Was ist eine SMT-Linie? SMT-Montagelinie und Herstellungsprozess

Da die SMT-Linie in der Technologiewelt immer beliebter wird, müssen viele Menschen, die in der High-Tech-Elektronik arbeiten, davon gehört haben. Aufgrund ihrer verbesserten Qualität und der zunehmenden Fertigungsautomatisierung ersetzte sie weitgehend die Durchgangsbohrtechnik (THT) und sich zu einer dominierenden PCB-Montagelinie entwickeln.

Früher mussten Hersteller elektronische Bauteile mit Drähten durch Löcher auf Leiterplatten befestigen. Das war kompliziert und zeitaufwändig. Da die Bauteile immer kleiner wurden, waren große Fortschritte in der Elektronik erforderlich, um die Fertigungsstraße zu automatisieren und die Genauigkeit zu erhöhen. Hier kommt die SMT-Fertigungsstraße zur Rettung. Sie macht Kabel vollständig überflüssig und ermöglicht die Montage kleinerer Bauteile auf Leiterplatten.

In diesem Artikel erfahren Sie, was genau eine SMT-Linie ist, die wichtigsten Prozesse und Ausrüstung in einer SMT-Produktionslinie, die Layouttypen von SMT-Linien sowie die Vorteile von SMT-Produktionslinien gegenüber herkömmlichen PCB-Montagelinien.

Was ist eine SMT-Linie?

SMT steht für Surface Mount Technology und bezeichnet den Prozess der Montage elektronischer Komponenten wie Widerstände, Kondensatoren, Transistoren und integrierte Schaltkreise auf der Oberfläche einer Leiterplatte (PCB) in der Elektronik. Es wurde erstmals 1960 von IBM erfunden und fand dann breite Anwendung in hochtechnologischen elektronischen Leiterplattenbaugruppen. Die während der SMT-Montagelinie ist das sogenannte Oberflächenmontagegerät (SMD).

Es gibt verschiedene Formen der Oberflächenmontage. Eine davon ist die einzeilige Form, bei der nur eine einzige Lage der Leiterplatte bestückt werden muss. Wenn jedoch SMC oder oberflächenmontierte Bauelemente auf beiden Seiten der Leiterplatte bestückt werden müssen, ist eine zweizeilige SMT-Produktionslinie erforderlich. Manchmal sind die Leiterplattenkomponenten an mehreren Stellen platziert, sodass eine zusätzliche Zwischenmontagelinie erforderlich sein kann. Die Zwischenmontagelinie basiert auf der ursprünglichen SMT-Bestückungslinie für die Leiterplatte.

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SMT- vs. THT-Linien

Obwohl die SMT-Technik die Produktion elektronischer Leiterplatten präziser und schneller gemacht hat, können nicht alle Bauteile auf der Leiterplatte oberflächenmontiert werden. Die für SMT-Linien geeigneten Bauteile sind oft kleiner. Daher besteht weiterhin Bedarf an der bewährten Durchsteckmontage (THT).

Die THT-Bauteile sind sperrig, verfügen über axiale oder radiale Anschlüsse und müssen manuell montiert werden. Der Prozess wird abgeschlossen, indem die Anschlüsse in Bohrungen auf der Leiterplatte eingeführt und verlötet werden. Obwohl SMT-Leitungen beliebter sind, funktionieren THT-Bauteile in vielen Fällen genauso gut wie SMD-Bauteile, manchmal sogar besser.

Darüber hinaus gibt es Fälle, in denen sowohl THT- als auch SMT-Montagelinien erforderlich sind. Diese sogenannte Hybridmontage besteht aus Einsätzen und Halterungen, die zu einer Hybridproduktionslinie kombiniert werden. 

SMT-Fertigungslinienprozess

Welche Prozesse umfasst eine SMT-Produktionslinie?'ist notwendig zu verstehen der SMT-Montagelinienprozess bevor Sie sich für einen guten SMT-Dienstleister entscheiden. Der allgemeine Prozess einer Single-Form-SMT-Linie umfasst die folgenden Schritte:

1. Materialvorbereitung und -prüfung (durch die Qualitätskontrollabteilung)

Die Materialvorbereitung und -prüfung ist der erste Schritt der SMT-Linie in unserer Leiterplattenfertigung. Qualitätsprüfer prüfen die Leiterplatten und SMT-Komponenten sorgfältig auf Mängel und scheiden ungeeignete Materialien aus. Zu diesem Zeitpunkt sind die Leiterplatten flach und mit Lötpads versehen.

2. Drucken (mit Lötpastendrucker)

In diesem Schritt wird die Lötpaste oder der Patchkleber auf die SMT-Schablone gedruckt, um das Löten der SMT-Bauteile vorzubereiten. Da die Lötpaste eine wesentliche Rolle bei der Verbindung der Bauteile mit der Leiterplatte spielt, wird die in unserer PCBasic-Fabrik verwendete Paste von MacDermid Alpha, einem führenden Hersteller hochwertiger Lötpasten, geliefert, um die elektrische Leistung der Leiterplatte zu gewährleisten.

3. Dosierung (mittels Klebstoffspender)

Der nächste Schritt in der SMT-Linie besteht darin, die oberflächenmontierten Bauteile mit einem Bestückungsautomaten auf die lötbeschichtete Leiterplatte zu montieren. Der Bestückungsautomat nimmt die elektronischen Bauteile auf und platziert sie auf der Platine. Der Prozess läuft vollautomatisch ab, um menschliche Fehler zu vermeiden.

5. Aushärten des SMD-Klebers (im Aushärteofen)

Nach der Bestückung werden die oberflächenmontierten Leiterplatten zur Kleberaushärtungsstation transportiert, einem wichtigen Prozess in der SMT-Produktionslinie. Bediener härten den SMD-Kleber in einem Aushärtungsofen aus, sodass die SMD-Bauteile und die SMT-Schablone fest miteinander verbunden werden. 

6. Reflow-Löten (durch einen Reflow-Ofen)

In dieser Phase wird die Lötpaste geschmolzen, um die Verbindung der Komponenten mit der Platine zu verbessern. Der gesamte Reflow-Lötprozess in der SMT-Linie besteht aus vier Phasen, nämlich vier Temperaturzonen (die Platine sollte zuerst in den Reflow-Ofen gelegt werden):

St Alter 1: Die Vorheizzone, in der die Temperatur des oberflächenmontierten Bauteils und der Platine allmählich ansteigt. Die Temperatur im Ofen steigt um etwa 1-2 °C/s, bevor sie at 140-160 ℃.

St Alter 2: Die Einweichzone, wo die Ofentemperatur konstant bleibt bei 140-160 ℃ für etwa 90 s.

St Alter 3: Die Reflow-Zone, wo die Temperatur wieder zu steigen beginnt, mit einer Geschwindigkeit von 1-2 ℃/s bis es den Höhepunkt erreicht (210-230 ℃), wobei genügend Wärme abgestrahlt wird, um das Zinn in der Lötpaste zu schmelzen und so jedes Bauteil mit der Platine zu verbinden.

St Alter 4: Die Kühlzone, in der die Schweißnaht eingefroren wird, um Schweißfehler zu vermeiden. 

7. Reinigung

Anschließend wird die bestückte Leiterplatte in der SMT-Linie gereinigt, um Lötrückstände zu entfernen, wie z. B. Fluss und alle anderen für den menschlichen Körper schädlichen Materialien. Zum Abschluss des Prozesses wird ein Reinigungsmittel verwendet. Bei der No-Clean-Schweißtechnologie ist dieser Prozess jedoch nicht notwendig.

8. Inspektion

Der letzte Schritt in einer normalen SMT-Linie ist die Inspektion. PCBasic verwendet verschiedene Werkzeuge, um die tatsächliche Qualität prüfen (d. h. Schweiß- und Montagequalität) der fertigen Leiterplatte. Die spezifischen Prüfpunkte hängen von den Anforderungen des Kunden ab und umfassen üblicherweise die automatische optische Prüfung (AOI) mit einem Mikroskop, Röntgenprüfung mit SMT-Röntgengeräten, Sichtprüfung, Leistungsprüfung durch Online-Tester und Erstmusterprüfer und vieles mehr.

Darüber hinaus hat unsere Fabrik die erster SMT-Artikeltester Um die Testgenauigkeit und -effizienz zu erhöhen. Der Tester kann automatisch feststellen, ob der Artikel qualifiziert ist, und die Testdaten in unser System importieren. Dadurch müssen die Bediener keine Beurteilung vornehmen, was mögliche menschliche Fehler vermeidet.

9. Reparatur (optional)

Der Reparaturschritt wird durchgeführt, wenn Defekte festgestellt werden. Keine Defekte, keine Reparatur. Die hier verwendeten Werkzeuge sind Lötkolben, Rework-Stationen usw. Dieser Schritt kann an beliebiger Stelle in der SMT-Linie konfiguriert werden. Die reparierten Leiterplatten werden erneut geprüft, um Qualität und Leistung zu gewährleisten. 

Hauptausrüstung in einer SMT-Linie

Eine Produktionslinie für die Oberflächenmontage (SMT) besteht aus verschiedenen Elementen, die elektronische Bauteile auf Leiterplatten montieren. Diese Elemente bzw. Maschinen gewährleisten die hohe Effizienz und Effektivität der SMT-Linien in unserem Werk. Hier ist eine Liste der in unserer SMT-Produktionslinie verwendeten Geräte:

1. Schablonendrucker: Der Schablonendrucker dient zum Auftragen von Lötpaste auf die Leiterplatte. Die Schablone weist Öffnungen entsprechend den Lötpads auf der Leiterplatte auf, durch die die Lötpaste aufgetragen wird.

2. Pick-and-Place-Maschine: Diese Maschine entnimmt elektronische Bauteile aus Trays, Rollen oder Rohren und platziert sie fachgerecht auf der Platine mit Lötpaste. Die aktuell eingesetzten Bestückungsautomaten sind hochautomatisiert und können unterschiedliche Bauteiltypen und -größen verarbeiten.

3. Reflow-Ofen: Ein Reflow-Ofen wird zum Löten von Bauteilen auf Platinen verwendet. Die Platine mit Bauteilen und Lötpaste wird einem kontrollierten Heizprozess im Reflow-Ofen unterzogen, wobei die Lötpaste schmilzt und zuverlässige Lötverbindungen entstehen.

4. Fördersystem: Über das Förderband durchlaufen die Platinen jeden Schritt der SMT-Linie vom Schablonendrucker zur Bestückungsmaschine und zum Reflow-Prozess. Dies gewährleistet einen kontinuierlichen Produktionsfluss.

5. Lotpasteninspektion (SPI): SPI dient zur Überprüfung der Qualität der Lötpastenabscheidung auf der Platine vor der Bauteilkonfiguration. Es hilft, Probleme wie unwirksame Lötpaste und Fehlausrichtung zu erkennen und verbessert die Gesamtqualität der Lötstellen.

6. Inspektion der Komponentenplatzierung (AOI/AXI): Systeme zur automatischen optischen Inspektion (AOI) und zur automatischen Röntgeninspektion (AXI) prüfen die Konfiguration der Komponenten, wenn diese auf der Platine angeschlossen sind. Bei AOI-Techniken werden Kameras zur Fehlererkennung eingesetzt, bei AXI-Techniken werden Röntgenstrahlen zur Prüfung verdeckter Verbindungen, wie beispielsweise bei BGA, eingesetzt.

7. Reflow-Profilierungsausrüstung: Reflow-Profiling-Instrumente prüfen und stellen sicher, dass der Reflow-Ofen die genauen Temperaturwerte einhält, die für die genaue Herstellung von Lötverbindungen wichtig sind, ohne empfindliche Komponenten zu beeinträchtigen.

8. Schutzlack oder Unterfüllungsdosierung (optional): Einige SMT-Linien werden mit der Station zum Auftragen einer Schutzbeschichtung oder Unterfüllung geliefert, um Komponenten zu schützen und ihre Zuverlässigkeit in rauen Umgebungen zu erhöhen.

9. Qualitätskontrollstationen: An diesen Stationen können Funktionstests, manuelle Inspektionen und verschiedene Messungen durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass die bestückten Platinen die Qualitäts- und Leistungsstandards erfüllen.

10. Rückverfolgbarkeitssystem: Die Daten der Platine werden vom Rückverfolgbarkeitssystem erfasst; diese Informationen umfassen Löteigenschaften, Bauteilplatzierung, Prüfergebnisse und weitere Parameter. Dies ist hilfreich, um eventuelle Probleme zu erkennen und zu lösen und den Herstellungsprozess der SMT-Linie zu dokumentieren.

11. Handhabung und Lagerung von Leiterplatten: Genaue Handhabungs- und Lagerungsparameter sind wichtig, um Verunreinigungen, statische Entladungen und Schäden während der Montage zu vermeiden.

12. Arbeitsplätze und Bedienstationen: Diese Funktionen bieten den Bedienern Platz, um Komponenten auf Zuführungen zu laden, den Montageprozess zu überwachen und etwaige Probleme zu lösen.

13. Datenmanagement und Programmierung: Softwaresysteme steuern die Programmierung von Reflow-Öfen, Bestückungsautomaten und Prüfgeräten. Damit verwalten sie Produktionsdaten und helfen bei der Prozessoptimierung.

14. Materialmanagement: In diesem Prozess werden Komponenten wie Rollen, Rohre, Schalen und andere Verpackungsmaterialien verwaltet, um eine stetige Versorgung der Produktion sicherzustellen.

15. Umweltkontrolle: Um eine gleichbleibende Produktionsqualität zu gewährleisten und Fehler zu vermeiden, sind verschiedene Parameter wie Luftfeuchtigkeit, Temperatur und Sauberkeit wichtig.

SMT-Linienlayouttypen

Es gibt verschiedene Arten von Produktionslinien für die Oberflächenmontagetechnik (SMT) und jede Art ist darauf ausgelegt, verschiedene Parameter des Montageprozesses zu optimieren, wie etwa Flexibilität, Effizienz und Platznutzung.

1. Inline-Layout (lineares Layout): Bei einem Inline-Layout sind Arbeitsbereich und Maschinen linear angeordnet, wobei die Platine in einer einzigen geraden Linie durch die verschiedenen Montagephasen bewegt wird. Aufgrund seines kompakten und einfachen Layouts eignet es sich am besten für kleine Produktionen. Es kann jedoch weniger flexibel sein, unterschiedliche Platinen und Konfigurationen zu handhaben.

2. U-förmiges Layout: Bei einem U-förmigen Layout sind Maschinen und Arbeitsbereiche in U-Form angeordnet. Dieses Design bietet im Vergleich zum Inline-Layout mehr Flexibilität bei der Handhabung unterschiedlicher Platinengrößen und -strukturen. Es bietet außerdem gute Sicht und Zugang für Bediener.

3. L-förmiges Layout: Diese Anordnung bildet eine L-Form für Maschinen und Arbeitsbereiche. Diese Bauweise wird vor allem bei begrenztem Platzangebot eingesetzt und nutzt die vorhandenen Flächen optimal aus. Sie eignet sich gut für hohe Produktionsmengen.

4. Zelluläres Layout: Bei einem Zellenlayout ist die Produktionslinie in Zellen unterteilt, die jeweils einen bestimmten Vorgang oder Prozess ausführen. Dieses Layout ist flexibel und kann unterschiedliche Produktionsanforderungen erfüllen. Es eignet sich für kundenspezifische oder Kleinserienproduktionen.

5. Turmanordnung (Sternkonfiguration): Bei diesem Layout befindet sich der Bestückungsautomat in der Mitte, während andere Maschinen und Arbeitsbereiche kreisförmig oder sternförmig um ihn herum angeordnet sind. Es eignet sich optimal für die Hochgeschwindigkeitsproduktion und ermöglicht einen effektiven Materialfluss von zentralen Maschinen.

6. Zweispuriges Layout: Dieses Layout verfügt über zwei parallele Linien, auf denen die Platine den Produktionsprozess durchläuft. Dieses Layout verbessert die Fertigungsmöglichkeiten, da zwei Platinen gleichzeitig verarbeitet werden können. Es wird hauptsächlich für die Großserienproduktion verwendet.

7. Modulares Layout: Bei einem modularen Layout wird die Produktionslinie mithilfe modularer Einheiten erstellt, die bei Bedarf einfach konfiguriert und erweitert werden können. Dieser Layouttyp bietet Anpassungsfähigkeit und Skalierbarkeit, um unterschiedlichen Produktionsanforderungen gerecht zu werden.

8. Gemischtes Layout (Hybrid-Layout): Ein gemischtes Layout verknüpft verschiedene Komponenten aus unterschiedlichen Layouttypen, um bestimmte Fertigungsparameter zu optimieren. Beispielsweise kann es als U-förmiges Layout für Pick-and-Place und als lineares Layout für die Prüf- und Lötprozesse verwendet werden.

Vorteile der SMT-Linie gegenüber anderen PCB-Montagelinien

SMT-Linien bieten im Vergleich zu herkömmlichen Leiterplattenmontageprozessen enorme Vorteile. Diese sind:

Höhere Komponentendichte

Die SMT-Linie bietet eine höhere Bauteildichte auf der Leiterplatte, da die Komponenten direkt auf der Leiterplattenoberfläche montiert werden. Dadurch gelten kleine und kompakte Geräte und Projekte als Kernstück moderner Elektronik. Daher gibt es heute effiziente und kompakte Geräte wie Smartphones.

Miniaturisierung

Durch die hohe Kompaktdichte sind die fertigen Produkte kleiner und leichter, was sich gut für tragbare Geräte eignet, bei denen der Platz der Hauptfaktor ist. 

Erhöhte Geschwindigkeit und Effizienz

Die SMT-Linie ist ein hocheffektiver und automatisierter Leiterplattenbestückungsprozess. Bei dieser Technik werden die Komponenten auf der Leiterplatte konfiguriert. Der Einsatz von Bestückungsautomaten in der SMT-Technik ermöglicht eine schnellere Montage und Produktion. 

Reduzierte manuelle Arbeit

Bei der SMT-Montage wird weniger Handarbeit benötigt. Die traditionelle Leiterplattenmontage (Bedrahtungstechnik) erfordert manuelles Einsetzen und Löten der Komponenten, was zeitaufwändig ist und zu Fehlern führen kann.

Verbesserte elektrische Leistung

SMT-Komponenten (SMD) werden meist nahe der Leiterplattenoberfläche angeordnet, was kürzere Verbindungslängen ermöglicht. Dies sorgt für geringere parasitäre Kapazitäten und Induktivitäten und verbessert die elektrische Funktion der Schaltungen.

Bessere Signalintegrität

Verbesserte Transparenz und Nachvollziehbarkeit von Compliance-Prozessen

Höhere Automatisierung

Bessere Wärmeleistung

Fazit

Da immer mehr Menschen schlanke und kompakte Geräte bevorzugen, spielt die SMT-Fertigung in der Elektronik eine immer wichtigere Rolle. Wir hoffen, dieser Artikel hat Ihnen einige Einblicke in den Prozess der SMT-Fertigung gegeben. Bei Fragen oder Anmerkungen wenden Sie sich bitte an lassen Sie es uns wissen.