O que é uma Linha SMT? Linha de Montagem SMT e Processo de Fabricação

À medida que a linha SMT ganha popularidade crescente no mundo da tecnologia, muitas pessoas que trabalham com eletrônica de alta tecnologia já devem ter ouvido falar dela. Sua qualidade aprimorada e a automação de fabricação aprimorada fizeram com que ela substituísse em grande parte a tecnologia de passagem (THT) e crescer como uma linha de montagem de PCB dominante.

No passado, os fabricantes precisavam fixar componentes eletrônicos em placas de circuito impresso com fios através de furos. Era complicado e demorado. E, à medida que os componentes ficavam menores, um grande avanço foi necessário na eletrônica para automatizar a linha de montagem e aumentar a precisão. Eis que surge a linha de montagem SMT para socorrer. Ela elimina completamente a necessidade de fios e permite que componentes menores sejam montados em PCBs.

Neste artigo, vamos orientá-lo a saber o que exatamente é uma linha SMT, os principais processos e equipamento em uma linha de produção SMT, os tipos de layout das linhas SMT, bem como as vantagens das linhas de produção SMT em relação às linhas de montagem de PCB tradicionais.

O que é uma linha SMT?

SMT, que significa tecnologia de montagem em superfície, refere-se ao processo de montagem de componentes eletrônicos como resistores, capacitores, transistores e circuitos integrados na superfície de uma placa de circuito impresso (PCB) em eletrônica. Foi inventado pela primeira vez em 1960 pela IBM e, posteriormente, amplamente aplicado em montagens de PCBs eletrônicos de alta tecnologia. O componente eletrônico montado durante a Linha de montagem SMT é o chamado dispositivo de montagem em superfície (SMD).

Existem várias formas de montagens em superfície. Uma delas é a de linha única, que ocorre quando apenas uma única camada da placa de circuito impresso (PCB) precisa ser montada. No entanto, se precisarmos montar SMC ou dispositivos de montagem em superfície em ambos os lados da placa de circuito impresso (PCB), devemos ter uma linha de produção SMT de duas linhas. Às vezes, o posicionamento dos componentes da placa de circuito impresso (PCB) estará em vários locais, e nesse caso pode ser necessário adicionar uma linha de montagem de interposição extra. A linha de montagem de interposição será baseada na linha de montagem SMT da placa de circuito impresso original.

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Linhas SMT vs. THT

Embora a abordagem SMT tenha tornado a produção de placas eletrônicas mais precisa e rápida, nem todos os componentes podem ser montados em superfície sobre PCBs. Os componentes adequados para linhas SMT costumam ser menores. Portanto, ainda há necessidade da antiga tecnologia through-hole (THT).

Os componentes THT são volumosos, com terminais axiais ou radiais, e requerem montagem manual. O processo é concluído inserindo os terminais em furos perfurados nas placas de circuito e soldando-os no lugar. Embora as linhas SMT sejam mais populares, os componentes THT funcionam tão bem quanto os SMD em muitos casos, às vezes até melhor.

Além disso, há um caso em que são necessárias linhas de montagem THT e SMT, conhecido como montagem híbrida. Os insertos e montagens são combinados para formar a linha de produção híbrida. 

Processo de linha de montagem SMT

Quais processos uma linha de produção SMT inclui?,é necessário entender o processo da linha de montagem SMT antes de escolher um bom prestador de serviços SMT. O processo geral de uma linha SMT de formulário único inclui as seguintes etapas:

1. Preparação e inspeção de materiais (pelo Departamento de CQ)

A preparação e a inspeção do material são a primeira etapa da linha SMT em nossa fábrica de montagem de PCBs. Os inspetores de controle de qualidade devem examinar cuidadosamente os componentes de PCB e SMT em busca de falhas e selecionar materiais não qualificados. Nesta etapa, essas placas de circuito são planas com almofadas de solda.

2. Impressão (por impressora de pasta de solda)

Esta etapa consiste em imprimir a pasta de solda ou cola de remendo no estêncil SMT para preparar a soldagem dos componentes SMT. Como a pasta de solda desempenha um papel essencial na conexão dos componentes à placa de circuito impresso, a pasta utilizada em nossa fábrica de PCBasic é fornecida pela MacDermid Alpha, empresa líder na fabricação de pastas de solda de alta qualidade, para garantir o desempenho elétrico da placa.

3. Dispensação (por dispensador de cola)

O próximo passo na linha SMT é montar os componentes de superfície na placa de circuito impresso soldada com uma máquina de coleta e colocação. O equipamento de coleta e colocação coleta os componentes eletrônicos e os coloca na placa. O processo é totalmente automático para evitar erros humanos.

5. Cura de cola SMD (por forno de cura)

Após o processo de colocação dos componentes, as placas montadas na superfície seguem para a estação de cura da cola, um processo vital na linha de produção SMT. Os operadores curam a cola SMD em um forno de cura para que os componentes da montagem da superfície e o estêncil SMT fiquem firmemente unidos. 

6. Soldadura por refluxo (por um forno de refluxo)

Nesta etapa, a pasta de solda é derretida para melhorar a adesão dos componentes à placa. O processo completo de soldagem por refluxo na linha SMT consiste em quatro etapas, a saber, quatro zonas de temperatura (a placa deve ser colocada primeiro no forno de refluxo):

Stidade 1: A zona de pré-aquecimento, onde a temperatura do dispositivo de superfície e da placa aumenta gradualmente. A temperatura no forno sobe cerca de 1-2 ℃/s antes de atingir at 140-160 ℃.

Stidade 2: A zona de imersão, onde a temperatura do forno se mantém estável em 140-160 ℃ por cerca de 90 s.

Stidade 3: A zona de refluxo, onde a temperatura começa a subir novamente a uma taxa de 1-2 ℃/s até atingir o pico (210-230 ℃), irradiando calor suficiente para derreter o estanho na pasta de solda e, assim, unir cada componente à placa.

Stidade 4: A zona de resfriamento, onde a solda é congelada para evitar defeitos de soldagem. 

7. limpeza

Em seguida, o PCB montado segue para a etapa de limpeza na linha SMT para remoção de resíduos de solda, como fluxo e qualquer outro material prejudicial ao corpo humano. Um agente de limpeza é usado para finalizar o processo. No entanto, se a tecnologia de soldagem sem limpeza for aplicada, este processo não é necessário.

8. Inspeção

A etapa final em uma linha SMT normal é a inspeção. A PCBasic usa uma variedade de ferramentas para inspecionar a qualidade real (ou seja, qualidade da soldagem e montagem) da placa de circuito impresso finalizada. Os itens específicos de inspeção dependem das necessidades do cliente, geralmente incluindo inspeção óptica automatizada (AOI) por microscópio, inspeção por raios X por equipamento de raios X SMT, inspeção visual, inspeção de desempenho por testadores online e testadores de primeiro artigo, e muito mais.

Além disso, nossa fábrica inventou o primeiro testador de artigos SMT Para aumentar a precisão e a eficiência dos testes. O testador pode determinar automaticamente se o artigo é qualificado e importar os dados de teste para o nosso sistema. Assim, os operadores não precisam fazer nenhum julgamento, o que evita possíveis erros humanos.

9. Reparo (Opcional)

A etapa de reparo é realizada quando defeitos são encontrados. Sem defeitos, sem reparo. As ferramentas utilizadas são ferros de solda elétricos, estações de retrabalho, etc. A etapa é configurada em qualquer lugar da linha SMT. As PCBs reparadas serão reavaliadas para garantir a qualidade e o desempenho. 

Equipamentos Principais em uma Linha SMT

Uma linha de produção com tecnologia de montagem em superfície possui diferentes elementos que trabalham para montar componentes eletrônicos em placas de circuito impresso (PCB). Esses elementos ou máquinas garantem a alta eficiência e eficácia das linhas SMT em nossa fábrica. Aqui está uma lista de equipamentos utilizados em nossa linha de produção SMT:

1. Impressora Stencil: A impressora de estêncil é usada para aplicar pasta de solda na placa de circuito impresso (PCB). O estêncil possui aberturas de acordo com as almofadas de solda nas placas de circuito impresso, e a pasta de solda é aplicada por essas aberturas.

2. Máquina de escolher e colocar: Esta máquina retira componentes eletrônicos de bandejas, bobinas ou tubos e os posiciona corretamente sobre pasta de solda na placa. Atualmente, as máquinas pick-and-place usadas são altamente automatizadas e têm a capacidade de lidar com diferentes tipos e tamanhos de componentes.

3. Forno de refluxo: Um forno de refluxo é usado para soldagem de componentes em placas. A placa com os componentes e a pasta de solda passa por um processo de aquecimento controlado em um forno de refluxo, onde a pasta de solda derrete para formar juntas de solda confiáveis.

4. Sistema transportador: Através do transportador, as placas passam por todas as etapas da linha SMT, da impressora de estêncil até a máquina de coleta e colocação, e retornam. Isso proporciona um fluxo de produção contínuo.

5. Inspeção de pasta de solda (SPI): O SPI é usado para inspecionar a qualidade da deposição da pasta de solda na placa antes da configuração do componente. Ajuda a encontrar problemas como pasta de solda ineficaz e desalinhamento, além de melhorar a qualidade geral da junta de solda.

6. Inspeção de posicionamento de componentes (AOI/AXI): Os sistemas de Inspeção Óptica Automatizada (AOI) e Inspeção Automatizada de Raios X (AXI) inspecionam a configuração dos componentes quando eles são conectados a bordo. As técnicas de AOI usam câmeras para inspecionar os erros e, na AXI, os raios X são usados ​​para a inspeção de juntas ocultas, como no BGA.

7. Equipamento de perfilagem de refluxo: Os instrumentos de perfil de refluxo verificam e garantem que o forno de refluxo esteja seguindo os valores de temperatura precisos que são importantes para a criação precisa da junta de solda sem afetar componentes sensíveis.

8. Revestimento isolante ou Dispensação de Underfill (Opcional):Algumas linhas SMT vêm com a estação para aplicar um revestimento conforme ou underfill para proteger componentes e aumentar sua confiabilidade em ambientes adversos.

9. Estações de Controle de Qualidade:Nessas estações, podem ser realizados testes funcionais, inspeções manuais e diferentes medições para garantir que as placas montadas atendam aos padrões de qualidade e desempenho.

10. Sistema de Rastreabilidade: Os dados da placa são registrados pelo sistema de rastreabilidade; essas informações incluem características de soldagem, posicionamento dos componentes, resultados da inspeção e outros parâmetros. É útil para identificar e resolver diferentes problemas, se existentes, e fornecer um registro do processo de fabricação da linha SMT.

11. Manuseio e armazenamento de PCB: Parâmetros precisos de manuseio e armazenamento são importantes para evitar contaminação, descarga estática e danos durante a montagem.

12. Estações de trabalho e estações de operação:Esses recursos oferecem aos operadores espaço para carregar componentes nos alimentadores, monitorar o processo de montagem e resolver problemas, se houver.

13. Gestão e Programação de Dados: Sistemas de software controlam a programação de fornos de refluxo, máquinas de coleta e colocação e instrumentos de inspeção. Com isso, eles mantêm dados de produção e auxiliam na melhoria do processo.

14. Gestão de Materiais:Nesse processo, há o gerenciamento de componentes como bobinas, tubos, bandejas e outros materiais de embalagem para garantir um fornecimento constante para a fabricação.

15. Controle Ambiental: Diferentes parâmetros como umidade, temperatura e limpeza são importantes para manter a qualidade consistente da produção e evitar falhas.

Tipos de layout de linha SMT

Existem diferentes tipos de linhas de produção de Tecnologia de Montagem em Superfície (SMT), e cada tipo é feito para otimizar diferentes parâmetros do processo de montagem, como flexibilidade, eficiência e uso do espaço.

1. Layout em linha (Layout linear): Em um layout em linha, a área de trabalho e as máquinas são configuradas de forma linear, onde a placa se move em uma única linha reta através de diferentes fases de montagem. Seu layout compacto e simples o torna ideal para pequenas produções. No entanto, pode ser menos flexível para lidar com diferentes placas e configurações.

2. Layout em forma de U: Um layout em U configura máquinas e áreas de trabalho em formato de U. Este design proporciona flexibilidade para lidar com diferentes tamanhos e estruturas de placas em comparação com o layout em linha. Também pode oferecer boa visibilidade e acesso para os operadores.

3. Layout em forma de L: Este layout cria um formato em L para máquinas e áreas de trabalho. Este design é usado principalmente onde o espaço é limitado e permite um bom aproveitamento das áreas disponíveis. Pode ser ideal para altos volumes de produção.

4. Layout celular: Em um layout celular, a linha de produção é configurada em células, cada uma executando uma operação ou processo específico. Esse layout é flexível e pode atender a diferentes necessidades de produção. É ideal para produções personalizadas ou de baixo volume.

5. Layout da torre (configuração em estrela): Neste layout, a máquina de coleta e colocação é configurada no centro, e outras máquinas e áreas de trabalho são dispostas em arranjos circulares ou em forma de estrela ao redor delas. É ideal para produção em alta velocidade e proporciona um fluxo de material eficaz a partir das máquinas centrais.

6. Layout de faixa dupla: Este layout possui duas linhas paralelas para a movimentação da placa durante o processo de produção. Este layout aumenta os recursos de fabricação, permitindo o processamento simultâneo de duas placas. É usado principalmente para produção em larga escala.

7. Layout Modular: Em um layout modular, a linha de produção é criada com o uso de unidades modulares que podem ser facilmente configuradas e expandidas quando necessário. Esse tipo de layout oferece adaptabilidade e escalabilidade para atender a diferentes necessidades de produção.

8. Layout Misto (Layout Híbrido): Um layout misto conecta diferentes componentes de diferentes tipos de layout para otimizar determinados parâmetros de fabricação. Por exemplo, pode ser usado como um layout em U para coleta e colocação e um layout linear para os processos de inspeção e soldagem.

Vantagens da linha SMT em relação a outras linhas de montagem de PCB

As linhas SMT apresentam enormes vantagens em comparação aos processos tradicionais de montagem de PCB. São elas:

Maior densidade de componentes

A linha SMT proporciona maior densidade de componentes na placa de circuito impresso, já que os componentes são montados diretamente na superfície da placa. Isso faz com que dispositivos e projetos pequenos e compactos sejam considerados a parte principal da eletrônica moderna. Portanto, agora temos dispositivos eficientes e compactos, como smartphones.

Miniaturização

A alta densidade compacta torna os produtos finalizados menores e mais leves, o que é bom para dispositivos portáteis e vestíveis onde o espaço é o fator principal. 

Maior Velocidade e Eficiência

A linha SMT é um processo de montagem de PCB altamente eficaz e automatizado. Nesta técnica, os componentes são configurados na placa. O uso de máquinas de coleta e colocação em SMT proporciona montagem e produção mais rápidas. 

Trabalho manual reduzido

Há menos uso de mão de obra manual no processo de montagem SMT. A abordagem tradicional de montagem de PCB (tecnologia through-hole) requer inserção e soldagem manual de componentes, o que consome tempo e pode causar erros.

Melhor desempenho elétrico

Os componentes SMT (SMD) são geralmente configurados próximos à superfície da placa, proporcionando comprimentos de interconexão menores. Isso garante menos capacitância e indutância parasitas e melhora a função elétrica dos circuitos.

Melhor integridade de sinal

Economia de Custos

Automação Superior

Melhor desempenho térmico

Conclusão

À medida que mais e mais pessoas buscam dispositivos finos e compactos, o papel das linhas SMT na eletrônica se torna cada vez mais proeminente. Esperamos que este artigo tenha oferecido alguns insights sobre o processo que ocorre na linha SMT. Se você tiver algum comentário ou dúvida, por favor, entre em contato conosco.