SMT là gì?

Công nghệ gắn trên bề mặt (SMT) đề cập đến quá trình gắn các thành phần điện tử trực tiếp lên bề mặt của bảng mạch in (PCB). Là phương pháp sản xuất chính trong sản xuất điện tử hiện đại, SMT cung cấp nhiều lợi thế so với lắp ráp xuyên lỗ truyền thống (THT), bao gồm kích thước thành phần nhỏ hơn, trọng lượng thấp hơn, độ tin cậy cao hơn và thông lượng lớn hơn. Kể từ khi áp dụng rộng rãi vào những năm 1980, SMT đã trở thành phương pháp lắp ráp cốt lõi cho điện thoại thông minh, máy tính xách tay, điện tử ô tô, cảm biến IoT và vô số các sản phẩm điện tử khác.

Ưu điểm của Smt

1. Mật độ thành phần cao

   • Các thành phần có thể được đặt ở cả hai mặt của PCB, tăng mật độ mạch tăng đáng kể.

   • Sử dụng kích thước gói nhỏ hơn (ví dụ: 0201, 0402) cho phép bố cục bảng nhỏ gọn hơn.

2. Mức độ tự động hóa cao

   • Máy chọn và đặt tốc độ cao đặt các thành phần chính xác, và các lò rèn phản xạ hàn chúng trong một lần vượt qua—cho phép thông lượng trong hàng chục ngàn vị trí mỗi giờ.

   • Tự động hóa này làm giảm đáng kể lỗi của con người và chi phí lao động, mang lại một bước nhảy vọt về hiệu quả sản xuất và tính nhất quán.

3. Cải thiện độ tin cậy và hiệu suất điện

   • Các thiết bị gắn trên bề mặt (SMD) có độ dài chì ngắn hơn và các khớp hàn nhỏ hơn, tạo ra các đường dẫn tín hiệu ngắn hơn trên PCB. Điều này làm giảm độ tự cảm và điện dung ký sinh.

   • Các tổ hợp SMT thể hiện các đặc tính mở rộng nhiệt tốt hơn và khả năng chống rung, làm cho chúng phù hợp cho môi trường khắc nghiệt.

4. Thiết kế linh hoạt lớn hơn

   • Các nhà thiết kế PCB có thể tối ưu hóa vị trí thành phần và giảm thiểu độ dài theo dõi, cải thiện tính toàn vẹn tín hiệu và khả năng tương thích điện từ (EMC).

   • Một loạt các loại gói (QFP, BGA, CSP, v.v.) đáp ứng các yêu cầu về kích thước và hiệu suất khác nhau, mở ra nhiều không gian đổi mới hơn cho các sản phẩm cuối.

Luồng quy trình SMT

Một dây chuyền sản xuất SMT hoàn chỉnh thường bao gồm bốn giai đoạn cốt lõi: in dán dán, chọn và đặt, hàn lại và làm sạch/kiểm tra. Mỗi giai đoạn dựa trên máy móc chính xác và điều khiển quy trình nghiêm ngặt để đảm bảo chất lượng và năng suất sản phẩm.

1. Hàn dán dán

• Thiết bị

  • Máy in Stprint’vị trí p pad.

• Cân nhắc chính

  • Thiết kế khẩu độ stencil : Hình dạng và vị trí khẩu độ phải khớp với PCB’bố cục p pad, với dung sai vị trí bên trong ±0,025 mm.

  • Áp lực và tốc độ siết : Áp suất vắt, tốc độ in và nhiệt độ dán phải được điều chỉnh để đạt được độ dày lớp dán điển hình của 100–150 µm.

  • Chất lượng dán : Kích thước hạt bột hàn phải đồng đều, và thành phần thông lượng phải được cân bằng tốt để đảm bảo độ bám dính tốt và hợp kim thích hợp trong quá trình replow.

2. Chọn và đặt

• Thiết bị

  • Máy chọn và đặt chỗ: Sử dụng hệ thống căn chỉnh tầm nhìn hoặc laser để chọn các thành phần SMD từ băng và cuộn hoặc khay và đặt chúng chính xác lên Dán hàn in.

• Cân nhắc chính

  • Lựa chọn vòi phun : Chọn kích thước và hình dạng vòi phun thích hợp cho từng loại thành phần (0201, 0402, 0603, QFP, BGA, v.v.) để đảm bảo hút chân không và khu vực tiếp xúc thích hợp.

  • Liên kết tầm nhìn : Máy’Hệ thống tầm nhìn S định hướng thành phần với các miếng đệm PCB, thường yêu cầu độ chính xác vị trí bên trong ±0,03 mm.

  • Tốc độ vị trí và thời gian chu kỳ : Máy tốc độ cao có thể đặt hàng ngàn thành phần mỗi giờ; Thông lượng vị trí phụ thuộc vào kích thước PCB, hỗn hợp thành phần và độ phức tạp định tuyến. Lập trình và nhóm trung chuyển thích hợp tối ưu hóa thời gian chu kỳ.

3. Reflowering

• Thiết bị

  • Lò phản xạ: Sử dụng nhiều vùng nhiệt độ (làm nóng trước, ngâm, phản xạ và làm mát) để làm nóng toàn bộ bảng để sự hàn dán tan chảy và tạo thành các mối hàn đáng tin cậy giữa các dây dẫn thành phần và miếng đệm PCB.

• Cân nhắc chính

  • Hồ sơ phản xạ : Một đường cong nhiệt độ bốn phân đoạn phải được điều chỉnh cho công thức dán hàn và độ nhạy nhiệt thành phần. Nhiệt độ phản xạ cực đại điển hình từ 235°C đến 245°C.

  • Tính đồng nhất nhiệt : Lò phải duy trì từng vùng’nhiệt độ s bên trong ±3°C để ngăn ngừa quá nóng (có thể làm hỏng các thành phần) hoặc không đủ chất lượng (dẫn đến các mối hàn lạnh).

  • Kiểm soát bầu không khí : Sử dụng bầu khí quyển nitơ (N₂) làm giảm quá trình oxy hóa và cải thiện chất lượng khớp. Trong các đường nhạy cảm với chi phí, có thể sử dụng phản xạ không khí nhưng phải dựa vào các công thức thông lượng hoạt động để bù.

4. Làm sạch và kiểm tra

• Làm sạch

  • Một số bột hàn (đặc biệt là các loại chứa thông lượng được kích hoạt) để lại các dư lượng phải được loại bỏ bằng các máy làm sạch chuyên dụng (chất tẩy rửa sóng hoặc siêu âm) để ngăn ngừa ăn mòn hoặc can thiệp vào lớp phủ phù hợp.

  • Dán hàn không làm sạch sẽ loại bỏ sự cần thiết phải làm sạch, mặc dù độ ổn định của thông lượng còn lại dưới nhiệt độ và ứng suất điện phải được xác nhận.

• Điều tra

  • Kiểm tra quang học tự động (AOI) : Sử dụng máy ảnh và thuật toán nhận dạng hình ảnh để phát hiện các khiếm khuyết như hàn không đủ, bắc cầu, sai lệch hoặc các bộ phận bị thiếu.

  • Kiểm tra tia X (AXI/3D SPI) : Cần thiết cho các gói như BGA hoặc QFN trong đó các khớp hàn ẩn phải được kiểm tra các khoảng trống, vết nứt hoặc các quả bóng bị thiếu.

  • Kiểm tra trong mạch (ICT) và kiểm tra chức năng : Thử nghiệm dựa trên đầu dò xác minh tính liên tục, điện trở, điện dung, điện áp cung cấp và tính toàn vẹn tín hiệu để đảm bảo các chức năng mạch như dự định trước khi chuyển sang các quy trình hạ nguồn.

Tổng quan về thiết bị SMT

Đạt được chất lượng cao và năng suất trong SMT đòi hỏi một loạt các máy chuyên dụng phối hợp trên tất cả các giai đoạn quy trình:

1. Máy in stprint

   • Thương hiệu hàng đầu: Dek, Ekra, Speedline (Nordson), MPM

   • Các tính năng: Kiểm soát căng thẳng áp suất không khí có độ chính xác cao, căn chỉnh fiducial tự động, stprint và squeegees có thể thay thế.

2. Máy chọn và đặt

   • Thương hiệu hàng đầu: Yamaha, Juki, Panasonic, Fuji, ASM

   • Loại:

     • Máy nhiều đầu tốc độ cao : Có khả năng 20,000–60.000 cph (chip mỗi giờ) cho chip nhỏ.

     • Máy nạp loại mảng (ATF) : Kích hoạt thay đổi cuộn nhanh, lý tưởng cho mô hình hỗn hợp, sản xuất khối lượng thấp.

     • Các loại trung chuyển khác nhau : Băng & cuộn, khay, băng cắt, vv, có thể được cấu hình khi cần thiết.

3. Lò phản xạ

   • Thương hiệu hàng đầu: BTU, Rehm, Heller, Vitronic Soltec, Manncorp

   • Các tính năng cốt lõi: Kiểm soát nhiệt độ đa vùng độc lập, khả năng khí quyển nitơ, hồ sơ nhiệt độ có thể lập trình.

4. Máy làm sạch

   • Thương hiệu hàng đầu: Kyzen, Metcal, Speedline

   • Các quy trình: Làm sạch sóng, làm sạch dung dịch nước thông thường, làm sạch siêu âm—được lựa chọn dựa trên hóa học thông lượng.

5. Thiết bị kiểm tra

   • AOI (Kiểm tra quang học tự động) : Saki, Vitrox, Omron, Koh Young

   • AXI (Kiểm tra tia X tự động) : Nordson Dage, Yxlon, Viscom

   • SPI (Kiểm tra dán hàn) : Kyzen, Orbotech, Koh Young

   • CNTT (Kiểm tra trong mạch) / Kiểm tra đầu dò bay : Keysight, Teradyne, GöPEL Điện tử

Kiểm soát và kiểm tra chất lượng SMT

Kiểm soát chất lượng chạy qua mọi giai đoạn sản xuất SMT, chủ yếu tập trung vào:

1. Kiểm soát chất lượng nguyên liệu thô

   • Hàn dán : Giám sát thành phần hợp kim (không có chì, ít bạc), kích hoạt thông lượng (không làm sạch Vs. hòa tan trong nước), và lưu biến để đảm bảo sự làm ướt và hình thành hợp kim thích hợp.

   • PCB : Xác minh trọng lượng đồng, độ chính xác của khẩu độ hàn và dấu hiệu rõ ràng.

   • Các thành phần : Đảm bảo các bộ phận SMD có khách hàng tiềm năng được hình thành tốt, độ dài chì nhất quán và bao bì không bị hư hại (không oxy hóa hoặc biến dạng).

2. Điểm kiểm soát quá trình

   • Kiểm tra sau in : Sử dụng SPI để đo thể tích dán, diện tích và chiều cao lắng đọng. Không đủ dán dẫn đến các khớp lạnh; Quá nhiều dán gây ra bắc cầu.

   • Đánh giá lập trình chọn và đặt : Xác nhận dữ liệu PCB CAD/CAM khớp với các tệp Gerber. Xác thực các mục nhập thư viện thành phần, định hướng và tọa độ vị trí để ngăn ngừa sai hoặc thiếu các bộ phận.

   • Xác minh hồ sơ phản xạ : Sử dụng cặp nhiệt điện hoặc bảng hồ sơ để xác nhận các đường cong nhiệt độ bảng thực tế phù hợp với nhà sản xuất dán hàn’s Hồ sơ được đề xuất.

   • Phản hồi thời gian thực : Trong quá trình kiểm tra AOI/AXI, các khiếm khuyết cờ ngay lập tức để các bộ phận có thể được làm lại hoặc tái lập, giảm thiểu chi phí phế liệu và làm lại.

3. Chiến lược cải thiện năng suất

   • Đào tạo vận hành : Thường xuyên đào tạo in, địa điểm, refer và nhân viên kiểm tra trên các SOP để đảm bảo máy được bảo trì đúng cách và các bước xử lý được tuân thủ nghiêm ngặt.

   • Kế hoạch bảo trì thiết bị : Thiết lập làm sạch, hiệu chuẩn và bảo trì theo lịch trình—Thay thế vòi phun, làm sạch ống dẫn khí lò và ống kính máy ảnh làm sạch đều đặn.

   • Cải tiến liên tục (Kaizen) : Thực hiện các đánh giá chất lượng định kỳ để phân tích nguyên nhân gốc của các khiếm khuyết (ví dụ: Tombstoning, Bridging, Signatrment), sau đó tối ưu hóa các tham số quy trình phù hợp.

Tình trạng hiện tại của ngành công nghiệp SMT và xu hướng tương lai

1. Trạng thái hiện tại

   • Tăng trưởng thị trường bền vững : Được điều khiển bởi 5G, IoT, xe điện và thiết bị đeo được, thị trường SMT toàn cầu đã tăng trưởng ở mức 6%–8% mỗi năm.

   • Tiến bộ công nghệ : Các gói siêu nhỏ (0201 và nhỏ hơn, micro BGA, WLCSP) đang tăng sinh, nâng cao các yêu cầu chính xác cho các máy chọn và hệ thống kiểm tra.

   • Sản xuất xanh & Bền vững : Chất hàn không chì và thông lượng không làm sạch đã trở thành tiêu chuẩn. Tương phản hỗ trợ nitơ và lò nướng tiết kiệm năng lượng là phổ biến hơn để giảm tác động môi trường.

2. Xu hướng tương lai

   • Độ chính xác cao hơn & Thu nhỏ : Khi kích thước gói tiếp tục thu hẹp và BGAS/QFN trở nên phổ biến, các quy trình SMT phải hỗ trợ vị trí pitch tốt. Vòi phát hiện, hệ thống tầm nhìn và điều khiển Reflow sẽ thấy sự tinh tế đang diễn ra để đáp ứng các nhu cầu này.

   • Sản xuất thông minh & Công nghiệp 4.0 : Tích hợp MES (Hệ thống thực hiện sản xuất), IIoT (Internet công nghiệp) và phân tích dữ liệu lớn sẽ cho phép giám sát thời gian thực, bảo trì từ xa và bảo trì dự đoán.

   • Sản xuất linh hoạt & Tùy chỉnh : Sự gia tăng trong các đơn đặt hàng nhỏ, đa mô hình đòi hỏi các dòng phải thích nghi hơn. Các nguồn cấp dữ liệu ATF và hệ thống thay đổi nhanh sẽ trở nên phổ biến.

   • Màu xanh lá & Thực hành bền vững : Các quy trình không có chì, không sạch sẽ sẽ tiếp tục mở rộng. Các quy trình tái chế chất thải hàn và chất thải PCB sẽ trưởng thành, hỗ trợ sản xuất thân thiện với môi trường.

Phần kết luận

Là phương pháp lắp ráp cốt lõi trong sản xuất điện tử hiện đại, SMT mang lại hiệu quả cao, độ chính xác và độ tin cậy và có các ngành công nghiệp thâm nhập sâu như điện tử tiêu dùng, điện tử ô tô, thiết bị y tế và không gian vũ trụ. Bằng cách tối ưu hóa luồng quy trình, nâng cấp thiết bị, tăng cường kiểm soát chất lượng và nắm bắt các hoạt động của nhà máy thông minh, các nhà sản xuất có thể cải thiện hơn nữa năng suất, giảm chi phí và tăng tốc thời gian ra thị trường.

Nhìn về phía trước, xu hướng tiếp tục hướng tới các thành phần nhỏ hơn, mật độ cao hơn, cùng với sự phát triển của sản xuất thông minh và xanh, sẽ nâng cao các rào cản kỹ thuật và cơ hội thị trường trong ngành SMT. Bất kỳ công ty nào nhằm mục đích duy trì tính cạnh tranh trong thị trường Điện tử tốc độ nhanh nên theo dõi sát sao các công nghệ, vật liệu và thiết bị SMT mới nổi—và tích hợp chúng vào hệ sinh thái sản xuất của nó để tạo ra giá trị lớn hơn cho khách hàng.

Điểm chính cần lưu ý:

• Bài báo’S CLUSE CẤU TRÚC VÀ Dòng chảy logic giúp người đọc nhanh chóng định vị các điểm quan tâm.

• Nó cân bằng các giải thích giới thiệu với các chi tiết kỹ thuật chuyên sâu, hấp dẫn cả các kỹ sư mới làm việc và quản lý kỹ thuật.

• Các từ khóa như “Quy trình lắp ráp SMT,” “vòi phun,” “Refledow hàn,” Và “Kiểm tra AOI” được dệt trong suốt để hỗ trợ lập chỉ mục và khả năng hiển thị của công cụ tìm kiếm.

• Bao gồm các xu hướng ngành và quan điểm hướng tới tương lai giúp tăng cường bài viết’thẩm quyền và sự liên quan.