Технология поверхностного монтажа

Поверхностный монтаж (SMT)      

Данная  статья содержит описание технологии поверхностного монтажа электронных  компонентов на печатных платах. Приведены  общие термины, дано описание процесса поверхностного монтажа. Показаны основные преимущества и недостатки применения данной технологии. Кроме того, приведен перечень оборудования, необходимого для осуществления данного технологического процесса.

Термины и определения       

Поверхностный монтаж - технология производства, конструирования электронных узлов, модулей, изделий на печатных платах. Кроме того, как синоним данному термину иногда применяет словосочетание - монтаж на поверхность.        

SMT - surface mount technology. Этот термин и сокращение используется для обозначения технологии поверхностного монтажа как в отечественной, так и в зарубежной литературе в качестве аналога термину, приведенному выше .        

Чип-компонент - электронный компонент, монтируемый на печатную плату с помощью технологии поверхностного монтажа.          

SMD - surface mounted device. Это сокращение и термин применяются для обозначения чип-компонента как в отечественной, так и в зарубежной литературе.         

Печатная плата - пластина (обычно прямоугольной формы), выполненная из диэлектрического материала, которая содержит одну или более электрический цепей. Электрические цепи сформированы методом штамповки или печати.         

Паяльная паста - смесь, чаще всего порошкообразная, содержащая флюс и состоящая из припоя и ряда органических наполнителей. В качестве синонима данного термина иногда используется термин - припойная паста.

Процесс поверхностного монтажа     

 Для обеспечения  процесса поверхностного монтажа выполняется ряд основных этапов, среди которых необходимо прежде всего выделить следующие:

Проектирование  печатных плат. На данном этапе происходит проектирование электрических цепей, контактных площадок, выбор чип-компонентов их предполагаемого расположения, выбор диэлектрика  печатной платы и т.д.

Изготовление  печатных плат. В соответствии с проектом печатной платы выполняется изготовление печатных плат методом штамповки или печати.

Нанесение паяльной пасты на печатную(ые)плату(ы). Паяльная паста служит фиксатором для чип-компонентов.

Установка чип-компонентов. Чип-компоненты устанавливаются на контактные площадки и фиксируются там паяльной пастой.

Пайка печатной платы. Данный этап в технологии поверхностного монтажа выполнятся методом группового оплавления паяльной пасты в специализированных печях.     

 Из приведенных  этапов непосредственное отношение  к технологии поверхностного монтажа имеют последние три, а именно: нанесение паяльной пасты, установка чип-компонентов и пайка паяльной пасты групповым методом. Рассмотрим их более подробно.

Нанесение паяльной пасты     

 Паяльная паста  в технологии поверхностного монтажа является очень важным компонентом, а сама процедура нанесения и качество её выполнения во многом сказываются на качестве получаемого электронного изделия.     

 Паяльная паста  выполняет функцию припоя для  чип-компонентов, и, кроме этого, вспомогательную  функцию - фиксацию чип-компонентов на контактных площадках до момента оплавления припоя. Именно поэтому, при выборе паяльной пасты, помимо всего прочего, нужно оценивать и её клеящее свойство.     

 Для правильного,  дозированного нанесения паяльной  пасты используются трафаретные принтеры. Трафаретные принтеры могут быть как ручными, так и автоматическими. Выбор трафаретного принтера во многом определяется условиями его эксплуатации, а также объемами производства выпускаемых электронных изделий. В любом случае, в независимости от используемого трафаретного принтера, как и в каком количестве будет нанесена паяльная паста определяет инженер-технолог.      

 Таким образом,  необходимо отметить, что этап нанесения паяльной пасты в процессе поверхностного монтажа играет значительную роль. Ошибки, допущенные на данном этапе, в последующем могут привести к браку и дефектам в производимом электронном изделии.

Установка чип-компонентов     

 Установка чип-компонентов во многом является механической процедурой. Основная её задача - правильное размещение чип-компонентов на печатной плате. Все SMD-компоненты должны быть установлены строго в соответствии со спроектированной электронной схемой изготавливаемой печатной платой. Понятно, что в случае ошибки размещения результирующее изделие в лучшем случае не будет работать, а в худшем - возможны короткие замыкания и даже воспламенение.      

 Для устранения  человеческого фактора на данном  этапе, чаще всего, применяются  роботизированные или автоматизированные  программируемые установщики, которые  позволяют снизить риски неправильной  установки.

Пайка печатной платы     

 Когда на печатную  плату нанесена паяльная паста,  установлены и зафиксированы  SMD-компоненты, выполняется этап  оплавления припойной пасты. Во  время оплавления припоя на  печатных платах очень важно  соблюдение температурного режима  и(или) температурного профиля.  Температурный режим характеризуется не только температурой максимального нагрева, но и то, как данная температура достигается. В процессе нагрева для ряда чип-компонентов должна выдерживаться заданная скорость нагрева. Другими словами при оплавлении задается температура оплавления и время, за которое необходимо её достичь. Более того, процедура охлаждения так же должна выдерживать подобный режим. Такой подход гарантирует, что печатная плата и SMD-компоненты, находящиеся на ней, не будут подвержены тепловым ударам, и, следовательно, позволяет уберечь её от тепловых повреждений.     

 Чтобы обеспечить  заданный температурный режим  оплавления используются так  называемые печи оплавления припоя. Печи оплавления припоя позволяют выполнить требования по температурному профилю в условиях групповой пайки чип-компонентов на печатных платах. Печи оплавления припоя различаются используемыми методами нагрева, каждый из которых имеет свои достоинства и недостатки. Среди самых распространенных методов на настоящий момент - метод конвекции. Выбор той или иной печи, конечно же, в первую очередь зависит от температурного профиля изготавливаемых изделий и от её производительности.     

 Процедура оплавления  припоя и качество её исполнения  во многом определяют качество  получаемой печатной платы и,  несомненно, качество того электронного  изделия, в которое данная плата  будет установлена.

Достоинства и недостатки технологии поверхностного монтажа      

Среди основных достоинств поверхностного монтажа необходимо в порядке значимости отметить следующие:

Существенное снижение себестоимости серийных электронных  изделий.

Унификация и  стандартизация как используемых чип-компонентов, так и схем построения электронных изделий.

Повышенные возможности  по автоматизации процесса.

Лучшая ремонтно пригодность.

Уменьшение размеров чип-компонентов и как следствие - снижение их стоимости.

Снижение веса электронных  изделий за счет уменьшения размеров чип-компонентов.       

 В качестве  недостатков поверхностного монтажа можно выделить следующее:

Необходимо точно  соблюдать технологию нанесения  пальной пасты, температурный профиль во время оплавления пальной пасты и т.д.

Как следствие из первого пункта - высокие требования к применяемому технологическому оборудованию.

Следствие из второго - существенные первоначальные затраты  для оборудования технологической  линии.

Повышенные требования к хранению и транспортировке  электронных чип-компонентов.

Заключение       

Поверхностный монтаж позволяет добится существенного увеличения объемов производства электронных изделий при сохранении и даже уменьшении себестоимости. Это достигается за счет повсеместной автоматизации, уменьшению размеров SMD-компонентов, унификации процессов и снижению трудоемкости. При всех своих минусах, которые имеют место, результирующий эффект, несомненно , говорит о перспективности и востребованности данной технологии.

Литература

1. http://ru.wikipedia.org/wiki/%CF%EE%E2%E5%F0%F5%ED%EE%F1%F2%ED%FB%E9_%EC%EE%ED%F2%E0%E6
2. Основы технологии поверхностного монтажа. Сускин В.В.