الجوانب الجيدة وغير الجيدة لتقنية التركيب على السطح

ما هي تقنية التركيب على السطح (SMT)؟

تعريف تقنية التركيب على السطح في تجميع اللوحات الدوائر المطبوعة

تقنية التركيب السطحي (SMT) هي عملية أساسية تُستخدم في العصر الحديث تركيب الدوائر المطبوعة لتثبيت مكونات إلكترونية مباشرة على سطح اللوحات الدوائر المطبوعة (PCB) . تُعرف هذه المكونات باسم الأجهزة المركبة على السطح (SMDs) تختلف عن تلك المستخدمة في طريقة تقنية الثقب العابر (THT) التي تعتمد على إدخال المكونات في ثقوب محفورة وتثبيتها باللحام من الجانب المقابل. تتخلّى تقنية SMT عن هذه الثقوب المحفورة، وبدلاً من ذلك تستخدم وسادات صغيرة جدًا وتقنيات لحام دقيقة للغاية لتثبيت المكونات، مما يمكّن من قفزة كبيرة في كفاءة التصنيع الكثافة، والتصغير، وتعقيد الدوائر.

كيف غيّرت تقنية SMT مشهد تجميع لوحات الدوائر المطبوعة (PCB)

كان التحوّل الأساسي مع تقنية SMT هو الانتقال من التجميع اليدوي المعتمد بشكل كبير على العمل البشري إلى إنتاج يُدار بواسطة الأتمتة . في تقنية THT، كانت خطوط التجميع تتطلب عمالة بشرية كبيرة العمل اليدوي ، وقيادات مكونات متخصصة قيادات مكونات متخصصة ، وخطوات لحام متعددة لكل جزء— مما يجعل إنتاج اللوحات عالية الكثافة مكلفًا ويتطلب وقتًا طويلاً. أما تقنية SMT فعلى العكس من ذلك، تعتمد على ماكينات التقاط ووضع المكونات و أفران إعادة التدفق التي تُحسّن عملية التجميع، وتقلّل من نفقات التجميع ، وتقليل الأخطاء البشرية، وتفتح المجال أمام إنتاج حجم كبير دون المساس بالجودة أو أداء الإشارة .

حقائق رئيسية حول تقنية SMT:

• تدعم تقنية SMT وضع آلاف المكونات السطحية (SMDs) تلقائيًا في الدقيقة باستخدام آلات عالية السرعة للالتقاط والوضع، مما يفوق بكثير أسلوب التجميع اليدوي عبر الثقوب.
• لا تتطلب المكونات السطحية (SMDs) ثقوبًا للتركيب، وبالتالي تحافظ على مساحة اللوحة للمهام الأكثر تعقيدًا أو تصاميم مدمجة وتعظيم كثافة المكونات .
• سمح الانتقال إلى تقنية التركيب على السطح بتحسينات كبيرة في سلامة الإشارة و السلوك عالي التردد بسبب المسارات الكهربائية الأقصر وانخفاض التأثيرات الشاذة.

بالمقارنة بين تقنية التركيب على السطح وتقنية الفتحات العابرة (THT)

ليست تقنية التركيب على السطح تطوراً بسيطاً لتقنية الفتحات العابرة؛ بل تمثل تحولاً جذرياً في طريقة تصميم اللوحات وإنتاجها وتجميعها. ولتوضيح الفروقات، إليك لمحة مقارنة:

ثورة الأتمتة: لماذا أصبح التصنيع السطحي هو الخيار الافتراضي

يعتمد نجاح تقنية SMT على موجة الأتمتة . من خلال برمجة آلات التقاط ووضع المكونات وملفات إعادة التسخين مرة واحدة فقط، يمكن للمصنّعين تحقيق دفعات إنتاج سريعة جدًا مع ناتج متسق. تصنيع الأقراص ليس هذا فحسب، بل يسرّع أيضًا النماذج الأولية السريعة الدوران بالإضافة إلى ذلك، تقلل تقنية SMT من تكاليف العمالة والأخطاء البشرية المكلفة، حيث يعمل معظم العملية — بدءًا من تطبيق معجون اللحام (باستخدام القالب ) وحتى الفحص البصري وفحص المراقبة الآلية (AOI) — تحت تحكم حاسوبي دقيق.

SMT: الفوائد الأساسية بنظرة سريعة

• التصغير: تدعم تقنية SMT حزم المكونات أصغر بنسبة 60–90٪ مقارنة بمقابلاتها من نوع THT، مما يمكّن من إلكترونيات فائقة التراص.
• كثافة مكونات أعلى: يمكن تركيب عدد أكبر من المكونات السطحية (SMDs) لكل سنتيمتر مربع، ما يجعل اللوحات قادرة على أداء وظائف أكثر بكثير.
• التجميع على الوجهين: يمكن لجانبي لوحة الدوائر المطبوعة استضافة مكونات، مما يُحسِّن الاستفادة القصوى من المساحة.
• أداء أفضل في الترددات العالية: المسارات الكهربائية الأقصر والأرضيات المحسّنة تؤدي إلى تقليل تشويش الإشارة وتحسين أداء دوائر التردد اللاسلكي (RF).
• الأتمتة والاتساق: تؤدي العمليات المتكررة والمُدارَة آليًا إلى معدلات إنتاج أولية أعلى ومعدلات عيوب أقل.

مزايا وعيوب تقنية التركيب السطحي (SMT)

1. التصغير والكثافة العالية للمكونات

• المكونات ذات التركيب السطحي أصغر من المكونات التقليدية ذات الفتحات، مما يتيح تصاميم دوائر ذات كثافة أعلى.
• يسهل إنشاء أجهزة مدمجة — وهو أمر ضروري في الإلكترونيات الحديثة مثل الأجهزة القابلة للارتداء والهواتف الذكية ومنتجات إنترنت الأشياء.

2. تحسين الأداء الكهربائي

• تؤدي الأسلاك الأقصر والأطوال الأقل للتتبعات إلى تقليل الحث والسعة البارازيتية.
• يحسن أداء الإشارات عالية التردد وعالية السرعة.

3. التجميع الآلي عالي السرعة

• متوافق مع آلات التقاط-والوضع ومعالجات اللحام/إعادة الصهر الآلية.
• يتيح التجميع السريع والضخم وإعادة التكرار لوحات الدوائر المطبوعة، ويقلل من وقت التصنيع والخطأ البشري.

4. الفعالية من حيث التكلفة (بالأحجام العالية)

• يقلل من تكاليف العمالة بفضل الأتمتة.
• اللوحات والمكونات الأصغر حجمًا تعني عادةً تكاليفًا أقل للمواد والشحن.

5. إمكانية تجميع لوحة الدوائر المطبوعة من الجانبين

• يمكن تركيب المكونات على جانبي اللوحة، مما يحسن الكثافة والمرونة في التصميم بشكل أكبر.

6. الموثوقية الميكانيكية

• توفر تقنية التركيب السطحي مقاومة أفضل للهزة والصدمات، حيث لا تحتوي المكونات على أطراف طويلة قد تنكسر أو تنحني.

سلبيات تقنية التركيب السطحي (SMT)

1. صعوبة التجميع والإصلاح اليدوي

• الأحجام الصغيرة جدًا للمكونات تجعل التعامل اليدوي والفحص وإعادة العمل أكثر صعوبة.
• غالبًا ما تتطلب الإصلاحات أدوات متخصصة ومجاهر وفنيين ذوي مهارة.

2. محدوديات التحمل الحراري والقدرة الكهربائية

• عادةً ما تُبدد مكونات SMT الأصغر حرارة أقل وتتعامل مع طاقة كهربائية أقل مقارنة بنظيراتها الأكبر ذات الفتحات من خلال اللوحة.
• غير مناسبة للمكونات عالية القدرة أو الموصلات الميكانيكية الثقيلة.

3. تكاليف إعداد ومعدات عالية

• يمكن أن تكون التكلفة الأولية للمستثمَر في آلات التجميع الآلي، وأفران إعادة الذوبان، والمعدات الأخرى الخاصة بتقنية التركيب على السطح مرتفعة.
• قد يكون إعداد النماذج الأولية أو الإنتاج بكميات صغيرة أقل اقتصادية مقارنة بتجميع المكونات من نوع الثقب العابر.

4. محدوديات المكونات

• بعض المكونات (مثل الموصلات الكبيرة، المفاتيح، والأجزاء الثقيلة) تكون أكثر ملاءمة للتركيب من نوع الثقب العابر من حيث الثبات الميكانيكي.
• يمكن أن يؤدي الإجهاد أو الانحناء على مستوى اللوحة إلى تشققات في وصلات اللحام.

5. حساس للعوامل البيئية

• المكونات السطحية (SMT) أكثر عرضة لتفريغ الشحنة الكهروستاتيكية (ESD) والملوثات البيئية أثناء التصنيع.

الجدول: مزايا وعيوب التثبيت على السطح (SMT)

أثر تقنية التركيب السطحي على تصنيع وتركيب لوحات الدوائر المطبوعة (PCB)

لقد حوّلت تقنية التركيب السطحي (SMT) إنتاج لوحات الدوائر المطبوعة من خلال استبدال الطرق التقليدية ذات الثقوب العابرة بمكونات تركب على السطح، مما يحقق فوائد رئيسية:

• التصغير : تتيح كثافة أعلى من المكونات (مهمة للأجهزة الصغيرة مثل الأجهزة القابلة للارتداء الطبية / مستشعرات الإنترنت للأشياء) وأحجام أصغر لوحات الدوائر المطبوعة.
• الكفاءة : يسرّع التجميع الآلي (أجهزة وضع المكونات، أفران إعادة الذوبان) عملية الإنتاج، ويقلل من تكاليف العمالة، ويحد من الأخطاء.
• الأداء : تحسّن الروابط الأقصر للمكونات من جودة الإشارة وإدارة الحرارة، وهي مثالية للتطبيقات عالية التردد أو الدقة (مثل التصوير الطبي).
• قابلية التوسع : يقلل التجميع على الوجهين والتوافق مع الإنتاج الضخم من التكلفة لكل وحدة، مما يدعم كلًا من النماذج الأولية والإنتاج الواسع النطاق.

ما هي تقنية التركيب السطحي؟

تكنولوجيا التركيب السطحي (SMT) هي طريقة لتجميع اللوحات الدوائر المطبوعة (PCB)، حيث تُلحَم المكونات الإلكترونية (SMDs) مباشرةً على سطح اللوحة دون الحاجة إلى ثقوب محفورة لإدخال المكونات، على عكس تقنية الثقب العابر.

التفاصيل الأساسية:

• المكونات : تشمل المكونات ذات التركيب السطحي (SMDs) مقاومات/مكثفات صغيرة جدًا، وحزم الشبكة الكروية (BGAs)، وحزم الشبكة المسطحة (QFNs)، ووحدات التحكم الدقيقة المصممة للتصاميم المدمجة وكثيفة المكونات.
• العملية : الخطوات الرئيسية: طباعة معجون اللحام (بواسطة قوالب)، ووضع المكونات آليًا (باستخدام ماكينات التقاط-ووضع)، ولحام الانصهار (تسخين منضبط لتكوين الوصلات)، والتفتيش (بواسطة الفحص البصري الآلي AOI/الأشعة السينية للفحوصات النوعية).
• الغرض : المعيار الصناعي في الإلكترونيات الحديثة، والذي يمكّن من إنتاج لوحات دوائر أصغر حجمًا وأسرع وأكثر موثوقية لأجهزة المستهلكين والتطبيقات الطبية والصناعية وفضائية.

أفضل ممارسات تصميم اللوحات الدوائر (PCB) لتقنية التركيب السطحي (SMT)

• توافق وسادات اللحام : اتبع معايير IPC-7351 فيما يتعلق بحجم/شكل وسادات اللحام بحيث تتناسب مع طرفي المكونات SMD، مما يضمن التصاق لحام مناسب ومحاذاة دقيقة (أمر بالغ الأهمية لتجنب حدوث تمديد أو التصاق ضعيف).
• تباعد المكونات : حافظ على مسافة لا تقل عن 0.3 مم بين المكونات الصغيرة من نوع SMD (0.5 مم للمكونات الأكبر) لمنع عيوب اللحام أثناء عملية إعادة الذوبان، وتمكين الفحص/الإصلاح.
• تحسين إمكانية التصنيع : بسّط التصميمات لأغراض التشغيل الآلي (مثل توحيد اتجاه المكونات، ووضع علامات مرجعية واضحة)، وضمّن نقاط اختبار للفحص باستخدام AOI/الأشعة السينية/اختبار الدائرة المتكاملة (ICT).
• إدارة الحرارة : أضف وسادات حرارية أو مناطق نحاسية أو ثقوب انتقال (vias) للمكونات من نوع SMD التي تولد حرارة (مثل الدوائر المتكاملة للطاقة) لتفريق الحرارة وحماية وصلات اللحام.
• محاذاة القالب : صمّم الوسادات لتتناسب مع أبعاد فتحات القالب (80–90٪ من عرض الوسادة) لضمان ترسيب عجينة اللحام بشكل متسق، وتقليل حالات فشل الوصلات.

لماذا تختار PCBA Store لاحتياجاتك في تجميع لوحات الدوائر المطبوعة باستخدام تقنية SMT؟

• جودة معتمدة وامتثال : حاصل على شهادة ISO 9001/ISO 13485، ومتقيد بمعايير IPC-A-610؛ ويستوفي متطلبات FDA/CE للأجهزة الطبية/الصناعية مع إمكانية التتبع الكامل واختبارات صارمة (AOI، أشعة سينية، FCT).
• قدرات متقدمة في تقنية SMT : آلات التجميع الحديثة من نوع اختر-ووضع (تدعم المكونات الدقيقة 01005، والمصفوفات الشبكية الكروية BGAs، واللوحات عالية الكثافة) وأفران إعادة الذوبان تضمن الدقة في تصنيع اللوحات المعقدة.
• راحة الجاهزية التامة : دعم شامل من البداية إلى النهاية (تصنيع اللوحات، توريد المكونات، التجميع، الاختبار، الخدمات اللوجستية) يقلل الأعباء الإدارية ويسهّل سير العمل لديك.
• توسع مرنة : ت accommodates عمليات النماذج الأولية (كمية طلب دنيا منخفضة، تسليم خلال 24–72 ساعة)، والإنتاج بكميات صغيرة، والإنتاج عالي الحجم مع جودة متسقة بغض النظر عن حجم الطلب.
• دعم هندسي خبير : مراجعات DFM قبل الإنتاج تُحسّن التصاميم لتجنب العيوب، بينما يوفر مديرو الحسابات المخصصون تتبعًا فوريًا واتصالات شفافة.

ظهور تقنية التركيب السطحي

الخلفية التاريخية

التجميع الإلكتروني المبكر

في الأيام الأولى للإلكترونيات (من الأربعينيات إلى السبعينيات)، كانت تقنية الثقب العابر هي القياسية. كانت المكونات تمتلك أطرافاً طويلة تُدخل عبر ثقوب في اللوحة ثم تُلحَم بأقراص على الجانب المقابل. هذه الطريقة:

• تتطلب مساحة أكبر،
• تقييد التشغيل الآلي،
• كبح مدى صغر وتكثف المنتجات الإلكترونية التي يمكن أن تصبح عليها.

الحاجة إلى الابتكار

مع تطور الإلكترونيات – المُدفوعة بطلب المستهلكين على ميزات أكثر في حزم أصغر – أصبح التثبيت من خلال الفتحات عقبة. حيث كانت التجميع اليدوي عملية تستغرق وقتًا طويلاً، وعرضة للخطأ، ومكلفة في الإنتاج عالي الحجم.

ظهور تقنية التركيب السطحي (SMT)

متى بدأت تقنية التركيب السطحي (SMT)؟

بدأت تقنية التركيب السطحي (SMT) بالظهور في أواخر السبعينيات والثمانينيات ، وتم تطويرها من قبل كبار مصنعي الإلكترونيات في اليابان والولايات المتحدة وأوروبا.

أهم الابتكارات التي مكّنت تقنية التركيب السطحي (SMT):

• تصاميم مكونات جديدة: حزم أصغر، خالية من الرصاص أو ذات رصاص قصير، مناسبة للتركيب السطحي.
• مواد لوحات الدوائر المطبوعة المتقدمة: سمحت بتسامحات أكثر ضغطًا وتحسين مقاومة الحرارة.
• معدات التقاط ووضع الأوتوماتيكية: مكّنت من وضع المكونات بسرعة ودقة.
• عمليات لحام إعادة الانصهار: استخدمت معجون اللحام والتسخين الخاضع للتحكم من أجل التجميع الجماعي.

اعتماد الصناعة

من قبل 1990s , قد استبدل التركيب السطحي (SMT) بسرعة الطريقة العابرة للثقوب كـ تكنولوجيا التجميع المهيمنة في الإلكترونيات الاستهلاكية والصناعية والسيارات والفضاء الجوي.

التأثير على صناعة الإلكترونيات

التقليص والكثافة

سمح تركيب السطح (SMT) للمكونات بأن تكون أصغر بكثير، ومعبأة بشكل أكثر قربًا، ومضمونة على جانبي اللوحة—مما سمح بتقليص غير مسبوق للمنتجات.

الأتمتة والسرعة

تُمكّن عمليات تجميع SMT من التشغيل الآلي العالي، مما يوفر:

• دورات إنتاج أسرع،
• تحسين الاتساق،
• خفض تكاليف العمالة،
• قابلية التوسع في التصنيع الكمي.

أداء كهربائي محسن

حسّنت التوصيلات الأقصر وتقليل الحث الناتج عن الأسلاك أداء الدائرة، خاصة عند الترددات العالية وفي التطبيقات الراديوية (RF).

العصر الحديث

بفضل تقنية SMT، تقدم الأجهزة الحديثة مثل الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية والأدوات الطبية وأجهزة إنترنت الأشياء قوة حوسبة هائلة في أشكال صغيرة جدًا. وتستخدم معظم اللوحات الدوائر المطبوعة اليوم مزيجًا من تقنية SMT والتركيب الانتقائي من خلال الفتحات للحصول على أجزاء أكثر متانة أو ضخامة.

الميزات البارزة لتقنيتي SMT والتركيب من خلال الفتحات

تقنية التركيب السطحي (SMT): الميزات البارزة

تركيب المكونات: يتم وضع المكونات (SMDs) مباشرة على سطح اللوحة الدوائر المطبوعة دون الحاجة إلى حفر فتحات.

حجم المكونات والكثافة: تسمح الأحجام الأصغر للمكونات بتصميمات كثيفة وصغيرة الحجم للمنتجات.

استغلال اللوحة: تمكّن من تركيب المكونات على جانبي اللوحة الدوائر المطبوعة، مما يزيد من تعقيد الدائرة ووظيفتها.

عملية التجميع: تُستخدم آليًا بشكل كبير من خلال آلات التقاط-والوضع ولحام الانصهار؛ مما يتيح إنتاجًا سريعًا للغاية وبوفرة عالية.

الأداء الكهربائي: تقلل التوصيلات الأقصر من الحث/السعة التسريبية، مما يدعم التطبيقات عالية التردد وعالية السرعة.

القوة الميكانيكية: مناسبة للتصاميم خفيفة الوزن ومنخفضة الطاقة ومقاومة الاهتزازات، ولكن قد تكون أقل متانة للمكونات الثقيلة/الكبيرة.

كفاءة التكلفة: تكاليف تجميع أقل عند التصنيع بكميات كبيرة بسبب الأتمتة وأحجام اللوحات/المكونات الأصغر.

صعوبة الإصلاح/إعادة العمل: من الصعب لحامها أو فحصها أو إصلاحها يدويًا بسبب صغر حجم المكونات والتركيب الكثيف.

تقنية الثقوب العابرة (THT): الميزات البارزة

تركيب المكونات: يتم إدخال أطراف المكونات عبر ثقوب محفورة مسبقًا في لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) وتُلحَم من الجانب المقابل.

حجم المكونات والكثافة: تستخدم عادةً مكونات أكبر بمساحات تثبيت أوسع؛ وليست مناسبة جدًا للتصاميم ذات الكثافة العالية أو الحجم الصغير.

استغلال اللوحة: تُركَّب المكونات عادةً على جانب واحد فقط، مع امتداد الأطراف عبر اللوحة.

عملية التجميع: غالبًا ما يتم تجميعها يدويًا أو شبه آلي؛ وهي مناسبة للنماذج الأولية والإنتاج بكميات صغيرة والأعمال المخصصة.

القوة الميكانيكية: توفر وصلات اللحام تثبيتًا ميكانيكيًا قويًا—مثالية للأجزاء الثقيلة أو الكبيرة أو التي تتعرض لإجهاد عالٍ (مثل الموصلات، المحولات، المفاتيح).

الأداء الكهربائي: قد تؤدي التوصيلات الأطول إلى زيادة الحث والسعة؛ وأقل كفاءة في الدوائر عالية التردد.

كفاءة التكلفة: تكلفة تجميع أعلى عند الإنتاج بكميات كبيرة بسبب معدلات إنتاج أبطأ واستهلاك أكبر للمواد.

الصيانة/إعادة العمل: من السهل فحص المكونات يدويًا وفصلها باللحام واستبدالها، مما يجعل تقنية الثقب العابر (THT) أفضل للتصاميم النموذجية أو القابلة للإصلاح.

جدول المقارنة

اختلافات كبيرة بين تقنية الثقوب العابرة وتقنية التركيب السطحي

جدول المقارنة

عوامل يجب مراعاتها قبل اختيار تقنية SMT أو التقنية من خلال الفتحة

جدول المقارنة

متى تُستخدم تقنية التركيب السطحي؟

1. تصاميم عالية الكثافة وصغيرة الحجم

2. إنتاج حجم كبير

3. لوحات الدوائر المطبوعة ثنائية الوجه أو متعددة الطبقات

4. الدوائر عالية السرعة أو عالية التردد

5. تركيب آلي للدوائر المطبوعة

6. تقليل تكلفة التصنيع عند التوسع في الإنتاج

7. الإلكترونيات الحديثة للاستهلاك، والطبية، والسيارات

تقنيات اللحام المستخدمة في التركيب السطحي (SMT)

جدول الملخص

عبوات أجهزة التثبيت السطحي

عبوات أجهزة التثبيت السطحي (SMD) هي تنسيقات قياسية لتثبيت المكونات الإلكترونية مباشرة على سطح اللوحات الدوائر المطبوعة (PCBs) باستخدام تقنية التركيب السطحي (SMT) . اختيار عبوات SMD بشكل مناسب أمر بالغ الأهمية لتحسين كثافة اللوحة والأداء وقابلية التصنيع.