Kontraktowy montaż elektroniki (SMD/SMT i THT) - Baza wiedzy

Gdy montowane mają być układy o dużej liczbie wyprowadzeń i małym rastrze (tj. dużym zagęszczeniu wyprowadzeń, a więc gdy odstęp mierzony pomiędzy środkami sąsiednich wyprowadzeń wynosi poniżej 0,6 mm), należy stosować lokalne punkty referencyjne. Na jeden element należy stosować dwa punkty referencyjne lokalne, które powinny być rozlokowane po przekątnej jego obudowy.

W tabeli przedstawione są standardowe i najczęściej używane obudowy elementów. Nasza linia montażowa pozwala na zastosowanie również nietypowych obudów, np. ekrany przeciwzakłóceniowe, czy obudowy układów M2M.

Należy pamiętać, aby w polu wyznaczonym na montowanie danego elementu (tzw. polu montażowym) nie znajdowały się inne elementy elektroniczne SMD lub otwory przeznaczone do montażu przewlekanego THT. Mogą natomiast znajdować się w nim przelotki, gdyż nie stanowią one problemu podczas montażu automatycznego.
UWAGA! Podzespoły SMD mogą znajdować się w polu zajmowanym przez inny element tylko w wyjątkowych sytuacjach – np. gdy elementem tym jest ekran przeciwzakłóceniowy. Odległość pomiędzy elementami powinna wynosić ≥0,5mm.

Nie należy umieszczać przelotek na punktach lutowniczych, gdyż podczas lutowania w piecu rozpływowym może dojść do sytuacji, w której pasta znajdująca się na polu lutowniczym może zostać „zassana” do wnętrza przelotki, co spowoduje zbyt słabe przylutowanie danego elementu i słabe połączenie elektryczne pomiędzy odprowadzeniem elementu a polem lutowniczym.

Przy montażu SMT do przytwierdzenia elementów zaleca się wykorzystanie tylko jednej warstwy montażowej. Niekiedy jednak jest to niemożliwe. Na skutek m. in. zbyt dużego zagęszczenia elementów na jednej warstwie płytki konieczne jest stosowanie dwóch warstw – górnej (top) i dolnej (bottom).
Gdy lutowanie obejmuje dwie warstwy montażowe, to na jednej z nich w polach, w których mają zostać przytwierdzone elementy elektroniczne, stosuje się klej. Po nałożeniu kleju na pierwszą warstwę montowane są na niej elementy, po czym płytka trafia do pieca lutowniczego. Następuje przylutowanie elementów do danej warstwy oraz utwardzenie kleju mocującego elementy. Następnie przy odwróceniu płytki i lutowaniu w piecu elementów zamontowanych na jej drugiej stronie (przy drugiej warstwie klejenie można pominąć), pomimo roztopienia się lutu także na pierwszej warstwie, klej nie dopuszcza do przesunięcia lub odpadnięcia wcześniej ułożonych na niej dużych gabarytowo (i często ciężkich) elementów elektronicznych.

W wypadku bardzo małych gabarytowo płytek PCB lub płytek o nietypowych kształtach (które ciężko umocować w maszynie Pick&Place) zaleca się stosować panelizację, tj. łączenie pojedynczych płytek w panele. Wówczas w procesach nakładania pasty, automatycznego montażu oraz lutowania w piecu rozpływowym za jednym razem lutowane są wszystkie płytki znajdujące się w panelu. Po zakończeniu lutowania, z panelu oddziela się pojedyncze płytki za pomocą depanelizatora.

Bardzo ważne jest, aby płytka PCB zawierała warstwę soldermaski, gdyż warstwa taka chroni przed powstawaniem zwarć pomiędzy znajdującymi się w bliskim sąsiedztwie punktami lutowniczymi. Ponieważ w procesie lutowania wykorzystuje się piec rozpływowy, bez soldermaski mogło by dojść do „zlania” się lutu i tworzenia „mostków” na znajdujących się obok siebie punktach lutowniczych. Soldermaska nie powinna nachodzić na pole lutownicze (ang. Pad), ale może być usytuowana w bardzo bliskiej od niego odległości (do ok. 0.05mm).

Szablony do nanoszenia past lutowniczych (i/lub klejów) wykonujemy z precyzyjnej blachy stalowej nierdzewnej o grubości od 0.1 do 0.3 mm. Stosownie do zalecenia Klienta lub w wypadku montażu elementów, których raster jest większy lub równy 0.5 mm, szablony wykonujemy metodą trawienia (dużo niższa cena, ale nieco gorsza jakość). W wypadku montażu elementów, których raster jest mniejszy niż 0.5 mm, szablony wycinamy za pomocą wiązki laserowej (wysoka cena, ale i wysoka jakość).
Na życzenie Klienta przechowujemy opracowane szablony (lub przesyłamy Klientowi) w celu przyspieszenia uruchomienia linii produkcyjnej w razie wznowienia takiego samego zamówienia.

Uwaga! W wypadku dostarczenia szablonu przez Klienta wymagane jest, aby zaprojektowany szablon miał właściwą perforację (posiadał otwory montażowe – o odpowiednim rozstawieniu i średnicy - dostosowane do zaczepów ramy w naszej drukarce szablonowej). W celu ułatwienia zaprojektowania perforacji szablonu, na obrazku poniżej przedstawiamy rysunek techniczny mocowań ramy (kliknięcie miniaturki pozwoli na wyświetlenie rysunku w pełnych rozmiarach). Dodatkowo przygotowaliśmy model 3D (zwymiarowany) formatki w formacie *.STEP.

Program montażowy z reguły opracowujemy przy wykorzystaniu przesłanego przez Klienta projektu urządzenia oraz pliku Pick&Place wygenerowanego z tego projektu za pomocą oprogramowania EDA.
Projekt urządzenia może być wykonany w następujących środowiskach projektowych:

1. Płatne: Altium Designer/Protel, Cadence OrCad, Zuken CADSTAR, Proteus VSM
2. Darmowe: Autotrax, Eagle, KiCAD….

Na życzenie klienta przechowujemy opracowany program (lub przesyłamy klientowi) w celu późniejszego przyspieszenia uruchomienia linii produkcyjnej w razie wznowienia tego samego zamówienia.

Profil temperaturowy pracy pieca lutowniczego (krócej – profil lutowania) ustalamy na podstawie dokumentacji montowanych podzespołów elektronicznych (określającej ich wytrzymałość temperaturową), a także na podstawie charakterystyki wytrzymałości temperaturowej samej płytki drukowanej PCB.

Nasza linia montażowa zgodna jest z normami (również posiada certyfikaty):

- RoHS

- CE UE

- IPC

W dzisiejszej elektronice dominuje głównie montaż powierzchniowy (SMT) ze względu na bardzo małe rozmiary elektronicznych podzespołów SMD (pozwalające na zmniejszenie gabarytów całego urządzenia) oraz na dużą prędkość montażu. Elementy przeznaczone do montażu przewlekanego (THT) warto stosować wtedy, kiedy istnieje możliwość wywierania na nie sił mechanicznych lub gdy obudowa wymaganego elementu zastosowanego w projektowanym układzie elektronicznym nie posiada swojego odpowiednika w SMD.

Montaż przewlekany stosuje się najczęściej przy mocowaniu gniazd lub portów, które szczególnie narażone są na uszkodzenia mechaniczne. Bardzo duża wytrzymałość mechaniczna uzyskana jest dzięki osadzaniu odprowadzeń lutowanych elementów w otworach montażowych. Elementy SMD są znacznie mniej odporne mechanicznie. Wywieranie na nie zbyt dużej siły może spowodować ich oderwanie od płytki, często łącznie z jej punktami lutowniczymi i kawałkami ścieżek podłączonych bezpośrednio do tych punktów.

Wyrwany port USB (technologia SMT) wraz z polem lutowniczym i kawałkiem ścieżki

Do montażu przewlekanego jednostronnego (jedna warstwa) wykorzystujemy falę lutowniczą, pozwalającą na automatyzację procesu lutowania. Umieszczanie elementów na płytkach odbywa się ręcznie.
Montaż przewlekany dwustronny (warstwa Top i Bottom) realizujemy na specjalne życzenie Klienta. Wykonywany jest on za pomocą fali lutowniczej oraz ręcznie i ograniczony wyłącznie do szczególnych przypadków (m.in. montaż gniazd, złączy, portów, czyli elementów narażonych na uszkodzenia mechaniczne).

Przelotka – (ang. Via) – przejście elektryczne pomiędzy warstwami płytki (np. górną –top i dolną – bottom). To metalizowany galwanicznie (miedziowany) otwór o niewielkiej średnicy wraz z kołnierzem (ang. Ring) na każdej z łączonych warstw, do którego podłącza się ścieżkę lub ścieżki znajdujące się na danej warstwie. W obwodzie drukowanym dobór odpowiednich typów przelotek ma decydujący wpływ na stopień miniaturyzacji całego układu oraz cenę jego wykonania (zob. Wikipedia).

Panelizacja/Depanelizacja – (ang. Panelization/Depanelization) – rozwiązanie ułatwiające wykonanie serii płytek PCB, które polega na tym, że po zaprojektowaniu pojedynczej płytki dokonuje się jej automatycznego powielania (w programie do projektowania obwodów drukowanych) w celu umieszczenia na jednym wielkogabarytowym panelu PCB. Płytki drukowane dostarczane są na dużych arkuszach (panelach) z których wycina się depanelizatorem (już po montażu elementów) pojedyncze egzemplarze. Na ogół sposób ułożenia płytek drukowanych w panelu ustala ich producent według własnego uznania. W przypadku zmiany wykonawcy płytek, należy zwrócić uwagę, by płytki na arkuszu były rozmieszczone tak samo, w takich samych odległościach od siebie (zob. Wikipedia).

• podgrzewanie wstępne (preheat);
• oczyszczanie (soak);
• rozpływ (reflow);
• chłodzenie (cooling).

Ustawiany w piecu lutowniczym zakres temperatur jest ściśle uzależniony od typu i składu chemicznego pasty lutowniczej, a także od wytrzymałości termicznej montowanych podzespołów i płytki PCB (zob. Wikipedia).

Lutowanie na fali – (ang. Wave soldering) – technika lutowania elementów elektronicznych (THT) przy wykorzystaniu agregatu do lutowania na fali. Technika ta obejmuje kilka etapów:

- Topnikowanie, polegające na nanoszeniu topnika na lutowaną stronę płytki;
- Podgrzewanie, mające na celu osuszenie i aktywowanie topnika, a także wstępne podgrzanie płytki w celu uniknięcia szoku termicznego (prowadzącego do odkształceń płytki i wystąpienia naprężeń wewnętrznych);
- Lutowanie, polegające na przesunięciu płytki za pomocą transportera po grzbiecie fali roztopionego lutowia. Dolna część płytki (lutowana) styka się z grzbietem fali, gdzie lutowie przytwierdza się do punktów lutowniczych tworząc trwałe połączenie. Proces ten trwa od 3 do 10 sekund.