Печатная плата давно перешла из разряда пассивной основы в активный функциональный компонент, объединяющий электронные узлы. Наибольший вклад в эволюцию конструкции внесли две сборочные методики — поверхностная и сквозная, подробнее — https://nanotech-by.ru/montazh-pechatnyh-plat/.
SMT задействует мелкие корпуса без выводов, монтируемые на площадки, покрытые паяльной пастой. Сквозной подход предполагает размещение элементов с проволочными выводами в отверстиях, после чего формируется пайка волной припоя или селективным способом.
Баланс двух методов зависит от назначения устройства, теплового режима, требований по механической прочности и экономических ограничений.
Знание последовательности операций и принципов контроля выводит проект на желаемый уровень надёжности без лишних затрат.
Подготовка производства
Первым шагом служит анализ технологичности электронного проекта. Инженер по DFM проверяет минимальные зазоры, размер контактных площадок, корректность диаметров отверстий, совместимость материалов под заданный температурный профиль.
Далее формируется стек слоёв, заказывается трафарет из нержавеющей стали или никелевого композита, рассчитывается толщина пасты и геометрия апертур. Важным параметром выступает соотношение площади отверстия в трафарете к площади площадки — так достигается стабильный объём припоя.
Паяльная паста хранится при контролируемой температуре, перемешивается на роликовой станции и подаётся в принтер. Автоматический принтер регулирует давление ракеля, скорость прохода и число проходов, фиксируя раму трафарета при помощи оптических пинов.
После печати плата проходит SPI. Система проектирует лазерный или струйныйструктурированный свет, вычисляя высоту, смещение и обрыв стенок пасты. Статистические отчёты служат базой для корректировки параметров печати.
Сборочные операции
Установка компонентов выполняется высокоскоростными и универсальными установщиками. Машины используют вакуумные сопла, центровку по изображению, сменные карусели или линейные магазины, достигая точности до ±30 µm. В файл задания включаются координаты, угол поворота, номер сопла, давление вакуума.
Далее плата перемещается в конвекционную печь. Профиль состоит из четырёх зон: предварительный нагрев, выравнивание температуры, расплавление и охлаждение. Правильное сочетание времени пребывания и скорости конвейера предотвращает перегрев полимерной основы, снижает термическое напряжение.
Сквозной монтаж стартует после охлаждения SMT-слоя. Оператор или автоматический робот помещает выводные компоненты в отверстия, каретки обрезают и подгибают выводы. Волновая пайка использует каскад флюса, инфракрасный преднагрев и волну расплава с азотной атмосферой либо селективные мини-волны.
При смешанной сборке BGA, QFN и CSP корпуса располагаются только на SMT-стороне, а крупные трансформаторы, конденсаторы высокой ёмкости и разъёмы уходят на сквозной процесс. Корректное чередование операций исключает повторный нагрев чувствительных блоков.
Заключительный этап производства — очистка. Ультразвуковая ванна или струйная моечная установка удаляет остатки флюса, ионные загрязнители, микрочастицы. Контроль чистоты выполняется тестом ROSE и ионной хроматографией.
Контроль и тестирование
После очистки плата проходит оптическую проверку. AOI фиксирует замкнутые цепи, мосты, смещения, отсутствие компонентов. Критичные узлы направляются на рентгенографию AXI, анализируя пустоты под BGA и QFN припоем.
Интегральные блоки с разъёмами Ethernet, DDR, PCI e дополнительно получают тест boundary-scan или JTAG. DECT-станция с пружинными пинами измеряет сопротивление, ёмкость, логические уровни, формируя карту дефектов за несколько секунд.
Функциональный прогон эмулирует реальную нагрузку. Плата соединяется с источниками питания, шинами передачи данных и климатической камерой. Программный стенд записывает токи, форму сигналов, уровни шумов и сохраняет файлы осциллограмм.
Системы MES собирают данные измерений, связывая номер лота с параметрами печати и пайки. Графики Cp и Cpk удерживают процессы в пределах статистически обоснованных допусков.
Неспецифические дефекты, включая раскомпановку слоёв, пустоты в меди и электромиграцию, выявляются испытанием HALT и HAST с сочетанием высокой температуры, влажности и циклических нагрузок.
Тенденция к снижению шага выводов и появлению гибридных подложек с медными стенками внедряет вакуумный препресс для уменьшения пор под BGA. Одновременно селективные волны получают индукционный нагрев, улучшающий стабильность температуры.
Комплексное управление качеством завершает цикл. Аналитики сравнивают серию дефектов с данными по температурному профилю, износу сопел, свежести пасты, включая возраст трафарета и показатели влажности склада. Быстрый отклик сокращает время простоя линии.
Монтаж печатных плат опирается на два главных метода: SMD и THT. Каждый из них решает собственные задачи, сохраняя высокую степень повторяемости и надежности. Компактные гаджеты, промышленная автоматика, телеком-оборудование — повсюду встречается сочетание обоих подходов.
В SMD компоненты размещаются на поверхность платы без выводов сквозных отверстий. Минимизация габаритов, уменьшение индуктивностей соединений и высокое количество компонентов на единицу площади — типичные результаты такого решения.
Преимущества SMD
Минимальная масса и расстояние до подложки ведут к улучшению тепловых характеристик. Автоматические линии укладки работают со скоростью десятки тысяч размещений в час, что даёт большой выход продукции при невысокой себестоимости. Линии практически не затрагивают механическую структуру платы, поэтому риск расслоения минимален.
Сквозной метод THT по-прежнему востребован при высокой механической прочности или работе с мощными токами. Компоненты вставляются в отверстия платы, после чего выполняется пайка волной или селективная пайка.
Этапы SMD монтажа
Первый шаг — нанесение паяльной пасты через трафарет. Толщина пасты задаётся параметрами трафарета и зернистостью порошка. Далее работает машина pick-and-place, укладывающая резисторы, конденсаторы, микросхемы. Камеры с обратной связью корректируют позицию сопла в реальном времени.
После укладки плата переходит в печь конвективной пайки. Профиль нагрева включает разогрев, активирование флюса, плавление сплава и охлаждение. Контроль температуры выполняется термопарами, подключёнными к регистратору. Правильный профиль исключает образование пустот и шариков припоя.
THT процесс
THT стартует с автоматического формирования выводов компонентов: подгибка, обрезка, калибровка. Роботизированная станция вставляет изделия в отверстия, платы фиксируются гребёнками. Пайка волной расплава происходит при прохождении платы над ванной припоя под защитной атмосферой азота.
Селективная пайка пригодна для гибридных плат, где рядом находятся SMD и THT области. Насадка формирует локальное оловянное течение, обрабатывая единичный вывод, не затрагивая соседние площадки.
После пайки собирают статистику: визуальный контроль, автоматическая оптическая инспекция, тест электрического сопротивления цепей. При сложных изделиях включается рентген для оценки заполнения пятаков под корпусами BGA.
Обе технологии работают сообща: процесс начинается с SMD, продолжается приклейкой точечных капель клея под компонентами на нижней стороне, затем переворот и пайка волной. Такой порядок сохраняет скорость и снижает стоимость.
Ключевые узлы проходят проверку ICT и функциональные тесты. Диагностика регистрирует параметры под нагрузкой, проверяет чувствительность каналов, частотные отклики.
Экологические требования переходят к бессвинцовым сплавом серии SAC. Для сохранения смачивания внедряются активированные флюсы с низким достатком. В производственном зале оборудуются вытяжки с каскадной фильтрацией.
Точный выбор метода базируется на габаритах деталей, тепловом режиме, ожидаемом объёме партии. SMD покрывает высокую плотность монтажа, THT поддерживает силовую часть и разъёмы. Комбинация техник образует универсальное решение для любого сектора электроники.