Технология за повърхностен монтаж в електронни видове, процеси, приложения и предимства

Технологията за повърхностен монтаж (SMT) е модерен метод за сглобяване на електронни схеми чрез поставяне на малки компоненти директно върху повърхността на печатна платка (PCB).Той замени по-старите техники поради скоростта, точността и способността си да създава по-малки, по-леки и по-мощни електронни устройства, използвани във всяка индустрия днес.

Каталог

Фигура 1. Какво представлява технологията за повърхностен монтаж?

Какво представлява технологията за повърхностен монтаж?

Технологията за повърхностен монтаж (SMT) е метод, използван за производство на електронни схеми, при който компонентите се монтират директно върху повърхността на печатна платка (PCB).Тези компоненти, известни като устройства за повърхностен монтаж (SMD), са много по-малки от традиционните части с проходни отвори и могат да бъдат поставени автоматично от високоскоростни машини.SMT елиминира необходимостта от пробиване на отвори за проводници на компоненти, което прави процеса по-бърз, по-компактен и рентабилен.Това позволява да се опаковат повече функционалности в по-малки платки, което е важно изискване за днешната електроника.

История и развитие на SMT

Фигура 2. История и развитие на SMT

Развитието на SMT е свързано с търсенето на миниатюризация и автоматизация на електронната индустрия.

1960 г: Ранните форми на повърхностен монтаж се появяват в хибридните схеми.Те бяха предимно експериментални и ръчно сглобени.

1970 г: Разработени са първите автоматизирани машини за поставяне.Производителите на компоненти започнаха да произвеждат части с по-къси проводници, подходящи за повърхностен монтаж.

1980 г: Широко разпространено промишлено приемане.Тъй като компютрите, калкулаторите и телекомуникационните устройства станаха по-малки, SMT замени проходния отвор като основен метод.

1990–2000 г: SMT стана световен стандарт.Машините за вземане и поставяне станаха по-бързи и по-прецизни, позволявайки масово производство на компактна електроника.

Днес: SMT продължава да се развива с миниатюризирани компоненти, безоловно запояване и проверка на качеството, управлявана от AI.

Принцип на работа на технологията за повърхностен монтаж

Фигура 3. Принцип на работа на технологията за повърхностен монтаж

Технологията за повърхностен монтаж (SMT) се върти около монтирането на електронни компоненти директно върху повърхността на печатна платка (PCB) с помощта на спояваща паста. Първо, слой спояваща паста смес от малки частици спойка и флюс се нанася върху специфични области на печатната платка, където ще бъдат поставени компонентите. След това автоматизирано избиране и поставяне машините позиционират точно устройствата за повърхностен монтаж (SMD) върху тези запоени подложки.Сглобената платка е след това преминава през пещ за претопяване, където топлината разтопява спояващата паста и създава силни електрически и механични връзки, докато се охлажда.Този процес позволява високоскоростно, прецизно и напълно автоматизирано сглобяване на съвременни електронни схеми.

Стъпки в процеса на сглобяване на технологията за повърхностен монтаж

Фигура 4. Отпечатване на спояваща паста

Стъпка 1. Печат на спояваща паста

Използва се шаблон от неръждаема стомана за нанасяне на спояваща паста върху подложките на печатни платки.Дебелината на слоя паста определя качеството на спойката.

Фигура 5. Поставяне на компоненти

Стъпка 2. Поставяне на компоненти

Автоматизираните машини за вземане и поставяне използват системи за визуализация, за да идентифицират и поставят всеки компонент в правилната позиция и ориентация.Една машина може да постави десетки хиляди компоненти на час.

Фигура 6. Запояване чрез препълване

Стъпка 3. Стъпка на запояване

Сглобената дъска се премества в многозонова пещ за преформатиране.Температурите постепенно се повишават до около 230–250°C, разтапяйки спойката.След като се охладят, се образуват твърди съединения между проводниците на компонентите и подложките.

Фигура 7. Проверка и тестване на качеството

Стъпка 4. Проверка и тестване на качеството

След запояване системите за автоматизирана оптична инспекция (AOI) сканират платката за проблеми като свързване на спойка или неправилно подравнени части.

Фигура 8. Преработка или поправка

Стъпка 5. Преработка или поправка

Ако бъдат открити някакви дефекти, квалифицирани техници използват станции за преработка или инструменти с горещ въздух, за да премахнат и заменят компоненти, без да повредят платката.

Видове компоненти за повърхностен монтаж

Фигура 9. Пасивни компоненти

Пасивни компоненти

• Резистори: Малки правоъгълни чипове, които ограничават или контролират електрическия ток.

• Кондензатори: Съхранява и освобождава енергия, филтрира сигнали и помага за изглаждане на промените в напрежението.

• Индуктори: Управлявайте текущия поток и помагайте за филтриране на сигнали в захранващи и комуникационни вериги.

Фигура 10. Активни компоненти

Активни компоненти

• Интегрални схеми (ИС): Малки чипове като микроконтролери, процесори и усилватели в пакети като QFP, SOIC или BGA.

• Диоди и транзистори: Използва се за превключване, усилване и управление на посоката на тока.

Често срещани дефекти на технологията за повърхностен монтаж

Дефект	причина	Ефект
Надгробна плоча	Неравномерно топене на припой и на двете завършва	Компонентът стои изправен
Спояване мост	Излишните спойващи пасти или разместване	Късо съединение между накладките
Недостатъчно спойка	Нисък обем паста или шаблон запушване	Слаби стави
Разминаване	Разместване или вибрация	Лоша свързаност
Празнини или топки за припой	Неправилна температура на претопяване	Намалена надеждност

Предимства и недостатъци на SMT

Предимства

• Компактен дизайн: Позволява висока плътност на компонентите на малки платки.

• По-бързо производство: Автоматизацията драстично намалява времето за сглобяване.

• Ефективност на разходите: По-ниски разходи за труд и използване на материали.

• Изпълнение: По-късите проводници и по-малките пътища намаляват загубата на сигнал и шума.

• Последователност: Автоматизираното сглобяване осигурява еднакво качество.

Недостатъци

• Трудна преработка: Малките компоненти се ремонтират трудно ръчно.

• Термичен стрес: Чувствителните към топлина части могат да бъдат засегнати по време на претопяване.

• Първоначална инвестиция: Разходите за настройка на машини и шаблони са високи.

• Не е подходящ за всички компоненти: Големите трансформатори или съединители все пак може да се нуждаят от монтаж през отвор.

Приложения на технологията за повърхностен монтаж

Фигура 11. Приложения на технологията за повърхностен монтаж

• Потребителска електроника

SMT се използва широко в устройства като смартфони, лаптопи, таблети и носими устройства.Той позволява на производителите да пакетират мощни компоненти в тънки, леки конструкции, като същевременно поддържат производителност и енергийна ефективност.

• Автомобилна

Съвременните превозни средства разчитат на базирани на SMT платки за електронни контролни блокове (ECU), информационно-развлекателни системи, сензори за въздушни възглавници и усъвършенствани системи за подпомагане на водача (ADAS).Тези компоненти осигуряват безопасност, ефективност и автоматизация на работата на автомобила.

• Индустриална автоматизация

В промишлени условия SMT е от съществено значение за системите за управление, IoT устройствата, роботиката и платките за управление на захранването.Той позволява висока надеждност, дълъг експлоатационен живот и компактна интеграция в среди, където прецизността и издръжливостта са важни.

• Медицинско оборудване

SMT играе важна роля в преносимите монитори, диагностичните сензори, слуховите апарати и имплантируемите медицински устройства.Неговият малък размер на компонентите позволява миниатюрни, леки и надеждни медицински инструменти, които поддържат грижи за пациентите и дистанционно наблюдение.

• Космонавтика и отбрана

В аерокосмическите и отбранителните приложения SMT се използва в навигационни системи, радарни устройства, табла за управление на полети и сателитна електроника.Неговата висока устойчивост на вибрации, издръжливост и способност да се справя с екстремни температури го правят идеален за системи с критично значение.

Разлики между SMT и Through-Hole

Параметър	SMT (Технология за повърхностен монтаж)	THT (Технология за през дупка)
Метод на монтаж	На повърхността на PCB	Чрез пробити отвори
Размер на компонента	Малък и компактен	Големи компоненти
Сглобяване	Автоматизирано	Ръчно или полуавтоматично
Ремонтопригодност	трудно	по-лесно
Механична якост	Умерен	високо
Скорост на производство	бързо	По-бавно
Ефективност на разходите	Високо за масово производство	По-висока цена на труда
Приложения	Потребителска, автомобилна, електроника	Прототипи, вериги с висока мощност

Заключение

Технологията за повърхностен монтаж трансформира производството на електроника, като направи устройствата по-компактни, надеждни и ефективни.От смартфони до медицински инструменти и аерокосмически системи, SMT дава възможност за съвременни иновации.Тъй като технологията продължава да напредва, SMT ще остане важен за създаването на по-бързи и по-интелигентни електронни продукти в световен мащаб.