טכנולוגיית הרכבה על פני השטח: הדפסה, מיקום ובקרת איכות

Surface Mount Technology (SMT) בונה לוחות מעגלים מודפסים על ידי הנחת חלקים על רפידות שטוחות והלחמה בתנור ריזלו. הוא מאפשר לחלקים זעירים לשבת קרוב זה לזה ותומך בהרכבה אוטומטית. מאמר זה משווה בין SMT ל-through-hole, סוקר סוגי אריזות נפוצים, ומסביר את כל הקו: הדפסה, SPI, pick-and-place, reflow ו-check.

יסודות טכנולוגיית הרכבה על פני השטח

הרכבת מעגל קומפקטי עם חלקים המותקנים על פני השטח

טכנולוגיית הרכבה על פני השטח (SMT) היא שיטה לבניית לוחות מעגלים מודפסים שבה רכיבים אלקטרוניים מחוברים ישירות לרפידות מתכת שטוחות על פני השטח, ולא דרך חורים בלוח. חלקים אלו נקראים התקני הרכבה על פני השטח (SMDs). לאחר שהחלקים מונחים על הרפידות עם משחת הלחמה, הלוח עובר שלב חימום, לעיתים בתנור זרימה, כדי להמיס את הלחמה וליצור חיבורים חשמליים ומכניים מוצקים.

מכיוון שהחלקים יכולים להיות קטנים מאוד וממוקמים קרוב זה לזה, SMT מאפשר להכניס יותר רכיבים על לוח אחד ועוזר להפוך את המוצרים לקטנים וקלים יותר. התהליך גם עובד היטב עם מכונות אוטומטיות, שמסייעות לשמור על עקביות איכות ומקלה על ייצור כמויות גדולות בעלות מבוקרת.

השוואה בין SMT לדרך חור

סוגי חבילות משטחיות נפוצות

• פסיבי שבב (נגדים/קבלים) - חלקים מלבניים קטנים עם רפידות זעירות על ה-PCB. הם רגישים לכמות משחת ההלחמה ולאיזון החימום, כי הלחמה לא אחידה עלולה לגרום להטיה או לחימורים חלשים.

• חבילות מסגרת עופרת (QFP, QFN) - מעגלים משולבים עם חוטים דקים או משטח חשוף גדול. יכול להיות שיש להם גשר הלחמה בין הפינים – בעיות אם הכבלים לא יושבים שטוחים, וחייבים לספק זרימת חום טובה דרך הרפידות.

• חבילות מערך (סוגי BGA) - חלקים עם כדורי הלחמה המסודרים ברשת מתחת לחבילה. חיבורי ההלחמה מוסתרים לאחר ההרכבה, ולכן לעיתים קרובות נעשה בדיקת רנטגן כדי לוודא שהכדורים נמסו והתחברו כראוי.

• דיודות וטרנזיסטורים (משפחות SOD/SOT) - חבילות קטנות עם קוטביות מסומנת או פין 1. הם צריכים את הכיוון הנכון של המעגל המעגלי ומיקום מדויק כדי שהחיבורים יתאימו לפריסת המעגל.

טכנולוגיית הרכבה על פני השטח בהרכבת PCB

קו ההרכבה של SMT

 • הדפסת משחת הלחמה - משחת הלחמה נדחפת דרך שבלונה כך שהיא נוחתת על כל פד של לוח המעגל החשוף.

• בדיקת משחת הלחמה (SPI) - המשחה המודפסת נבדקת כדי לאשר את הכמות והמיקום הנכונים בכל פד.

• התקנת רכיב באיסוף ומיקום - מכונות מניחות חלקי SMD על משחת ההלחמה הרטובה בכל מיקום של רפידה.

• הלחמת ריפלואו - הלוח עובר דרך תנור מחומם כך שהמשחה נמסה, מרטיבה את הרפידות והכבלים, ואז מתקררת ליצירת חיבורים מוצקים.

• בדיקה אופטית אוטומטית (AOI) - מצלמות סורקות את הלוח לאיתור חלקים חסרים, חלקים לא נכונים, חוסר יישור וליקויים נראים לעין בהלחמה.

• (אופציונלי) צילום רנטגן, ניקוי, עבודות מחדש ובדיקות פונקציונליות - ניתן להשתמש בשלבים נוספים לבדיקת מפרקים נסתרים, הסרת שאריות, תיקון פגמים ואישור שהקרן המורכב תקין.

הדפסת משחת הלחמה

• פתחי השבלונות שולטות בכמות המשחה שמשתחררת על כל פד, מה שמשפיע על גודל וצורת המפרק.

• יישור ההדפסה מבטיח שהמשחה נוחתת על הפדים במקום על מסכת ההלחמה או על הנחושת הסמוכה.

• הדפסות לקויות לעיתים קרובות יוצרות ליקויים ששלבים מאוחרים יותר אינם יכולים לתקן במלואם.

בדיקת משחת הלחמה (SPI)

בדיקת משחת הלחמה (SPI) בודקת את משקעי ההלחמה מיד לאחר ההדפסה ולפני שהחלפים מונחים. הוא מודד גובה, נפח ושטח, ומאשר שכל הפקדה נמצאת בגבולות קבועים וממוקמת נכון על המשטח שלה. כאשר מתגלות בעיות בשלב זה, ניתן לתקן את הבעיה לפני שנבנות לוחות רבים עם אותה שגיאת הדפסה. זה מפחית את העבודה מחדש והגריטה ועוזר לשמור על יציבות כל תהליך ה-SMT על ידי מתן משוב מהיר על מצב השבלונה, טיפול בהדבקה והגדרת המדפסת.

בחירה ומקום

• מצב ההזנה משפיע על אופן האיסוף האמין של החלקים ועוזר למנוע החמצה, נפילה או הכפלה של חלקים.

• יישור הראייה מזהה טעויות סיבוב ומיקום קטנות ומתקן אותן לפני שהחלק מונח על הרפידה.

• בקרת הקוטביות והכיוון שומרת על דיודות, מעגלים משולבים וקבלים מקוטבים מיושרים עם הסימנים שלהם על לוח המעגלים המעגלי.

הלחמה מחדש

• קר מדי - רטבה לקויה, מפרקים קהים או גרגריים, חיבורים פתוחים וקשרי הלחמה חלשים.

• חם מדי - נזק לחלקים, רפידות מורמות, ושיעורי פגמים גבוהים יותר עקב לחץ תרמי נוסף על הלוח.

• חימום לא אחיד - פסיביים קטנים עם קבר עם אבני קבר, רכיבים מעוותים ומפרקים שנראים שונים על אותו לוח.

טכנולוגיית התקנה על פני השטח: בדיקה ובקרת תהליכים

AOI וצילום רנטגן: בחירת שיטת הבדיקה הנכונה

יסודות SMT DFM

עיצוב לייצור (DFM) ב-SMT מתמקד בפריסות לוחות שמדפיסים, ממקמים ובודקים בצורה נקייה. פריסה שמבוססת על תרגול DFM טוב עוזרת לתהליך להישאר יציב, תומכת בחיבורי הלחמה שחוזרים, ומקלה על שליטה בפגמים לפני שהם מתפשטים על פני לוחות רבים. תרגולים מועילים ל-DFM:

• להשתמש בדפוסי קרקע נכונים לכל סוג אריזה, בהתבסס על תקני טביעת רגל מוכרים.

• שמור על מרווח בין רפידות למסילה שמאפשר שחרור נקי של משחה ומפחית את הסיכוי לגישור הלחמה.

• להוסיף סימני קוטביות ברורים ומדדי PIN-1 עבור דיודות, נורות LED ו-ICs.

• לספק פידוציאלים מקומיים ופאנלים פידוציאליים כדי שמכונות יוכלו ליישר את הלוח בדיוק.

• להימנע מאזורים סגורים החוסם פיות מיקום או תצפית מצלמות בדיקה.

• לתכנן פאנלים ותכונות פרידה כדי שהלוחות יישארו יציבים בזמן שהם עוברים דרך הקו.

SMT ללא עופרת מול SMT עם עופרת

ל-SMT ללא עופרת יש חלון תהליך צפוף יותר מאשר SMT עם עופרת, כיוון שהוא פועל בטמפרטורות גבוהות יותר ויכול ללחוץ רפידות רטובות בצורה שונה, מה שהופך את הבקרה התרמית ויציבות התהליך לקריטיות יותר לחיבורים אמינים. פרופילי ריזלום חייבים לחמם את כל החיבורים כראוי מבלי להעמיס על חלקים או את ה-PCB, ופסיביים קטנים ופריסות צפופות הופכים לרגישים יותר ל-tombstoning, הטיה וחיבורים חלשים. כדי לשמור על פגמים נמוכים ואמינות גבוהה, התהליך דורש הדפסת הלחמה עקבית, בחירת משחה מתאימה, פרופילי ריזלום יציבים ובדיקה יעילה.

טכנולוגיית הרכבה על פני השטח: ליקויים ועיבוד מחדש

פגמים נפוצים ב-SMT

שיפוצים ותיקונים

• להשתמש בחום מבוקר כדי למנוע רפידות הרמה או נזק לחומר ה-PCB.

• יישום פלוקס נכון כדי לסייע בהלחמת הרפידות והכבלים ולהפחתת הסיכון לפגמים חדשים.

• בדיקה מחודשת לאחר עבודה מחדש באמצעות AOI או צילום רנטגן בעת הצורך כדי לוודא שהמפרק המתוקן והמפרקים הסמוכים תקינים.

• מעקב אחרי ליקויים חוזרים ודפוסי עיבוד מחדש כך שניתן יהיה לתקן את התהליך במקור במקום לתקן את אותה בעיה שוב ושוב.

סיכום

תוצאות SMT טובות מגיעות משמירה על שליטה בכל שלב: הדפסת משחה נקייה, בדיקות SPI ברורות, מיקום מדויק ופרופיל ריפלואו שמחמם את החיבורים באופן שווה מבלי להתחמם יתר על המידה של חלקים. AOI מגלה בעיות נראות לעין, בעוד ש-X-ray בודק מפרקים נסתרים, כמו BGAs. בחירות DFM חזקות עוזרות גם כן, כמו טביעות רגל נכונות, ריווח בטוח, סימני קוטביות ברורים, פידוציאלים ופאנליזציה יציבה. ללא עופרת רץ חם יותר, אז החלון מוגבל יותר.

שאלות נפוצות [שאלות נפוצות]

ממה עשויה משחת הלחמה?

משחת הלחמה היא תערובת של אבקת הלחמה ופלקס.

מדוע גימור פני ה-PCB חשוב ב-SMT?

זה משפיע על איך ההלחמה מרטיבה את הרפידות וכמה אמינות החיבורים.

למה חלקי SMT צריכים שליטה בלחות?

הלחות עלולה להתרחב במהלך הזרימה מחדש ולגרום לסדק באריזה.

מה שולט עיצוב השבלונות?

הוא שולט כמה משחת הלחמה מודפסת על כל פד.

מדוע טמפרטורה ולחות חשובות ב-SMT?

הם משנים את התנהגות המשחה ומגבירים סיכונים כמו זיהום או נזק ל-ESD.

כיצד בודקים אמינות SMT לטווח ארוך?

זה נבדק באמצעות בדיקות מאמץ כמו מחזור תרמי, בדיקת רטט ולחות.