Cos'è una linea SMT? Linea di assemblaggio SMT e processo di produzione

Con la crescente popolarità della linea SMT nel mondo della tecnologia, molti addetti ai lavori nell'elettronica high-tech ne hanno sentito parlare. La sua qualità migliorata e la maggiore automazione produttiva l'hanno portata a sostituire ampiamente la tecnologia a foro passante (THT) e crescere come una delle principali linee di assemblaggio di PCB.

In passato, i produttori dovevano collegare i componenti elettronici ai circuiti stampati tramite cavi che passavano attraverso i fori. Era un processo complicato e dispendioso in termini di tempo. E con la riduzione delle dimensioni dei componenti, si rese necessario un grande progresso nell'elettronica per automatizzare la linea di assemblaggio e aumentarne la precisione. Ecco che arriva la linea di assemblaggio SMT in soccorso. Elimina completamente la necessità di cavi e consente di montare componenti più piccoli sui PCB.

In questo articolo ti guideremo per scoprire cos'è esattamente una linea SMT, i processi chiave e materiali in una linea di produzione SMT, i tipi di layout delle linee SMT, nonché i vantaggi delle linee di produzione SMT rispetto alle tradizionali linee di assemblaggio PCB.

Cos'è una linea SMT?

SMT, acronimo di tecnologia a montaggio superficiale, si riferisce al processo di montaggio di componenti elettronici come resistori, condensatori, transistor e circuiti integrati sulla superficie di un circuito stampato (PCB) in elettronica. Fu inventato per la prima volta nel 1960 da IBM e poi fu ampiamente applicato negli assemblaggi PCB elettronici ad alta tecnologia. Il componente elettronico montato durante Linea di assemblaggio SMT è il cosiddetto dispositivo a montaggio superficiale (SMD).

Esistono diverse forme di assemblaggio a montaggio superficiale. Una è quella a linea singola, che si verifica quando è necessario assemblare un solo strato del PCB. Tuttavia, se dobbiamo assemblare componenti SMC o dispositivi a montaggio superficiale su entrambi i lati del PCB, dovremmo disporre di una linea di produzione SMT a due linee. A volte i componenti del PCB sono posizionati in più punti, nel qual caso potrebbe essere necessario aggiungere una linea di assemblaggio interposta. La linea di assemblaggio interposta sarà basata sulla linea di assemblaggio SMT originale del PCB.

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Linee SMT vs. THT

Sebbene l'approccio SMT abbia reso la produzione di schede elettroniche più precisa e veloce, non tutti i componenti possono essere montati superficialmente sulla parte superiore dei PCB. I componenti adatti alle linee SMT sono spesso più piccoli. Pertanto, la vecchia tecnologia through-hole (THT) è ancora necessaria.

I componenti THT sono ingombranti, con terminali assiali o radiali, e richiedono l'assemblaggio manuale. Il processo si completa inserendo i terminali nei fori praticati sui circuiti stampati e saldandoli. Sebbene le linee SMT siano più diffuse, i componenti THT funzionano in molti casi altrettanto bene dei componenti SMD, a volte anche meglio.

Inoltre, esiste un caso in cui sono necessarie sia linee di assemblaggio THT che SMT, noto come assemblaggio ibrido. Gli inserti e i supporti vengono combinati per costituire la linea di produzione ibrida. 

Processo di linea di assemblaggio SMT

Quali processi include una linea di produzione SMT?'è necessario capire il processo della linea di assemblaggio SMT Prima di scegliere un buon fornitore di servizi SMT, il processo generale di una linea SMT a modulo singolo comprende i seguenti passaggi:

1. Preparazione e ispezione dei materiali (a cura del reparto QC)

La preparazione e l'ispezione dei materiali sono le primissime fasi della linea SMT nel nostro stabilimento di assemblaggio PCB. Gli ispettori del controllo qualità esaminano attentamente i componenti PCB e SMT per individuare eventuali difetti e individuare i materiali non idonei. In questa fase, i circuiti stampati sono piatti e dotati di piazzole di saldatura.

2. Stampa (con stampante a pasta saldante)

Questa fase consiste nel stampare la pasta saldante o la colla per patch sullo stencil SMT per preparare la saldatura dei componenti SMT. Poiché la pasta saldante svolge un ruolo essenziale nel collegamento dei componenti al circuito stampato, la pasta utilizzata nel nostro stabilimento PCBasic è fornita da MacDermid Alpha, azienda leader nella produzione di paste saldanti di alta qualità, per garantire le prestazioni elettriche della scheda.

3. Erogazione (tramite erogatore di colla)

Il passaggio successivo nella linea SMT consiste nel montare i componenti a montaggio superficiale sul PCB stampato tramite saldatura con una macchina pick-and-place. La macchina pick-and-place preleva i componenti elettronici e li posiziona sulla scheda. Il processo è completamente automatico per evitare errori causati dall'uomo.

5. Polimerizzazione della colla SMD (tramite forno di polimerizzazione)

Dopo il posizionamento dei componenti, le schede montate superficialmente vengono trasferite alla stazione di polimerizzazione della colla, un processo fondamentale nella linea di produzione SMT. Gli operatori polimerizzano la colla SMD in un forno di polimerizzazione in modo che i componenti di assemblaggio superficiale e lo stencil SMT siano saldamente uniti. 

6. Saldatura a riflusso (tramite un forno a riflusso)

In questa fase, la pasta saldante viene fusa per migliorare l'adesione dei componenti alla scheda. Il processo completo di saldatura a rifusione nella linea SMT si compone di quattro fasi, ovvero quattro zone di temperatura (la scheda deve essere inserita prima nel forno a rifusione):

St  1: La zona di preriscaldamento, dove la temperatura del dispositivo montato in superficie e della scheda aumenta gradualmente. La temperatura nel forno aumenta di circa 1-2 °C/s prima di raggiungere at 140-160 ℃.

St  2: La zona di ammollo, dove la temperatura del forno si mantiene costante a 140-160 ℃ per circa 90 s.

St  3: La zona di riflusso, dove la temperatura inizia a risalire ad una velocità di 1-2 ℃/s fino a raggiungere il picco (210-230 ℃), irradiando calore sufficiente a fondere lo stagno nella pasta saldante e quindi a legare ogni componente alla scheda.

St  4: La zona di raffreddamento, dove la saldatura viene congelata per evitare difetti di saldatura. 

7. pulizia

Successivamente, il PCB assemblato viene inviato alla fase di pulizia nella linea SMT per rimuovere i residui di saldatura, come flusso e qualsiasi altro materiale dannoso per il corpo umano. Per completare il processo viene utilizzato un agente detergente. Tuttavia, se si applica la tecnologia di saldatura no-clean, questo processo non è necessario.

8. ispezione

Il passaggio finale in una normale linea SMT è l'ispezione. PCBasic utilizza una varietà di strumenti per ispezionare la qualità effettiva (ovvero, qualità di saldatura e assemblaggio) del circuito stampato finito. Gli elementi di ispezione specifici dipendono dalle esigenze del cliente e solitamente includono l'ispezione ottica automatizzata (AOI) al microscopio, l'ispezione a raggi X con apparecchiature a raggi X SMT, l'ispezione visiva, l'ispezione delle prestazioni tramite tester online e tester di primo articolo, e molti altri.

Inoltre, la nostra fabbrica ha inventato il primo tester di articoli SMT Per aumentare l'accuratezza e l'efficienza dei test. Il tester può determinare automaticamente se l'articolo è qualificato e importare i dati di test nel nostro sistema. Pertanto, gli operatori non devono esprimere alcun giudizio, evitando possibili errori umani.

9. Riparazione (facoltativo)

La fase di riparazione viene avviata quando vengono rilevati difetti. In assenza di difetti, non si procede alla riparazione. Gli strumenti utilizzati sono saldatori elettrici, stazioni di rilavorazione, ecc. La fase può essere configurata in qualsiasi punto della linea SMT. I PCB riparati verranno nuovamente controllati per garantirne qualità e prestazioni. 

Attrezzatura principale in una linea SMT

Una linea di produzione con tecnologia a montaggio superficiale è composta da diversi elementi che lavorano per assemblare i componenti elettronici sulle schede PCB. Questi elementi, o macchine, garantiscono l'elevata efficienza ed efficacia delle linee SMT del nostro stabilimento. Ecco un elenco delle attrezzature utilizzate nella nostra linea di produzione SMT:

1. Stampante per stencil: La stampante a stencil viene utilizzata per l'applicazione della pasta saldante sulla scheda PCB. Lo stencil presenta delle aperture in corrispondenza delle piazzole di saldatura presenti sulle schede PCB, attraverso le quali viene applicata la pasta saldante.

2. Macchina Pick-and-Place: Questa macchina preleva i componenti elettronici da vassoi, bobine o tubi e li posiziona correttamente sulla pasta saldante presente sulla scheda. Attualmente, le macchine pick-and-place utilizzate sono altamente automatizzate e in grado di gestire componenti di diverse tipologie e dimensioni.

3. Forno a riflusso: Un forno a rifusione viene utilizzato per la saldatura dei componenti sulle schede. La scheda con i componenti e la pasta saldante viene sottoposta a un processo di riscaldamento controllato in un forno a rifusione, dove la pasta saldante si fonde per realizzare giunti di saldatura affidabili.

4. Sistema di trasporto: Attraverso il trasportatore, le schede attraversano ogni fase della linea SMT, dalla stampante per stencil alla macchina pick-and-place e alla rifusione. Garantisce un flusso di produzione continuo.

5. Ispezione della pasta saldante (SPI): L'SPI viene utilizzato per ispezionare la qualità della deposizione della pasta saldante sulla scheda prima della configurazione dei componenti. Aiuta a individuare problemi come pasta saldante inefficace e disallineamenti, migliorando la qualità complessiva del giunto di saldatura.

6. Ispezione del posizionamento dei componenti (Aoi/AXI)I sistemi di ispezione ottica automatizzata (AOI) e di ispezione a raggi X automatizzata (AXI) ispezionano la configurazione dei componenti quando sono collegati a bordo. Le tecniche AOI utilizzano telecamere per ispezionare gli errori, mentre in AXI i raggi X vengono utilizzati per l'ispezione di giunti nascosti, come nel BGA.

7. Apparecchiature per la profilazione del riflusso: Gli strumenti di profilazione del reflow verificano e assicurano che il forno di reflow segua valori di temperatura accurati, importanti per la creazione di giunti di saldatura precisi senza compromettere i componenti sensibili.

8. Rivestimento conforme o Erogazione sottoriempita (opzionale):Alcune linee SMT sono dotate di una stazione per applicare un rivestimento conforme o un underfill per proteggere i componenti e aumentarne l'affidabilità in ambienti difficili.

9. Stazioni di controllo qualità:In queste stazioni possono essere effettuati test funzionali, ispezioni manuali e diverse misurazioni per garantire che le schede assemblate soddisfino gli standard di qualità e prestazioni.

10. Sistema di tracciabilità: I dati della scheda vengono registrati dal sistema di tracciabilità; queste informazioni includono le caratteristiche di saldatura, il posizionamento dei componenti, i risultati delle ispezioni e altri parametri. È utile per individuare e risolvere diversi problemi, se presenti, e per fornire una documentazione del processo di produzione della linea SMT.

11. Manipolazione e stoccaggio dei PCB: Parametri accurati di manipolazione e stoccaggio sono importanti per evitare contaminazione, scariche elettrostatiche e danni durante l'assemblaggio.

12. Postazioni di lavoro e postazioni operatore: Queste funzionalità offrono agli operatori lo spazio necessario per caricare i componenti sugli alimentatori, monitorare il processo di assemblaggio e risolvere eventuali problemi.

13. Gestione dei dati e programmazione: I sistemi software controllano la programmazione di forni di rifusione, macchine pick-and-place e strumenti di ispezione. In questo modo, gestiscono i dati di produzione e contribuiscono al miglioramento dei processi.

14. Gestione dei materiali:In questo processo, avviene la gestione di componenti quali bobine, tubi, vassoi e altri materiali di imballaggio per garantire una fornitura costante per la produzione.

15. Controllo ambientale: Diversi parametri quali umidità, temperatura e pulizia sono importanti per mantenere una qualità di produzione costante ed evitare guasti.

Tipi di layout della linea SMT

Esistono diversi tipi di linee di produzione con tecnologia a montaggio superficiale (SMT), e ogni tipologia è realizzata per ottimizzare diversi parametri del processo di assemblaggio, quali flessibilità, efficienza e utilizzo dello spazio.

1. Layout in linea (layout lineare): In un layout in linea, l'area di lavoro e le macchine sono configurate in modo lineare, dove la scheda si muove in un'unica linea retta attraverso le diverse fasi di assemblaggio. Il suo layout compatto e semplice lo rende ideale per piccole produzioni. Tuttavia, può essere meno flessibile nella gestione di schede e configurazioni diverse.

2. Disposizione a forma di U: Un layout a U configura macchine e aree di lavoro a forma di U. Questo design offre flessibilità nella gestione di schede di diverse dimensioni e strutture rispetto al layout in linea. Offre inoltre una buona visibilità e accessibilità per gli operatori.

3. Disposizione a forma di L: Questa disposizione crea una forma a L per macchine e aree di lavoro. Questo design è utilizzato principalmente dove lo spazio è limitato e sfrutta al meglio le aree disponibili. Può essere utile per volumi di produzione elevati.

4. Layout cellulare: In un layout a celle, la linea di produzione è configurata in celle, ciascuna delle quali esegue una specifica operazione o processo. Questo layout è flessibile e può soddisfare diverse esigenze produttive. È ideale per produzioni personalizzate o a basso volume.

5. Disposizione della torretta (configurazione a stella): In questa configurazione, la macchina pick-and-place è configurata al centro, mentre le altre macchine e aree di lavoro sono disposte in modo circolare o a stella attorno ad esse. È ideale per la produzione ad alta velocità e garantisce un flusso di materiali efficiente dalle macchine centrali.

6. Layout a doppia corsia: Questo layout prevede due linee parallele per consentire alla scheda di muoversi attraverso il processo di produzione. Questo layout aumenta le funzionalità di produzione consentendo la lavorazione simultanea di due schede. Viene utilizzato principalmente per la produzione ad alto volume.

7. Disposizione modulare: In un layout modulare, la linea di produzione viene creata utilizzando unità modulari che possono essere facilmente configurate ed espanse quando necessario. Questo tipo di layout offre adattabilità e scalabilità per soddisfare le diverse esigenze produttive.

8. Layout misto (layout ibrido): Un layout misto collega diversi componenti provenienti da diverse tipologie di layout per ottimizzare determinati parametri di produzione. Ad esempio, può essere utilizzato come layout a U per il pick and place e come layout lineare per i processi di ispezione e saldatura.

Vantaggi della linea SMT rispetto ad altre linee di assemblaggio PCB

Le linee SMT offrono enormi vantaggi rispetto ai tradizionali processi di assemblaggio di PCB. Tra questi:

Maggiore densità dei componenti

La tecnologia SMT offre una maggiore densità di componenti sul circuito stampato, poiché i componenti vengono montati direttamente sulla superficie della scheda. Questo rende i dispositivi e i progetti compatti e di piccole dimensioni considerati la parte principale dell'elettronica moderna. Pertanto, oggi disponiamo di dispositivi efficienti e compatti come gli smartphone.

La miniaturizzazione

L'elevata densità compatta rende i prodotti finiti più piccoli e leggeri, il che è un vantaggio per i dispositivi portatili e indossabili in cui lo spazio è il fattore principale. 

Maggiore velocità ed efficienza

La linea SMT è un processo di assemblaggio PCB altamente efficiente e automatizzato. Con questa tecnica, i componenti vengono configurati direttamente sulla scheda. L'utilizzo di macchine pick-and-place nella tecnologia SMT garantisce tempi di assemblaggio e produzione più rapidi. 

Lavoro manuale ridotto

Il processo di assemblaggio SMT richiede meno lavoro manuale. Il tradizionale approccio di assemblaggio PCB (tecnologia through-hole) richiede l'inserimento manuale e la saldatura dei componenti, il che richiede molto tempo e può causare errori.

Prestazioni elettriche migliorate

I componenti SMT (SMD) sono per lo più configurati in prossimità della superficie della scheda, garantendo lunghezze di interconnessione inferiori. Ciò riduce la capacità e l'induttanza parassite e migliora la funzionalità elettrica dei circuiti.

Migliore integrità del segnale

Risparmi sui costi

Automazione superiore

Migliori prestazioni termiche

Conclusione

Con la crescente richiesta di dispositivi sottili e compatti, il ruolo delle linee SMT nell'elettronica sta diventando sempre più importante. Ci auguriamo che questo articolo abbia offerto spunti di riflessione sul processo che avviene nella linea SMT. Per commenti o domande, non esitate a contattarci. scrivici.