Angesichts der weltweiten Nachfrage nach hitzebeständigeren und leichteren Elektronikprodukten wie Laptops und Smartphones setzen kleine und große Hersteller weiterhin auf die SMT-Montage für die Massenproduktion solcher Produkte. Prognosen zufolge wird der Markt für diese Technologie zwischen 8.1 und 2023 um mehr als 2032 % wachsen.
Was ist SMT-Bestückung? Wie unterscheidet sie sich von herkömmlichen Bestückungsmethoden? In diesem Blogbeitrag erklären wir detailliert, was SMT ist, wie der SMT-Prozess abläuft und welche Vorteile die SMT-Leiterplattenbestückung bietet.
Was ist SMT: Die Grundlagen
SMT steht für Surface Mount Technology. Es handelt sich dabei um eine Technik zum Verbinden kleinerer elektronischer Komponenten.
Bei der SMT-Montage werden SMD-Bauteile wie Dioden, Widerstände und Kondensatoren auf einer Leiterplatte montiert. Dieses Design ermöglicht eine kompakte Platzierung der Bauteile und eine effiziente Nutzung des Leiterplattenplatzes.
Die SMT-Montage spielt in der heutigen Industrie eine enorme Rolle. Sie reduziert beispielsweise die Gerätegröße um mehr als 50 %. Darüber hinaus verbessert sie die Wärmeableitung und reduziert den Stromverbrauch der Geräte.
Was ist SMD?
SMD steht für Surface Mount Devices (Oberflächenmontage). Es handelt sich um Bauteile, die auf einer Leiterplatte montiert oder befestigt werden. Sie verfügen über kurze Anschlüsse, die sie sehr fest auf der Leiterplatte halten. Beispiele hierfür sind Kondensatoren, LEDs, Transistoren und Widerstände.
Wichtigster SMT-Montageprozess
Bei der SMT-Montage von Komponenten sind sechs Hauptschritte zu befolgen. Diese sind:
a. Layout und Design
Beim Layoutdesign geht es darum, einen geeigneten Platz auf der Platine zu finden, auf dem die SMDs Platz finden. Um die korrekte Verbindung jedes Bauteils zu gewährleisten, werden Berechnungen durchgeführt, um eine feste Platinengröße, -form und -dicke zu bestimmen. Anschließend legen Techniker die optimale Position und Ausrichtung der Bauteile fest.
b. Leiterplattenherstellung
Die Herstellung beginnt mit der Auswahl geeigneter Epoxid-basierter Silica-Materialien wie FR4 und FR5. Anschließend wird die Leiterplattenschicht hergestellt. Anschließend wird die Kupferfolienschicht mittels Ätz- und Laminierverfahren hergestellt, gefolgt von der Siebdruckschicht, die mittels Siebdruck und Tintenhärtung aufgebracht wird.
Nachdem die Schichten richtig ausgerichtet sind, wird geschmolzenes Kupfer auf dem zuvor entworfenen Layout auf der Leiterplatte abgelagert und überschüssiges Kupfer entlang der Platinenpfade entfernt.
c. Schablonendesign und -herstellung
Die Materialauswahl ist in diesem Verfahren enthalten. Beispielsweise wird entschieden, welches Material für die Darstellung am besten geeignet ist, beispielsweise Edelstahl. Anschließend wird die Schablone mittels Laserschneiden oder chemischem Ätzen erstellt.
d. Auftragen der Lötpaste
Dabei wird das Lot vor dem Auftragen auf die Leiterplatte bei 220 bis 250 °C zu einer Paste vorgewärmt. Anschließend wird die Paste durch eine Schablone auf die Leiterplatte gestempelt. Anschließend werden Leiterplatte und Paste bei Raumtemperatur ruhen gelassen.
e. Komponentenplatzierung
Der Schwerpunkt liegt auf der Anwendung von Bestückungsautomaten zur Befestigung der Schaltungsmodule auf der Platine. Bevor die Bauteile an der richtigen Stelle platziert werden, werden sie in Rollen oder Trays sortiert. Anschließend hebt die Maschine jedes Bauteil an und legt es in die richtige Position.
Anschließend führt der Bediener eine Sichtprüfung durch, um sicherzustellen, dass alle Komponenten richtig positioniert sind.
f. Prüfung und Inspektion
Dies geschieht, um die Integrität der montierten Elemente zu überprüfen. Dazu setzen die Bediener entweder Geräte zur automatischen Röntgeninspektion (AXI) oder zur automatischen optischen Inspektion (AOI) ein, um die Lötverbindungen zu prüfen.
Designer führen diesen Test durch, um Defekte wie Lötbrücken oder eine falsche Positionierung der Schaltungselemente zu erkennen.
g. Reinigung
Bei diesem Ansatz wird die Leiterplatte durch Oberflächenreinigungsverfahren wie Ultraschallreinigung oder Reinigung mit einem Lösungsmittel entgiftet. Zu diesem Zweck wird die Leiterplattenoberfläche mit Isopropanol oder deionisiertem Wasser abgewischt.
Vorteile der SMT-Montage
In der Industrie ist diese Technologie aufgrund ihrer zahlreichen Vorteile für die Massenproduktion von Bauteilen sehr gefragt. Einige dieser Vorteile werden im Folgenden erläutert.
a. Es hat einen guten thermischen Wirkungsgrad
Die SMT-Montage ermöglicht ein besseres Wärmemanagement, da sie die Größe der auf der Leiterplatte angebrachten SMDs reduziert. Die Montagelinien verfügen über Wärmeleitpads, Vias und andere Wärmereduzierungstechniken, um die Wärmeableitung im System auszugleichen.
b. Kosteneffizienz
Die SMT-Technologie senkt die Arbeitskosten durch automatisierte Produktionseinheiten, die durch menschliche Fehler verursachte Produktqualitätsprobleme reduzieren.
c. Es unterstützt komplexe PCB-Designs
Dank der SMT-Montage ist es möglich, komplizierte Gerätemuster auf der Platine anzuordnen, da die Komponenten in einem kompakteren Bereich der Platine positioniert werden können.
d. Es bietet höhere Haltbarkeit und Zuverlässigkeit
Aufgrund der hohen Haftung der montierten Geräte auf der Oberfläche der Leiterplatte, die Schäden durch Stöße, thermische und mechanische Belastung verhindert, ermöglicht das SMT-Befestigungsverfahren äußerst langlebige Leiterplatten.
e. Geringerer Platzbedarf
Oberflächenmontagetechniken benötigen weniger Platz als herkömmliche Durchsteckmontagen. Der Hauptgrund dafür ist die geringere Größe von Oberflächenmontagebauelementen (SMDs), die ohne Löcher direkt auf der Leiterplatte befestigt werden können.
Nachteile der SMT-Montage
Obwohl die SMT-Technologie in der Elektronikindustrie täglich eingesetzt wird, ist sie immer noch mit Problemen und Schwierigkeiten verbunden, was das Verfahren für Kleinserienhersteller ungeeignet macht. Zu diesen Herausforderungen gehören unter anderem:
a. Die Reparatur ist schwierig und kostspielig
Die Reparatur der meisten SMT-Schaltungen ist aufgrund der kompakten Bauweise der Komponenten schwierig. Aufgrund der hohen Packungsdichte steht Technikern beim Austausch defekter Komponenten nur wenig Platz zur Verfügung. Dadurch werden Reparaturarbeiten zeitaufwändig und teuer.
b. Erfordert hohe Anfangsinvestitionen
Beim Aufbau einer SMT-Produktionslinie sind die Anschaffungskosten für die Ausrüstung und die Schulung des Personals sehr hoch. Aufgrund dieser hohen Kapitalintensität ist die Technologie für kleine Unternehmen mit begrenztem Budget weniger attraktiv.
c. Komplexität beim Testen
Die kleineren elektronischen Komponenten, die bei SMT verwendet werden, stellen im Vergleich zur herkömmlichen Durchsteckmontagetechnologie eine größere Herausforderung für die Techniker dar, die eine Sichtprüfung durchführen.
d. Es ist sehr hitzeempfindlich
Einige SMT-Geräte sind während ihrer Herstellung anfällig für thermische Effekte, was wiederum zu einer kürzeren Lebensdauer führt.
e. Es erschwert die Anwendung der Lötpaste
Die Verwendung von Lot im SMT-Fertigungsprozess führt zu verschiedenen Problemen, darunter unzureichende Benetzung, Oxidation und Fehlausrichtung der Komponenten. Diese Defekte können zu Problemen mit der elektrischen Verbindung führen und die Integrität des Endprodukts beeinträchtigen.
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Fazit
Die Vorteile der SMT-Montage, wie Platzersparnis und hohe Betriebsleistung, sind trotz der damit verbundenen Probleme nicht zu vernachlässigen. Insbesondere die hohen Reparaturkosten machen das System für kleine Unternehmen sehr teuer. Dennoch ist SMT nach wie vor die bevorzugte Wahl in der Elektronikfertigung, selbst bei zunehmender Produktion energiesparender Geräte.
Für Studenten, Ingenieure oder Hersteller in der Ausbildung ist es von entscheidender Bedeutung, sowohl die Vorteile als auch die Nachteile von SMT zu kennen, um die Technologie effektiv nutzen zu können.
