Paviršiaus montavimo technologija (SMT) sukuria spausdintines plokštes, dedant dalis ant plokščių pagalvėlių ir lituojant jas reflow krosnyje. Tai leidžia mažoms dalims sėdėti arti viena kitos ir palaiko automatizuotą surinkimą. Šiame straipsnyje lyginamas SMT su kiauryme, apžvelgiami įprasti pakuočių tipai ir paaiškinama visa eilutė: spausdinimas, SPI, paėmimas ir vieta, perpildymas ir tikrinimas.
Paviršiaus montavimo technologijos pagrindai
Kompaktiškas grandinės surinkimas su ant paviršiaus montuojamomis dalimis
Paviršiaus montavimo technologija (SMT) yra spausdintinių plokščių kūrimo būdas, kai elektroniniai komponentai tvirtinami tiesiai prie plokščių metalinių trinkelių ant paviršiaus, o ne per skylutes plokštėje. Šios dalys vadinamos paviršiniais įtaisais (SMD). Po to, kai dalys dedamos ant trinkelių su litavimo pasta, plokštė kaitinama, dažnai reflow krosnyje, kad lydmetalis ištirptų ir susidarytų tvirtos elektrinės ir mechaninės jungtys.
Kadangi dalys gali būti labai mažos ir išdėstytos arti viena kitos, SMT leidžia daugiau komponentų tilpti į vieną plokštę ir padeda gaminius padaryti mažesnius ir lengvesnius. Šis procesas taip pat gerai veikia su automatizuotomis mašinomis, kurios padeda išlaikyti kokybės nuoseklumą ir palengvina didelių kiekių gamybą kontroliuojamomis sąnaudomis.
SMT ir kiaurymės palyginimas
| Veiksnys | SMT | Kiaurymė |
|---|---|---|
| Montavimo būdas | Lituojama prie trinkelių ant PCB paviršiaus | Laidai praeina per išgręžtas skyles |
| Automatika | Labai automatizuota | Dažnai lėtesnis ir rankinis |
| Lentos tankis | Labai didelis | Apatinis |
| Mechaninis stiprumas | Geras, bet tik trinkelių sukibimas | Stipresnis sunkiems ir dideliems komponentams |
| Bendras naudojimas | Moderniausi elektroniniai mazgai | Jungtys, maitinimo dalys, didelio įtempio zonos |
Įprasti paviršiaus montavimo pakuočių tipai
• Lustiniai pasyvieji (rezistoriai / kondensatoriai) - mažos stačiakampės dalys su mažomis pagalvėlėmis ant PCB. Jie yra jautrūs litavimo pastos kiekiui ir šildymo balansui, nes netolygus litavimas gali sukelti pakreipimą ar silpnas jungtis.
• Švino rėmo paketai (QFP, QFN) – integriniai grandynai su plonais laidais arba dideliu atviru padėklu. Jie gali turėti lydmetalio tiltus tarp kaiščių, problemų, jei laidai nesėdi plokščiai, ir turi užtikrinti gerą šilumos srautą per trinkeles.
• Masyvo paketai (BGA tipai) – dalys su litavimo rutuliais, išdėstytomis tinklelyje po pakuote. Po surinkimo litavimo jungtys yra paslėptos, todėl rentgeno patikrinimas dažnai naudojamas siekiant patvirtinti, kad rutuliai tinkamai ištirpo ir sujungti.
• Diodai ir tranzistoriai (SOD/SOT šeimos) - mažos pakuotės su pažymėtu poliškumu arba 1 kaiščiu. Jiems reikia teisingos orientacijos ant PCB ir tikslaus išdėstymo, kad jų jungtys atitiktų grandinės išdėstymą.
Paviršiaus montavimo technologija PCB surinkime
SMT surinkimo linija
• Litavimo pastos spausdinimas – litavimo pasta stumiama per trafaretą, kad ji nusileistų ant kiekvienos plikos PCB pagalvėlės.
• Litavimo pastos tikrinimas (SPI) – patikrinama atspausdinta pasta, kad būtų nustatytas tinkamas kiekis ir padėtis ant kiekvieno padėklo.
• Komponentų montavimas – mašinos kiekvienoje trinkelės vietoje deda SMD dalis ant šlapio litavimo pastos.
• Pakartotinis litavimas – plokštė praeina per įkaitintą orkaitę, todėl pasta ištirpsta, sudrėkina trinkeles ir laidus, o tada atvėsta, kad susidarytų tvirtos jungtys.
• Automatinis optinis patikrinimas (AOI) – kameros nuskaito plokštę, ar nėra trūkstamų dalių, netinkamų dalių, nesutapimų ir matomų litavimo defektų.
• (Pasirinktinai) Rentgeno nuotraukos, valymas, perdirbimas ir funkcinis bandymas – papildomi veiksmai gali būti naudojami paslėptoms jungtims patikrinti, likučiams pašalinti, defektams pašalinti ir surinktos plokštės veikimui patvirtinti.
Litavimo pastos spausdinimas
• Trafaretinės angos kontroliuoja, kiek pastos išsiskiria ant kiekvieno padėklo, o tai turi įtakos siūlės dydžiui ir formai.
• Spausdinimo lygiavimas užtikrina, kad pasta atsidurtų ant trinkelių, o ne ant litavimo kaukės ar šalia esančio vario.
• Dėl prastų spaudinių dažnai atsiranda defektų, kurių vėlesniais veiksmais neįmanoma visiškai ištaisyti.
Litavimo pastos tikrinimas (SPI)
Litavimo pastos tikrinimas (SPI) patikrina litavimo nuosėdas iškart po spausdinimo ir prieš dedant dalis. Jis matuoja pastos aukštį, tūrį ir plotą bei patvirtina, kad kiekvienas telkinys neviršija nustatytų ribų ir teisingai išdėstytas ant jo padėklo. Kai šiame etape randama problemų, problemą galima ištaisyti prieš sukuriant daug lentų su ta pačia spausdinimo klaida. Tai sumažina perdirbimą ir laužą bei padeda išlaikyti stabilų visą SMT procesą, nes greitai pateikiama grįžtamoji informacija apie trafareto būklę, įklijos tvarkymą ir spausdintuvo sąranką.
Pasirinkite ir padėkite
• Tiektuvo būklė turi įtakos dalių surinkimo patikimumui ir padeda išvengti trūkstamų, nukritusių ar dvigubų dalių.
• Regėjimo lygiavimas aptinka mažas sukimosi ir padėties klaidas ir jas ištaiso prieš uždedant detalę ant padėklo.
• Poliškumo ir orientacijos valdymas išlaiko diodus, IC ir poliarizuotus kondensatorius suderintus su jų žymėjimu ant PCB.
Pakartotinis litavimas
• Per šalta – prastas drėkinimas, nuobodžios ar grūdėtos jungtys, atviros jungtys ir silpnos litavimo jungtys.
• Per karšta – dalių pažeidimai, pakeltos trinkelės ir didesnis defektų dažnis dėl papildomo šiluminio įtempimo lentoje.
• Netolygus šildymas – maži pasyvūs, iškreipti komponentai ir jungtys, kurios toje pačioje lentoje atrodo skirtingai.
Paviršiaus montavimo technologija: tikrinimas ir proceso valdymas
AOI ir rentgeno spinduliai: tinkamo patikrinimo metodo pasirinkimas
| Metodas | Geriausiai tinka | Ribos |
|---|---|---|
| AOI | Matomos litavimo jungtys, poliškumas, trūkstamos arba nesulygiuotos dalys | Nemato paslėptų jungčių po pakuotės korpusu |
| Rentgeno spinduliai | Paslėptos jungtys, tokios kaip BGA rutulinės matricos ir vidiniai galai | Lėtesnis, brangesnis, reikia daugiau sąrankos ir interpretacijos |
SMT DFM pagrindai
SMT gaminamumo dizainas (DFM) sutelkia dėmesį į plokščių išdėstymus, kurie spausdina, išdėsto ir tikrina švariai. Išdėstymas, atitinkantis gerą DFM praktiką, padeda procesui išlikti stabiliam, palaiko pakartojamas litavimo jungtis ir palengvina defektų kontrolę, kol jie neplinta daugelyje plokščių. Naudinga DFM praktika:
• Kiekvienam pakuotės tipui naudokite tinkamus žemės modelius, pagrįstus pripažintais pėdsako standartais.
• Išlaikykite tarpus tarp trinkelių ir pėdsakų, kurie leidžia išsiskirti švariai pastai ir sumažina lydmetalio tilto tikimybę.
• Pridėkite aiškius diodų, šviesos diodų ir IC poliškumo ženklus ir 1 kontakto indikatorius.
• Pateikite vietinius fiducials ir skydelius, kad mašinos galėtų tiksliai išlyginti lentą.
• Venkite ankštų vietų, kurios užstoja antgalius ar tikrinimo kameros vaizdus.
• Suplanuokite skydų ir atskyrimo funkcijas, kad plokštės išliktų stabilios judant per liniją.
Be švino ir švino SMT
Bešvinis SMT turi trumpesnį proceso langą nei švino SMT, nes jis veikia aukštesnėje temperatūroje ir gali skirtingai sudrėkinti trinkeles, todėl šiluminė kontrolė ir proceso stabilumas yra svarbesni patikimoms jungtims. Reflow profiliai turi tinkamai šildyti visas jungtis, neperkraunant dalių ar PCB, o maži pasyvūs ir tankūs išdėstymai tampa labiau linkę į kapus, iškreipimus ir silpnas jungtis. Kad defektai būtų maži ir patikimumas aukštas, procesui reikalingas nuoseklus litavimo spausdinimas, tinkamas pastos pasirinkimas, stabilūs srauto profiliai ir efektyvus patikrinimas.
Paviršiaus montavimo technologija: defektai ir perdirbimas
Dažni SMT defektai
| Defektas | Kaip tai atrodo | Dažniausios priežastys |
|---|---|---|
| Tiltas | Nepageidaujamas lydmetalis trumpas tarp trinkelių ar kaiščių | Per daug pastos, pagalvėlės per arti viena kitos, neteisingai atspausdinta pasta |
| Antkapių užmėtymas akmenimis | Vienas nedidelio pasyvaus keltuvo galas pakeliamas ore | Netolygus kaitinimas, netolygus pastos kiekis ant dviejų trinkelių |
| Atvira jungtis | Nėra elektros jungties prie trinkelės | Per mažai pastos, prastas drėkinimas arba detalių nesutapimas |
| Litavimo rutuliai | Maži laisvi litavimo karoliukai šalia jungčių | Įklijavimo problemos, užteršimas arba pertvarkymo profilio neatitikimas |
Perdirbimas ir remontas
• Naudokite kontroliuojamą šilumą, kad nepakeltumėte trinkelių ar nepažeistumėte PCB medžiagos.
• Teisingai užtepkite srautą, kad būtų lengviau lituoti trinkeles ir laidus bei sumažinti naujų defektų tikimybę.
• Jei reikia, pakartotinai patikrinkite po perdirbimo naudodami AOI arba rentgeno nuotrauką, kad įsitikintumėte, jog suremontuota jungtis ir šalia esančios jungtys yra priimtinos.
• Stebėkite pasikartojančius defektus ir perdirbimo modelius, kad procesą būtų galima ištaisyti šaltinyje, o ne daug kartų išspręsti tą pačią problemą.
Išvada
Geri SMT rezultatai gaunami kontroliuojant kiekvieną žingsnį: švarus pastos spausdinimas, aiškūs SPI patikrinimai, tikslus išdėstymas ir perpildymo profilis, kuris tolygiai šildo jungtis neperkaitinant dalių. AOI randa matomas problemas, o rentgeno spinduliai tikrina paslėptas jungtis, pvz., BGA. Taip pat padeda stiprūs DFM pasirinkimai, tokie kaip teisingi pėdsakai, saugūs tarpai, aiškūs poliškumo ženklai, fiducials ir stabilus skydelis. Be švino veikia karštiau, todėl langas yra sandaresnis.
Dažnai užduodami klausimai [DUK]
Iš ko gaminama litavimo pasta?
Litavimo pasta yra litavimo miltelių ir srauto mišinys.
Kodėl PCB paviršiaus apdaila yra svarbi SMT?
Tai turi įtakos tam, kaip gerai lydmetalis sudrėkina trinkeles ir kiek patikimos jungtys.
Kodėl SMT dalims reikia drėgmės kontrolės?
Pakartotinio srauto metu drėgmė gali išsiplėsti, todėl pakuotė gali įtrūkti.
Ką valdo trafareto dizainas?
Jis kontroliuoja, kiek litavimo pastos atspausdinta ant kiekvienos trinkelės.
Kodėl SMT temperatūra ir drėgmė yra svarbios?
Jie keičia pastos elgseną ir padidina riziką, pvz., užteršimą ar ESD pažeidimus.
Kaip tikrinamas ilgalaikis SMT patikimumas?
Jis tikrinamas atliekant testus nepalankiausiomis sąlygomis, pvz., terminio ciklo, vibracijos ir drėgmės bandymus.
