Добри-не-толкова-добри-страни-повърхностно-монтажна-технология

Какво е повърхностно монтажна технология (SMT)?

Дефиниране на повърхностно монтажна технология при сглобяването на PCB

Технология за повърхностно монтиране (SMT) е основен процес, използван в съвременно Монтаж на ПЧ за закрепване на електронни компоненти директно върху повърхността на печатни платки (PCB) . Тези компоненти, известни като Повърхностно монтирани устройства (SMD) , се различават от тези, използвани при по-стария Технология с преходни отвори (THT) метод, при който частите се вмъкват в пробити отвори и се запояват от противоположната страна. SMT избягва тези пробити отвори и вместо това използва миниатюрни контактни площадки и изключително прецизни техники за запояване, за да монтира компонентите, което позволява значителен напредък в производствена ефективност , миниатюризация и сложност на веригите.

Как SMT промени ландшафта на сглобяването на PCB

Основната промяна с SMT беше преходът от ръчно, трудоемко сглобяване към производство, задвижвано от автоматизация . При THT сглобителните линии изискваха значително ръчен труд , специализирани изводи на компоненти , и множество стъпки за запояване на част — което прави производството на високоплътни платки скъпо и отнемащо време. SMT, напротив, използва машини за поставяне и рефлоу печки , които опростяват процеса на сглобяване, минимизират разходи за сглобяване , намаляват човешката грешка и отключват потенциала за производство с голям обем без компрометиране на качеството или сигнална производителност .

Основни факти за SMT:

• SMT поддържа автоматично поставяне на хиляди SMD елемента в минута чрез високоскоростни машини за поставяне, което значително надминава ръчното монтиране с провлаци.
• SMD елементите не изискват провлаци за монтиране, което запазва площ на платката за по-сложни или компактни дизайни и максимизиране на плътност на компонентите .
• Преходът към SMT допусна драстични подобрения в цялостност на сигнала и високочестотното поведение поради по-къси електрически пътища и минимизирани паразитни ефекти.

Сравнявайки SMT с технологията с монтаж в отвор (THT)

SMT не е просто еволюция на THT; тя представлява промяна в парадигмата за начина, по който се проектират, произвеждат и монтират платките. За да се пояснят разликите, ето сравнителен преглед:

Революцията на автоматизацията: Защо SMT стана стандарт

Успехът на SMT се дължи на вълната от автоматизация . Като програмират машините за поставяне и рефлуксните профили веднъж, производителите постигат изключително бързи производствени серии с постоянен резултат. Това не само ускорява Производство на ПЛС за продукти като смартфони, сървъри или автомобилни модули, но също позволява бързо прототипиране с бърз цикъл . SMT допълнително намалява работна заплата и скъпоструващи човешки грешки, тъй като по-голямата част от процеса — от нанасяне на лепило за лепене (чрез прецизни шаблони ) до визуална и AOI инспекция — се извършва под строг контрол на компютър.

SMT: Основни предимства в общи линии

• Миниатюризация: SMT поддържа пакети компоненти 60–90% по-малки в сравнение с THT еквивалентите, което позволява ултра-компактна електроника.
• По-висока плътност на компонентите: Могат да се разположат повече SMD компоненти на квадратен сантиметър, като това осигурява значително по-голяма функционалност на платките.
• Сглобяване от двете страни: И двете страни на PCB могат да съдържат компоненти, като се максимизира използването на пространството.
• Превъзходно поведение при високи честоти: По-къси пътища за тока и подобрено заземяване водят до по-малко изкривяване на сигнала и по-добро представяне на ВЧ вериги.
• Автоматизация и последователност: Повтарящите се процеси, извършвани от машини, водят до по-високи добиви при първоначалното производство и по-ниски проценти дефекти.

Предимства и недостатъци на технологията за повърхностно монтиране (SMT)

1. Миниатюризация и висока плътност на компонентите

• Компонентите SMT са по-малки от традиционните чрезотворни части, което позволява проектиране на по-плътни електрически вериги.
• Осигурява възможността за създаване на компактни устройства — от съществено значение за съвременната електроника като носими устройства, смартфони и продукти от Интернета на нещата (IoT).

2. Подобрена електрическа производителност

• По-къси изводи и намалени дължини на следите водят до по-ниска паразитна индуктивност и капацитет.
• Подобрява производителността при високи честоти и високоскоростни сигнали.

3. Автоматизирана, високоскоростна сглобка

• Съвместима с машини за поставяне и автоматизирани процеси за леене/рефлуксно леене.
• Осигурява бързо, мащабно и повтаряемо монтиране на PCB, което намалява производственото време и човешките грешки.

4. Икономическа ефективност (при големи обеми)

• Намалява разходите за труд поради автоматизацията.
• По-малките платки и компоненти обикновено означават по-ниски разходи за материали и транспорт.

5. Възможност за двустранно монтиране на PCB

• Компонентите могат да се монтират от двете страни на PCB, което допълнително подобрява плътността и гъвкавостта на дизайна.

6. Механична надеждност

• SMT осигурява по-добра устойчивост към вибрации и удар, тъй като компонентите нямат дълги изводи, които могат да се счупят или огънат.

Недостатъци на технологията за повърхностно монтиране (SMT)

1. Затруднено ръчно сглобяване и ремонт

• Миниатюрните размери на компонентите затрудняват ръчното им обработване, инспекция и поправка.
• Поправките често изискват специализирани инструменти, микроскопи и квалифицирани техници.

2. Ограничения при топлинното и електрическо натоварване

• По-малките SMT компоненти обикновено отделят по-малко топлина и поемат по-малка електрическа мощност в сравнение с по-големите компоненти за повърхностно монтиране.
• Не е подходящо за високомощни компоненти или тежки механични свързващи елементи.

3. Високи начални разходи за настройка и оборудване

• Първоначалните инвестиции в автоматизирани машини за сглобяване, рефлуксни фурни и друго SMT оборудване могат да бъдат високи.
• Прототипирането или производството в малки серии може да бъде по-малко икономично в сравнение с монтажа чрез отвори.

4. Ограничения на компонентите

• Някои компоненти (големи свързващи елементи, превключватели, тежки части) са по-подходящи за монтаж чрез отвори поради по-добра механична стабилност.
• Напрежение или огъване на платката може да причини пукнатини в спойките.

5. Чувствителност към околната среда

• SMT компонентите са по-уязвими към електростатичен разряд (ESD) и замърсители от околната среда по време на производство.

Таблица: Предимства и недостатъци на SMT

Влияние на SMT върху производството и монтажа на PCB

SMT трансформира производството на PCB, като заменя традиционните чрезотворни методи с повърхностно монтирани компоненти, осигурявайки ключови предимства:

• Миниатюризация : Осигурява по-висока плътност на компонентите (от съществено значение за компактни устройства като медицински носими устройства/сензори за интернет на нещата) и по-малки форм-фактори на PCB.
• Ефективност : Автоматизираната сглобка (машини за поставяне, пещи за рефлоу) ускорява производството, намалява разходите за труд и намалява грешките.
• Перформанс : По-късите изводи на компонентите подобряват цялостността на сигнала и топлинното управление, което го прави идеално за високочестотни/прецизни приложения (напр. медицинска визуализация).
• Мащабируемост : Двустранната сглобка и съвместимостта с масово производство намаляват разходите за единица продукт, подпомагайки както прототипирането, така и производството в големи мащаби.

Какво е технологията за повърхностно монтиране?

Технологията за повърхностно монтиране (SMT) е метод за сглобяване на печатни платки, при който електронните компоненти (SMD) се запояват директно към повърхността на печатна платка (без пробити отвори за вкарване на компоненти, за разлика от технологията с преходни отвори).

Основни детайли:

• Компоненти : SMD компонентите включват миниатюрни резистори/кондензатори, BGAs, QFNs и микроконтролери — проектирани за компактни, високоплътни компоновки.
• Процес : Основни стъпки: нанасяне на оловно паста (чрез шаблони), автоматично поставяне на компоненти (машина за поставяне), рефлуксно запояване (контролирано нагряване за образуване на запоени връзки) и инспекция (AOI/X-ray за проверка на качеството).
• Цел : Стандарт в индустрията за съвременна електроника, осигуряваща по-малки, по-бързи и по-надеждни печатни платки за битова, медицинска, промишлена и аерокосмическа техника.

Най-добри практики при проектирането на PCB за SMT

• Съответствие на запоените площи : Следвайте стандарта IPC-7351 за размери/форма на плохите, съобразени с изводите на SMD компонентите, за да се осигури правилно напояване и подравняване (от решаващо значение за избягване на мостове или лошо залепване).
• Разстояние между компонентите : Осигурете минимален просвет от 0,3 мм между малки SMD компоненти (0,5 мм за по-големи части), за да се предотвратят дефекти във връзките по време на рефлуксно запояване и да се осигури възможност за инспекция/ремонт.
• Оптимизация за производство : Опростете компоновката за автоматизация (напр. стандартна ориентация на компоненти, ясни ориентири) и включвайте тестови точки за AOI/рентген/ICT тестване.
• Термоуправление : Добавете топлинни площадки, медни заливки или виаси за SMD компоненти, генериращи топлина (напр. силови ИС), за отвеждане на топлината и защита на запоите.
• Подравняване на шаблона : Конструирайте площадките да съответстват на размерите на отворите в шаблона (80–90% от ширината на площадката) за равномерно нанасяне на паста за запояване и намаляване на дефектите във връзките.

Защо да изберете PCBA Store за вашите нужди от SMT сглобяване на PCB?

• Сертифицирано качество и съответствие : Cертифициран по ISO 9001/ISO 13485, съобразен с IPC-A-610 стандарти; отговаря на изискванията на FDA/CE за медицински/индустриални устройства с пълна проследимост и задълбочено тестване (AOI, рентген, FCT).
• Напреднали SMT възможности : Съвременни машини за поставяне на компоненти (поддържат микрокомпоненти 01005, BGAs, високоплътни монтажи) и оловни фурни гарантират прецизност за сложни PCBs.
• Пълен пакет услуги : Поддръжка от край до край (производство на платки, осигуряване на компоненти, монтаж, тестване, логистика) премахва административни задължения и опростява работния процес.
• Гъвкаво мащабиране : Поддържа прототипиране (нисък минимален обем на поръчка, срок за изпълнение 24–72 часа), малки серии и производство в големи количества с последователно високо качество при всички размери на поръчки.
• Експертна инженерна поддръжка : Предварителни прегледи на конструкцията за производствена пригодност (DFM) оптимизират дизайна, за да се избегнат дефекти, докато персонални мениджъри осигуряват проследяване в реално време и прозрачна комуникация.

Зараждането на технологията за повърхностно монтиране

Исторически заден план

Ранен етап на електронния монтаж

В ранните дни на електрониката (1940–1970 г.), стандарт беше технологията с преходни отвори. Компонентите имаха дълги изводи, които се вкарваха в отвори на платката и след това се запояваха към контактни площи от противоположната страна. Този метод:

• Изискваше повече пространство,
• Ограничаваше автоматизацията,
• Ограничаваше колко малки и плътни могат да станат електронните продукти.

Нуждата от иновации

Докато електрониката се развиваше — под влиянието на търсенето на повече функции в по-малки устройства — монтажът с прекарване на изводи през отвори се превърна в задушаващ фактор. Ръчният монтаж беше трудоемък, податлив на грешки и скъп при производство в големи серии.

Възникване на SMT

Кога започва SMT?

SMT започва да се появява през късните 1970-те и 1980-те години , като първопроходници бяха водещи производители на електроника в Япония, Съединените щати и Европа.

Ключови иновации, осъществили SMT:

• Нови конструкции на компоненти: По-малки, безоловни или с къси изводи пакети, подходящи за повърхностно монтиране.
• Напреднали материали за ППС: Позволиха по-тесни допуски и подобрена устойчивост на топлина.
• Автоматично оборудване за позициониране: Осигури бързо и прецизно поставяне на компоненти.
• Процеси за рефлуксно леене: Използва се оловна паста и контролирано нагряване за серийна сглобка.

Приемане от индустрията

От продавача 1990-те години , SMT бързо замени чрезотворния метод като доминираща технология за монтаж в потребителска, промишлена, автомобилна и аерокосмическа електроника.

Въздействие върху електронната индустрия

Миниатюризация и плътност

SMT позволява компонентите да бъдат много по-малки, по-плътно разположени и монтирани от двете страни на платка – което осигурява безпрецедентна миниатюризация на продуктите.

Автоматизация и скорост

Процесите за SMT монтаж са високо автоматизируеми, като осигуряват:

• По-бързи производствени цикли,
• Подобрена последователност,
• По-ниски трудови разходи,
• Възможност за мащабиране при масово производство.

Подобрена електрическа производителност

По-къси връзки и намалена индуктивност на изводите подобряват работата на веригите, особено при високи честоти и в радиочестотни приложения.

Съвременната ера

Благодарение на SMT, днешните устройства — като смартфони, таблети, медицински инструменти и IoT гаджета — предлагат изключителна изчислителна мощ в миниатюрни форми. Повечето печатни платки днес използват комбинация от SMT и избрана технология с монтиране в отвори за по-здрави или по-големи компоненти.

Характерни особености на SMT и технологията с монтиране в отвори

Повърхностно монтирана технология (SMT): Характерни особености

Монтиране на компоненти: Компонентите (SMD) се поставят директно върху повърхността на печатната платка, без пробиване на отвори.

Размер и плътност на компонентите: По-малките размери на компонентите позволяват висока плътност на разположението и миниатюризирани конструкции на продуктите.

Използване на платката: Позволява поставянето на компоненти от двете страни на печатната платка, което максимизира сложността и функционалността на веригата.

Сборен процес: Високоавтоматизирано чрез използване на машини за поставяне и рефлуксно леене; осигурява високоскоростно производство с голям обем.

Електрическа производителност: По-къси връзки намаляват паразитната индуктивност/капацитивност, което подпомага високочестотни и високоскоростни приложения.

Механична сила: Подходящо за леки, нискомощни и устойчиви на вибрации конструкции, но може да е по-слабо при тежки/големи компоненти.

Ефективност на разходите: По-ниски разходи за монтаж в големи серии поради автоматизация и по-малки размери на платките/компонентите.

Сложност при ремонт/преработка: Трудно ръчно леене, инспекция или ремонт поради малките части и плътното им разположение.

Технология с преминаващи отвори (THT): Характерни особености

Монтиране на компоненти: Отивите на компонентите се вкарват през предварително пробити отвори в ПП и се леят от обратната страна.

Размер и плътност на компонентите: Обикновено използва по-големи компоненти с по-големи размери; по-малко подходящо за високоплътни/малки конструкции.

Използване на платката: Компонентите обикновено се монтират само от една страна, като овените минават през платката.

Сборен процес: Често се монтират ръчно или полуавтоматично; подходящи за прототипи, малки серии и специализирани продукти.

Механична сила: Оловните възли осигуряват здраво механично закрепване — идеални за тежки, големи или подложени на високо натоварване части (напр. конектори, трансформатори, превключватели).

Електрическа производителност: По-дългите междусвръзки могат да въведат по-голяма индуктивност и капацитивност; по-малко ефективни за високочестотни вериги.

Ефективност на разходите: По-висока цена за монтаж при големи серии поради по-бавни темпове на производство и по-голямо използване на материали.

Поправка/Преработка: По-лесно ръчно инспектиране, изваждане и смяна на компоненти, което прави THT по-подходящ за прототипи или конструкции, които могат да се поправят.

Таблица за сравнение

Основни разлики между технологията с монтаж през отвори и технологията за повърхностен монтаж

Таблица за сравнение

Фактори за разглеждане преди избора между SMT и технология с преходни отвори

Таблица за сравнение

Кога да използвате технология за повърхностно монтиране?

1. Висока плътност, миниатюризирани конструкции

2. Производство с голям обем

3. Двустранни или многослойни PCB

4. Високочестотни или високоскоростни вериги

5. Автоматизирана сглобка на PCB

6. Намалени производствени разходи при мащабиране

7. Съвременна битова, медицинска и автомобилна електроника

Техники за лепене, използвани при SMT

Обобщена таблица

Пакети за повърхностно монтиране на устройства

Пакети за повърхностно монтиране на устройства (SMD) са стандартизирани формати за монтиране на електронни компоненти директно върху повърхността на печатни платки (PCB) чрез използване на технология за повърхностно монтиране (SMT) правилният подбор на SMD пакети е от съществено значение за оптимизиране на плътността на платката, производителността и възможността за производство.