Kompletní průvodce výrobou SMT: Vysvětlení krok za krokem

Technologie povrchu montáž (SMT) je metoda používaná ve výrobě elektroniky, kde jsou komponenty přímo namontovány na povrch desek s obvody (PCB). SMT se stala standardním výrobním procesem v elektronickém průmyslu kvůli jeho účinnosti, nákladové efektivitě a schopnosti produkovat kompaktní vysoce výkonná elektronická zařízení. V tomto článku podrobně prozkoumáme výrobní proces SMT, včetně každého kroku a souvisejících termínů.

Podmínky související s SMT

Než se ponoříte do výrobního procesu SMT, je důležité pochopit některé klíčové pojmy:

1. PCB (deska s plošným obvodem) : Deska používaná v elektronice k mechanickému podpoře a elektricky připojení elektronických komponent.

2. SMD (zařízení na povrch) : Komponenty, které jsou navrženy tak, aby byly namontovány přímo na povrch PCB.

3. Pájná pasta : Směs práškové pájky a toku používaných k připevnění SMD k PCB.

4. Pájení reflow : Proces, ve kterém je pájková pasta zahřívána do svého tání, aby se vytvořila permanentní elektrická a mechanická spojení mezi komponenty a PCB.

5. AOI (Automatizovaná optická kontrola) : Proces vizuální kontroly založeného na stroji, který používá kamery k detekci defektů v PCB.

6. Axi (automatizovaná rentgenová inspekce) : Metoda inspekce využívající rentgenové paprsky ke kontrole pájecích kloubů a připojení skrytých pod komponenty.

7. SPI (Inspekce pájecí pasty) : Proces kontroly kvality aplikace pájky na PCB.

Proces výroby SMT

Proces výroby SMT se skládá z několika kroků, z nichž každý je kritický pro zajištění spolehlivého umístění a pájení elektronických komponent na PCB. Níže je podrobný přehled každého kroku v procesu SMT.

Krok č. 1: Pásový tisk pasty

Prvním krokem ve výrobním procesu SMT je použití pájkové pasty na PCB. Pájná pasta je lepkavá látka vyrobená z malých pájkových koulí smíchaných s tokem. Používá se na oblasti PCB, kde budou komponenty namontovány, obvykle na kovové podložky.

Proces tisku pájecí pasty:

1. Zarovnání šablony : Kovová šablona s výřezy odpovídající umístěním pájky na PCB je umístěna přes desku. Štěpňka působí jako maska, aby zajistila, že pájecí pasta je aplikována pouze na požadované oblasti.

2. Aplikace Paste : Squeegee nebo podobný nástroj šíří pájecí pastu přes šablonu a tlačí ji přes otvory na PCB pod ní. Tloušťka a uniformita vrstvy pasty jsou rozhodující pro zajištění správného připojení komponent a pájení.

3. Odstraňování šablony : Štanka je pečlivě zvednuta a na podložkách PCB ponechává přesně uloženou pájkovou pastu.

Správná aplikace pájené pasty je zásadní, protože určuje kvalitu pájecích kloubů a celkovou spolehlivost montáže.

Krok č. 2: Inspekce pájecí pasty (SPI)

Po nanesení pájkové pasty je dalším krokem inspekce pájky (SPI) . Tento krok je nezbytný pro zajištění toho, aby pájecí pasta byla správně uložena na PCB.

Proces SPI:

1. Automatizovaná inspekce : SPI stroje používají kamery a senzory ke skenování PCB a měření objemu, výšky, plochy a polohy usazenin pájecí pasty.

2. Kontrola kvality : Inspekční údaje jsou analyzovány za účelem detekce jakýchkoli defektů, jako je nedostatečná pasta, nadbytečná pasta nebo vyrovnávané vklady. Tyto vady mohou vést ke špatným pájecím kloubům, nesprávnému umístění komponent nebo zkratů.

3. Smyčka zpětné vazby : Pokud jsou detekovány vady, lze provést úpravy na nastavení tiskárny pájky nebo parametry procesu pro opravu problému. Tato zpětná vazba smyčka zajišťuje vysoce kvalitní aplikaci pájecí pasty.

Krok č. 3: Montáž čipu

Jakmile je pájecí pasta zkontrolována a ověřena, dalším krokem je montáž čipu , známý také jako umístění součásti.

Proces montáže čipu:

1. Příprava komponenty : Komponenty SMT nebo SMD jsou dodávány do cívek, zásobníků nebo zkumavek a přiváděny do stroje na pick-a místo.

2. PICK-APLACE : Stroj s pick-and-místem používá robotická paže vybavená vakuovými tryskami k vyzvednutí komponent z podavačů a umístění na pájecí polštářky na PCB. Vysoká přesnost stroje zajišťuje, že komponenty jsou přesně umístěny podle návrhu PCB.

3. Zarovnání a umístění : Stroj používá systémy vidění a algoritmy zarovnání, aby se zajistilo, že každá komponenta je umístěna správně. Rychlost a přesnost moderních strojů na pick-a místo umožňují vysoce výkonnou produkci.

Montáž čipu je kritickým krokem, protože jakékoli nesprávné vyrovnání nebo nesprávné umístění může mít za následek vadné desky, které vyžadují nákladné přepracování nebo sešrotování.

Krok č. 4: Vizuální kontrola + umístění komponent ručně

Po automatickém umístění komponent je často potřeba vizuální kontroly a umístění některých komponent ručně.

Proces vizuální kontroly a manuálního umístění:

1. Vizuální kontrola : Zkušení operátoři vizuálně kontrolují desky a zkontrolují nesprávně zarovnané komponenty, chybějící části nebo jakékoli zjevné vady, které stroje mohly vynechat. Tento krok se často provádí pomocí zvětšovacích nástrojů nebo mikroskopů.

2. Umístění ruční komponenty : Některé komponenty, zejména ty, které jsou nestandardní, velké nebo citlivé, mohou být nutné umístit ručně. To by mohlo zahrnovat konektory, transformátory nebo liché komponenty, které automatizované stroje nemohou efektivně zvládnout.

3. Úpravy : Pokud se zjistí, že komponenty jsou na místě nebo chybí, mohou operátoři ručně upravit nebo přidat tyto komponenty, aby se zajistilo, že všechny části jsou správně umístěny před pájení.

Tento krok pomáhá zajistit, aby jakékoli chyby z automatizovaného procesu byly zachyceny brzy, což snižuje potenciální vady v konečném produktu.

Krok č. 5: Pájení reflow

Jakmile jsou všechny komponenty na místě, sestava PCB se přesune do reflow pájecí , kde je pájková pasta roztavena a vytváří trvalé elektrické a mechanické spojení.

Proces pájení Refrow:

1. Předehřeťová zóna : Sestava PCB se postupně zahřívá v reflowské peci, aby se odstranila jakoukoli vlhkost a aby deska a komponenty přivedla na teplotu těsně pod bodem tání pájky.

2. Zóna namočení : Teplota je udržována pro aktivaci toku v pájkové pastě, která čistí kovové povrchy a připravuje je na pájení.

3. Refrow zóna : Teplota se rychle zvyšuje na bod tání pájky, což způsobuje, že pájkové koule se roztaví a vytvářejí pájecí klouby mezi komponenty a podložky PCB.

4. Chladicí zóna : Sestava je pomalu ochlazena, aby se ztuhlo pájecí klouby, což zajišťuje silné mechanické a elektrické spojení.

Pájení Reflow je kritické, protože určuje kvalitu pájených kloubů, což ovlivňuje výkon a spolehlivost konečného elektronického zařízení.

Krok č. 6: AOI (automatizovaná optická kontrola)

Po pájení reflow sestava podstoupí automatizovanou optickou kontrolu (AOI), aby detekovala jakékoli defekty v umístění nebo pájení komponent.

Proces AOI:

1. Zobrazování s vysokým rozlišením : AOI stroje používají kamery s vysokým rozlišením k zachycení podrobných obrázků sestavy PCB z více úhlů.

2. Analýza obrazu : Stroj porovnává zachycené obrázky s známým dobrým odkazem a hledá odchylky, jako jsou chybějící komponenty, nesprávná polarita, pájkové mosty nebo náhrobky (kde komponenty stojí na jednom konci).

3. Detekce defektů : Systém AOI označuje jakékoli defekty pro kontrolu. Desky s detekovanými vadami jsou odesílány buď k přepracování nebo označeny pro další kontrolu.

AOI pomáhá udržovat vysokou kvalitu tím, že zajišťuje, že pouze desky bez vad postupují do další fáze výroby.

Krok č. 7: Axi (automatizovaná inspekce rentgenového záření)

U komponent se skrytými pájecími klouby, jako jsou pole míčové mřížky (BGA) , je pro kontrolu kvality pájky vyžadováno automatizované rentgenové inspekce (Axi) .

Proces axi:

1. Rentgenové zobrazování : Axi stroje používají rentgenové paprsky k pronikání PCB a vytváření obrazů pájených kloubů skrytých pod komponenty.

2. Analýza defektů : Rentgenové obrazy jsou analyzovány, aby se zkontrolovaly defekty, jako jsou mezery, pájecí mosty nebo nedostatečné pokrytí páje, které nejsou viditelné optickou kontrolou.

3. Zajištění kvality : Desky s vadami jsou označeny pro přepracování nebo sešrotování, v závislosti na závažnosti a přepracování proveditelnosti.

Axi je nezbytná pro zajištění spolehlivosti komponent se skrytými pájecími klouby, protože nezjištěné vady mohou vést k selhání zařízení.

Krok č. 8: Test ICT nebo funkcí

Posledním krokem v procesu výroby SMT je testování v okruhu (IKT) nebo funkční test , aby se zajistilo, že sestava PCB splňuje všechny elektrické a funkční specifikace.

IKT nebo funkční testovací proces:

1. Testování v okruhu (IKT) : Tento test kontroluje jednotlivé komponenty na PCB, jako jsou rezistory, kondenzátory a ICS, aby se zajistilo, že jsou správně umístěny a fungují. IKT také kontroluje šortky, otevírá se a správné pájecí připojení.

2. Funkční testování : V tomto testu je PCB napájen a jsou testovány specifické funkce, aby se zajistilo, že deska funguje podle očekávání. Funkční testování simuluje skutečné provozní podmínky, kterým bude PCB čelit ve své konečné aplikaci.

3. Identifikace a přepracování vad : Pokud jsou během IKT nebo funkční testování identifikovány nějaké vady, je deska odeslána zpět k přepracování. To může zahrnovat výměnu komponent, opětovné napojení nebo nastavení nastavení sestavy.

IKT a funkční testování jsou posledními kroky k zajištění kvality a funkčnosti konečného produktu, což minimalizuje riziko vadných produktů dosažení zákazníka.

Závěr

Proces výroby SMT zahrnuje několik přesných kroků, od tisku pájecí pasty po konečné funkční testování. Každý krok je zásadní pro zajištění kvality, spolehlivosti a výkonu konečného elektronického produktu. Pochopením podrobností o každém kroku v procesu SMT mohou výrobci produkovat vysoce kvalitní elektroniku, která splňuje dnešní náročné standardy.