Automatycznie przeprowadzany montaż powierzchniowy

Co to jest montaż SMD i jak działa?

Montaż SMD (ang. Surface-Mount Devices) to sposób montażu odpowiednio przystosowanych komponentów elektronicznych, które umieszczane są na płytce PCB. Elementy te posiadają nieduże rozmiary. Montaż SMD znacząco automatyzuje procesy produkcyjne. Przyczynia się zarówno do miniaturyzacji urządzeń, jak i zwiększenia gęstości rozmieszczenia poszczególnych elementów.

Komponenty da się zamontować po obu stronach płytki drukowanej, a niewielka impedancja połączeń wpływa na poprawę właściwości w przypadku wysokich częstotliwości. Ze względu na mniejszą masę elementów rozwiązanie to sprawdza się doskonale nawet w warunkach wibracji lub wstrząsów. Montaż przebiega bardzo szybko, przy jednocześnie stosunkowo niskich kosztach produkcyjnych poszczególnych komponentów.

Montaż SMD w dużej mierze odbywa się automatycznie i przebiega wieloetapowo. Na początek wszystkie pola przewidzianego lutowania pokrywane są pastą lutowniczą, zawierającą lut oraz topnik. Stosuje się do tego szablony wykonane najczęściej z metalu w formie sita.

Po przyłożeniu szablonu do płytki drukowanej, otwory sita trafiają dokładnie w takich miejscach, że odsłaniają wyłącznie punkty lutownicze smd płytki drukowanej. Na płytce umieszcza się następnie komponenty elektroniczne. Do układania elementów smd służą maszyny pick & place. Głowica transportuje „zassany” komponent z podajnika na miejsce jego przeznaczenia na płytce drukowanej. Następnie komponent jest kładziony, wyłączane jest podciśnienie w ssawce, żeby pozostawić komponent na tym miejscu, a głowica odjeżdża po następny komponent.

Większość nowoczesnych automatów ma kilka głowic pracujących równocześnie i dzięki temu proces układania elementów smd przebiega kilkakrotnie szybciej W przypadku płytek dwustronnych elementy na stronie pierwszej mogą być uprzednio mocowane także klejem.

Drukowana płyta z nałożonymi elementami trafia następnie do pieca, gdzie cyna i pasta lutownicza ulegają roztopieniu. Po wyjęciu i obniżeniu temperatury uzyskane spoiwo lutownicze krzepnie oraz zamienia się w trwałe połączenie elektryczne.

W jakiej temperaturze i jak są montowane płyty PCB?

Płytki z elementami SMD ułożonymi na paście lutowniczej trafiają do pieca. Przesuwają się na transporcie taśmowym przebywając określony czas w kolejnych strefach pieca. W każdej strefie jest utrzymywana właściwa temperatura. Im więcej stref ma piec tym bardziej "gładko" można ustawić profil temperaturowy pieca.

Strefy początkowe mają za zadanie podnieść temperaturę płytki i komponentów do wartości bliskiej temperatury topnienia i ustabilizować tą temperaturę - jest to ważne, ponieważ komponenty różnią się rozmiarem, masą i pokryciem i jedne z nich szybciej się nagrzewają, inne wolniej, dlatego konieczne jest dość długie rozgrzewanie komponentów tak, żeby wszystkie osiągnęły docelową temperaturę.

Następnie płytka trafia do strefy rozpływu. Tutaj temperatura przekracza temperaturę topnienia pasty i następuje jej roztopienie. W kolejnych strefach następuje zastyganie lutowia i stopniowe schładzanie płytki. Polutowana płytka wysuwa się z drugiej strony pieca. W przypadku lutowania stopami bezołowiowymi tempera sięga ok. 250ᵒC