Применение и будущие тенденции технологии поверхностного монтажа (SMT) в производстве печатных пластин

Технология поверхностного монтажа (SMT), являясь основным процессом современного электронного производства, полностью изменила ограничения традиционной технологии монтажа в отверстия (THT). Путем прямого монтажа электронных компонентов без выводов или с короткими выводами на поверхность печатных плат (PCB), SMT обеспечивает высокую плотность, высокую производительность и миниатюризацию электронных изделий. В этой статье будет всесторонне проанализировано применение SMT в производстве печатных плат с точки зрения таких аспектов, как технологический процесс, технические преимущества, проблемы и будущие тенденции.

Основной процесс SMT включает в себя такие этапы, как подготовка материалов, нанесение паяльной пасты, монтаж компонентов, оплавление и контроль и ремонт, которые можно конкретно разделить на следующие ключевые звенья:

1. Нанесение паяльной пасты трафаретной печатью

   Используйте стальную сетку и трафаретную печатную машину для точного нанесения паяльной пасты на контактные площадки печатной платы. Равномерность паяльной пасты напрямую влияет на качество пайки. Необходимо обеспечить отсутствие пропусков печати или адгезии посредством оптического контроля (SPI) 136.

2. Монтаж компонентов

   Автомат поверхностного монтажа (SMT) устанавливает компоненты поверхностного монтажа (SMD) в положение паяльной пасты с помощью высокоточной системы технического зрения и механической руки. Для двусторонних плат необходимо различать стороны A и B, и для фиксации могут использоваться различные паяльные пасты с разными температурами плавления или красные клеи 35.

3. Оплавление

   В печи оплавления паяльная паста образует паяные соединения после предварительного нагрева, плавления и охлаждения. Точный контроль температурной кривой является ключом к избежанию ложной пайки или термического повреждения компонентов. 68

4. Контроль и ремонт

   Качество пайки контролируется с помощью автоматического оптического контроля (AOI), рентгеновского контроля и т. д., а дефектные точки пайки ремонтируются. Сложные схемы по-прежнему требуют функциональных испытаний для обеспечения надежности 68.

Для смешанного процесса сборки (SMT в сочетании с компонентами с отверстиями) следует комбинировать волновую пайку или ручную пайку, например, сначала поверхностный монтаж, а затем монтаж в отверстия, или комбинацию двустороннего оплавления и волновой пайки. 69

Популярность SMT обусловлена ее всесторонними преимуществами во многих аспектах:

• Миниатюризация и высокая плотность

  Объем компонентов SMD на 60% меньше, чем у компонентов с отверстиями, а их вес уменьшен на 75%, что значительно увеличивает плотность трассировки печатной платы. Они поддерживают двусторонний монтаж и уменьшают потребность в сверлении 2410.

• Высокочастотные характеристики и надежность

  Конструкция с короткими выводами уменьшает паразитные индуктивность и емкость и улучшает эффективность передачи сигнала. Коэффициент первого прохода паяных соединений высок, антивибрационные характеристики сильны, а среднее время наработки на отказ (MTBF) значительно увеличивается на 27.

• Экономическая выгода

  Уменьшите количество слоев и площадь печатной платы, чтобы снизить затраты на материалы и транспортировку; Автоматизированное производство снижает трудозатраты, а общие затраты могут быть снижены на 30% - 50%410.

• Эффективность производства

  Полностью автоматизированный процесс (например, автомат установки, адаптирующийся к нескольким компонентам) сокращает время подготовки производства и поддерживает высокоэффективный выпуск в больших количествах.

Несмотря на свои значительные преимущества, SMT по-прежнему имеет следующие технические ограничения:

• Допуск к механическим нагрузкам

  Размер паяного соединения относительно мал, и оно подвержено выходу из строя в условиях частой вставки и извлечения или сильной вибрации. Необходимо усилить соединение 710 в сочетании с технологией монтажа в отверстия.

• Ограничения по высокой мощности и отводу тепла

  Компоненты высокой мощности (например, трансформаторы) имеют высокие требования к отводу тепла и обычно требуют использования конструкций с отверстиями в сочетании, что увеличивает сложность процесса на 79.

• Сложность обработки

  Требования к точности выравнивания межслойных соединений для многослойных печатных плат высоки. Если происходит отклонение выравнивания, это может привести к смещению компонентов и увеличению процента переделки на 9%.

• Более высокая интеграция и миниатюризация

  С ростом популярности корпусов 01005 и даже меньших компонентов SMT будет способствовать дальнейшей миниатюризации электронных изделий, одновременно решая проблемы нанесения паяльной пасты и точности монтажа 810.

• Технология интеллектуального обнаружения

  Искусственный интеллект и машинное обучение повысят способность систем AOI распознавать дефекты, уменьшат ручное вмешательство и повысят эффективность обнаружения.

• Гибридная технология производства

  Сочетание SMT, технологии монтажа в отверстия и 3D-печати может удовлетворить требования высокой мощности и сложных структур, таких как проектирование гибридных печатных плат в автомобильной электронике 79.

• Экологичное производство

  Продвижение бессвинцового припоя и низкотемпературных процессов сварки отвечает требованиям защиты окружающей среды, одновременно снижая энергопотребление на 8%.

Технология SMT, обладая высокой эффективностью, высокой надежностью и экономическими преимуществами, стала краеугольным камнем индустрии электронного производства. Несмотря на такие проблемы, как механическая прочность и отвод тепла, SMT будет продолжать вести электронные изделия к более высокой производительности и меньшему размеру за счет технологических инноваций и оптимизации процессов. В будущем интеллект и экологичность станут основными направлениями ее развития, обеспечивая ключевую техническую поддержку для новых областей, таких как 5G и Интернет вещей.