Na czym polega montaż SMD?

Skrótem SMD, pochodzącym od angielskich słów „surface mounted devices”, określa się grupę podzespołów elektronicznych takich jak miniaturowe oporniki, tranzystory, kondensatory czy układy scalone. Mają one płaską obudowę, z boku której – lub wokół niej – umieszczone są końcówki lutownicze. Montuje się je na płytkach obwodów drukowanych przy użyciu technologii określanej z kolei jako SMT: „surface mount technology”. Na czym ona polega? Na wstępie warto podkreślić, że elementy SMD, jako niezwykle wrażliwe na wyładowania elektrostatyczne tudzież występowanie przepięć, wymagają pracy w warunkach ochronnych ESD („electro-static discharge”). Specjalnie przystosowana pod tym kątem przestrzeń produkcyjna nosi nazwę strefy EPA („electro-static protected area”).

Teoretycznie do czynienia możemy mieć zarówno z ręcznym, jak i w pełni automatyzowanym montażem elementów SMD. – W praktyce jednak pierwszy wariant zarezerwowany jest dla konstrukcji amatorskich, prototypów oraz wyrobów jednostkowych, a także prac serwisowych – mówi specjalista z Instytutu Tele- i Radiotechnicznego.

Przed przystąpieniem do układania podzespołów SMD na płytce musi zostać ona oczyszczona izopropanolem i pokryta pastą lutowniczą składającą się z topnika oraz maleńkich kulek lutu cynowego. W tym celu do płytki przykłada się metalowy szablon odsłaniający punkty lutownicze SMD, pokrywane następnie pastą, której nadmiar zbierany jest przy użyciu rakli.

Układanie elementów SMD

Po oderwaniu szablonu płytka transportowana jest do maszyny „pick & place”, gdzie ma miejsce właściwy montaż komponentów SMD. Są one wyjmowane z zasobników przez specjalne głowice, które z wykorzystaniem podciśnienia „zasysają” dany element w celu podniesienia go. Gdy zostanie przemieszczony w docelowy punkt na płytce drukowanej, podciśnienie zostaje wyłączone – element ów zostaje na miejscu, a głowica wraca po kolejny. Jednoczesne użycie większej liczby zasobników i głowic pozwala na istotne przyspieszenie całego procesu. Za precyzyjne ułożenie komponentów na płytce odpowiadają natomiast układy wizyjne, które wyznaczają kąt i przesunięcie potrzebne do wyrównania tych komponentów specjalnymi szczękami wchodzącymi w skład wyposażenia głowic. Jeśli płytka ma zostać obłożona elementami SMD obustronnie, po jednej stronie mocowane są one klejem, utwardzanym np. dzięki strumieniowi gorącego powietrza. Aby końcówki lutownicze połączyły się jednak ze ścieżkami przewodzącymi, pasta lutownicza musi roztopić się, tworząc spoiwo, co wymaga znacznie wyższych temperatur (ok. 200 st. C).

Piec i końcowa kontrola jakości

Następnym etapem jest więc umieszczenie płytki w piecu, przez który przemieszcza się ona ruchem taśmowym, trafiając do kolejnych stref temperaturowych. Pozwala to na równomierne rozgrzanie wszystkich, nieraz różniących się rozmiarem, pokryciem czy masą elementów. Jest to tzw. metoda rozpływowa. Oprócz niej istnieje jeszcze metoda lutowania na fali, wykorzystywana zwłaszcza do jednoczesnego mocowania elementów SMD i tych przewlekanych. Po schłodzeniu, a więc też trwałemu skrzepnięciu spoiwa, płytka oczyszczana jest z pozostałości topnika. Na koniec poddaje się ją zaś jakościowej inspekcji – optycznej lub z użyciem promieni rentgenowskich. Na tym etapie wychwytywane są m.in. ewentualne ubytki czy też obecność tzw. zimnych lutów.