Технология поверхностного монтажа зародилась в 1960-х годах и спустя 20 лет стала широко применяться в производстве электроники.

Сейчас данная технология является бесспорным лидером. Трудно найти современное устройство, которое бы не было выполнено с применением этой технологии.

Для начала давайте разберёмся в терминологии.

Поверхностный монтаж сокращённо называется SMT (от англ. S urface M ount T echnology - Технология монтажа на поверхность (по-русски, - ТМП )).

Так уж устоялось, что под аббревиатурой SMD порой имеют ввиду в том числе и саму технологию поверхностного монтажа, хотя на самом деле термин SMD имеет иное значение.

SMD - это S urface M ount D evice , то есть компонент или устройство, монтируемое на поверхность. Таким образом, под SMD надо понимать именно компоненты и радиодетали, а не технологию в целом. Иногда SMD-элементы называют чип-компонентами, например, чип-конденсатор или чип-резистор.

Вся суть технологии SMT заключается в том, чтобы устанавливать электронные компоненты на поверхность печатной платы. По сравнению с технологией монтажа компонентов в отверстия (так называемая THT - T hrouth H ole T echnology ), - эта технология обладает массой преимуществ. Вот лишь основные из них:

Отпадает надобность в сверлении отверстий под выводы компонентов;

Есть возможность установки компонентов с двух сторон печатной платы;

Высокая плотность монтажа, и, как следствие, экономия материалов и уменьшение габаритов готовых изделий;

SMD-компоненты дешевле обычных, имеют меньшие габариты и вес;

Возможность более глубокой автоматизации производства, по сравнению с технологией THT;

Если для производства SMT-технология очень выгодна за счёт своей автоматизации, то для мелкосерийного производства, а также для радиолюбителей, электронщиков, сервисных инженеров и радиомехаников, она создаёт массу проблем.

SMD компоненты: резисторы, конденсаторы, микросхемы имеют весьма маленькие размеры.

Давайте познакомимся с электронными SMD-компонентами. Для начинающих электронщиков это очень важно, так как поначалу порой сложно разобраться во всём их изобилии.

Начнём с резисторов. Как правило, SMD-резисторы выглядят вот так.

Обычно на их малогабаритном корпусе указана число-буквенная маркировка, в которой закодировано номинальное сопротивление резистора. Исключение составляют микроскопические по размерам резисторы на корпусе которых просто нет места для её нанесения.

Но, это только в том случае, если чип-резистор не принадлежит к какой-либо особой, высокомощной серии. Стоит также понимать, что самую достоверную информацию на элемент стоит искать в даташите на него (или на серию, к которой он принадлежит).

А вот так выглядят SMD конденсаторы.

В качестве SMD-конденсаторов широкое распространение получили многослойные керамические конденсаторы (MLCC - M ultiL ayer C eramic C apacitors ). Их корпус имеет характерный светло-коричневый цвет, а маркировка, как правило, не указывается.

Естественно, существуют и электролитические конденсаторы для поверхностного монтажа. Обычные алюминиевые конденсаторы имеют малые размеры и два коротких вывода у пластикового основания.

Так как габариты позволяют, то на корпусе алюминиевых SMD-конденсаторов указывается емкость и рабочее напряжение. Со стороны минусового вывода на верхней стороне корпуса чёрным цветом нанесён полукруг.

Кроме этого существуют танталовые электролитические конденсаторы , а также полимерные.

Танталовые чип-конденсаторы, в основном, выполняются в корпусе жёлтого и оранжевого цвета. Более подробно об их устройстве я уже рассказывал на страницах сайта. А вот полимерные конденсаторы имеют корпус чёрного цвета. Порой их легко спутать с SMD-диодами.

Надо отметить, что ранее, когда SMT монтаж ещё только зарождался, в ходу были конденсаторы в цилиндрическом корпусе и имели маркировку в виде цветных полос. Сейчас они встречаются всё реже.

Стабилитроны и диоды всё чаще производят в пластиковых корпусах чёрного цвета. Корпус со стороны катода маркируется полосой.

Диод Шоттки BYS10-45-E3/TR в корпусе DO-214AC

Иногда стабилитроны или диоды изготавливаются в трёхвыводном корпусе SOT-23, который активно применяют для транзисторов. Это вносит путаницу при определении принадлежности компонента. Имейте это ввиду.

Кроме стабилитронов, которые имеют пластмассовый корпус, довольно широко распространены безвыводные стабилитроны в цилиндрических стеклянных корпусах MELF и MiniMELF.

Стабилитрон на 18V (DL4746A) в стеклянном корпусе MELF

А вот так выглядит индикаторный SMD-светодиод.

Самая большая проблема таких светодиодов в том, что обычным паяльником их очень трудно выпаять с печатной платы. Подозреваю, что за это их люто ненавидят радиолюбители.

Даже при использовании термовоздушной паяльной станции вряд ли удастся выпаять SMD-светодиод без последствий. При небольшом нагреве прозрачный пластик светодиода оплавляется и просто "сползает" с основания.

Поэтому у новичков, да, и бывалых, возникает уйма вопросов, как выпаять SMD-светодиод не повредив его.

Также как и другие элементы, микросхемы адаптируют для поверхностного монтажа. Практически у всех популярных микросхем, которые изначально выпускались в DIP-корпусах под монтаж в отверстия, есть и версии для SMT-монтажа.

Для отвода тепла от микросхем в SMD-корпусах, которые в процессе работы нагреваются, частенько используется сама печатная плата и медные полигоны на её поверхности. В качестве своеобразных радиаторов используются и медные площадки на плате обильно лужёные припоем.

На фото наглядный пример, где драйвер SA9259 в корпусе HSOP-28 охлаждается медным полигоном на поверхности платы.

Естественно, под поверхностный монтаж затачиваются не только рядовые электронные компоненты, но и целые функциональные узлы. Взгляните на фото.

Микрофон для мобильного телефона Nokia C5-00

Это цифровой микрофон для мобильных телефонов Nokia C5-00. Его корпус не имеет выводов, а вместо них используются контактные площадки ("пятаки" или "пады").

Кроме самого микрофона в корпусе смонтирована и специализированная микросхема для усиления и обработки сигнала.

С микросхемами происходит тоже самое. Производители стараются избавиться даже от самых коротких выводов. На фото под №1 показана микросхема линейного стабилизатора MAX5048ATT+ в корпусе TDFN. Далее под №2 - микросхема MAX98400A. Это стереофонический усилитель класса D фирмы Maxim Integrated. Микросхема выполнена в 36-контактном корпусе TQFN. Центральная площадка используется для отвода тепла к поверхности печатной платы.

Как видим, микросхемы не имеют выводов, а только контактные площадки.

Под №3 - микросхема MAX5486EUG+. Стереофонический регулятор звука с кнопочным управлением. Корпус - TSSOP24.

В последнее время производители электронных компонентов стремятся избавиться от выводов и выполняют их в виде боковых контактных площадок. Во многих случаях площадь контакта переносят и под нижнюю часть корпуса, где он выполняет ещё и роль теплоотвода.

Так как SMD-элементы имеют небольшие размеры и установлены на поверхности печатной платы, то любая её деформация или изгиб может повредить элемент или нарушить контакт.

Так, например, многослойные керамические конденсаторы (MLCC) могут трескаться от давления на них при монтаже или из-за чрезмерной дозации припоя.

Избыток припоя приводит к механическому напряжению со стороны контактов. Малейший изгиб или удар провоцирует возникновение трещин в многослойной структуре конденсатора.

Вот один из примеров того, как излишки припоя на контактах приводят к появлению трещин в структуре конденсатора.

Фото взято из доклада фирмы TDK "Common Cracking Modes in Surface Mount Multilayer Ceramic Capacitors". Так что, много припоя не всегда хорошо.

А теперь маленькая загадка, чтобы оживить наш затянувшийся рассказ. Посмотрите на фото.

Определите, какие из элементов показаны на фото. Как, по-вашему, что скрывается под первым номером? Конденсатор? Может индуктивность? Нет, наверное, это какой-то особенный резистор...

А вот и ответ:

№1 - керамический конденсатор типоразмера 1206;

№2 - NTC-термистор (терморезистор) B57621-C 103-J62 на 10 кОм (типоразмер 1206);

№3 - дроссель подавления электромагнитных помех BLM41PG600SN1L (типоразмер 1806).

К сожалению, из-за своих размеров на подавляющее большинство SMD-компонентов просто-напросто не наносят маркировку. Также как и в приведённом примере, спутать элементы очень легко, так как все они очень похожи друг на друга.

Порой, данное обстоятельство осложняет ремонт электроники, особенно в тех случаях, когда на аппарат невозможно найти технической документации и схему.

Наверняка уже заметили, что SMD-детали упаковывают в перфорированную ленту. Её же в свою очередь скручивают в катушку-бобину. Зачем это надо?

Дело в том, что лента эта используется неспроста. Она очень удобна для подачи компонентов в автоматическом режиме на монтажно-сборочных станках (установщиках).

В промышленности монтаж и пайка SMD-компонентов производится с помощью специального оборудования. Если не вдаваться в детали, то процесс выглядит следующим образом.

С помощью трафаретов на контактные площадки под элементы наносится паяльная паста. Для крупносерийного производства применяются автоматы трафаретной печати (принтеры), а для мелкосерийного используются системы дозирования материала (дозирование паяльной пасты и клея, заливка компаунда и пр.). Автоматические дозаторы нужны для производства изделий требовательных к условиям эксплуатации.

Затем происходит автоматизированная установка SMD-компонентов на поверхность платы с помощью автоматов установки компонентов (установщиков). В некоторых случаях детали на поверхности фиксируются каплей клея. Станок-установщик оснащён системой забора компонентов (с той самой ленты), системой технического зрения для их распознавания, а также системой установки и позиционирования компонентов на поверхность платы.

Далее заготовку отправляют в печь, где происходит оплавление паяльной пасты. В зависимости от техпроцесса оплавление может производиться методом конвекции или инфракрасным излучением. Например, для этого могут применяться печи конвекционного оплавления.

Отмывка печатной платы от остатков флюса и других веществ (масло, жир, пыль, агрессивные вещества), сушка. Для этого процесса используются специальные системы отмывки.

Естественно, в производственном цикле используется куда больше различных станков и приборов. Например, это могут быть системы рентгеновского контроля, испытательные климатические камеры, автоматы оптической инспекции и многое другое. Всё зависит от масштабов производства и требований к конечному продукту.

Стоит отметить, что, несмотря на кажущуюся простоту SMT-технологии, на деле всё обстоит по-другому. Примером могут служить дефекты, которые образуются на всех стадиях производства. Некоторые из них вы могли уже наблюдать, например, шарики припоя на плате.

Они образуются из-за смещения трафарета или избыточного количества паяльной пасты.

Также не редкостью является образование пустот внутри паяного соединения. Они могут быть заполнены остатками флюса. Как ни странно, но наличие небольшого количества пустот в соединении положительно сказывается на надёжности контакта, так как пустоты препятствуют распространению трещин.

Некоторые из дефектов даже получили устоявшиеся названия. Вот некоторые из них:

"Надгробный камень " - это когда компонент "встаёт на дыбы" перпендикулярно плате и запаивается одним выводом только лишь к одному контакту. Более сильное поверхностное натяжение с одного из торцов компонента заставляет его подняться над контактной площадкой.

"Собачьи уши " - неравномерное распределение пасты в отпечатке при условии достаточного её количества. Вызывает припойные перемычки.

"Холодная пайка " - некачественное паяное соединение из-за низкой температуры пайки. Внешний вид паяного соединения имеет сероватый оттенок, а также пористую, бугроватую поверхность.

Эффект "Поп-Корна " ("Popcorn effect ") при пайке микросхем в корпусе BGA. Дефект, который возникает из-за испарения влаги поглощённой корпусом микросхемы. При пайке влага испаряется, внутри корпуса образуется полость вздутия, которая схлопываясь, образует трещины в корпусе микросхемы. Интенсивное парообразование при нагреве также выдавливает припой с площадок, что образует неравномерное распределение припоя среди шариков-контактов и образование перемычек. Данный дефект выявляется с помощью рентгена. Образуется из-за неправильного хранения компонентов, чувствительных к влаге.

Довольно важным расходным материалом в технологии SMT является паяльная паста. Паяльная паста состоит из смеси очень мелких шариков припоя и флюса, который облегчает процесс пайки.

Флюс улучшает смачиваемость за счёт уменьшения поверхностного натяжения. Поэтому при нагреве, расплавившиеся шарики припоя легко покрывают поверхность контакта и выводы элемента, образуя паяное соединение. Флюс также способствует удалению окислов с поверхности, а также защищает её от воздействия окружающей среды.

В зависимости от состава флюса в припойной пасте, он может выполнять и функцию клея, который фиксирует SMD-компонент на плате.

Если вы наблюдали процесс пайки SMD-компонентов, то могли заметить действие эффекта самопозиционирования элемента. Выглядит это очень здорово. За счёт сил поверхностного натяжения компонент как бы сам выравнивается относительно поверхности контакта на плате, плавая в жидком припое.

Вот так, казалось бы, такая простая идея установки электронных компонентов на поверхность печатной платы позволила уменьшить общие габариты электронных устройств, автоматизировать производство, снизить затраты на компоненты (SMD компоненты на 25-50% дешевле обычных) а, следовательно, сделать бытовую электронику более дешёвой и компактной.

Транскрипт

1 SMD компоненты Мы уже познакомились с основными радиодеталями: резисторами, конденсаторами, диодами, транзисторами, микросхемами и т.п., а также изучили, как они монтируются на печатную плату. Ещё раз вспомним основные этапы этого процесса: выводы всех компонентов пропускают в отверстия, имеющиеся в печатной плате. После чего выводы обрезаются, и затем с обратной стороны платы производится пайка (см. рис.1). Этот уже известный нам процесс называется DIP-монтаж. Такой монтаж очень удобен для начинающих радиолюбителей: компоненты крупные, паять их можно даже большим «советским» паяльником без помощи лупы или микроскопа. Именно поэтому все наборы Мастер Кит для самостоятельной пайки подразумевают DIP-монтаж. Рис. 1. DIP-монтаж Но DIP-монтаж имеет очень существенные недостатки: - крупные радиодетали не подходят для создания современных миниатюрных электронных устройств; - выводные радиодетали дороже в производстве; - печатная плата для DIP-монтажа также обходится дороже из-за необходимости сверления множества отверстий; - DIP-монтаж сложно автоматизировать: в большинстве случаях даже на крупных заводах по производству электроники установку и пайку DIP-деталей приходится выполнять вручную. Это очень дорого и долго.

2 Поэтому DIP-монтаж при производстве современной электроники практически не используется, и на смену ему пришёл так называемый SMD-процесс, являющийся стандартом сегодняшнего дня. Поэтому любой радиолюбитель должен иметь о нём хотя бы общее представление. SMD монтаж SMD (Surface Mounted Device) переводится с английского как "компонент, монтируемый на поверхность". SMD-компоненты также иногда называют ЧИПкомпонентами. Процесс монтажа и пайки чип-компонентов правильно называть SMT-процессом (от англ. «surface mount technology» технология поверхностного монтажа). Говорить «SMD-монтаж» не совсем корректно, но в России прижился именно такой вариант названия техпроцесса, поэтому и мы будем говорить так же. На рис. 2. показан участок платы SMD-монтажа. Такая же плата, выполненная на DIP-элементах, будет иметь в несколько раз большие габариты. Рис.2. SMD-монтаж SMD монтаж имеет неоспоримые преимущества: - радиодетали дешёвы в производстве и могут быть сколь угодно миниатюрны; - печатные платы также обходятся дешевле из-за отсутствия множественной сверловки;

3 - монтаж легко автоматизировать: установку и пайку компонентов производят специальные роботы. Также отсутствует такая технологическая операция, как обрезка выводов. SMD-резисторы Знакомство с чип-компонентами логичнее всего начать с резисторов, как с самых простых и массовых радиодеталей. SMD-резистор по своим физическим свойствам аналогичен уже изученному нами «обычному», выводному варианту. Все его физические параметры (сопротивление, точность, мощность) точно такие же, только корпус другой. Это же правило относится и ко всем другим SMD-компонентам. Рис. 3. ЧИП-резисторы Типоразмеры SMD-резисторов Мы уже знаем, что выводные резисторы имеют определённую сетку стандартных типоразмеров, зависящих от их мощности: 0,125W, 0,25W, 0,5W, 1W и т.п. Стандартная сетка типоразмеров имеется и у чип-резисторов, только в этом случае типоразмер обозначается кодом из четырёх цифр: 0402, 0603, 0805, 1206 и т.п. Основные типоразмеры резисторов и их технические характеристики приведены на рис.4.

4 Рис. 4 Основные типоразмеры и параметры чип-резисторов Маркировка SMD-резисторов Резисторы маркируются кодом на корпусе. Если в коде три или четыре цифры, то последняя цифра означает количество нулей, На рис. 5. резистор с кодом «223» имеет такое сопротивление: 22 (и три нуля справа) Ом = Ом = 22 ком. Резистор с кодом «8202» имеет сопротивление: 820 (и два нуля справа) Ом = Ом = 82 ком. В некоторых случаях маркировка цифробуквенная. Например, резистор с кодом 4R7 имеет сопротивление 4.7 Ом, а резистор с кодом 0R Ом (здесь буква R является знаком-разделителем). Встречаются и резисторы нулевого сопротивления, или резисторы-перемычки. Часто они используются как предохранители. Конечно, можно не запоминать систему кодового обозначения, а просто измерить сопротивление резистора мультиметром.

5 Рис. 5 Маркировка чип-резисторов Керамические SMD-конденсаторы Внешне SMD-конденсаторы очень похожи на резисторы (см. рис.6.). Есть только одна проблема: код ёмкости на них не нанесён, поэтому единственный способ ёё определения измерение с помощью мультиметра, имеющего режим измерения ёмкости. SMD-конденсаторы также выпускаются в стандартных типоразмерах, как правило, аналогичных типоразмерам резисторов (см. выше). Рис. 6. Керамические SMD-конденсаторы

6 Электролитические SMS-конденсаторы Рис.7. Электролитические SMS-конденсаторы Эти конденсаторы похожи на своих выводных собратьев, и маркировка на них обычно явная: ёмкость и рабочее напряжение. Полоской на «шляпке» конденсатора маркируется его минусовой вывод. SMD-транзисторы Рис.8. SMD-транзистор Транзисторы мелкие, поэтому написать на них их полное наименование не получается. Ограничиваются кодовой маркировкой, причём какого-то международного стандарта обозначений нет. Например, код 1E может обозначать тип транзистора BC847A, а может какого-нибудь другого. Но это обстоятельство абсолютно не беспокоит ни производителей, ни рядовых потребителей электроники. Сложности могут возникнуть только при ремонте. Определить тип транзистора, установленного на печатную плату, без документации производителя на эту плату иногда бывает очень сложно.

7 SMD-диоды и SMD-светодиоды Фотографии некоторых диодов приведены на рисунке ниже: Рис.9. SMD-диоды и SMD-светодиоды На корпусе диода обязательно указывается полярность в виде полосы ближе к одному из краев. Обычно полосой маркируется вывод катода. SMD-cветодиод тоже имеет полярность, которая обозначается либо точкой вблизи одного из выводов, либо ещё каким-то образом (подробно об этом можно узнать в документации производителя компонента). Определить тип SMD-диода или светодиода, как и в случае с транзистором, сложно: на корпусе диода выштамповывается малоинформативный код, а на корпусе светодиода чаще всего вообще нет никаких меток, кроме метки полярности. Разработчики и производители современной электроники мало заботятся о её ремонтопригодности. Подразумевается, что ремонтировать печатную плату будет сервисный инженер, имеющий полную документацию на конкретное изделие. В такой документации чётко описано, на каком месте печатной платы установлен тот или иной компонент. Установка и пайка SMD-компонентов SMD-монтаж оптимизирован в первую очередь для автоматической сборки специальными промышленными роботами. Но радиолюбительские конструкции также вполне могут выполняться на чип-компонентах: при достаточной аккуратности и внимательности паять детали размером с рисовое зёрнышко можно самым обычным паяльником, нужно знать только некоторые тонкости. Но это тема для отдельного большого урока, поэтому подробнее об автоматическом и ручном SMD-монтаже будет рассказано отдельно.

ALTIUM VAULT ПЕРВОЕ ЗНАКОМСТВО А.Сабунин [email protected] Создание современных электронных изделий связано с обработкой больших объемов конструкторских данных. В процессе работы над проектом эти данные

GRUNDFOS ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ Компания GRUNDFOS работает в России уже более 14 лет, и все эти годы мы старались быть образцом делового партнерства. Наше оборудование надежно и успешно служит людям и широко

М. Б. КАЦ СИСТЕМА УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ, ШАРНИРНЫХ ПОДШИПНИКОВ, ШАРИКОВ И РОЛИКОВ Издание третье Москва 2006 М. Б. КАЦ СИСТЕМА УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ, ШАРНИРНЫХ ПОДШИПНИКОВ,

Почему светодиоды не всегда работают так, как хотят их производители? Сергей НИКИФОРОВ [email protected] Статья посвящена проблемам производства и использования светодиодов и содержит ответы на популярные

ООО «Д и м р у с» Реле контроля состояния изоляции КРУ IDR-10 г. Пермь Оглавление 1. Введение... 3 1.1. Назначение... 3 1.2. Описание прибора «IDR-10»... 4 1.2.1. Технические характеристики прибора...

Пробники от А до Я Учебное пособие Учебное пособие Селектор пробников Tektronix Этот онлайновый интерактивный инструмент позволяет выбирать пробники по серии, модели или по стандартам/ приложениям путем

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ

Все, что вы хотели узнать о флэш-дисках, но боялись спросить Андрей Кузнецов Описываются технические характеристики флэш-дисков и рассматриваются вопросы, связанные с их выбором и применением. Что такое

Измерение физических величин. Неопределенности измерения, погрешности измерения. Измерение физических величин Измерением называется сравнение данной физической величины с величиной того же рода, принятой

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации (РФ) ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР) Кафедра Электронных приборов (ЭП) УТВЕРЖДАЮ Заведующий кафедрой

ГЛАВА 10 ПРОЕКТИРОВАНИЕ АППАРАТНОЙ ЧАСТИ Низковольтные интерфейсы Заземление в системах со смешанными сигналами Методы цифровой изоляции Понижение шума и фильтрация напряжения источника питания Работа

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МАМИ» Г. Б. ШИПИЛЕВСКИЙ

Содержание Введение 4 1.Надежное программное средство как продукт технологии программирования. 5 1.1. Программа как формализованное описание процесса обработки данных. 5 1.2. Понятие правильной программы.

Основные светотехнические понятия и их практическое применение В природе существует множество электромагнитных волн с различными параметрами: рентгеновские лучи, γ-лучи, микроволновое излучение и др. (см.

Содержание Полная измерительная система... 3 Генератор сигналов... 4 Аналоговый или цифровой... 5 Основные применения генератора сигналов... 6 Проверка...6 Тестирование цифровых модульных передатчиков

Министерство образования Российской Федерации Уральский государственный университет им А М Горького Подготовлено кафедрами общей физики и физики магнитных явлений КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ПО ОБРАБОТКЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

М Векторная алгебра и ее приложения для студентов и аспирантов математических, физических и технических специальностей м МГ Любарский Этот учебник возник на основе лекций по высшей математике, которые

В процессе нашей деятельности мы применяем передовые технологии и современные материалы, позволяющие достичь высокого качества работ в максимально сжатые сроки. Со стороны партнеров мы получили высокую оценку качества выполняемых нами заказов. Главной особенностью предприятия является индивидуальный подход к каждому виду выполняемых работ, а также богатый опыт и высокий технический уровень наших специалистов. Таким образом подбирается технология, при которой достигается минимизация сроков и стоимости монтажа печатных плат при сохранении необходимого качества.

Участок выводного монтажа элементов ориентирован на средне- и крупносерийное производство печатных плат . Однако есть возможность изготовления опытных (отладочных) партий. С целью повышения производительности на предприятии установлен автомат монтажа ДИП компонентов (DIP монтаж). Основными преимуществом применения автоматической установки является:

• Высокая скорость установки, производительностью до 4000 компонентов в час;
• Хорошая повторяемость качества;
• В процессе установки выводы навесных элементов обрезаются в размер и подгибаются, что позволяет осуществлять окончательную сборку перед пайкой плат без опасения выпадения установленных элементов;
• Практически полное отсутствие возможности перепутать полярность и номинал устанавливаемых элементов.
• Быстрый запуск при повторном заказе.

Для организации монтажа на DIP-автомате необходимо ознакомиться с техническими требованиями к плате , а так же требованиям к компонентам , поставляемым для сборки изделий.

Ручной ДИП монтаж

Ручная установка выводных компонентов производиться на участке выводного монтажа, оснащенного паяльными станциями с индукционным нагревом QUICK. Такой вид нагрева позволяет паять одинаково качественно как мелкие, так и большие теплоемкие компоненты. Их возможности позволяют выполнять: быструю замену электронных компонентов на печатной плате без ухудшения качества изделий, демонтаж, не повреждающий компонентов поверхностного монтажа плат , высококачественную пайку микросхем поверхностного монтажа, эффективную работу с многослойными платами. Они оснащены: полной антистатической защитой, большим выбором быстросменяемых наконечников, автоматической системой снижения температуры инструментов во время простоя, микропроцессорным управлением.

Электронные компоненты на печатную плату фиксируются в металлизированные сквозные отверстия, непосредственно на ее поверхность или путем комбинирования этих способов. Цена монтажа ДИП выше, чем СМД. И хотя поверхностное крепление элементов микросхемы применяется все чаще, пайка в отверстия не теряет своей актуальности при изготовлении сложных и функциональных плат.

Монтаж ДИП, обычно, осуществляется в ручном режиме. При серийном производстве микросхем нередко применяются установки автоматического волнового припоя или селективной пайки. Фиксация элементов в сквозные отверстия осуществляется следующим образом:

• изготавливается пластина из диэлектрика;
• высверливаются отверстия для выводного монтажа;
• на плату наносятся электропроводящие цепи;
• металлизируются сквозные отверстия;
• на обрабатываемые участки наносится паяльная паста для поверхностной фиксации элементов;
• устанавливаются СМД-компоненты;
• созданная плата паяется в печи;
• осуществляется навесной монтаж радиодеталей;
• готовая плата промывается и сушится;
• на печатную плату, при необходимости, наносится защитное покрытие.

Металлизация сквозных отверстий иногда осуществляется путем механического давления, чаще - химического воздействия. DIP-монтаж осуществляется только после того, как завершен поверхностный и все СМД-элементы надежно припаяны в печи.

Особенности выводного монтажа

Толщина выводов монтируемых элементов - один из основных параметров, который следует учитывать, разрабатывая печатные платы. На качество работы компонентов влияет зазор между их выводами и стенками сквозных отверстий. Он должен быть достаточно большим для обеспечения эффекта капиллярности, втягивания флюса, припоя и выхода паяльных газов.

TNT-технология являлась основным методом фиксации элементов на печатных платах до того, как началось широкое распространение SMD. Сквозной монтаж печатных плат ассоциируется с надежностью и долговечностью. Поэтому крепление электронных компонентов выводным способом используется при создании:

• блоков питания;
• силовых устройств;
• высоковольтных схем дисплеев;
• систем автоматизации АЭС и др.

Сквозной метод крепления элементов на плату имеет хорошо проработанную информационную и технологическую базу. Существуют различные автоматические установки для припоя выводных контактов. Наиболее функциональные из них дополнительно оснащаются гриммерами, обеспечивающими захват компонентов для монтажа в отверстия.

Способы пайки TNT:

• фиксация в отверстия без зазора между компонентом и платой;
• крепление элементов с наличием зазора (поднятие компонента на определенную высоту);
• вертикальная фиксация компонентов.

Для монтажа вплотную применяется П-образная или прямая формовка. При фиксации с созданием зазоров и вертикальном креплении элементов используется формовка ЗИГ (или ЗИГ-замок). Пайка навесным монтажом является более затратной по причине своей трудоемкости (ручная работа) и меньшей автоматизации технологического процесса.

Выводной монтаж печатных плат: преимущества и недостатки

Стремительная популяризация поверхностного монтажа компонентов на печатную плату и постепенное вытеснение технологии сквозного монтажа обусловлено рядом важных достоинств SMD-метода над DIP. Однако выводной монтаж имеет ряд неоспоримых преимуществ над поверхностным:

• развитая теоретическая база (30 лет назад выводной монтаж был основным методом пайки печатных плат);
• наличие специальных установок для автоматизированной пайки;
• меньший процент брака при ДИП-пайке (в сравнении с СМД), так как изделие не подвергается нагреву в печи, что предотвращает риск повреждения элементов.

Наряду с представленными достоинствами можно выделить ряд недостатков выводного монтажа компонентов перед поверхностным:

• увеличенные размеры контактов;
• при штыревом монтаже требуется обрезка выводов до пайки или по ее завершению;
• габариты и вес компонентов довольно большие;
• для всех выводов требуется сверление отверстий или их создание лазером, а также металлизация и разогрев припоя;
• монтаж в ручном режиме требует больше времени и трудозатрат.

Также следует учитывать, что повышается себестоимость изготовления печатной платы. Это обусловлено, во-первых, преимущественным применением ручного труда высококвалифицированных инженеров. Во-вторых, DIP-монтаж печатных плат хуже поддается автоматизации, чем SMD, и требует больших затрат времени. В-третьих, для фиксации выводных элементов требуется создание отверстий оптимальной толщины для каждого контакта, а также их металлизация. В-четвертых, после пайки (или до нее) необходимо обрезать выводы компонентов.

Во время выставки Computex Taipei 2009 нашему корреспонденту удалось побывать на фабрике Nan-Ping компании Gigabyte.

Компания Gigabyte, основанная в 1986 году на Тайване, является сегодня одной из самых крупных фирм по производству материнских плат, видеокарт, корпусов, блоков питания и прочих аксессуаров.

Gigabyte имеет четыре производственные фабрики, две из которых расположены в Китае, а две - на Тайване. В Китае находятся фабрики Ning-Bo и Dong-Guan, а на Тайване - Ping-Jen и Nan-Ping.

Фабрика Nan-Ping, о который мы расскажем более подробно, специализируется на выпуске материнских плат, видеокарт, мобильных телефонов, ноутбуков и нетбуков, а также блэйд-серверов и компьютеров. Однако основное производство на этой фабрике - это выпуск материнских плат и видеокарт.

Итак, начнем нашу виртуальную экскурсию на фабрику Gigabyte Nan-Ping.

Вход на фабрику Gigabyte Nan-Ping

На фабрике эксплуатируется 11 линий поверхностного монтажа (SMT), четыре линии DIP-монтажа, шесть тестовых и две упаковочные линии. Кроме того, имеются две конвейерные линии по сборке мобильных телефонов, одна линия по сборке серверов, одна линия по сборке ПК и две линии по сборке ноутбуков. Фабрика занимает площадь 45 тыс. м2, и на ней трудятся 1100 человек (в основном женщины).

При полной загрузке фабрика Nan-Ping может ежемесячно выпускать 250 тыс. материнских плат, 50 тыс. видеокарт, 5 тыс. серверов, 10 тыс. мобильных телефонов, 10 тыс. ноутбуков и 5 тыс. настольных ПК.

Похоже, на Тайване всерьез побаиваются свиного гриппа (ну невдомек им, что все это хорошо профинансированная утка): мало того что многие ходят в масках, так еще и температуру измеряют чуть ли не на каждом шагу. Вот и на фабрике Gigabyte Nan-Ping все сотрудники, приходящие на работу, обязаны проверить свою температуру. Благо, эта процедура длится не более секунды. Вход на фабрику охраняют миловидные китаянки в масках, которые с помощью миниатюрных тепловизоров мгновенно отсекают всех подозрительных личностей с повышенной температурой.

Все входящие на фабрику должны пройти
процедуру проверки температуры

Девушки в масках с помощью тепловизоров
отсеивают всех подозрительных личностей
с повышенной температурой

Процесс производства материнских плат

Все фабрики по производству материнских плат (независимо от производителя) выглядят примерно одинаково. Процесс производства материнской платы заключается в том, что на печатную плату PCB (Printed Circuit Board) «навешиваются» все необходимые электронные компоненты и разъемы, после чего она подвергается тщательному тестированию. Возможно, для кого-то это будет откровением, но сами многослойные печатные платы со всей системой разводки не являются продукцией заводов по производству материнских плат. В частности, компания Gigabyte вообще не имеет заводов по производству PCB и заказывает их у других компаний. Правда, у кого именно Gigabyte заказывает PCB, ее представители не сообщают, ограничиваясь фразой «мы заказываем PCB у самых лучших производителей».

Многослойные печатные платы, выполненные по дизайну Gigabyte, поступают на фабрику уже в готовом виде. Выпуском таких плат занимаются порядка десяти различных компаний.

Цикл производства материнских плат разбит на четыре больших этапа:

• поверхностный монтаж (Surface Mounting Technology, SMT);
• DIP-монтаж,
• тестирование;
• упаковка.

Каждый из этих этапов выполняется в отдельном цехе и даже на отдельном этаже.

Поверхностный монтаж

Производство материнских плат начинается с поверхностного монтажа (SMT). Чтобы попасть в цех SMT, необходимо пройти через специальную камеру очистки, где в буквальном смысле сдувается вся пыль с одежды.

Камера очистки перед входом в цех SMT

Технология поверхностного монтажа заключается в процессе распайки различных чипов и электронных компонентов на плате. Причем процесс этот полностью автоматизирован и выполняется конвейерным способом с помощью специальных автоматов.

Прежде всего печатные платы помещаются в специальный автоматический загрузчик (PCB Loader), который доставляет платы на ленту конвейера. На фабрике Gigabyte используется загрузчик Ascentex ABS-1000M.

Автоматический загрузчик
Ascentex ABS-1000M печатных плат на конвейер

Из загрузчика платы поступают в специальный автомат Dek ELA, называемый Printer, в котором на печатную плату по трафарету наносится специальная паяльная паста (флюс), напоминающая графитовую смазку.

Нанесение паяльной пасты по трафарету
на печатную плату

Автомат для нанесения паяльной пасты

Далее, двигаясь по конвейеру, платы поступают в автомат Middle Speed Mounter, выполняющий прецизионный поверхностный монтаж на плате крупных микросхем (чипов). Этот автомат размещает чипы в том месте, где предварительно была нанесена паяльная паста, и чипы как бы приклеиваются к этой вязкой пасте. Скорость работы автомата Middle Speed Mounter невысока - порядка двух микросхем в секунду. На фабрике Gigabyte используется автомат JUKI KE2010L.

Middle Speed Mounter JUKI KE2010L

После установки на плату микросхем в автомате Middle Speed Mounter материнские платы поступают в специальную печь (Reflow Oven Heller 1600 SX), где разогреваются (причем разогрев происходит по точно заданному шаблону во избежание перегрева отдельных участков), а установленные на плату элементы припаиваются.

Печь Reflow Oven Heller 1600SX

За монтажом крупных микросхем следует монтаж всех остальных мелких элементов. Этот этап подобен предыдущему: платы поступают в принтер, где по шаблону наносится флюс. После этого платы проходят через автоматы поверхностного монтажа и поступают в печь. Однако для размещения на плате мелких и средних электронных компонентов используются уже более скоростные автоматы поверхностного монтажа: High Speed Mounter и Multi-Function Mounter. Скорость работы автомата High Speed Mounter составляет несколько десятков элементов в секунду.

Автомат поверхностного монтажа
High Speed Mounter Fuji CP-743ME

Автомат поверхностного монтажа
Multi-Function Mounter FUJI QP 341E-MM

Автоматы поверхностного монтажа High Speed Mounter и Multi-Function Mounter набирают необходимые электронные компоненты со специальных лент.

Ленты с электронными компонентами, которые
заправляются в автоматы поверхностного монтажа

После этого платы с нанесенными на них электронными компонентами вновь поступают в печь (Reflow Oven), где все установленные элементы припаиваются.

Плата с распаянными электронными компонентами
на выходе из печи

Из печи платы поступают в автомат временного хранения (Unloader) Ascentex ATB-2000M.

На этом первичный этап поверхностного монтажа заканчивается, и платы подвергаются тщательному контролю, в процессе которого они проходят как визуальный осмотр (Visual Inspection, V.I.), так и электронное тестирование (In Circuit Test, ICT).

Сначала на специальном стенде Orbotech TRION-2340 платы подвергаются автоматическому визуальному контролю на предмет наличия всех необходимых компонентов.

После этого наступает черед визуального контроля платы. Для каждой модели плат предусмотрена специальная маска-шаблон, имеющая прорези в тех местах, где должны быть установлены элементы. Накладывая такую маску, контролер может легко обнаружить отсутствие того или иного элемента.

Затем плату кладут на особый стол и с помощью специального шаблона замыкают необходимые группы контактов. Если проходят не все сигналы, то на экране монитора индицируется ошибка и плата отправляется на доработку.

Стенд автоматического оптического
контроля Orbotech TRION-2340

С помощью специальной маски-шаблона платы
осматриваются на предмет наличия всех
необходимых элементов

Тестирование внутренних цепей платы

На этом этап поверхностного монтажа заканчивается, и платы отправляются в цех DIP-монтажа.

DIP-монтаж

Если в зале SMT-монтажа работает всего несколько человек, контролирующих работу автоматов, то в зале DIP-монтажа куда более многолюдно, поскольку этот процесс вообще не автоматизирован и подразумевает ручной монтаж необходимых элементов на плату. Во время DIP-монтажа на плату устанавливаются все те компоненты, которые запаиваются с обратной стороны платы, то есть элементы, для пайки которых в плате предусмотрены отверстия.

За конвейером работают только женщины, а руководят ими исключительно мужчины. Это вам не Америка с ее эмансипацией. Все так, как и должно быть: женщины работают, мужчины руководят. Причем, что характерно, за конвейером в основном сидят не коренные жители Тайваня, а филлипинцы или выходцы из Центрального Китая. Короче, гастарбайтеры. Что ж, все правильно, это обходится компании гораздо дешевле.

На конвейере используется исключительно женский труд

Процесс DIP-монтажа заключается в следующем. Материнские платы загружаются на конвейер и медленно движутся по нему, а каждый оператор устанавливает на плате один или несколько элементов.

Каждый оператор устанавливает на плату
один или несколько элементов

После того как все необходимые компоненты установлены в свои гнезда, платы направляются в специальную волновую печь.

Там плата разогревается и нижней частью проезжает по тонкой волне расплавленного олова. Все металлические части запаиваются, а к PCB олово не пристает, поэтому остальная часть платы остается чистой. При выходе из печи платы охлаждаются с помощью системы вентиляторов.

Платы со всеми установленными компонентами
направляются в волновую печь

Процесс DIP-монтажа заканчивается удалением остатков олова с обратной стороны платы. Причем эта операция осуществляется вручную с помощью самых обычных паяльников.

С помощью самых обычных паяльников устраняются
все излишки олова

На заключительном этапе на плату устанавливают
крепежную раму для процессора

Этап тестирования платы

На этом этапе производство материнской платы заканчивается и начинается процедура проверки ее работоспособности. Для этого на специальном стенде на плату устанавливают процессор, память, видеокарту, оптический привод, жесткий диск, а также подключают прочие компоненты.

После DIP-монтажа платы проходят проверку