Con la domanda globale di dispositivi elettronici più resistenti al calore e leggeri, come laptop e smartphone, i produttori di piccole e grandi dimensioni hanno continuato a fare affidamento sull'assemblaggio SMT per la produzione in serie di tali prodotti. Si prevede che il mercato di questa tecnologia aumenterà di oltre l'8.1% dal 2023 al 2032.
Quindi, cos'è l'assemblaggio SMT? In cosa si differenzia dai metodi di assemblaggio tradizionali? In questo blog, spiegheremo in dettaglio cos'è l'SMT, il processo SMT e i vantaggi dell'assemblaggio di PCB SMT.
Che cosa è SMT: le basi
SMT sta per tecnologia a montaggio superficiale. È una tecnica di giunzione di componenti elettronici più piccoli.
L'assemblaggio SMT consiste nell'assemblare componenti SMD, come diodi, resistori e condensatori, su un substrato laminato (PCB). Questa progettazione consente un posizionamento compatto dei componenti, consentendo un utilizzo efficiente dello spazio sul PCB.
Il ruolo dell'assemblaggio SMT nell'industria attuale è enorme. Ad esempio, riduce le dimensioni dei dispositivi di oltre il 50%. Inoltre, migliora la dissipazione del calore e riduce il consumo energetico dei dispositivi.
Cos'è l'SMD?
SMD sta per dispositivi a montaggio superficiale. Si tratta di componenti montati o fissati su un PCB. Hanno terminali corti che li fissano saldamente al piano del circuito stampato. Alcuni esempi sono condensatori, LED, transistor e resistori.
Processo chiave di assemblaggio SMT
Ci sono sei fasi principali da seguire quando si esegue l'assemblaggio SMT dei componenti. Sono:
a. Layout e design
La progettazione del layout consiste nell'individuare uno spazio utilizzabile sulla scheda in cui gli SMD possano essere installati. Per garantire che ogni componente si incolli correttamente, vengono effettuati calcoli per determinare dimensioni, forma e spessore fissi della scheda. Successivamente, i tecnici decidono le posizioni e gli orientamenti ottimali per i componenti.
b. Fabbricazione di PCB
La fabbricazione inizia con la selezione di materiali in silice epossidica adatti, come FR4 e FR5. Successivamente, viene realizzato lo strato di circuito stampato. Successivamente, viene creato lo strato di lamina di rame utilizzando tecniche di incisione e laminazione, seguito dallo strato serigrafico, che viene applicato tramite serigrafia e polimerizzazione dell'inchiostro.
Dopo che gli strati si sono allineati correttamente, il rame fuso viene depositato sul layout precedentemente progettato sul PCB e il rame in eccesso viene rimosso lungo i percorsi della scheda.
c. Progettazione e produzione di stencil
La selezione dei materiali è parte integrante di questa procedura, ad esempio scegliendo i materiali migliori, come l'acciaio inossidabile, per il rendering. Successivamente, lo stencil viene creato tramite taglio laser o incisione chimica.
d. Applicazione della pasta saldante
Questo include il preriscaldamento della lega saldante fino a ottenere una pasta prima della sua applicazione sul PCB, a una temperatura compresa tra 220 e 250 °C. Successivamente, la pasta viene stampata sul PCB tramite uno stencil. Al termine del processo, la scheda e la pasta vengono lasciate riposare a temperatura ambiente.
e. Posizionamento dei componenti
Si concentra sull'applicazione di macchine pick and place per fissare i moduli dei circuiti alla scheda. Prima di posizionarli correttamente, i pezzi vengono smistati in bobine o vassoi. Successivamente, la macchina solleva ciascun componente e lo deposita nella posizione corretta.
Successivamente, l'operatore esegue un controllo visivo per verificare che tutti i componenti siano posizionati correttamente.
f. Test e ispezione
Questo viene fatto per verificare l'integrità degli elementi assemblati. A questo scopo, gli operatori utilizzano macchine di ispezione a raggi X automatizzate (AXI) o di ispezione ottica automatizzata (AOI) per controllare i giunti saldati.
I progettisti eseguono questo test per rilevare difetti quali ponti di saldatura o posizionamento errato dei dispositivi del circuito.
g. Pulizia
Questo approccio viene adottato per detossificare il PCB sfruttando tecniche di pulizia superficiale come la pulizia a ultrasuoni o la pulizia con un solvente. A questo scopo, si utilizzano isopropanolo o acqua deionizzata per pulire le superfici della scheda.
Vantaggi dell'assemblaggio SMT
Nell'industria, i produttori sono generalmente propensi ad applicare questa tecnologia alla produzione in serie di componenti per i numerosi vantaggi che offre. Alcuni di questi vantaggi sono discussi di seguito.
a. Ha una buona efficienza termica
L'assemblaggio SMT consente una migliore gestione termica poiché riduce le dimensioni dei componenti SMD collegati al circuito stampato. Le linee di assemblaggio sono dotate di pad termici, via e altre tecniche di riduzione del calore per bilanciare la dissipazione del calore nel sistema.
b. Efficacia dei costi
La tecnologia SMT riduce i costi di manodopera attraverso unità di produzione automatizzate che riducono i problemi di qualità del prodotto causati da errori umani.
c. Supporta progetti PCB complessi
Grazie all'assemblaggio SMT, è possibile posizionare modelli complessi di dispositivi sulla scheda, poiché i componenti possono essere posizionati in un'area più compatta della scheda.
d. Offre maggiore durata e affidabilità
Grazie all'elevata adesione dei dispositivi montati sulla superficie del PCB, che previene danni causati da urti, stress termici e meccanici, il processo di fissaggio SMT consente di realizzare PCB estremamente durevoli.
e. Minori requisiti di spazio
Le tecniche di montaggio superficiale occupano meno spazio rispetto alla tecnologia tradizionale a foro passante. Il motivo principale è la riduzione delle dimensioni dei dispositivi a montaggio superficiale (SMD), che possono essere fissati direttamente al PCB senza fori.
Svantaggi dell'assemblaggio SMT
Sebbene utilizzata quotidianamente nell'industria elettronica, la tecnologia SMT è ancora associata a problemi/difficoltà, rendendo il processo poco indicato per i piccoli produttori. Alcune di queste sfide includono:
a. È difficile e costoso da riparare
La maggior parte dei circuiti SMT è difficile da riparare a causa del montaggio compatto dei componenti. A causa dell'elevata densità di componenti, lo spazio a disposizione dei tecnici per la sostituzione dei componenti difettosi è molto limitato. Di conseguenza, le riparazioni diventano lunghe e costose.
b. Richiede un elevato investimento iniziale
Il costo iniziale delle attrezzature e la formazione del personale sono entrambi molto elevati quando si avvia una linea di produzione SMT. A causa di questa elevata intensità di capitale, la tecnologia risulta meno interessante per le piccole imprese che operano con budget limitati.
c. Complessità nei test
I componenti elettronici più piccoli utilizzati nella tecnologia SMT aumentano le sfide per i tecnici che eseguono ispezioni visive rispetto alla tradizionale tecnologia through-hole.
d. È altamente sensibile al calore
Molti dispositivi SMT sono sensibili agli effetti termici durante la loro fabbricazione, il che a sua volta ne riduce la durata utile.
e. Rende difficile l'applicazione della pasta saldante
La presenza di saldature nel processo di fabbricazione SMT crea diversi problemi, tra cui bagnatura inadeguata, ossidazione e disallineamento dei componenti. Questi difetti possono causare problemi di connettività elettrica che compromettono l'integrità del prodotto finale.
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Conclusione
I vantaggi dell'assemblaggio SMT, come il risparmio di spazio e le buone prestazioni operative, non possono essere ignorati nonostante i problemi che solleva. In particolare, l'elevato costo delle riparazioni rende il sistema molto costoso per le piccole aziende. Ciononostante, l'SMT rimane la scelta preferita per la produzione di componenti elettronici, anche con l'aumento della produzione di dispositivi a risparmio energetico.
Per studenti, ingegneri o produttori in formazione, conoscere sia i vantaggi che gli svantaggi della SMT è fondamentale per utilizzare efficacemente questa tecnologia.
