SMT-монтаж. Технология сборки

SMT (surface mount technology) ― англоязычная аббревиатура, обозначающая технологию монтажа на поверхность (ТМП). Ее иногда путают с SMD, но последняя означает не саму процедуру, а устанавливаемые элементы (surface mounted device).

Сборка по ТМП предполагает особую методику производства печатных плат (ПП). Она отличается от традиционной сквозной технологии установки элементов (THT, Through Hole Technology) тем, что требует фиксации чип-компонентов только на поверхность подложки со стороны размещения токопроводящих дорожек, а также не предполагает сверления отверстий. Методика зародилась еще в 1960-х гг., а спустя 20 лет стала лидирующей. Она и сегодня применяется чаще других. Это связано с тем, что технология, а также используемая компонентная база обеспечивают ряд преимуществ, повышающих скорость производства и качество результата.

SMD-монтаж (Surface Mount Device) — это технология установки электронных компонентов на поверхности печатных плат, когда компоненты монтируются путем нанесения пасты с паяльными порошками на поверхность платы, а затем происходит нагревание и плавление паяльной пасты, которая фиксирует компоненты на плате.

SMD-монтаж является более компактной и эффективной технологией, чем традиционный THT-монтаж (Through Hole Technology), когда компоненты устанавливаются в отверстия печатной платы и фиксируются внутри платы.

В типовом варианте SMT-производство печатных плат состоит из следующих операций.

• 1. Изготовление диэлектрической подложки.
• 2. Нанесение на контактные площадки паяльной пасты (выполняется методом ручного или автоматизированного дозирования, трафаретной печати).
• 3. Установка чип-компонентов на поверхность ПП.
• 4. Групповая пайка элементов путем оплавления паяльной пасты в конвекционной или инфракрасной печи.
• 5. Очистка диэлектрической пластины с установленными деталями (необходимость этого этапа зависит от активности флюса).
• 6. Нанесение защитных слоев.

Поверхностный монтаж может предполагать индивидуальную пайку компонентов струей азота или воздуха, но эта процедура обычно требуется при мелкосерийном производстве или ремонте печатной платы.

При всех плюсах поверхностной установки электронных деталей ее нельзя назвать универсальным методом производства. Технология уступает сквозной методике из-за своей сложности. Она требует задействования дорогого оборудования и привлечения высококвалифицированных кадров. Вместе с этим, платы, произведенные методом SMT, требуют особых условий хранения.

При использовании поверхностной установки также нужно принимать в расчет близость всех компонентов на пластине. Это говорит о наличии теплового контакта, требующего учета разности тепловых коэффициентов материалов и их иных характеристик. Иначе есть риск появления перенапряжения и отрыва элементов. Еще одна сложность работы с Surface mount technology заключается в необходимости точного соблюдения температур, а также времени нагрева при групповой пайке, что позволит избежать появления не пропаянных или перегретых участков.

Для ТМП используют компоненты меньших размеров с малой длиной выводов или без таковых. Отсутствие отверстий избавляет от потребности в прогреве припоя внутри них. Кроме этого, фиксация деталей на поверхности дает возможность задействовать обе стороны печатной платы, а также допускает использованием металлического основания для электромагнитной экранизации, а также рассеивания тепла, поступающего от чип-компонентов. Эти особенности обуславливают следующие преимущества ТПМ.

• 1. Простота процедур, возможность их автоматизации, высокая скорость производства.
• 2. Снижение габаритов ПП за счет увеличения плотности установки, сокращения размеров контактных площадок.
• 3. Уменьшение себестоимости производства благодаря сокращению числа деталей и расходов на упаковку миниатюрных плат.
• 4. Улучшение электротехнических характеристик аппаратуры, повышение скорости передачи импульсов, отсутствие задержек среди сверхвысокочастотных сигналов, снижение индуктивности.
• 5. Ремонтопригодность готовых изделий с возможностью быстрого снятия, переустановки поврежденных компонентов.
• 6. Снижение брака ввиду воздействия человеческого фактора (при условии автоматизации сборки).

Технология поверхностной установки чип-компонентов оправдана при крупносерийном производстве. В остальных случаях она вызывает ряд сложностей. Радиолюбителям, радиомеханикам, сервисным инженерам, частным электронщикам проще использовать сквозную THT-сборку.

При крупносерийном производстве электротехники предпочтительным остается автоматизированный монтаж. Если же речь идет о создании единичных экземпляров, лучше проводить работы вручную, так как настройка конвейерного оборудования окажется неоправданно продолжительной. SMT-монтаж, выполняемый мастером, а не машиной также рационален при необходимости ремонта, перепайки, усовершенствования платы, создании ее прототипа.

Ручной SMT-монтаж имеет ряд положительных черт.

• 1. Высокое качество сборки ввиду отсутствия риска появления машинного брака.
• 2. Индивидуальный подход, возможность быстрой модернизации готового изделия под новые требования заказчика.
• 3. Отдельная фиксация элементов исключает риск перегрева во время пайки.

Поверхностный монтаж, выполненный руками мастера, повышает трудоемкость работ. Вместе с этим возрастает и их цена. По этой причине ручной SMT-монтаж целесообразен только для выпуска небольших партий.

Производство с помощью SMD-монтажа обеспечивает более высокую производительность и точность изготовления электронных устройств, а также позволяет снизить затраты на производство благодаря уменьшению времени и затрат на монтаж.

В процессе SMD монтажа, важным компонентом являются паяльные пасты, которые играют решающую роль в эффективной фиксации компонентов на поверхности печатной платы. Пасты должны подбираться с учетом требований качества и размеров компонентов, а также режимов нагрева при монтаже.

Для повышения точности и качества монтажа, важно учитывать возможные требования по масштабированию (upscaling) производства, чтобы обеспечить оптимальную работу компонентов.

SMD-монтаж является неотъемлемой частью производства электроники и в условиях быстро меняющегося рынка необходимо постоянно развиваться и совершенствовать технологии монтажа для обеспечения конкурентоспособности и качественного производства.