattaa sijoittaa järkevästi kiskoilla, jotta lauta kulkee sujuvasti linjan läpi.
• Oikea laminaatti. Käytä materiaalia, jonka lasittumislämpötila (Tg) sopii lyijyttömän uudelleensulatuksen lämpötiloihin.
• Kosteusherkkä (MSL) käsittely. Jotkin osat on paistettava ja käsiteltävä varovasti ennen uudelleensulatusta kosteusvaurioiden välttämiseksi.

Näiden asioiden korjaaminen ennen valmistusta estää useimmat kokoonpano-ongelmat. Valmistajan ilmainen DFM-tarkastus tarkistaa jalanjäljet, etäisyydet, vertailupisteet ja paneloinnin oikeaa SMT-linjaa vasten ja merkitsee ongelmat, kun ne ovat vielä edullisia korjata. Myös paljaan piirilevyn laatu on tärkeää, koska kokoonpano on vain niin hyvä kuin sen alla oleva piirilevyn valmistus , ja nopeat tai RF-mallit lisäävät lisävaatimuksia, jotka liittyvät nopeaan piirilevyn valmistukseen ja pienihäviöisiin materiaaleihin.

Reflow-profiili vaihe vaiheelta

Juotosliitokset varsinaisesti muodostuvat uudelleenjuotusuunissa, jonka lämpötilaprofiili säädetään piirilevyn ja sen komponenttien mukaan. Tyypillinen profiili etenee neljän vaiheen läpi.

Jokaisen vaiheen onnistuminen on tärkeää: liian nopea ramppi voi vahingoittaa osia tai aiheuttaa vikoja, liian vähäinen liotus johtaa epätasaiseen lämpenemiseen ja väärä piikki aiheuttaa heikkoja tai kylmiä liitoksia. Profiili riippuu levyn massasta ja materiaaleista, minkä vuoksi lämpöä kestävät alustat tarvitsevat metalliytimisessä kokoonpanossa käytettyjä räätälöityjä profiileja.

Juotosseokset: lyijyttömät ja lyijylliset

Nykyisessä tuotannossa käytetään useimmiten lyijytöntä juotetta, yleensä tina-hopea-kupari (SAC) -seosta, joka sulaa kuumempana ja vaatii siksi korkeamman uudelleensulamishuipun ja sille soveltuvan laminaatin. Lyijyllinen (tina-lyijy) juote sulaa alhaisemmassa lämpötilassa ja sitä käytetään edelleen joissakin erikoissovelluksissa. Seos asettaa huippulämpötilan ja vaikuttaa materiaalivalintoihin, joten se päätetään piirilevyn laminaatin rinnalla piirilevyn valmistuksen aikana.

Tarkastus, testaus ja laatu

SMT-linjan laatu varmistetaan useissa vaiheissa tehtävien tarkastusten avulla ja varmennetaan lopuksi testaamalla.

Tarkastus prosessin aikana

• SPI tarkistaa juotospastan ennen asennusta.
• AOI:t Tarkistaa sijoittelun ja näkyvät liitokset uudelleensulatuksen jälkeen.
• Röntgen tarkastaa QFN- ja BGA-koteloiden piilotetut liitokset.

Valmiin levyn testaaminen

• Toimintatesti antaa virran piirilevylle ja varmistaa, että se toimii suunnitellusti.
• Sisäänrakennettu testi (ICT) or lentävän luotaimen testi Tarkistaa yksittäiset verkot ja komponentit sähköisesti.

Tällä tavoin tehty kerrostarkastus ja -testaus havaitsevat viat varhaisessa vaiheessa ja varmistavat piirilevyn toimivuuden ennen sen lähettämistä. Määrän kasvaessa tilastollinen prosessinohjaus pitää linjan yhdenmukaisena, joten jokainen piirilevy käyttäytyy kuten ensimmäinen – ero yksittäiskappaleen ja luotettavan tuotannon välillä.

SMT-kokoonpano on tarkka, automatisoitu vaihejärjestys – liitä, tarkista, aseta, sulata uudelleen ja tarkista – joka muuttaa paljaan piirilevyn ja osarullan valmiiksi tuotteeksi. Suunnittele tämä prosessi alusta alkaen, ja tulos kootaan siististi ja testataan hyvin. Voit lukea lisää Highleap Electronicsista ja SMT- ja hybridikokoonpanokyvyistämme.

Usein Kysytyt Kysymykset

Mitä SMT tarkoittaa?

Pinta-asennustekniikka. Komponentit asetetaan piirilevyn pinnalla oleville padoille ja juotetaan reflow-uunissa sen sijaan, että johdot kulkisivat porattujen reikien läpi. Se mahdollistaa pienen, tiheän ja pitkälle automatisoidun kokoonpanon ja on hallitseva tekniikka nykyaikaisessa elektroniikassa.

Mitkä ovat SMT-kokoonpanon vaiheet?

Juotospastatulostus sabluunan avulla, juotospastan tarkastus (SPI), komponenttien poiminta ja sijoittelu, reflow-juotos lämpötilasäädellyn uunin läpi sekä automaattinen optinen ja röntgentarkastus. Kaksipuoliset piirilevyt tulostetaan ensin vaaleammalla puolella, sitten käännetään ja tulostetaan toinen puoli.

Miksi BGA- ja QFN-osat tarvitsevat röntgentarkastuksen?

Niiden juotosliitännät sijaitsevat pakkauksen alla, BGA:t palloruudukossa ja QFN:t pohjaliittimissä, joten kamerat eivät näe liitoksia. Röntgentarkastus tarkistaa pakkauksen läpi varmistaakseen, että piilossa olevat liitokset on muodostettu oikein.

Voivatko SMT- ja läpireikäosat olla samalla piirilevyllä?

Kyllä, ja useimmat tuotteet ovat hybridituotteita. Pintaliitososat juotetaan ensin uudelleen, ja sitten läpireikäosat lisätään selektiivisellä tai aaltojuotolla. Läpireikäosat käytetään liittimiin, suuritehoisiin osiin ja mekaanista rasitusta kestäviin komponentteihin.

Mikä tekee piirilevystä helposti koottavan SMT:llä?

Oikeat jalanjäljet, hyvin suunnitellut liitosaukot, kohdistuspisteet, riittävät osien väliset etäisyydet, järkevä panelointi kiskoilla, uudelleensulatuslämpötiloihin soveltuva laminaatti ja asianmukainen kosteusherkkä käsittely. DFM-tarkastus ennen valmistusta vahvistaa, että nämä ovat oikein.

Miten koottu SMT-levy testataan?

Prosessin aikainen tarkastus (SPI, AOI ja röntgen piilotettujen liitosten varalta) havaitsee juotosvirheet, ja valmiin piirilevyn kunto varmennetaan toimintatestillä ja tarvittaessa piirin sisäisellä tai lentävällä koetintestillä. Tilastollinen prosessinohjaus pitää tulokset yhdenmukaisina volyymilla.