Что такое технология поверхностного монтажа электронных компонентов на печатную плату

Примеры плат с комбинированным монтажом компонентов и поверхностным монтажом компонентов

Электроника, информационные технологии, средства коммуникаций стали технической базой высоких технологий. Постоянное совершенствование микроэлектроники, рост степени интеграции микросхем, увеличение функциональной насыщенности электронной аппаратуры, повышение производительности вычислительных процессов требуют постоянного роста плотности печатного монтажа, освоения новых технологий сборочно-монтажного производства, улучшения мер технологического обеспечения надежности. Современные требования к электронным приборам и оборудованию заставляют эти процессы идти со все возрастающей скоростью. Постоянно увеличивается сложность и плотность средств информационной и вычислительной техники. При этом все больше усложняются технологии их реализации. Совершенствование известных технологий сопровождается привлечением новых технологий сборки, без которых сегодня невозможно изготовить сложный электронный узел.
Технология монтажа компонентов на поверхность печатной платы позволила существенно уменьшить массу и габариты печатных узлов, улучшить электрические характеристики и повысить технологичность сборки электронных устройств. Технология поверхностного монтажа (SMT - surface mount technology) представляет собой монтаж компонентов на поверхность печатной платы с использованием специализированных паяльных паст.

Примеры плат с монтажом компонентов в отверстия и поверхностным монтажом компонентов

Компоненты которые монтируются на печатную плату называются SMD компоненты (от surface mount device - прибор, монтируемый на поверхность). Собственно само название данной технологии полностью раскрывает ее суть — компоненты монтируются непосредственно на поверхность платы, но в отличии от навесных компонентов, SMD компонентам не нужны специальные отверстия для монтажа. То как технология SMT поддавался механизации, означало, что его использование быстро распространилось по всей отрасли. Для этого был создан целый новый набор компонентов. Они часто меньше, чем их аналоги со сквозными отверстиями. SMD компоненты могли иметь гораздо более высокое количество контактов. Также печатные платы с поверхностным монтажом гораздо более компактны, чем печатные платы с сквозными отверстиями, что позволяет снизить габаритные размеры. В целом, устройства просто гораздо более эффективны и экономичны. Современными тенденциями в области поверхностного монтажа являются миниатюризация компонентов, рост сложности компонентов, расширение перечня бессвинцовых типов металлизации, снижение себестоимости сборочного процесса. Растут требования не только к процессу поверхностного монтажа, но и к используемым технологическим материалам и их характеристикам.

Технология поверхностного монтажа начала своё развитие в 1960-х годах, и получила широкое применение к концу 1980-х годов. Одним из первопроходцев в этой технологии была компания IBM . Электронные компоненты были изменены таким образом, чтобы уменьшить контактные площадки или выводы, которые паялись теперь непосредственно к поверхности печатной платы. Поверхностный монтаж (или SMT технология) стал всё более распространённым способом сборки электронных узлов на печатных платах. Поверхностный монтаж хорошо поддается с высокой степенью автоматизации, снижая затраты на рабочую силу и значительно увеличивая темпы производства. В целом, устройства просто гораздо более эффективны и экономичны. Они способны к технологическому прогрессу, который невозможно было себе представить, используя сквозное отверстие. Снижение трудоемкости операций. Больше нет необходимости подготавливать выводы перед монтажом и устанавливать их в отверстия. Всё гораздо проще – компоненты фиксируются паяльной пастой или клеем и выравниваются при пайке, причем делают это не люди, а автоматизированные системы. Скорость монтажа при этом возрастает в разы. Улучшенная ремонтопригодность, поверхностный монтаж печатных плат позволяет в случае необходимости быстро демонтировать компоненты без повреждений. Для этого не требуется равномерно прогревать припой внутри отверстия для извлечения элемента, затем вычищать этот припой. При SMT монтаже достаточно нагреть поверхность с помощью горячего воздуха или азота. Для этого применяются специальные ремонтные центры. В настоящее время максимально автоматизируется не только поверхностный монтаж но и монтаж компонентов в отверстия.
Для того чтобы понимать терминологию обучения, мы приводим популярные термины для поверхностного монтажа.

Изделие электронной техники (ИЭТ) — комплектующее изделие, предназначенное для применения в качестве элемента электрической схемы электронного устройства.
Поверхностно-монтируемое изделие электронной техники (SMD) – безвыводное ИЭТ, конструкция которого предназначена для монтажа на контактные площадки печатной платы без предварительной подготовки: обрезки, формовки выводов.

Поверхностный монтаж – электромонтаж ПМИ на поверхность печатной платы с распайкой выводов или контактных поверхностей к контактным площадкам платы без использования монтажных отверстий.

Вывод ИЭТ – элемент конструкции корпуса ИЭТ, предназначенный для соединения соответствующего электрода с внешней электрической цепью.

Печатный узел – печатная плата с подсоединенными к ней электрическими и механическими элементами и /или другими печатными платами и выполненными всеми процессами обработки.

Пайка – образование соединения с межатомными связями путем нагрева соединяемых материалов ниже температуры их оплавления, их смачивания припоем, затекания припоя в зазор и последующей его кристаллизации. Температура пайки всегда выше точки плавления для того, чтобы дать металлу большую текучесть и хорошую смачивающую способность.

Пайка оплавлением – пайка с дозированным количеством предварительно нанесенной паяльной пасты и последующим нагревом различными способами.

Смачивание — образование однородной, гладкой, не имеющей разрывов пленки припоя, прилипающей к металлу.
Смачиваемость определяется степенью загрязнения контактных поверхностей, которая непосредственно зависит от условий хранения и транспортировки.

Паяемость – свойство металлической поверхности, позволяющее смачивание ее припоем.

Галтель припоя — поверхность, образованная припоем в процессе пайки.

Печатная плата (англ. printed circuit board, PCB, или printed wiring board, PWB) — пластина из диэлектрика, на поверхности и/или в объёме которой сформированы электропроводящие цепи электронной схемы. Печатная плата предназначена для электрического и механического соединения различных электронных компонентов. Электронные компоненты на печатной плате соединяются своими выводами с элементами проводящего рисунка обычно пайкой.

Монтаж в отверстия, сквозной монтаж, выводной монтаж или монтаж ТНТ компонентов (англ. Through-hole Technology, THT — технология монтажа в отверстия) — технология установки выводных компонентов и электронных узлов на печатные платы (ПП), при которой выводы компонентов монтируются в сквозные отверстия ПП. Технология постепенно уступает место поверхностному монтажу, однако продолжает применяться в изделиях большой электрической мощности и при больших механических нагрузках.

Термическая обработка (тепловая обработка или термообработка) — процесс обработки материала для придания ему необходимых свойств. Данный процесс включает в себя несколько стадий: нагрев материала с определенной скоростью до определенной температуры, последующая выдержка в течении определенного времени при заданной температуре и охлаждение с определенной скоростью до заданной температуры.

Аддитивное производство (АП), также распространено наименование 3D-печать — группа технологических методов производства изделий и прототипов, основанная на поэтапном добавлении материала на основу в виде плоской платформы или осевой заготовки.

Быстрое прототипирование — технология быстрого «макетирования», быстрого создания опытных образцов или работающей модели системы для демонстрации заказчику или проверки возможности реализации. Прототип позже уточняется для получения конечного продукта.

Фотолитография — метод получения определённого рисунка на поверхности материала, широко используемый в микроэлектронике и других видах микротехнологий, а также в производстве печатных плат. Один из основных приёмов планарной технологии, используемой в производстве полупроводниковых приборов.