Технология навесного монтажа: Технология поверхностного монтажа печатных плат

Технология поверхностного монтажа печатных плат

30.12.2021

Долгое время в электронной промышленности использовался навесной монтаж компонентов. У этого метода долгое время не было достойной альтернативы, но появились новые технологии.

Сейчас активно применяется SMT-технология — это так называемая поверхностная установка, которая имеет ряд преимуществ перед устаревшей:

• снижается себестоимость изделий,
• повышается надежность компонентов,
• размеры монтируемых элементов становятся меньше,
• проще и быстрей осуществляется монтаж,
• выполняются современные стандарты (1S0 9000),
• снижается нагрузка на производственные мощности.

Чтобы выполнить поверхностный монтаж, необходим набор определенного оборудования. В список входят:

• аппараты для установки компонентов на печатную плату,
• устройства для нанесения и последующего оплавления паяльной пасты (припоя).

Каждый из приборов отвечает за свою функцию, а вместе они формируют законченный технологический процесс.

Нанесение пасты или припоя

Существует два основных способа нанесения паяльной пасты:

1. Дозирование. Используются пневматические дозаторы, которые могут работать без использования конкретных трафаретов. То есть прибор применим к платам любых размеров и конфигураций. У метода есть существенный недостаток – скорость нанесения относительно небольшая и зависит от квалификации человека.
2. Печать через трафарет (металлический или сетчатый). В этом случае применяются специальные устройства, обладающие комплексом преимуществ:

• способны обработать большой участок,
• имеют в комплекте набор дополнительных принадлежностей,
• обладают небольшой стоимостью.

Устройства трафаретной печати обеспечивают высокую производительность!

Устройства для монтажа компонентов

К числу доступных и простых в использовании приборов для поверхностного монтажа относятся ручные манипуляторы.

В конструктивном плане это достаточно сложные устройства, состоящие из нескольких элементов:

• основной блок, оснащенный пантографом,
• вакуумная помпа (всегда встроена в корпус) или компрессор (располагается снаружи аппарата),
• головка, имеющая вакуумный захват,
• несколько вакуумных наконечников,
• карусельный питатель –
• отвечает за дозированную подачу элементов.

ВАЖНО: Манипуляторами управляют операторы. Именно их мастерство определяет скорость установки деталей. За 8-ми часовую смену на таком оборудовании можно смонтировать 1600–4800 элементов.

В качестве опций к манипуляторам можно заказать дополнительное оборудование:

• систему для припаивания горячим воздухом,
• альтернативные виды питателей (из пенала или из ленты),
• дозаторы пасты,
• устройства для наблюдения за процессами.

Если произвести все из указанных доработок, можно добиться производительности в 700 элементов в час!

В полуавтоматических установщиках работу осуществляет человек, но все процессы контролирует компьютер. Искусственный интеллект выполняет сразу несколько полезных функций:

• показывает нужные компоненты и в каких питателях они находятся,
• указывает на место монтажа,
• фиксирует вакуумную головку в точке установки при помощи пневматических тормозов.

От человека требуется только правильно расположить деталь. И как только он делает это, головка аккуратно опускает компонент на плату.

Еще больший КПД имеют манипуляторы с системой FINE PITCH. Она обладает двумя ключевыми достоинствами:

1. Позволяет точно и быстро совмещать выводные концы микросхем и места контактов на платах.
2. Автоматически устанавливает элементы в нужное место.

Точность работы такова, что с помощью подобных систем можно монтировать микросхемы с шагом до 0.4 мм и элементы от 0201 (только бескорпусные).

Существуют автоматические установщики, которые в данный момент являются самым совершенным оборудованием для выполнения таких задач. Устройства имеют ряд особенностей:

• максимальная производительность,
• предельная точность установки,
• быстрота перенастройки (на переход работы от одного вида плат на другой не нужно тратить много времени).

Из-за указанных характеристик стоимость автоматических манипуляторов гораздо выше, чем у ручных и полуавтоматических аналогов.

Устройства для оплавления

Завершающим этапом в монтаже компонентов на плату является оплавление паяльной пасты. Делается это при помощи «печей», которые отличаются по двум параметрам:

• метод подогрева припоя,
• количество зон разогрева.

ВАЖНО: Есть приборы с разными способами нагрева: конвекционные, инфракрасные, смешанного типа.

К простейшим относятся инфракрасные печи. Они недорогие, но используются только на платах начального уровня. Цена и ограниченная область применения обусловлена минусами этого типа нагрева. В их числе:

• температура внутри рабочих зон распределяется неравномерно,
• есть так называемый «теневой эффект», при котором высокие детали перекрывают некоторые зоны припоя,
• тепло отражается от корпусов компонентов.

У конвекционного нагрева нет ни одного из указанных недостатков. Разогрев элементов происходит равномерно, отсутствует отражающий эффект. Такие характеристики возможны благодаря применению более совершенных технологий. Они определяют стоимость печей с конвекцией, которая зачастую очень высока.

Конвекционными устройствами начального уровня для оплавления паяльной пасты являются:

• манипуляторы с ручным или полуавтоматическим управлением,
• аппараты для трафаретной печати,
• печи оплавления.

Кроме указанного оборудования существуют более совершенные модели. Но перечисленных устройств в большинстве случаев достаточно, чтобы организовать производственный процесс или создать отдельный рабочий участок.

Этапы поверхностного монтажа печатных плат

Если разбирать монтаж компонентов на платы детально, то он состоит из разных технологических процессов:

• проверка поступающих плат и компонентов на наличие дефектов,
• сортировка материалов и подготовка их к монтажу,
• нанесение паяльной пасты,
• установка деталей,
• доведение клея до нужной консистенции,
• оплавка припоя,
• мытье платы,
• финальный контроль изделия,
• ремонтные работы,
• защита элементов от влаги,
• упаковка продукции.

Все помещения для подобного производства должны иметь специальное оборудование для снижения статического эффекта, улавливания дыма и вентилирования.

Навесной монтаж | это… Что такое Навесной монтаж?

Военный радиоприёмник, сделанный навесным монтажом

Пример плотного монтажа в блоке промышленной автоматики 1960-х годов. S-образная формовка выводов

Leak TL12 — типичный пример плотно упакованного лампового шасси послевоенной разработки. Под шасси — навесной монтаж

Навесной монтаж — способ монтажа электронных схем, когда расположенные на изолирующем шасси радиоэлементы соединяются друг с другом проводами или непосредственно выводами.

Содержание 1 Промышленные конструкции 2 Любительская практика 3 См. также 4 Ссылки

Промышленные конструкции

Промышленные и любительские ламповые конструкции навесного монтажа используют металлические шасси (соединённые с общим проводом схемы или непосредственно выполняющие роль общего провода. Ламповые и релейные панели, трансформаторы, дроссели и прочие крупногабаритные детали крепятся непосредственно к шасси, мелкие резисторы и конденсаторы — распаиваются непосредственно к выводам панелей и крупных деталей, либо к контактным лепесткам (контактным колодкам), изолированным от шасси. При заводском изготовлении монтажники руководствуются технологическими картами, чтобы не пропустить элемент или перемычку. Надёжность промышленных изделий, выполненных навесным монтажом, в целом ниже, чем у аналогов на печатных платах. Ремонтопригодность — выше, в том числе за счёт меньшей плотности компонентов и простоты доступа к ним.

В массовой электронике навесной монтаж применялся до 50—60-х годов, впоследствии уступив место печатным платам; за навесным монтажом осталась ниша — коммутация трансформаторов и аналогичных крупногабаритных изделий.

Навесной монтаж остаётся наиболее уместным способом монтажа ламповой техники — как из-за конструктива ламповых панелей и крупногабаритных трансформаторов, так и из-за лучшего температурного режима отдельных компонентов, эффективной механической развязки ламп, возможности оптимального подбора сечения соединительных проводников и сокращения общего числа паяных соединений в цепи сигнала. Для лучшей механической развязки ламп соединительные провода (а также вывод резисторов и конденсаторов, распаиваемые непосредственно к ламповым панелям) формуются с S-образными изгибами, избегая прямых, жёстких перемычек.

Любительская практика

В любительских конструкциях монтаж ведётся на изолированных (диэлектрических) шасси. К шасси крепятся металлические стойки, к стойкам — компоненты схемы, соединяемые непосредственно или перемычками из проводов. Мелкие элементы (например, резисторы) могут припаиваться прямо к большим. Микросхемы при навесном монтаже прикрепляют к плате вверх выводами. Такой стиль монтажа на жаргоне радиолюбителей называется «мёртвый жук».

В любительской полупроводниковой практике его применяют и сейчас для создания простых конструкций, когда травить плату невыгодно. Также «мёртвым жуком» самодельщики делают высокочастотные схемы, в которых проводники должны быть как можно более короткими. Если в схеме есть крупные детали (потенциометры, тумблеры, большие конденсаторы и т.  д.), часть элементов может закрепляться навесом на них, экономя пространство на печатной плате. Типичный пример — матрица кнопок в микроконтроллерном устройстве, когда последовательно с каждой кнопкой включается диод. В таком случае выгоднее всего припаивать диоды прямо к кнопкам: если, например, матрица состоит из 16 кнопок, подключенных квадратом 4×4, к плате идут всего 8 проводов (а не 20).

См. также

• Монтаж накруткой

Ссылки

• Микросхема, прикреплённая навесом к промышленной плате (фото)
• Навесное прототипирование из микросхем поверхностного монтажа (англ.)

(SMT) Технология поверхностного монтажа: значение, определение и примеры

Ключевые моменты

• SMT означает технологию поверхностного монтажа и представляет собой метод крепления электрических компонентов к материнской плате.
• Поверхностный монтаж имеет еще одно большое преимущество перед прежним методом «сквозной технологии».
• Много терминов ассоциируется с технологией.

Что такое технология поверхностного монтажа?: Полное объяснение

Технология поверхностного монтажа, или SMT, представляет собой метод крепления электрических компонентов непосредственно на поверхность печатной платы или печатной платы. Этот процесс позволяет автоматизированному производству выполнить больше необходимой сборки для создания рабочей платы. Это снижает себестоимость производства и увеличивает максимальную производительность за счет устранения узких мест на сборочной линии.

SMT имеет еще одно большое преимущество перед прежним методом «сквозной технологии». В старом методе электронные компоненты устанавливались на печатную плату через специально прорезанные отверстия в плате для компонента.

Для этого требовались более крупные компоненты, аккуратное обращение и дополнительный припой для надежного крепления каждого компонента. С помощью SMT электрические компоненты, называемые устройствами для поверхностного монтажа (SMD), быстро сортируются и прикрепляются к верхней части печатной платы либо с минимальными выводами, либо вообще без выводов.

Материнская плата отвечает за правильную работу всех частей компьютера.

©prawest/Shutterstock.com

Компоненты SMT значительно меньше по размеру, чем компоненты со сквозным отверстием, что достигается за счет машинной обработки. Хотя на корпусе схемы все еще могут быть короткие штырьки, плоские контакты, шарики припоя или клеммы, компоненты по-прежнему намного меньше, чем требуется для сквозной технологии, что конечный результат также намного компактнее. Это часто приводит к гладким, привлекательным электрическим устройствам.

Наряду с SMT существует множество других связанных терминов, которые вы, возможно, захотите узнать. Вот краткая разбивка:

• SMD — устройства для поверхностного монтажа: активные, пассивные и электрохимические компоненты
• SMT — технология для поверхностного монтажа: технология сборки и монтажа
• SMA — для поверхностного монтажа: Модуль в сборе с SMT
• SMC – Компоненты для поверхностного монтажа: компоненты , используемые для SMT
• SMP — комплект для поверхностного монтажа: формы корпуса SMD
• SME — оборудование для поверхностного монтажа: сборочные машины для поверхностного монтажа

С технологией связано много терминов, но их можно понять проще . SMT — это метод, используемый малыми и средними предприятиями для размещения SMD, состоящих из SMP, вокруг SMC на печатных платах. Готовая сборка представляет собой SMA.

Технология поверхностного монтажа: плюсы и минусы!

Плюсы!	Минусы!
SMT позволяет использовать более мелкие компоненты	SMT не подходит для устройств, которые необходимо часто присоединять и отсоединять от других компонентов
Машинная точность может использоваться для организации небольших компонентов на более плотной плате	Паяные соединения SMD имеют меньший размер и могут быть повреждены герметиком при термоциклировании
Компоненты можно размещать на обеих сторонах печатной платы	Ручная сборка и ремонт сложны и требуют дорогих инструментов и квалифицированного оператора
Небольшие ошибки в размещении автоматически исправляются за счет поверхностного натяжения при нагреве припоя	Многие компоненты поверхностного монтажа несовместимы с розетками производительность при сотрясении или вибрации	SMD не поддерживают технологию plug-and-play и, вероятно, потребуют специализированных печатных плат для прототипирования
Более низкое сопротивление и индуктивность в соединении	Из-за меньшего размера SMD и большей плотности размещения печатных плат идентификационные коды деталей должны быть еще меньше и часто закодированы или сокращены
Улучшенные характеристики ЭМС
Отверстий меньше или совсем нет
Более низкие затраты и меньше времени на настройку для массового производства и автоматизации
Менее дорогие компоненты

Технология поверхностного монтажа: точное определение

SMT, или технология поверхностного монтажа, представляет собой метод сборки и производства для монтажа компонентов на печатную плату (ПП) непосредственно на поверхность. Он был разработан для замены предыдущего метода, известного как «технология сквозного отверстия».

Метод был разработан в 1960-х годах. Только в 1986 году компоненты поверхностного монтажа смогли достичь 10% рынка. К 1990 году SMD были внутри большинства всех высокотехнологичных печатных плат.

Большая часть работы по внедрению технологии поверхностного монтажа была проделана IBM. IBM представила свою первую демонстрацию SMT в 1960 году с небольшим компьютером, который позже использовался в цифровом компьютере ракеты-носителя для приборного блока, который управлял всеми кораблями Saturn IB и Saturn V.

Компоненты для поверхностного монтажа имеют небольшие выступы или торцевые заглушки, на которые можно наносить припой для монтажа SMD на поверхность печатной платы. Раньше компоненты монтировались через свинцовые отверстия, которые нужно было просверливать в печатных платах.

Отверстия были просверлены по размеру компонента, чтобы плотно удерживать каждую деталь. Затем припаял ручку. SMT исключает этап сверления отверстий. Благодаря разработке SMD, которые требовали меньшего количества выводов с отверстиями или вообще не требовали их, процесс сборки устройства был значительно сокращен. Было гораздо большее преимущество.

SMT позволил разработать компоненты гораздо меньшего размера, которые все еще можно было бы плотно прижать к печатной плате. Меньшие компоненты обеспечивают большую плотность компонентов. Прогресс, вызванный использованием метода SMT, был отмечен в соответствии с «законом Мура», который гласит, что плотность компонентов на материнской плате будет удваиваться каждый год с 19с 65 по 1975 год. Затем он изменил утверждение, сказав, что после этого плотность будет удваиваться каждые два года.

Сегодня SMT используется почти во всех электронных устройствах, от детских игрушек до кофеварок, смартфонов и ноутбуков. Хотя всегда существует возможность появления и замены SMT другим методом, похоже, что технология поверхностного монтажа будет использоваться еще очень долгое время.

SMT используются для монтажа компонентов на печатных платах.

Как работает SMT?

SMT — это метод, в котором используются специализированные инструменты для размещения крошечных компонентов на печатной плате. Хотя этот процесс можно выполнить вручную, он невероятно трудоемкий и утомительный. Точность, необходимая для создания качественной сборки SMA для поверхностного монтажа, делает ее квалифицированной позицией. Большая часть производства и сборки SMT осуществляется с помощью автоматизации.

Процесс начинается с кучи компонентов и любого типа печатной платы. Печатные платы обычно покрыты плоскими оловянно-свинцовыми, серебряными или позолоченными медными контактными площадками, называемыми контактными площадками для пайки. Затем специализированные автоматы покрывают контактные площадки паяльной пастой с помощью трафарета из нержавеющей стали или никеля.

С нанесенной паяльной пастой печатная плата отправляется по сборочной линии к машинам захвата и установки, которые берут компоненты с конвейера и размещают их там, где они должны быть на печатной плате.

После того, как плата покрыта компонентами и готова к запеканию, они отправляются в печь для пайки оплавлением. Температура печатной платы и ее компонентов постепенно и равномерно повышается для предотвращения теплового удара.

Как только плата становится достаточно горячей, конвейер перемещает сборку в зону, температура которой может достигать температуры, достаточной для расплавления паяльной пасты. Поверхностное натяжение расплавленного припоя на контактных площадках удерживает компоненты в правильном положении до тех пор, пока формы контактных площадок правильно спроектированы.

После полной пайки печатных плат их обычно берут на промывку. В процессе оплавления иногда могут образовываться остатки паяльной пасты или случайные шарики припоя. Любой лишний припой или проводящий материал могут вызвать короткое замыкание на плате.

После очистки платы отправляются на визуальный осмотр на наличие отсутствующих компонентов или отклонений от нормы. На некоторых более продвинутых производственных предприятиях используется автоматизированная система оптического контроля (AOI), позволяющая сократить человеческий труд и сократить время проверки.

Как вы создаете технологию поверхностного монтажа?

Для выполнения процесса дома вам потребуется несколько материалов:

• Печатная плата
• Паяльная паста
• SMD и необходимые компоненты (этот список полностью зависит от того, что проектируется)
• Пистолет для пайки
• Растворитель для очистки

Шаг 1

Нанесите паяльную пасту на контактные площадки для пайки поперек платы. Если на печатной плате нет печатного рисунка, ее необходимо экранировать проводящей дорожкой в ​​соответствии со схемой вашего устройства.

Шаг 2

Разложите компоненты по всем разделам, где они должны быть. Этот шаблон полностью зависит от предполагаемого использования и дизайна продукта.

Шаг 3

С помощью паяльного пистолета нагрейте паяльную пасту на контактной площадке каждого компонента. Может быть полезно использовать пинцет, чтобы удерживать каждый компонент неподвижно.

Шаг 4

Очистите плату от остатков припоя или следов.

Шаг 5

Осмотрите конструкцию на наличие отсутствующих компонентов.

Процесс может показаться простым, но знания в области проектирования, необходимые для проектирования печатных плат, огромны. Если вам удастся успешно спроектировать печатную плату, все остальное — лишь небольшая тяжелая работа. Если повезет, у вас будет полезная доска. Я бы лично порекомендовал вам заказывать любые индивидуальные заказы у производителей печатных плат. Поскольку размер компонентов на устройствах SMT ничтожен, идентификационные маркировки могут быть одним из самых сложных фактов для чтения.

Откуда взялся SMT?

Концепция электроники поверхностного монтажа была представлена ​​IBM в 1960-х годах для демонстрации типов малогабаритной электроники для функционального использования. Примерно в то же время европейская компания Philips разработала небольшое кнопочное устройство для наручных часов. Ему потребовалось некоторое время, чтобы взять верх, но к 1986 году он достиг 10% рынка. Первоначально этот метод назывался Planar Mounting, и IBM разработала большинство компонентов, необходимых для этого процесса.

Эволюция от планарного монтажа к поверхностному монтажу происходила в три этапа. Первый этап был между 1970 и 1975. Принятие прототипа IBM в 60-х годах для компьютерных систем космических аппаратов способствовало росту интереса к его разработке.

1970 год стал отправной точкой для достижения цели применения миниатюрной электроники в печатных платах. Одним из самых больших достижений на раннем этапе была замена свинца на безвыводные керамические чип-носители (LCCC). К концу 1975 года SMT широко использовался в гражданских кварцевых электронных часах и электронных калькуляторах.

От 19С 76 по 1985 год SMT прошел вторую основную стадию эволюции. Размер компонентов был значительно уменьшен, что позволило создать многофункциональную электронику. Это позволило SMT широко использоваться в фотографии и радиогарнитурах.

В то же время автоматизация производства поверхностного монтажа на заводе вышла на новый уровень. По мере совершенствования производственного оборудования была заложена основа для еще более быстрого прогресса в развитии SMT.

Каковы области применения SMT?

SMT может и используется для создания сборок устройств, используемых почти во всех электронных устройствах в мире. От цифровых камер и интеллектуальных телевизоров до ноутбуков, настольных компьютеров и смартфонов SMT уступил место плотным печатным платам, что напрямую приводит к улучшению и расширению функциональности.

Каждый раз, когда продукту требуется печатная плата для работы электроники, для ее изготовления используется SMT. Плотность, с которой могут быть размещены компоненты, вне настоящей конкуренции.

Вот несколько продуктов, в которых вы можете найти печатные платы, обработанные SMT:

• Ноутбуки
• Настольные компьютеры
• Smart TV
• Смартфоны
• Планшеты
• Электронные игрушки
• Робототехника
• VR-гарнитуры
• Смарт-устройства
• Часы
• Камеры

Примеры SMT в реальном мире

В качестве метода производства SMT используется многими различными компаниями. Вы можете найти конечные продукты практически в любом электронном устройстве. Вот краткий список некоторых производителей SMT:

• Giltronics Associates Inc.
• Janco Electronics, Inc.
• Bennett Machine & Stamping Co.
• PGF Technology Group
• RBB Systems, Inc.
• DIGICOM Electronics, Inc. 9 0008
• Группа ММЕ, Инк.
• NAS Electronics
• Advanced Product Design & Mfg
• MH MFG., a SEACOMP Company
• CSI Electronics
• NuWaves Engineering
• Kingston Technologies Inc.
• American Products, Inc.0008
• RPC Electronics, Inc.
• Providence Enterprise USA, Inc.
• LeeMAH Electronics, Inc.
• Electro-Prep, Inc.
• Accelerated Design and Manufacturing, Inc.
• Cir-Q-Tek
• А & M Electronics Inc.
• Pico Electronics, Inc.
• Creative Hi-Tech Limited
• Smart Sourcing, Inc.
• Galaxy Electronics, Inc.

Next Up…

• Кто такой Бобби Мур фи? «Другой» таинственный соучредитель Snapchat
• Что такое дипфейки и каковы риски?
• Температура окружающей среды и ее значение для центров обработки данных

(SMT) Технология поверхностного монтажа: значение, определение и примеры Часто задаваемые вопросы (часто задаваемые вопросы) 

Что означает SMT в технологии?

SMT — это аббревиатура от технологии поверхностного монтажа. Это процесс крепления компонентов к печатным платам. Один из самых интересных фактов об этом заключается в том, что SMT в значительной степени отвечает за увеличение плотности печатных плат в соответствии с законом Мура.

SMT привел к миниатюризации микросхем и компонентов печатных плат. Благодаря более простому и быстрому методу создания сборок электронных компонентов технология смогла как уменьшить размер, так и увеличить мощность. Размеры компонентов были уменьшены настолько, что идентификационные маркировки, ранее нанесенные на печатную плату, были укорочены и размещены на самих компонентах. Это может привести к трудностям при ремонте типов SMA, поскольку идентификационные маркировки могут быть трудночитаемыми из-за размера.

Для чего используется SMT?

SMT — это производственный процесс для размещения всех типов компонентов, необходимых для работы электроники, на печатных платах. Он был использован для замены более старого метода, известного как сквозная технология. SMT привел к значительно меньшим компонентам, двусторонним печатным платам и распространению новых типов технологий. Одним из многих фактов о SMT является то, что он продолжил тенденцию к удвоению плотности компонентов на печатной плате в соответствии с законом Мура после 19 лет.85.

В чем разница между SMD и SMT?

SMT означает технологию поверхностного монтажа и относится ко всему процессу и связанным с ним компонентам, используемым при поверхностном монтаже. SMD означает устройство для поверхностного монтажа. SMD — это компоненты, специально разработанные для поверхностного монтажа на печатных платах электронных устройств.

Что такое SMT в печатных платах?

SMT — это процесс пайки компонентов на контактные площадки SMT или контактные площадки для пайки на печатной плате или печатной плате. Это позволяет наносить паяльную пасту на каждую контактную площадку. Затем необходимые компоненты размещаются в правильных местах вместе с платой. Теперь к плате можно приложить тепло, чтобы расплавить припой и создать прочные соединения между компонентами и печатной платой. Конечным результатом является работающая сборка для поверхностного монтажа, которую можно устанавливать в электронные продукты.

Что такое колодки SMT?

Контактные площадки SMT или контактные площадки для пайки представляют собой небольшие геометрические узоры, изготовленные из оловянно-свинцовой, серебряной или позолоченной меди. Площадки предназначены для того, чтобы быть контактными точками для компонентов, взаимодействующих с платой. Конструкция контактных площадок невероятно важна для платы и процесса поверхностного монтажа. Неправильная форма контактных площадок может привести к нарушению натяжения во время процесса пайки. Если натяжение не притягивает компонент должным образом, он может оказаться припаянным не к той части платы, что вызовет удары или разрыв цепи.

Преимущества и недостатки поверхностного монтажа

Технология поверхностного монтажа — это часть электронной сборки, предназначенная для монтажа электронных компонентов на поверхность печатной платы. Электронные компоненты, установленные таким образом, называются устройствами поверхностного монтажа (SMD).

SMT был разработан для минимизации производственных затрат при эффективном использовании места на плате. Внедрение технологии поверхностного монтажа позволило производителям изготавливать сложные печатные платы меньшего размера. Существуют различные преимущества и недостатки технологии поверхностного монтажа, которые мы обсудим в этой статье.

Появление технологии поверхностного монтажа

Технология поверхностного монтажа была разработана в 1960-х годах и широко использовалась в 1980-х годах. К 1990-м годам они использовались в большинстве высокопроизводительных сборок печатных плат. Обычные электронные компоненты были переработаны, чтобы включить металлические выступы или торцевые заглушки, которые можно было прикрепить непосредственно к поверхности платы. Это заменило обычные проволочные выводы, которые необходимо было проходить через просверленные отверстия. SMT привел к гораздо меньшим размерам компонентов и позволил разместить компоненты с обеих сторон платы. Поверхностный монтаж обеспечивает более высокую степень автоматизации, сводя к минимуму трудозатраты и увеличивая производительность, что приводит к развитию печатных плат.

Отличительные особенности SMT и технологии сквозных отверстий

SMT позволяет монтировать электрические компоненты на поверхность платы без сверления отверстий. Большинство электронных приложений предпочитают использовать компоненты для поверхностного монтажа, поскольку они компактны и могут быть установлены с любой стороны печатной платы. Они подходят для приложений с более высокой плотностью маршрутизации. Эти компоненты имеют меньшие выводы или вообще не имеют выводов и меньше, чем сквозные компоненты.

Процесс сборки SMT:

• Нанесите паяльную пасту на изготовленную печатную плату с помощью трафаретов. Паяльная паста состоит из флюса и частиц олова.
• Прикрепите компоненты для поверхностного монтажа.
• Используйте метод пайки оплавлением.

SMD и резистор для сквозных отверстий

В технологии сквозных отверстий выводы компонентов вставляются в просверленные отверстия на плате. Затем эти выводы припаиваются к контактным площадкам на противоположной стороне с помощью инструментов для пайки волной припоя или пайки оплавлением. Поскольку сквозной монтаж обеспечивает прочное механическое соединение, он очень надежен. Однако сверление печатных плат во время производства имеет тенденцию к увеличению производственных затрат. Кроме того, сквозная технология ограничивает область трассировки сигнальных трасс ниже верхнего слоя многослойных печатных плат.

SMT и конденсатор для сквозного монтажа

Основные различия между технологией сквозного монтажа и технологией поверхностного монтажа

• SMT устраняет ограничение на пространство на плате, связанное с производственным процессом монтажа в сквозное отверстие.
• Компоненты со сквозным отверстием требуют более высоких производственных затрат, чем компоненты SMT.
• Для использования поверхностного монтажа требуются передовые навыки проектирования и производства по сравнению с технологией сквозного монтажа.
Компоненты
• SMT могут иметь большее количество контактов по сравнению со сквозными компонентами.
• В отличие от сквозной технологии, SMT позволяет автоматизировать сборку, которая подходит для больших объемов производства при меньших затратах по сравнению со сквозным производством.

Автоматизированное размещение компонентов SMT

• Компоненты SMT более компактны, что обеспечивает более высокую плотность компонентов по сравнению с монтажом в сквозное отверстие.
• В то время как поверхностный монтаж приводит к снижению производственных затрат, капитальные вложения в оборудование выше, чем для технологии сквозного монтажа.
• Сквозной монтаж лучше подходит для изготовления крупногабаритных и громоздких компонентов, подвергающихся периодическим механическим нагрузкам, или даже для высоковольтных и мощных деталей.
• SMT упрощает достижение более высоких скоростей контура из-за его уменьшенного размера и меньшего количества отверстий.

Факторы, которые следует учитывать перед выбором SMT или технологии сквозного монтажа

• Стабильность компонента при воздействии внешней нагрузки
• Простота управления температурным режимом/отводом тепла
• Наличие детали и ее альтернативы
• Экономичность сборки
• Высокая производительность и срок службы упаковки
• Облегчение доработки в случае отказа платы

Преимущества технологии поверхностного монтажа

SMT имеет много преимуществ по сравнению с традиционной технологией сквозного монтажа:

• Технология поверхностного монтажа поддерживает микроэлектронику, позволяя размещать больше компонентов ближе друг к другу на плате. Это приводит к более легким и компактным конструкциям.
• Процесс настройки производства SMT выполняется быстрее по сравнению с технологией сквозного монтажа. Это связано с тем, что компоненты монтируются с использованием паяльной пасты вместо просверленных отверстий. Это экономит время и трудоемкую работу.

Печать паяльной пастой на печатной плате

• Компоненты могут быть размещены на обеих сторонах печатной платы, а также более высокая плотность компонентов с возможностью большего количества соединений для каждого компонента.
• Благодаря компактному размеру упаковки на одном слое можно разместить дорожки более высокой плотности.
• Поверхностное натяжение расплавленного припоя приводит компоненты в соответствие с контактными площадками припоя, что автоматически устраняет незначительные проблемы с размещением.
• По сравнению со сквозными отверстиями они не увеличиваются в размерах во время эксплуатации. Следовательно, вы можете уменьшить пространство между упаковками.
Электромагнитная совместимость
• легко достижима в платах SMT благодаря их компактному корпусу и меньшей индуктивности выводов.
• SMT обеспечивает более низкое сопротивление и индуктивность в соединении. Он смягчает нежелательные эффекты радиочастотных сигналов и обеспечивает лучшую производительность на высоких частотах.
• Благодаря своей компактности на плате легко помещается больше деталей, что приводит к более коротким путям прохождения сигнала. Это повышает целостность сигнала.
• Тепловыделение также меньше, чем у сквозных компонентов.
• SMT снижает затраты на обработку плит и материалов.
• Позволяет контролировать производственный процесс. Это особенно важно для крупносерийного производства печатных плат.

Убедитесь в технологичности вашей схемы с помощью инструмента Better DFM.

 

Недостатки технологии поверхностного монтажа

Несмотря на то, что поверхностный монтаж имеет ряд преимуществ, эта технология также имеет определенные недостатки:

• единственный способ крепления к печатной плате. Это связано с тем, что вам необходимо использовать разъемы компонентов для взаимодействия с внешними устройствами, которые периодически удаляются и снова подключаются.
• Паяные соединения для SMD могут быть повреждены из-за тепловых циклов во время работы.
• Вам потребуются высококвалифицированные или опытные операторы и дорогие инструменты для ремонта на уровне компонентов и ручной сборки прототипа. Это из-за меньших размеров и свинцовых пространств.
• Большинство пакетов компонентов SMT нельзя установить в сокеты, которые обеспечивают простую установку и замену неисправных компонентов.
• Вы используете меньше припоя для паяных соединений в SMT, поэтому надежность паяных соединений становится проблемой. Образование пустот может привести к нарушению паяного соединения.
SMD
• обычно меньше, чем компоненты со сквозными отверстиями, что оставляет меньшую площадь поверхности для маркировки идентификаторов деталей и значений компонентов. Это затрудняет идентификацию компонентов во время прототипирования и ремонта печатной платы.
• Припой может расплавиться при воздействии сильного тепла. Поэтому SMT нельзя реализовать в цепях электрической нагрузки с большим тепловыделением.
Платы
• , использующие эту технологию, требуют больших затрат на установку. Это связано с тем, что большая часть оборудования для поверхностного монтажа, такого как ремонтная станция с горячим воздухом, машина для захвата и размещения, трафаретный принтер для паяльной пасты и печь для оплавления, являются дорогостоящими.

Оператор, работающий на машине захвата и размещения

• Миниатюризация и разнообразие паяных соединений могут усложнить процедуру и проверку.
• Из-за компактных размеров существует повышенная вероятность перелива припоя, что может привести к короткому замыканию и перемычке припоя.

 

Справочник по дизайну для тестирования

7 глав – 28 страниц – 45 минут чтения

 

Когда следует использовать технологию поверхностного монтажа?

В большинстве продуктов, производимых в настоящее время, используется технология поверхностного монтажа. Но SMT подходит не во всех случаях. Рассмотрите вариант SMT, если:

• Вам необходимо разместить большое количество компонентов.
• Требуется компактный или небольшой продукт.
• Ваш конечный продукт должен быть гладким и легким, несмотря на плотность компонентов.
• Требование определяет высокоскоростное/частотное функционирование устройства.
• Вам необходимо производить большие объемы с помощью автоматизированной технологии.
• Ваш продукт должен производить очень мало шума (если вообще шумит).

Рекомендации по размещению компонентов SMT

Ниже приведены некоторые рекомендации по размещению компонентов SMD для поддержания хорошего сигнала и целостности питания на вашей плате.

• Держите компоненты как можно ближе, чтобы минимизировать расстояние маршрутизации.
• При размещении компонентов придерживайтесь пути прохождения сигнала согласно схеме.
• Никогда не размещайте компоненты на обратном пути чувствительных сигналов. Это приводит к проблемам с целостностью сигнала.
• Для высокоскоростных устройств разместите обходные конденсаторы ближе к их контактам питания. Это уменьшит паразитную индуктивность.
• Расположите SMD вместе для цепей питания. Это поможет вам обеспечить более короткую разводку и уменьшить индуктивность в соединениях.
• Старайтесь размещать компоненты SMT на одной стороне платы, чтобы снизить затраты, связанные с трафаретами и сборкой.
• Поддерживайте минимальное расстояние между контрольными точками и компонентами поверхностного монтажа, как указано производителем. Это расстояние может варьироваться в зависимости от высоты компонента.

SMD, упакованный в ленту для сборки

Для облегчения процесса сборки убедитесь, что все названия компонентов, полярность, ориентация и размещение правильно отмечены на сборочном чертеже. Контуры, присутствующие на чертежах, должны совпадать с реальными деталями. Обратитесь к производителю за рекомендациями по комплектованию, если вы планируете сборку на условиях консигнации. Подготовьте спецификацию соответствующим образом.

 

 

Методы пайки, применяемые в SMT

Для монтажа компонентов на плату широко используются пайка оплавлением припоя и пайка волной припоя. В зависимости от характера компонентов проектировщик может выбрать один из этих способов технологии поверхностного монтажа.

Поверхностный монтаж и монтаж через отверстия

Пайка волной припоя : Поскольку припой будет течь через отверстия для образования соединения, пайка волной припоя в основном используется для компонентов со сквозными отверстиями. Вы также можете использовать пайку волной припоя для большинства компонентов поверхностного монтажа.

Оплавление припоя : Этот процесс обычно предпочтительнее для поверхностного монтажа. Здесь припой на одном выводе плавится и оплавляется быстрее, чем на другом. Единственным недостатком является то, что он вызывает эффект надгробной плиты, когда компонент отслаивается от нерасплавленной прокладки. Этот эффект характерен для компонентов поверхностного монтажа, таких как резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности.

Корпуса устройств для поверхностного монтажа

Корпуса для поверхностного монтажа бывают различных форм и размеров, как указано ниже:

Общие пассивные дискретные компоненты: Эти компоненты в основном представляют собой резисторы и конденсаторы и входят в состав большинства электронных устройств, доступных сегодня. Ниже приведены детали корпуса SMD для конденсаторов и резисторов.

Транзисторы: Наиболее распространены следующие типы корпусов для транзисторов:

• SOT-23 (маленький контурный транзистор) с размерами 3 x 1,75 x 1,3 мм
• SOT-223 (маленький контурный транзистор) с размерами 6,7 x 3,7 x 1,8 мм

Транзистор SOT-23

Корпуса интегральных схем (ИС)

Корпуса интегральных схем представлены в широком ассортименте, как указано ниже:

• Малая интегральная схема (SOIC)

Small Outline Package (SOP)

TSOP (Thin Small Outline Package) тоньше, чем SOIC

• Quad Flat Pack (QFP)

Quad Flat Packs — это стандартные квадратные плоские корпуса IC.

Счетверённая плоская упаковка IC

• Шариковый массив (BGA)

Корпуса BGA включают расположение шариков припоя на нижней стороне микросхемы вместо штырьков. Расстояние между шариками обычно составляет 1,27, 0,8, 0,5, 0,4 и 0,35 мм.

Чип заключен в пластиковую форму. Он может быть как квадратной, так и прямоугольной формы.

Измерение размера SMD

Стандарты компонентов для поверхностного монтажа определены Объединенным советом по разработке электронных устройств (JEDEC) Ассоциацией твердотельных технологий (JEDEC.org). JEDEC является независимой организацией по торговле полупроводниковыми технологиями и органом по стандартизации со штаб-квартирой в Арлингтоне, штат Вирджиния, США.

Размер SMD можно измерить в дюймах в британской системе и миллиметрах в метрической системе. Для дюймовых компонентов 0201 размеры составляют 0,02 x 0,01 дюйма. Для метрических компонентов 0201 0,2 x 0,1 мм.

Понимание преимуществ и недостатков технологии поверхностного монтажа необходимо для понимания ее роли в электронной промышленности.