Stel je een kale printplaat (PCB) voor die door een reeks precieze en complexe processen transformeert in een krachtige elektronische module of zelfs een compleet elektronisch product. Deze opmerkelijke transformatie is de essentie van SMT (Surface Mount Technology) productie. SMT-productie is echter veel complexer dan simpelweg "componenten plaatsen" – het omvat tal van kritieke fasen en technische details. Dit artikel biedt een diepgaande analyse van het complete SMT-productieproces om je te helpen deze cruciale elektronische productietechnologie volledig te begrijpen.

Voordat we het SMT-productieproces verkennen, laten we ons vertrouwd maken met enkele kerntermen die zullen helpen bij het begrijpen van de daaropvolgende inhoud.

• SMT (Surface Mount Technology): Een methode om surface-mount devices (SMD's) direct op PCB-pads te monteren. Het PCB-assemblageproces met behulp van SMT wordt SMT-assemblage of SMT PCBA-productie genoemd.
• PTH (Through-Hole Technology): Een alternatieve PCB-assemblagemethode waarbij componenten met lange leads door gaten in de PCB worden gestoken en aan de geplateerde gatwanden worden gesoldeerd.
• PCB (Printed Circuit Board): Een gelaagde structuur bestaande uit meerdere lagen glasvezel epoxyhars, prepreg en koperfolie, met circuitpatronen gevormd door etsen en verkoperen op gatwanden. Na PCB-productie is het resultaat simpelweg een kale plaat zonder gemonteerde componenten.
• PCBA (Printed Circuit Board Assembly): Een PCB die SMT- of PTH-processen heeft ondergaan om verschillende elektronische componenten te monteren, wat resulteert in een halffabrikaat. PCBA kan verder worden geassembleerd met andere PCBA-eenheden en behuizingen om complete elektronische producten te vormen, een proces dat doorgaans box-build assemblage wordt genoemd.
• SMD (Surface Mount Device): Elektronische componenten die specifiek zijn ontworpen voor SMT-productie. In vergelijking met PTH-componenten hebben SMD's aanzienlijk kleinere afmetingen en gewichten, doorgaans ongeveer 1/10e van de equivalente PTH-componenten. Deze miniaturisatie maakt kleinere elektronische producten en preciezere circuitontwerpen mogelijk, waardoor SMT-productie op grote schaal wordt toegepast.

SMT-productie is een complex en precies proces dat meerdere kritieke stappen omvat. Hieronder beschrijven we elke fase van het proces in detail.

De eerste stap in de SMT-productielijn is doorgaans het laden van de PCB. Een ladermachine verwijdert achtereenvolgens PCB's uit een stapel en voert ze via een transportband naar het volgende proces – soldeerpasta printen. De lader zorgt voor een continue PCB-toevoer voor een efficiënte productie.

Soldeerpasta printen is een van de meest kritieke stappen in de SMT-productie. Soldeerpasta – een mengsel van soldeerpoeder en flux – wordt gebruikt om SMD's aan PCB's te hechten. De kwaliteit van het soldeerpasta printen heeft direct invloed op de soldeerbetrouwbaarheid.

In de soldeerpasta printer wordt de PCB eerst nauwkeurig op het printplatform gepositioneerd. Een SMT-stencil (een metalen plaat met openingen die overeenkomen met PCB-pads) wordt vervolgens over het PCB-oppervlak uitgelijnd. Een rakelblad beweegt over het stencil en verdeelt de soldeerpasta gelijkmatig door de openingen op de PCB-pads.

SPI is een cruciale kwaliteitscontrolestap die optische of lasertechnologie gebruikt om een 3D-inspectie van geprinte soldeerpasta uit te voeren. Belangrijke inspectieparameters zijn onder meer:

• Positienauwkeurigheid: Verifiëren van de juiste uitlijning met pads
• Oppervlaktebedekking: Zorgen voor voldoende soldeerpasta-bedekking
• Volumeconsistentie: Controleren van een gelijkmatige dikteverdeling
• Vormintegriteit: Defecten identificeren zoals instorting of bruggen

Als SPI kwaliteitsproblemen detecteert, stoppen technici de productie onmiddellijk om de soldeerpasta printer aan te passen en te onderhouden.

De kern en meest geautomatiseerde stap in de SMT-productie is het plaatsen van componenten. Pick-and-place machines halen SMD's op uit feeders en monteren ze nauwkeurig op aangewezen PCB-locaties. Deze machines bestaan uit:

• Feeders: Apparaten die SMD's van verschillende pakketten opslaan en leveren
• Nozzles: Gereedschappen die SMD's oppakken en loslaten
• Visiesystemen: Voor component- en PCB-fiduciaalherkenning
• Robotarmen: Besturing van nozzlebeweging voor precieze plaatsing

Moderne SMT-lijnen gebruiken doorgaans meerdere plaatsingsmachines – snelle eenheden voor kleine componenten en multifunctionele machines voor grotere apparaten.

Wanneer PCB's BGA-componenten (Ball Grid Array) bevatten, is röntgeninspectie noodzakelijk, aangezien hun soldeerverbindingen onder het pakket verborgen zijn. Röntgensystemen detecteren:

• Voids: Luchtbellen in soldeerverbindingen
• Bruggen: Kortsluitingen tussen aangrenzende verbindingen
• Koude verbindingen: Slechte soldeerverbindingen

Reflow solderen is het meest kritieke verbindingsproces in de SMT-productie, waarbij soldeerpasta smelt om SMD's permanent met PCB-pads te verbinden. Reflow-ovens hebben meerdere temperatuurzones met precieze thermische controle via deze fasen:

• Voorverwarmingszone: Geleidelijke temperatuurstijging om oplosmiddelen te verdampen
• Weekzone: Temperatuurstabilisatie om de componenten gelijkmatig te verwarmen
• Reflow-zone: Snelle temperatuurstijging om soldeer te smelten
• Koelzone: Gecontroleerde stolling van soldeerverbindingen

Een juiste temperatuurprofilering zorgt voor een optimale soldeerversmelting en voorkomt thermische schade. Stikstofgeassisteerde reflow kan oxidatie verminderen voor een betere kwaliteit.

AOI-systemen gebruiken optische beeldvorming om PCBA-oppervlakken uitgebreid te inspecteren op soldeerdefecten en plaatsingsproblemen, waaronder:

• Ontbrekende componenten
• Verkeerd uitgelijnde onderdelen
• Verkeerde polariteit
• Soldeerdefecten (openingen, kortsluitingen, soldeerkogels)

In-line AOI-systemen die in SMT-lijnen zijn geïntegreerd, bieden real-time inspectie. 3D AOI biedt verbeterde inspectiemogelijkheden voor soldeerverbindingen. Defecte PCB's worden gescheiden voor herwerking.

Voor prototype PCBA-projecten voeren fabrikanten doorgaans FAI uit op een willekeurig geselecteerd monster. Technici onderzoeken soldeerverbindingen om componentwaarden te verifiëren ten opzichte van de BOM (Bill of Materials), waarbij resultaten buiten de tolerantie een volledige procesbeoordeling uitlokken.

Indien nodig volgt PTH-assemblage de SMT-voltooiing. Dit proces steekt componenten met leads door PCB-gaten en soldeert ze aan geplateerde gatwanden, doorgaans voor grotere componenten of verbindingen met een hoge betrouwbaarheid.

• Handmatige herwerking van door AOI geïdentificeerde defecten
• IC-programmering
• Functionele tests
• Conforme coating voor milieubescherming
• Burn-in testen voor betrouwbaarheidsverificatie
• Eindproductassemblage

Fabrikanten kunnen ook componentvervangingen met equivalente gecertificeerde onderdelen voorstellen om de kosten te verlagen zonder de kwaliteit of functionaliteit in gevaar te brengen.

Hoewel SMT-productie een gestandaardiseerd proces vertegenwoordigt binnen elektronische productiediensten (EMS), hebben tal van procesdetails een aanzienlijke impact op het projectsucces. Professionele fabrikanten met tientallen jaren ervaring behouden strikte controle over elke productieparameter om kwaliteitsresultaten te garanderen.