Пояснення процесу складання друкованої плати SMT

SMT (технологія поверхневого монтажу) – це домінуючий спосіб складання сучасних друкованих плат: компоненти розміщуються безпосередньо на контактних майданчиках на поверхні плати та припаюються всі одночасно в печі оплавлення. Саме це робить можливою сучасну компактну, щільну та високопродуктивну електроніку. У цьому посібнику пояснюється, що таке... SMT PCB і як крок за кроком працює складальна лінія, як поверхневий монтаж порівнюється з наскрізним монтажем, поширені корпуси компонентів, як спроектувати плату, яка збирається чисто, та як перевіряються та тестуються готові плати.

Що означає ЗПТ і чому вона домінує

У технології поверхневого монтажу компоненти мають невеликі клеми або виводи, які припаюються безпосередньо до контактних майданчиків на поверхні плати, а не ніжки, що проходять через просвердлені отвори. Плата може містити деталі з обох боків, і вся конструкція припаюється за один прохід через піч оплавлення.

Поверхневий монтаж (SMT) домінує з конкретних причин. Деталі для поверхневого монтажу набагато менші за їхні еквіваленти, що монтуються через отвір, тому плати щільніші та компактніші. Процес високо автоматизований, що робить його швидким, повторюваним та економічно ефективним у великих масштабах. Крім того, він підтримує корпуси з дрібним кроком та великою кількістю виводів, які вимагають сучасні мікросхеми. Майже для всієї сучасної електроніки SMT є технологією за замовчуванням, тому основною можливістю асемблера є його лінія SMT, серце... Складання друкованої плати.

Лінія поверхневого монтажу (SMT), крок за кроком

Лінія поверхневого монтажу (SMT) – це послідовність машин, кожна з яких виконує одне завдання та передає плату наступній. Розуміння потоку роботи допомагає пізніше використовувати правила проектування.

1. Друк паяльною пастою

Трафарет з нержавіючої сталі вирівнюється по голій платі, а паяльна паста, суміш крихітних частинок припою та флюсу, наноситься через отвори в трафареті на контактні площадки за допомогою стискача. Отвори трафарету контролюють, скільки саме пасти потрапляє на кожну контактну площадку, і правильний вибір цієї кількості є основою хороших з'єднань.

2. Перевірка паяльної пасти (SPI)

Автоматизована система перевіряє надруковану пасту, об'єм, положення та форму кожної площадки, перш ніж будь-які компоненти вийдуть з ладу. Виявлення проблеми з пастою тут набагато дешевше, ніж виявлення дефекту після оплавлення, тому індекс нанесення пасти (SPI) є ключовим показником якості при роботі з дрібним кроком.

3. Вибір та розміщення

Високошвидкісні машини вибирають компоненти з котушок і лотків і точно розміщують їх на паяних контактних площадках, тисячі разів на годину. Липкість пасти утримує кожну деталь на місці до паяння. Точність розміщення дозволяє надійно збирати крихітні деталі та мікросхеми з дрібним кроком.

4. Пайка оплавленням

Заповнена плата проходить через піч оплавлення з ретельно контрольованим температурним профілем, попереднім нагріванням, витримкою, піком, який плавить припій (для безсвинцевих сплавів пік близько 245 °C), а потім охолодженням. Паста плавиться та утворює паяні з'єднання, а потім твердне, коли плата охолоджується. Термічний профіль налаштовується на плату та її деталі, а вимогливі основи потребують особливої ​​уваги, тому термічно важкі плати виготовляються з профілями, що підходять для... збірка з металевим сердечником.

5. Автоматизований оптичний та рентгенівський контроль

Після оплавлення, автоматизована оптична інспекція (AOI) перевіряє видимі з'єднання та розташування компонентів за допомогою камер. Для корпусів, з'єднання яких розташовані під корпусом, таких як QFN та BGA, використовується рентгенівський контроль, щоб побачити приховані з'єднання. Разом вони підтверджують, що пайка виконана правильно.

6. Двосторонні дошки

Коли деталі використовуються з обох боків, спочатку зазвичай збирається легша сторона, потім плата перевертається і обробляється друга сторона, причому найважчі компоненти розміщуються на останній стороні, щоб вони не були пошкоджені. Така послідовність утримує все на місці під час другого пакування.

SMT проти наскрізного отвору

Поверхневий монтаж не повністю замінив наскрізний монтаж; кожен має своє місце, і багато плат використовують обидва.

Наскрізне підключення все ще займає своє місце для роз'ємів, які витримують механічне навантаження, великих силових компонентів та всього, що виграє від виводів, закріплених на платі. Більшість реальних продуктів... гібрид: деталі для поверхневого монтажу спочатку оплавляються, потім деталі, що проходять через отвір, додаються за допомогою селективного або хвильового паяння. Досвідчений асемблер виконує обидва процеси на одній платі, що важливо, оскільки конструкції рухаються в напрямку велика кількість друкованих плат.

Поширені типи корпусів SMT

Компоненти поверхневого монтажу (SMT) постачаються в різних корпусах, і спосіб перевірки кожного з них залежить від того, чи видно його з'єднання.

Схема проста: деталі з видимими виводами (SOIC, QFP) та пасивні виводи мікросхем перевіряються оптично, тоді як корпуси з нижніми виводами та кульковими сітками (QFN, BGA) приховують свої з'єднання та потребують рентгенівського контролю. Попереднє знання цього впливає як на план перевірки, так і на конструкцію, а деталі з дрібним кроком та прихованими з'єднаннями вимагають жорсткішого контролю процесу.

Проектування плати, готової до поверхневого монтажу (SMT)

Плата, яка збирається чисто, призначена для складання, а не лише для функціональності. Ключові моменти проектування для виробництва:

• Правильні сліди та рельєф місцевості. Контактні майданчики повинні відповідати рекомендованому шаблону деталі; неправильні контактні майданчики призводять до дефектів розміщення та паяння.
• Розумні отвори для пасти та дизайн трафарету. Отвори трафарету повинні наносити потрібний об'єм пасти, особливо для деталей з дрібним кроком та деталей з нижнім завершенням.
• Фідуціали. Опорні позначки дозволяють машинам точно вирівнюватися, а локальні опорні точки — для пристроїв з дрібним кроком.
• Достатній інтервал. Залиште простір між деталями для розміщення, оплавлення та перевірки.
• Панелізація та інструментальні рейки. Розумно обшийте панелі рейками, щоб дошка плавно проходила по лінії.
• Правильний ламінат. Використовуйте матеріал з температурою склування (Tg), що підходить для температур пакування без свинцю.
• Обробка, чутлива до вологи (MSL). Деякі деталі необхідно запікати та обережно обробляти перед пакуванням, щоб уникнути пошкодження вологою.

Виконання цих дій перед виготовленням запобігає більшості проблем зі складанням. Виробник безкоштовний огляд DFM перевіряє ваші посадкові місця, відстані, опорні точки та розподіл на панелі порівняно з реальною лінією поверхневого монтажу (SMT) та виявляє проблеми, поки їх виправлення ще дешеве. Якість голої плати також має значення, оскільки збірка настільки ж хороша, наскільки Виробництво друкованих плат під ним, а високошвидкісні або радіочастотні конструкції додають додаткові вимоги, пов'язані з високошвидкісне виробництво друкованих плат та матеріали з низькими втратами.

Профіль оплавлення, етап за етапом

Паяльна піч — це місце, де фактично формуються паяні з'єднання, а її температурний профіль налаштовується на плату та її компоненти. Типовий температурний профіль проходить чотири етапи.

Правильне виконання кожного етапу має значення: занадто швидкий нахил може пошкодити деталі або спричинити дефекти, занадто мале витримування призводить до нерівномірного нагрівання, а неправильний пік створює слабкі або холодні з'єднання. Профіль залежить від маси та матеріалів плати, тому для термічно важких підкладок потрібні спеціалізовані профілі, що використовуються при складанні металевих елементів.

Припійні сплави: безсвинцеві та свинцеві

У більшості сучасних виробництв використовується безсвинцевий припій, зазвичай це сплав олово-срібло-мідь (SAC), який плавиться гарячіше і тому потребує вищого піку паяння та ламінату, розрахованого на нього. Свинцевий (олов'яно-свинцевий) припій плавиться за нижчої температури і досі використовується в деяких спеціалізованих застосуваннях. Сплав встановлює пікову температуру та впливає на вибір матеріалу, тому його вибір визначається разом з ламінатом плати під час виробництва друкованої плати.

Інспекція, випробування та якість

Якість на лінії поверхневого монтажу (SMT) забезпечується шляхом перевірки на кількох етапах і перевіряється випробуваннями в кінці.

Перевірка під час процесу

• SPI перевіряє паяльну пасту перед її розміщенням.
• AOI перевіряє розміщення та видимі стики після оплавлення.
• Рентген перевіряє приховані з'єднання корпусів QFN та BGA.

Тестування готової плати

• Функціональний тест живить плату та підтверджує її належну роботу.
• Внутрішньосхемне випробування (ICT) or випробування літаючого зонда перевіряє окремі мережі та компоненти електрично.

Завдяки такому способу перевірки та тестування шарами виявляються дефекти на ранній стадії та підтверджується працездатність плати ще до її відвантаження. Зі зростанням обсягів статистичний контроль процесу підтримує стабільність роботи лінії, завдяки чому кожна плата поводиться як перша, що є різницею між одноразовим виготовленням та надійним виробництвом.

SMT-складання — це точна, автоматизована послідовність: склеювання, перевірка, розміщення, оплавлення та перевірка, яка перетворює чисту плату та котушку деталей на готовий виріб. Проєктуйте цей процес з самого початку, і результат буде зібраний чисто та добре протестований. Ви можете прочитати більше про Highleap Electronics та наші можливості поверхневого монтажу (SMT) та гібридного складання.

Поширені запитання

Що означає абревіатура SMT?

Технологія поверхневого монтажу. Компоненти розміщуються на контактних майданчиках на поверхні плати та паяються в печі оплавлення, замість того, щоб мати виводи, що проходять через просвердлені отвори. Це дозволяє здійснювати невелике, щільне, високоавтоматизоване складання та домінує в сучасній електроніці.

Які кроки SMT-складання?

Друк паяльною пастою через трафарет, перевірка паяльною пастою (SPI), вибір та розміщення компонентів, паяння оплавленням через термостатовану піч та автоматизована оптична та рентгенівська перевірка. Двосторонні плати спочатку обробляються світлішою стороною, потім перевертаються та обробляються другою стороною.

Чому деталі BGA та QFN потребують рентгенівського контролю?

Їхні паяні з'єднання розташовані під корпусом, BGA на сітці з кульок, QFN на нижніх виводах, тому камери не можуть бачити з'єднання. Рентгенівський контроль дозволяє перевірити корпус на наявність прихованих з'єднань, що сформовані правильно.

Чи можуть деталі SMT та деталі, що проходять через отвір, бути на одній платі?

Так, і більшість продуктів є гібридними. Деталі для поверхневого монтажу спочатку проходять паяння, а потім деталі з наскрізним отвором додаються за допомогою селективного або хвильового паяння. Наскрізний отвір залишається для роз'ємів, деталей високої потужності та компонентів, що піддаються механічним навантаженням.

Що робить складання плати за допомогою поверхневого монтажу (SMT) простим?

Правильні місця розташування деталей, добре спроектовані отвори для пасти, референтні позначки для вирівнювання, достатня відстань між деталями, розумне панелювання з рейками, ламінат, розрахований на температуру паяння, та належне поводження з вологою. Перевірка DFM перед виготовленням підтверджує правильність цих вимог.

Як тестується зібрана плата SMT?

Перевірка під час процесу (SPI, AOI та рентгенівський аналіз на наявність прихованих з'єднань) виявляє дефекти пайки, а готова плата перевіряється функціональними випробуваннями та, де використовуються, внутрішньосхемними випробуваннями або випробуваннями з використанням літаючих зондів. Статистичний контроль процесу забезпечує стабільність результатів при об'ємному виробництві.