Pinnaühendusega Tehnoloogia

SSD Patriot P210 1TB sisemus

Pinnaühendusega Tehnoloogia (SMT) originaalselt "tasapinnaliseks paigaldamiseks", on tootmise viis, kus elektroonikakomponendid on ühendatud otse trükkplaadile (PCB). Need komponendi kutsutakse SMD-ks. SMT on osutunud efektiivsemaks, automatiseeritavamaks ja odavamaks kui läbi auku tehnoloogia elektroonikatootmises, mis on viinud selle laialdasema kasutamiseni elektroonikatööstuses.

Ajalugu

Saturn V instrumendisüsteem

See tehnoloogia leiutati IBM-is 1960. aastal. Selle tehnoloogiaga sai valmistada väiksema suurusega arvuteid, nagu näiteks LVDC (Launch Vehicle Digital Computer), mis oli oluline instrumendisüsteemSaturn IB ja Saturn V rakettide juhtimisel. See tehnoloogia on järglane läbi augu tehnoloogiast. Need muutusid populaarseks valikuks 1980. aastate keskel. 1990. aastatel SMD-d olid paigaldatud enamikku kõrgtehnoloogilistesse PCB-desse. Mõnel juhul lisati ka liimi plaadi alaküljele, et vältida komponentide libisemist keset taassulatusjootmist. Selle tehnoloogia populaarsus seisnes odavam hind suurtes kogustes ning puurimisvajaduse puudumises võrreldes läbi augu tehnoloogiast.

Levinud lühendeid

Lühendid ja nende tähendused.

SMp term	Tähendused
SMD	Pindmontaažikomponent (aktiivne ja passivne komponendid)
SMT	Pinnaühendusega Tehnoloogia (kooste- ja pealepanek tehnoloogia)
SMA	pinnamontaaži komponentide kooste (SMT)
SMC	Pinnapealsed komponendid + lisa (komponendid, millel on ka joote- ja muid materjale)
SMP	Pinnapealsed pakend (SMD pakend)
SME	Pinnapealsed masinad (SMT koostemasinad)

Pinnaühendusega tehnoloogia areng

Mikro-SMT tehnoloogia

Standardid võrreldes millimeetrites (mm) ja tollides (inches)

Mikro-SMT tehnoloogia on välja töötatud vastuseks elektroonikakomponentide pidevale miniatuurimisele. See võimaldab elektroonikakomponentide paigaldamist väga väikesele pinnale. SMT-d on kasutatud isegi mikromontaaži komponentide kokkupanekul ning elektroonikakomponendid muutuvad järjest väiksemaks. See on toonud kaasa vajaduse leida uusi lahendusi, et vältida PCB-de ülekuumenemist, kuna komponendid on nii tihedalt ja väikesel pinnal paigaldatud.

Keskkonnasäästliku arengu suund

SMT-tööstused püüavad leida paremaid viise loodusressursside säästmiseks. Vähendatakse tootmisjäätmeid ja ökoloogilist jalajälge ning kasutavad loodusvarasid säästlikumalt. Seda tehakse nii, et tööstused proovivad taaskasutada materjale nagu metalle, plastikut ja paberit. Kasutavad keskkonnasõbralikumaid kemikaale, ehitatakse energia tõhusamad masinaid ning pöörduvad rohelise energia poole, ostavad juba kasutatud tootmismasinaid ning kasutavad ka keskkonnasõbralikke materjale, näiteks pliivaba jooteainet.

Komponentide suuruse kahanemine

SMT tõttu, komponendid on saanud järjest väiksemaks minna. 1980. aastatel oli väiksem 1210 ja 1206 suurused SMD-d, 1990. aastate lõpul oli 0402 ja 0201. 2012-ndal aastal oli juba 01005. Tänapäeval praegune väiksem valik on 008004 100nF ja 6,3V-ga. See on 0,25x0,125mm suurusekomponent.

Tulevik

Automatiseerimine

Automatiseerimine osa SMT ehitamisel aina suureneb, see aitab tõsta kvaliteeti, efektiivsus ja tootmis kogust. Tuuakse järjest rohkem kõrgtehnoloogilist programmeerimist, et aidata masinate vahelist suhtlust. Targad SMT masinad saavad ise tulevikus kontrollida, kas on viga tekkinud ning ei pea nii tihti kutsuma inimkontrolli.

Targa tehase ehitus

SMT tuleviku jaoks saab kasutada targemaid tehaseid, et vältida manuaalset tööd. Selle tegemiseks kasutakse IoT ja AI abi, millega saab vähendata masinate seismisaega, parandata realajas mõõtmisega ja ennustava hoolduse abil. Ning targad tehased peaksid oskama lihtsamini reageerida turu nõudluse kõikumisele.

Parem täpsus

SMD-d lähevad järjest väiksemaks, ning selle tõttu on vaja leiutada täpsemaid masinaid. Selleks täpsuseks on vajalikud kõrgkvaliteetsed sensorid , roboteid ja pilditööstluse tehnoloogiad.

Majanduskasv

Selle vajaduse tõttu järeldatakse, et majandus kasvab aastatel 2022–2032. Järeldatud on aastane keskmine kasvumäär (CAGR) 11,8%. 2022. aasta alguses oli hinnanguline suurus 4,77 miljardit eurot ning aasta lõpus kasvas see 14,5 miljardi euroni. See moodustas 2022. aastal 33% globaalsest PCB kokkupaneku turust. Taassulatusjootmise ja parandamise vahendid kasvasid ka 2021. aastal kuni 36,8%.

Tootmisprotseduur

SMT trükkplaadi ja SMD jootmine toimub täisautomaatse SMD koosteliini abil. Taassulatusjootmise ahjuks on DIMA Solano RO 510.

Tootmisprotsess koosneb kindlatest etappidest, mida tuleb hoolikalt jälgida, et tagada toodete kvaliteet ja töökindlus.

Jootepasta paigaldamine

Alustatakse esiteks jootepasta kandmisega trükkplaadi patjadele.

Jootepasta kontroll

Jootepasta kvaliteedi kontrollimine aitab vähendada tootmiskulusid. Jootepasta kontrollitakse visuaalset, et vastaks standartidele.

Kiibi paigaldamine

Ühenduskomponendid paigaldatakse kiibipaigaldusmasinatega. Väiksemate seadmete puhul kasutatakse kiirete kiibipaigaldajatega, kuid suuremate komponentide, nagu BGA-d (pinnaga kinnitatud kiibid) ja IC-d (integreeritud ahelad), paigaldamine võib võtta rohkem aega.

Visuaalne kontroll

Enne taassulatusjootmist läbib trükkplaadile paigaldatud komponentide visuaalne kontroll, et leida võimalikke defekte või ebatäpsusi.

Taassulatusjootmine

Komponent ja plaadi ühendus SMT: 1 – SMD osa, 2 – komponenti ühendused, 3 – jooteaine, 4 – liim, 5 -voolujuhtiv tee, 6 – PCB baasmaterjal

Siin etappides loetakse eelsoojendamist, temperatuuri tõstmist, joote sulamist ja jahtumist. Taassulatusjootmine tagab, et komponendid on kindlalt kinnitatud trükkplaadile ja moodustavad elektrilise ühenduse.

Automaatne kontroll

Pärast jootepasta taassulatamist ja komponentide paigaldamist viiakse läbi automaatne kontroll, kasutades AOI (Automated Optical Inspection) või AXI (Automated X-ray Inspection) süsteeme.

Siseringtest

Protsessis kontrollitakse, kas trükkplaadil või elektroonilisel komponendil esineb mõni defekt või lühis. Selleks kasutatakse erinevaid meetodeid, sealhulgas takistuse, mahtuvuse ja induktiivsuse mõõtmist.

Eelised

• Suurem tootmisefektiivsus
• Paindlikkus disainimisel
• Jootmise tõttu parem ühendus
• Kompaktsemad seadmed
• Elektromagnetilise ühilduvuse standardite täitmine
• Automaatparandamine automaatse paigutuse korral
• Odavam hind

Puudused

• Komponendid, mis ei talu kuumust, tuleb paigaldada eraldi
• Väikeste jootepindadega on manuaalne töö raskem
• Kallim väikestes kogustes
• Komponendid lähevad kergemini katki
• Raske ülevaadet saada ja teha, kui midagi läheb katki

Kasutuskohad

Pinnaühendusega tehnoloogiat kasutakse mitmes erinevas valdkonnas elektroonika vahendite tootmises. Need kasutatakse näiteks järgmistes olukordades: autotööstuses, meditsiiniseadmed, mängukonsoolides, kantav tehnoloogia, tehasteseadmed, õhuruumikaitsesüsteemides, kodu automatiseerimise seadmed, audioseadmed, taastuvenergia seadmedes, tarbija vahendides, on osa milles neid kasutakse. Sellel on väga palju erinevad kasutusalad, ning tunduvalt veel.

Kvaliteedikontroll

Hauakiviefekt: üksikud komponendid ei puutu plaadiga

SMT-l vaadatakse igal etapil selle kvaliteeti. Jootmise ajal pannakse joot ühtlaselt. SMT söötja peab panema komponendid õigesse positsiooni. Taassulatusjootmise ajal peab sulama ühtlaselt ja samas aeglaselt, muidu võivad mõned ühendused jääda nõrgaks. Tootjad peavad kontrollima trükkplaate ja SMD-sid, et need ei oleks vales kohas ja et ei tekiks hauakiviefekti või jootesilda. Selleks kasutatakse AOI-d (automated optical inspection).

Temperatuuri, niiskust ja masinaid tuleb reguleerida. Seda tuleb teha tihti, et tagada oodatud toote kvaliteet. Kasutakse ka statistilist protsessikontrolli(SPC), et leida anomaaliaid soovitud olukorrast.

Pakendid

Pinnaühenduse komponendid rullides

Pinnale monteeritavad komponendid (SMD) on tavalistest komponentidest väiksemad ning nende suurust ja kujundust on standardiseeritud. Üks peamisi organisatsioone, mis tegeleb standardite loomise ja säilitamisega pinnale monteeritavate komponentide pakendite jaoks, on JEDEC.