خط SMT چیست؟ خط مونتاژ SMT و فرآیند تولید

با افزایش محبوبیت خط SMT در دنیای فناوری، بسیاری از افرادی که در حوزه الکترونیک پیشرفته کار می‌کنند، حتماً نام آن را شنیده‌اند. کیفیت بهبود یافته و اتوماسیون تولید فزاینده آن، باعث شده است که تا حد زیادی جایگزین ... شود. تکنولوژی از طریق سوراخ (THT) و به عنوان یک خط مونتاژ غالب PCB رشد کند.

در گذشته، تولیدکنندگان مجبور بودند قطعات الکترونیکی را با سیم‌هایی از طریق سوراخ‌ها به بردهای مدار چاپی متصل کنند. این کار پیچیده و زمان‌بر بود. و با کوچک‌تر شدن قطعات، پیشرفت بزرگی در الکترونیک برای خودکارسازی خط مونتاژ و افزایش دقت مورد نیاز بود. در اینجا خط مونتاژ SMT به کمک می‌آید. این خط نیاز به سیم را کاملاً از بین می‌برد و امکان نصب قطعات کوچک‌تر را روی PCB فراهم می‌کند.

در این مقاله، شما را راهنمایی خواهیم کرد تا بدانید خط SMT دقیقاً چیست، فرآیندهای کلیدی و ... تجهیزات در یک خط تولید SMT، انواع چیدمان خطوط SMT و همچنین مزایای خطوط تولید SMT نسبت به خطوط مونتاژ سنتی PCB.

خط SMT چیست؟

SMT، مخفف فناوری نصب سطحی، به فرآیند نصب قطعات الکترونیکی مانند مقاومت‌ها اشاره دارد، خازن، ترانزیستورها و مدارهای مجتمع روی سطح برد مدار چاپی (PCB) در الکترونیک. این فناوری اولین بار در سال ۱۹۶۰ توسط IBM اختراع شد و سپس به طور گسترده در مجموعه‌های PCB الکترونیکی با فناوری پیشرفته به کار گرفته شد. قطعه الکترونیکی در طول ... نصب می‌شود. خط مونتاژ SMT به اصطلاح است دستگاه نصب سطحی (SMD).

چندین نوع مونتاژ سطحی وجود دارد. یکی از آنها نوع تک خطی است که زمانی اتفاق می‌افتد که فقط یک لایه از PCB برای مونتاژ مورد نیاز باشد. با این حال، اگر نیاز به مونتاژ SMC یا دستگاه‌های نصب سطحی در دو طرف PCB داشته باشیم، باید یک خط تولید SMT دو خطی داشته باشیم. گاهی اوقات قطعات PCB در مکان‌های زیادی قرار می‌گیرند که در این صورت اضافه کردن یک خط مونتاژ میانی اضافی می‌تواند ضروری باشد. خط مونتاژ میانی بر اساس خط مونتاژ PCB SMT اصلی خواهد بود.

درباره PCBasic

زمان در پروژه‌های شما حکم پول را دارد – و PCBasic آن را دریافت می کند. PCاساسی هست یک شرکت مونتاژ PCB که هر بار نتایج سریع و بی‌نقصی ارائه می‌دهد. خدمات جامع ما خدمات مونتاژ PCB شامل پشتیبانی مهندسی متخصص در هر مرحله، تضمین کیفیت برتر در هر تخته. به عنوان یک پیشرو سازنده مونتاژ PCB, ما یک راهکار جامع ارائه می‌دهیم که زنجیره تأمین شما را ساده می‌کند. با تیم پیشرفته ما همکاری کنید کارخانه نمونه اولیه PCB برای تحویل سریع و نتایج عالی که می‌توانید به آنها اعتماد کنید.

خطوط SMT در مقابل THT

اگرچه رویکرد SMT تولید بردهای الکترونیکی را دقیق‌تر و سریع‌تر کرده است، اما همه قطعات را نمی‌توان به صورت سطحی روی بالای PCBها نصب کرد. قطعات مناسب برای خطوط SMT اغلب کوچک‌تر هستند. از این رو، هنوز به فناوری قدیمی سوراخ‌کاری (THT) نیاز است.

قطعات THT با پایه‌های محوری یا شعاعی حجیم هستند و نیاز به مونتاژ دستی دارند. این فرآیند با قرار دادن پایه‌ها در سوراخ‌های ایجاد شده روی بردهای مدار و لحیم کردن آنها در محل خود به پایان می‌رسد. اگرچه خطوط SMT محبوب‌تر هستند، قطعات THT در بسیاری از موارد به خوبی SMD و گاهی حتی بهتر کار می‌کنند.

علاوه بر این، حالتی وجود دارد که در آن به هر دو خط مونتاژ THT و SMT نیاز است که به عنوان مونتاژ ترکیبی شناخته می‌شود. قطعات و پایه‌ها برای تشکیل خط تولید ترکیبی ترکیب می‌شوند. 

فرآیند خط مونتاژ SMT

خط تولید SMT شامل چه فرآیندهایی است؟'لازم است که درک شود فرآیند خط مونتاژ SMT قبل از انتخاب یک ارائه دهنده خدمات SMT خوب. فرآیند کلی یک خط SMT تک فرم شامل مراحل زیر است:

۱. آماده‌سازی و بازرسی مواد (توسط بخش کنترل کیفیت)

آماده‌سازی و بازرسی مواد، اولین مرحله از خط SMT در کارخانه مونتاژ PCB ما است. بازرسان کنترل کیفیت باید قطعات PCB و SMT را با دقت از نظر هرگونه نقص بررسی کرده و مواد نامناسب را انتخاب کنند. در این مرحله، این بردهای مدار با پدهای لحیم مسطح می‌شوند.

۲. چاپ (توسط چاپگر خمیر لحیم)

این مرحله چاپ خمیر لحیم یا چسب وصله روی شابلون SMT برای آماده‌سازی جهت لحیم‌کاری قطعات SMT است. از آنجایی که خمیر لحیم نقش اساسی در اتصال قطعات به برد مدار چاپی دارد، خمیر مورد استفاده در کارخانه PCBasic ما توسط MacDermid Alpha، یک شرکت پیشرو در ساخت خمیر لحیم با کیفیت بالا، تهیه می‌شود تا عملکرد الکتریکی برد تضمین شود.

۳. توزیع (توسط دستگاه توزیع چسب)

مرحله بعدی در خط تولید SMT، نصب قطعات سطحی بر روی PCB چاپ شده با لحیم با استفاده از دستگاه Pick-and-place است. تجهیزات Pick-and-place قطعات الکترونیکی را برداشته و روی برد قرار می‌دهند. این فرآیند کاملاً خودکار است تا از خطاهای ناشی از انسان جلوگیری شود.

۵. پخت چسب SMD (توسط کوره پخت)

پس از فرآیند جایگذاری قطعات، بردهای نصب شده روی سطح به ایستگاه پخت چسب منتقل می‌شوند که یک فرآیند حیاتی در خط تولید SMT است. اپراتورها چسب SMD را در یک کوره پخت پخت می‌کنند تا اجزای مونتاژ سطحی و شابلون SMT محکم به هم بچسبند. 

6. لحیم کاری مجدد (توسط یک فر Reflow)

خمیر لحیم در این مرحله ذوب می‌شود تا اتصال قطعات به برد افزایش یابد. فرآیند کامل لحیم‌کاری جریان برگشتی در خط SMT شامل چهار مرحله است، یعنی چهار منطقه دمایی (برد ابتدا باید در کوره جریان برگشتی قرار گیرد):

Stسن 1: منطقه پیش گرم، جایی که دمای دستگاه نصب شده روی سطح و برد به تدریج افزایش می‌یابد. دمای داخل فر قبل از رسیدن به دمای مطلوب، حدود ۱-۲ درجه سانتیگراد در ثانیه افزایش می‌یابد. at ۱۴۰-۱۶۰ درجه سانتیگراد.

Stسن 2: منطقه خیساندنکه در آن دمای فر ثابت می‌ماند 140-160 ℃ به مدت حدود ۹۰ ثانیه

Stسن 3: ناحیه‌ی بازتاب، جایی که دما با سرعتی شروع به افزایش مجدد می‌کند ۱-۲ درجه سانتیگراد بر ثانیه تا زمانی که به اوج خود برسد (۲۱۰-۲۳۰ ℃) ، گرمای کافی را برای ذوب کردن قلع در خمیر لحیم و در نتیجه اتصال هر قطعه به برد، تابش می‌کند.

Stسن 4: منطقه خنک‌کننده، جایی که جوش منجمد می‌شود تا از عیوب جوشکاری جلوگیری شود. 

7 تمیز کردن

در مرحله بعد، برد مدار چاپی مونتاژ شده به مرحله تمیز کردن در خط SMT می‌رود تا بقایای لحیم، مانند موارد زیر، از بین برود: شار و هر ماده مضر دیگری برای بدن انسان. برای اتمام این فرآیند از یک ماده تمیزکننده استفاده می‌شود. با این حال، اگر از فناوری جوشکاری بدون تمیزکاری استفاده شود، این فرآیند ضروری نیست.

8. بازرسی

مرحله نهایی در یک خط SMT معمولی، بازرسی است. PCBasic از ابزارهای متنوعی برای این کار استفاده می‌کند. کیفیت واقعی را بررسی کنید (یعنی کیفیت جوشکاری و مونتاژ) برد مدار چاپی نهایی. موارد خاص بازرسی به نیازهای مشتری بستگی دارد، که معمولاً شامل بازرسی نوری خودکار (AOI) توسط میکروسکوپ، بازرسی اشعه ایکس توسط تجهیزات اشعه ایکس SMT، بازرسی بصری، بازرسی عملکرد توسط آزمایش‌کنندگان آنلاین و آزمایش‌کنندگان نمونه اولیه و موارد دیگر می‌شود.

علاوه بر این، کارخانه ما اختراع کرده است اولین آزمایش‌کننده مقاله SMT برای افزایش دقت و کارایی آزمایش. آزمایش‌کننده می‌تواند به‌طور خودکار تشخیص دهد که آیا مقاله واجد شرایط است یا خیر و داده‌های آزمایش را به سیستم ما وارد کند. از این رو، اپراتورها نیازی به قضاوت ندارند و این امر از خطاهای احتمالی انسانی جلوگیری می‌کند.

۹. تعمیر (اختیاری)

مرحله تعمیر زمانی انجام می‌شود که نقصی مشاهده شود. بدون نقص، نیازی به تعمیر نیست. ابزارهای مورد استفاده در اینجا هویه‌های لحیم‌کاری برقی، ایستگاه‌های بازسازی و غیره هستند. این مرحله در هر نقطه از خط SMT پیکربندی می‌شود. بردهای مدار چاپی تعمیر شده برای تضمین کیفیت و عملکرد، دوباره بررسی می‌شوند. 

تجهیزات اصلی در خط SMT

یک خط تولید فناوری نصب سطحی دارای عناصر مختلفی است که برای مونتاژ قطعات الکترونیکی روی بردهای PCB کار می‌کنند. این عناصر یا ماشین‌ها، کارایی و اثربخشی بالای خطوط SMT را در کارخانه ما تضمین می‌کنند. در اینجا لیستی از تجهیزات مورد استفاده در خط تولید SMT ما آمده است:

1. چاپگر استنسیلچاپگر شابلون برای اعمال خمیر لحیم روی برد PCB استفاده می‌شود. شابلون دارای روزنه‌هایی مطابق با پدهای لحیم روی بردهای PCB است و خمیر لحیم از طریق این روزنه‌ها اعمال می‌شود.

2. ماشین انتخاب و مکاناین دستگاه قطعات الکترونیکی را از سینی‌ها، قرقره‌ها یا لوله‌ها می‌گیرد و آنها را به درستی روی خمیر لحیم روی برد قرار می‌دهد. در حال حاضر، دستگاه‌های دست دوم Pick-and-place بسیار خودکار هستند و توانایی کار با انواع و اندازه‌های مختلف قطعات را دارند.

3. فر مجددکوره‌ی ریفلو (Reflow oven) برای لحیم‌کاری قطعات روی بردها استفاده می‌شود. برد به همراه قطعات و خمیر لحیم، در معرض فرآیند گرمایش کنترل‌شده در کوره‌ی ریفلو قرار می‌گیرد، جایی که خمیر لحیم ذوب می‌شود تا اتصالات لحیم قابل اعتمادی ایجاد شود.

4. سیستم نوار نقالهتخته‌ها از طریق نوار نقاله، در هر مرحله از خط SMT از چاپگر استنسیل تا دستگاه برداشتن و گذاشتن حرکت می‌کنند و دوباره جریان می‌یابند. این یک جریان تولید پیوسته را فراهم می‌کند.

5. بازرسی خمیر لحیم کاری (SPI)SPI برای بررسی کیفیت رسوب خمیر لحیم روی برد قبل از پیکربندی قطعات استفاده می‌شود. این روش به یافتن مشکلاتی مانند خمیر لحیم ناکارآمد و عدم تراز کمک می‌کند و کیفیت کلی اتصال لحیم را افزایش می‌دهد.

۶. بازرسی قرارگیری قطعات (AOI/AXI)سیستم‌های بازرسی نوری خودکار (AOI) و بازرسی پرتو ایکس خودکار (AXI) پیکربندی قطعات را هنگام اتصال روی برد بررسی می‌کنند. تکنیک‌های AOI از دوربین‌ها برای بررسی خطاها استفاده می‌کنند و در AXI، از پرتوهای ایکس برای بررسی اتصالات پنهان، مانند BGA، استفاده می‌شود.

7. تجهیزات پروفیل سازی جریان مجددابزارهای اندازه‌گیری پروفیل جریان برگشتی، بررسی می‌کنند و مطمئن می‌شوند که کوره جریان برگشتی، مقادیر دمایی دقیقی را که برای ایجاد اتصال لحیم دقیق بدون تأثیر بر اجزای حساس مهم هستند، رعایت می‌کند.

8. روکش فلزی یا توزیع زیر حد مجاز (اختیاری)برخی از خطوط SMT به همراه ایستگاه ارائه می‌شوند تا یک پوشش تطبیقی یا پرکننده زیرین برای محافظت از قطعات و افزایش قابلیت اطمینان آنها در محیط‌های سخت اعمال شود.

۹. ایستگاه‌های کنترل کیفیتدر این ایستگاه‌ها، می‌توان آزمایش‌های عملکردی، بازرسی‌های دستی و اندازه‌گیری‌های مختلفی انجام داد تا اطمینان حاصل شود که بردهای مونتاژ شده استانداردهای کیفیت و عملکرد را برآورده می‌کنند.

۱۰. سیستم ردیابیداده‌های برد توسط سیستم ردیابی ثبت می‌شوند؛ این اطلاعات شامل ویژگی‌های لحیم‌کاری، قرارگیری قطعات، نتایج بازرسی و سایر پارامترها می‌شود. در صورت وجود مشکلات مختلف، یافتن و حل آنها و ارائه سابقه‌ای از فرآیند تولید خط SMT مفید است.

۱۱. جابجایی و انبارداری PCBپارامترهای دقیق جابجایی و انبارداری برای جلوگیری از آلودگی، تخلیه الکتریسیته ساکن و آسیب در حین مونتاژ مهم هستند.

۱۲. ایستگاه‌های کاری و ایستگاه‌های اپراتوراین ویژگی‌ها به اپراتورها فضای کافی برای بارگذاری قطعات روی فیدرها، نظارت بر فرآیند مونتاژ و حل مشکلات در صورت وجود را ارائه می‌دهند.

۱۳. مدیریت داده‌ها و برنامه‌نویسیسیستم‌های نرم‌افزاری، برنامه‌ریزی کوره‌های بازتابی، ماشین‌های برداشتن و گذاشتن و ابزارهای بازرسی را کنترل می‌کنند. با این کار، داده‌های تولید را حفظ کرده و به بهبود فرآیند کمک می‌کنند.

14. مدیریت مواددر این فرآیند، مدیریت اجزایی مانند قرقره‌ها، لوله‌ها، سینی‌ها و سایر مواد بسته‌بندی برای اطمینان از تأمین مداوم برای تولید وجود دارد.

15. کنترل محیطیپارامترهای مختلفی مانند رطوبت، دما و تمیزی برای حفظ کیفیت تولید ثابت و جلوگیری از خطاها مهم هستند.

انواع طرح بندی خط SMT

انواع مختلفی از خطوط تولید فناوری نصب سطحی (SMT) وجود دارد و هر نوع برای بهینه‌سازی پارامترهای مختلف فرآیند مونتاژ، مانند انعطاف‌پذیری، کارایی و استفاده از فضا، ساخته شده است.

۱. طرح‌بندی درون‌خطی (طرح‌بندی خطی)در یک چیدمان درون خطی، ناحیه کاری و ماشین‌ها به صورت خطی پیکربندی شده‌اند، که در آن تخته در یک خط مستقیم در مراحل مختلف مونتاژ حرکت می‌کند. چیدمان جمع و جور و ساده آن، آن را برای تولیدات کوچک بهترین گزینه می‌کند. اما می‌تواند انعطاف‌پذیری کمتری برای مدیریت تخته‌ها و پیکربندی‌های مختلف داشته باشد.

۲. چیدمان U شکلطرح U شکل، ماشین‌ها و نواحی کاری را به شکل U پیکربندی می‌کند. این طرح به انعطاف‌پذیری برای مدیریت اندازه‌ها و ساختارهای مختلف تخته نسبت به طرح درون خطی کمک می‌کند. همچنین می‌تواند دید و دسترسی خوبی را برای اپراتورها فراهم کند.

۲۴. چیدمان L شکلاین چیدمان، ماشین‌آلات و محل‌های کار را به شکل L درمی‌آورد. این طرح بیشتر در جاهایی که فضا محدود است استفاده می‌شود و از فضاهای موجود به خوبی استفاده می‌کند. این طرح می‌تواند برای حجم تولید بالا مناسب باشد.

۴. طرح‌بندی سلولیدر یک چیدمان سلولی، خط تولید به صورت سلول‌هایی پیکربندی می‌شود که هر کدام عملیات یا فرآیند خاصی را انجام می‌دهند. این چیدمان انعطاف‌پذیر است و می‌تواند نیازهای مختلف تولید را برآورده کند. این چیدمان برای تولیدات سفارشی یا با حجم کم مناسب است.

۵. چیدمان برجک (پیکربندی ستاره‌ای)در این چیدمان، دستگاه برداشتن و گذاشتن در مرکز پیکربندی شده است و سایر ماشین‌ها و نواحی کاری به صورت دایره‌ای یا ستاره‌ای در اطراف آنها قرار گرفته‌اند. این نوع چیدمان برای تولید با سرعت بالا بهترین گزینه است و جریان مؤثر مواد را از ماشین‌های مرکزی فراهم می‌کند.

۶. طرح دو خطهاین طرح با دو خط موازی برای حرکت برد در فرآیند تولید ارائه می‌شود. این طرح با فراهم کردن امکان پردازش همزمان دو برد، ویژگی‌های تولید را افزایش می‌دهد. بیشتر برای تولید با حجم بالا استفاده می‌شود.

۷. طرح‌بندی ماژولاردر یک چیدمان ماژولار، خط تولید با استفاده از واحدهای ماژولار ایجاد می‌شود که در صورت نیاز می‌توانند به راحتی پیکربندی و گسترش یابند. این نوع چیدمان، قابلیت سازگاری و مقیاس‌پذیری را برای برآورده کردن نیازهای مختلف تولید فراهم می‌کند.

۸. طرح‌بندی ترکیبی (طرح‌بندی ترکیبی)طرح ترکیبی، اجزای مختلف از انواع طرح‌های مختلف را برای بهینه‌سازی پارامترهای خاص تولید به هم پیوند می‌دهد. به عنوان مثال، می‌توان از آن به عنوان طرح U شکل برای انتخاب و قرار دادن و از طرح خطی برای فرآیندهای بازرسی و لحیم کاری استفاده کرد.

مزایای خط SMT نسبت به سایر خطوط مونتاژ PCB

خطوط SMT در مقایسه با فرآیندهای مونتاژ سنتی PCB مزایای بسیار زیادی دارند. این مزایا عبارتند از:

تراکم اجزای بالاتر

خط SMT چگالی اجزای بیشتری را روی برد مدار چاپی فراهم می‌کند زیرا قطعات مستقیماً روی سطح برد نصب می‌شوند. این امر باعث می‌شود دستگاه‌ها و پروژه‌های کوچک و جمع‌وجور، بخش اصلی الکترونیک مدرن در نظر گرفته شوند. بنابراین، اکنون دستگاه‌های کارآمد و جمع‌وجوری مانند تلفن‌های هوشمند داریم.

مینیاتورسازی

چگالی بالای فشرده، محصولات نهایی را کوچک‌تر و سبک‌تر می‌کند که برای دستگاه‌های قابل حمل و پوشیدنی که در آن‌ها فضا عامل اصلی است، مناسب است. 

افزایش سرعت و کارایی

خط SMT یک فرآیند مونتاژ PCB بسیار مؤثر و خودکار است. در این تکنیک، قطعات روی برد پیکربندی می‌شوند. استفاده از ماشین‌های pick and place در SMT، مونتاژ و تولید سریع‌تری را فراهم می‌کند. 

کاهش کار دستی

در فرآیند مونتاژ SMT از نیروی انسانی کمتری استفاده می‌شود. روش سنتی مونتاژ PCB (فناوری سوراخ‌کاری) نیاز به درج دستی و لحیم‌کاری قطعات دارد که زمان‌بر است و ممکن است باعث خطا شود.

بهبود عملکرد الکتریکی

اجزای SMT (SMD) عمدتاً نزدیک به سطح برد پیکربندی می‌شوند و طول اتصالات کوچکتری را فراهم می‌کنند. این امر خازن و سلف پارازیتی کمتری را تضمین می‌کند و عملکرد الکتریکی مدارها را بهبود می‌بخشد.

یکپارچگی سیگنال بهتر

صرفه جویی در هزینه

اتوماسیون بالاتر

عملکرد حرارتی بهتر

نتیجه

با افزایش روزافزون تمایل مردم به دستگاه‌های باریک و جمع‌وجور، نقش خطوط SMT در الکترونیک به‌طور فزاینده‌ای برجسته می‌شود. امیدواریم این مقاله بینشی در مورد فرآیند رخ داده در خط SMT ارائه داده باشد. اگر نظری یا سوالی دارید، لطفاً به ما اطلاع دهید.