Pinnaühendusega Tehnoloogia
Pinnaühendusega Tehnoloogia
Pinnaühendusega Tehnoloogia (SMT) originaalselt "tasapinnaliseks paigaldamiseks", on tootmise viis, kus elektroonikakomponentid on ühendatud kohe Trükkplaadi (PCB) peale. Need komponendi kutsutakse SMD-ks.[1] SMT on osutunud efektiivsemaks, automatiseeritavamaks ja odavamaks kui läbi auku tehnoloogia elektroonikatootmises, mis on viinud selle laialdasema kasutamiseni elektroonikatööstuses.[2]
Ajalugu
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. aasta keskel. 1990ndaks SMD-d olid paigaldatud enamikku kõrgtehnoloogilistesse PCB-desse. Mõnel juhul lisati ka liimi plaadi alaküljele, et vältida komponentide libisemist keset taassulatusjootmist.[3] Selle tehnoloogia populaarsus seisnes odavam hind suurtes kogustes ning puurimisvajaduse puudumises võrreldes läbi augu tehnoloogiast.[4]
Levinumad lühendid
Lühendid ning nende tähendused. [5]
| SMp term | Tähendused |
|---|---|
| SMD | Pindmontaažikomponent (aktiivne ja passivne komponentid) |
| SMT | Pinnaühendusega Tehnoloogia (kokkupaned ja pealepanek tehnoloogia) |
| SMA | pinnamontaaži komponendite kokkupanet(SMT) |
| SMC | Pinnapealsed komponendid + lisa (komponendid millel on lisaks veel joote ja teisi materjale.)[6] |
| SMP | Pinnapealsed pakend (SMD pakend) |
| SME | Pinnapealsed masinad (SMT kokkupanekuks masinad) |
Pinnaühendusega tehnoloogia areng
Mikro-SMT tehnoloogia
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.[7]
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 keskonnasõbralikumaid kemikaale, ehitatakse energia tõhusamad masinaid ning pöörduvad rohelise energia poole, ostavad juba kasutatud tootmismasinaid ning kasutavad ka keskkonnasõbralikke materjale, näiteks pliivaba jooteainet. [8]
Komponentide suuruse kahanemine
SMT tõttu, komponendid on saanud järjest väiksemaks minna. 1980-ndal oli väiksem 1210 ja 1206 suurused SMD-d, 1990-ndate lõpul oli 0402 ja 0201. 2012-ndal aastal oli juba 01005.[9] Tänapäeval praegune väiksem valik on 008004 100nF ja 6,3V-ga. See on 0,25x0,125mm suurusekomponent.[10]
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 tulevikku 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 targed tehased peaksid oskama lihstamini reageerida vahelduvate turunõudmstes.
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. [11]
Majandusekasv
Selle vajaduse tõttu järeltatakse, 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%.[12]
Tootmisprotseduur
Tootmisprotsessil on mitu erinevat etappi, mida tuleb hoolikalt jälgida, et tagada toodete kvaliteet ja usaldusväärsust. Siin on ülevaade nendest etappidest:[13]
Jootepasta paigaldamine
Alustatakse esiteks jootepasta kandmisegatrükkplaadi padjadele.
Jootepasta kontroll
Jootepasta kvaliteedi kontrollimine aitab vähendada tootmiskulusi. Jootepasta kontrollitakse visuaalset, et vastaks standartidele.
Kiibi paigaldamine
Ühenduskomponendid paigaldatakse kiibipaigaldusmasinatega. Väiksemate seadmedte 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
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
- Tootmise efektiivsuste tõstmine
- Paindlikkus disainimisel
- Jootmise tõttu parem ühendus
- Kompaktsemad seadmed
- elektromagnetilise ühilduvuse standardite täitmine
- Automaatne parandamine automaatse paigutuse korral
- Odavam hind[14]
Puudused
- Komponendid, mis ei talu kuumust, peavad eraldi paigaldama
- Väikeste jootepindadega on manuaalne töö raskem
- Kallim väikestes kogustes
- Komponendid lähevad kergemini katki
- Raske ülevaadet saada ja teha, kui midagi läheb katki[15]
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. [16]
Kvaliteedikontroll
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 samaaeglaselt, muidu võib tekkida nõrgad ühendused. 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. [17]
Pakendid
Pinnale monteeritavad komponendid (SMD) on väiksemad kui tavalised komponendid ning nende suurust ja kujundust on standardiseeritud. Üks peamisi organisatsioone, mis tegeleb standardite loomise ja säilitamisega pinnale monteeritavate komponentide pakendite jaoks, on JEDEC.[18]